KR101557325B1 - 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브 및 그 제조방법 - Google Patents

폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜(mPEG) 유도체가 코팅된 탄소나노튜브 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소분위기 하에서 단시간 내에 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체를 탄소나노튜브에 코팅함으로써 균일한 코팅 및 코팅공정 시간의 단축을 도모하고, 유기계에서의 분산성이 현저히 향상된 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브의 제조에 관한 것이다.
따라서 본 발명에 따라 제조되는 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜(mPEG) 유도체가 코팅된 탄소나노튜브는 코팅층의 두께가 1.3~1.5 nm로 매우 얇고, 유기계에서의 분산성이 극히 향상되어 탄소나노튜브/고분자 복합체의 대량 생산에 적용 가능하다.

Description

폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브 및 그 제조방법{Carbon nanotube coated with polydopamine/mPEG derivatives and preparation method thereof}
본 발명은 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜(mPEG) 유도체가 코팅된 탄소나노튜브 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소분위기 하에서 단시간 내에 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체를 탄소나노튜브에 코팅함으로써 균일한 코팅 및 코팅공정 시간의 단축을 도모하고, 유기계에서의 분산성이 현저히 향상된 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브의 제조에 관한 것이다.
탄소나노튜브는 기계적 강도, 열전도성, 전기전도도 측면에서 기존의 소재 대비 매우 우수한 물성을 지니며, 반도체, 군사용, 인공근육 및 우주항공용 등 첨단 과학 분야에서의 응용을 위하여 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히, 고분자 분야에서 탄소나노튜브의 적용은 고분자의 일반적인 단점인 낮은 기계적 강도를 향상시킬 수 있다는 점에서 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 종래 연구들은 탄소나노튜브의 낮은 분산성 때문에 대량의 탄소나노튜브/고분자 복합체를 제조하는 데에는 한계가 있었다.
따라서 최근에는 이러한 한계를 극복하기 위하여 탄소나노튜브의 분산성을 향상시키고자 탄소나노튜브, 도파민 및 2-아미노-2-히드록시메틸프로판-1,3-디올(트리스)을 탈이온수에 첨가하고, 아이스 배스에서 1분 동안 초음파로 분산한 후, 그 혼합물을 상온에서 10시간 또는 36시간 동안 교반한 다음, 여과, 세척 및 건조하여 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브를 제조하는 방법이 알려져 있고(비특허문헌 1), 또한 도파민을 100 ml의 10mM 트리스-HCl (pH 8.5)용액에 용해시키고, 탄소나노튜브를 그 용액에 첨가한 후, 상온에서 12시간 동안 교반한 다음, 세척 및 진공건조하여 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브를 제조하는 방법도 공지된바 있다(비특허문헌 2).
그런데 상기 선행기술문헌들에서는 탄소나노튜브를 도파민 용액과 함께 특정한 조건에서 반응시켜 자발적으로 코팅이 이루어졌으나, 탄소나노튜브에 폴리도파민이 코팅되는 이외로 많은 양의 폴리도파민 입자가 생성됨으로써 균일한 코팅을 얻기 어렵고, 또한 공기 분위기 하에서 긴 코팅공정 시간으로 인하여 생산성이 낮은 문제점이 존재하였다.
따라서 코팅공정 시간을 단축시키기 위하여 산처리된 탄소나노튜브를 PBS-아세톤 혼합용매에 분산시키고, 그 분산용액에 EDC[(1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드] 및 도파민-HCl을 첨가하여 4시간 동안 반응시킨 후, 여과 및 건조하여 산처리된 탄소나노튜브 표면에 도파민기를 도입하는 기술이 공지되었으나, 탄소나노튜브를 산처리 하는 공정이 필연적으로 수반되는 점 및 EDC를 반응물로 사용하는 점 등의 단점이 여전히 존재하였다(특허문헌 1).
또한, 최근에는 본 발명자 등에 의하여 상기 문제점들을 해결하고자 산소 분위기 하에서 폴리도파민을 짧은 시간에 탄소나노튜브에 코팅함으로써 코팅공정 시간을 현저하게 단축함과 아울러 균일한 코팅을 이룰 수 있어 수계에서 탄소나노튜브의 분산성을 향상시킬 수 있는 기술이 개발되었으나, 여전히 물을 제외한 유기계에서의 분산성이 떨어지는 단점이 존재하였다(특허문헌 2).
따라서 본 발명자들은 폴리도파민과 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체(폴리도파민/메톡시폴리에틸렌 글리콜 유도체)가 탄소나노튜브에 산소 분위기 하에서 짧은 시간 내에 혼합 코팅되면 균일한 코팅과 아울러 유기계에서의 분산성이 현저히 향상될 수 있어, 추후 탄소나노튜브/고분자 복합체의 대량생산에도 기여할 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
특허문헌 1. 한국공개특허 제10-2010-0113823호 특허문헌 2. 한국특허출원 제10-2013-O159015호
비특허문헌 1. Bin Fei et al., Carbon 46 (2008) 1792-1828 비특허문헌 2. Weichun Ye et al., Applied Surface Science 256 (2010) 6723-6728
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 산소분위기 하에서 단시간 내에 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체를 탄소나노튜브에 코팅함으로써 균일한 코팅 및 코팅공정 시간의 현저한 단축을 도모하고, 유기계에서의 분산성이 현저히 향상된 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체의 코팅층을 포함하는 탄소나노튜브를 제공한다.
상기 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체는 하기 <화학식 1>로 표시되는 것을 특징으로 한다.
<화학식 1>
Figure 112013116424163-pat00001
(상기 화학식 1에서, R= OH, SH 또는 NH2이고, n은 5~50인 정수이다)
상기 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체는 하기 <화학식 2>로 표시되는 것을 특징으로 한다.
<화학식 2>
Figure 112013116424163-pat00002
(상기 화학식 2에서, x, y는 각각 에틸렌옥시드 및 프로필렌옥시드의 몰 함량이고, x, y는 0이 아니며, 중량평군분자량은 600~2,000 이다)
상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 및 다발형 탄소나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 한다.
상기 코팅층의 두께는 1.3~1.5 nm인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 복합체를 제공한다.
또한, 본 발명은 i) 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체를 트리스-버퍼 용액에 첨가하는 단계; ii) 상기 i) 단계의 용액에 도파민을 용해시켜 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체의 전구체 용액을 얻는 단계; iii) 상기 ii) 단계의 전구체 용액에 탄소나노튜브를 부가하여 산소 분위기 하에서 코팅공정을 수행하는 단계; 및 iv) 상기 iii) 단계에서 코팅공정이 완료된 용액을 원심분리, 진공여과 및 건조하는 단계;를 포함하는 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브의 제조방법을 제공한다.
상기 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체는 하기 <화학식 1>로 표시되는 것을 특징으로 한다.
<화학식 1>
Figure 112013116424163-pat00003
(상기 화학식 1에서, R= OH, SH 또는 NH2이고, n은 5~50인 정수이다)
상기 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체는 하기 <화학식 2>로 표시되는 것을 특징으로 한다.
<화학식 2>
Figure 112013116424163-pat00004
(상기 화학식 2에서, x, y는 각각 에틸렌옥시드 및 프로필렌옥시드의 몰 함량이고, x, y는 0이 아니며, 중량평군분자량은 600~2,000 이다)
상기 i) 단계에서 pH가 8.5 이상으로 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 및 다발형 탄소나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 한다.
상기 iii) 단계의 코팅공정은 15분~1시간 동안 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 산소분위기 하에서 단시간 내에 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체를 탄소나노튜브에 코팅함으로써 균일한 코팅 및 코팅공정 시간의 현저한 단축을 도모하며, 코팅층의 두께가 매우 얇고 유기계에서의 분산성이 현저히 향상되어 탄소나노튜브/고분자 복합체의 대량 생산에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 주사전자현미경(SEM) (a) 및 투과전자현미경(TEM) 사진 (b).
도 2는 본 발명의 비교예 1에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 주사전자현미경(SEM) (a) 및 투과전자현미경(TEM) 사진 (b).
도 3은 본 발명의 비교예 2에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브에 제파민을 그라프팅한 주사전자현미경(SEM) (a) 및 투과전자현미경(TEM) 사진 (b).
도 4는 탄소나노튜브, 본 발명의 실시예 및 비교예 1, 2에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 열중량분석(TGA) 결과.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예 1, 2에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 적외선분광분석(FT-IR) 결과.
도 6은 본 발명의 참고예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 광전자분광분석(XPS) 결과 (a) 및 본 발명의 실시예에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 광전자분광분석(XPS) 결과 (b).
도 7은 본 발명의 비교예 1에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 광전자분광분석(XPS) 결과 (a) 및 본 발명의 비교예 2에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 광전자분광분석(XPS) 결과 (b).
도 8은 탄소나노튜브의 다양한 용매에서의 분산성을 촬영한 사진.
도 9는 본 발명의 참고예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 다양한 용매에서의 분산성을 촬영한 사진.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 다양한 용매에서의 분산성을 촬영한 사진.
이하에서는 본 발명에 따른 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브 및 그 제조방법에 관하여 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.
도파민[2-(3,4-디히드록시페닐)에틸아민]은 다양한 동물의 호르몬 및 신경전달물질이고, 많은 식물에서 폴리페놀의 전구체인 생체모방소재로서 기질에 쉽게 흡착하며 다양한 표면에 특정 조건에서 자발적으로 반응하는 성질을 갖는다. 특히, 수용성이면서 다양한 소재에 흡착하는 성질 때문에 본 발명에서도 탄소나노튜브 표면에 잘 흡착할 수 있는 도파민을 코팅 소재로 사용한다.
게다가 도파민의 중성 용액은 공기와 접촉하면 이내 산화하게 되는데, 이는 실질적으로 자발적인 산화 중합에 의하여 폴리도파민으로 변하고 탄소나노튜브와 같은 소재의 표면에 코팅될 수 있는 것이다. 그러나 종래에는 탄소나노튜브에 폴리도파민을 충분히 코팅하기 위하여 공기 분위기 하에서 코팅공정을 수행하였으나, 코팅공정이 12~24 시간으로 오래 걸리고, 통상적인 탄소나노튜브의 두께인 6~20 nm에 비하여 코팅층의 두께가 6~12 nm로 상대적으로 두껍고 균일한 코팅을 얻기가 어려운 문제점이 있었다.
그러므로 본 발명자들은 이미 이러한 문제점을 해결하고자 산소분위기 하에서 단시간 내에 폴리도파민을 탄소나노튜브에 코팅함으로써 적절한 두께의 균일한 코팅층을 갖는 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브를 개발하여 수계에서 분산성이 향상됨을 확인하였으나, 여전히 유기계에서의 분산성이 떨어져 다양한 고분자 복합체의 응용에 한계가 있음을 알았다.
따라서 본 발명에서는 이러한 한계를 극복하기 위하여 유기계에서의 분산성을 향상시킬 목적으로 메톡시폴리에틸렌글리콜(mPEG) 유도체를 폴리도파민과 함께 동시에 탄소나노튜브에 코팅시킴으로써 상기 문제점들을 모두 해소할 수 있었다.
즉, 본 발명에서는 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체의 코팅층을 포함하는 탄소나노튜브를 제공한다.
상기 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체로서는 말단에 히드록시기를 갖는 메톡시폴리에틸렌글리콜 히드록실(mPEG-OH), 말단에 티올기를 갖는 메톡시폴리에틸렌글리콜 티올(mPEG-SH) 또는 말단에 아민기를 갖는 메톡시폴리에틸렌글리콜 아민(mPEG-NH2)일 수 있다. 구체적으로 상기 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체는 하기 <화학식 1>로 표시되는 것일 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112013116424163-pat00005
(상기 화학식 1에서, R= OH, SH 또는 NH2이고, n은 5~50인 정수이다)
또한, 상기 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체로서는 에틸렌옥시드 단위와 프로필렌옥시드 단위를 함유하는 하기 <화학식 2>로 표시되는 메톡시폴리에틸렌글리콜 아민(mPEG-NH2)을 바람직하게 사용할 수 있다.
<화학식 2>
Figure 112013116424163-pat00006
(상기 화학식 2에서, x, y는 각각 에틸렌옥시드 및 프로필렌옥시드의 몰 함량이고, x, y는 0이 아니며, 중량평군분자량은 600~2,000 이다)
상기 화학식 2에서 x, y는 중량평균분자량 600~2,000의 범위 내에서 자유롭게 조절이 가능하다.
또한, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(single wall carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(double wall carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube), 및 다발형 탄소나노튜브(rope carbon nanotube)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것일 수 있고, 다중벽 탄소나노튜브를 보다 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 i) 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체를 트리스-버퍼 용액에 첨가하는 단계; ii) 상기 i) 단계의 용액에 도파민을 용해시켜 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체의 전구체 용액을 얻는 단계; iii) 상기 ii) 단계의 전구체 용액에 탄소나노튜브를 부가하여 산소 분위기 하에서 코팅공정을 수행하는 단계; 및 iv) 상기 iii) 단계에서 코팅공정이 완료된 용액을 원심분리, 진공여과 및 건조하는 단계;를 포함하는 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브의 제조방법을 제공한다.
상기 i) 단계의 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체는 하기 <화학식 1>로 표시되는 것일 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112013116424163-pat00007
(상기 화학식 1에서, R= OH, SH 또는 NH2이고, n은 5~50인 정수이다)
또한, 상기 i) 단계의 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체로서는 에틸렌옥시드 단위와 프로필렌옥시드 단위를 함유하는 하기 <화학식 2>로 표시되는 메톡시폴리에틸렌글리콜 아민(mPEG-NH2)을 바람직하게 사용할 수 있다.
<화학식 2>
Figure 112013116424163-pat00008
(상기 화학식 2에서, x, y는 각각 에틸렌옥시드 및 프로필렌옥시드의 몰 함량이고, x, y는 0이 아니며, 중량평군분자량은 600~2,000 이다)
상기 화학식 2에서 x, y는 중량평균분자량 600~2,000의 범위 내에서 자유롭게 조절이 가능하다.
상기 i) 단계에서 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 첨가된 트리스-버퍼 용액은 1M NaOH 용액을 사용하여 pH를 8.5 이상으로 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 iii) 단계의 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(single wall carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(double wall carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube), 및 다발형 탄소나노튜브(rope carbon nanotube)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것일 수 있고, 다중벽 탄소나노튜브를 보다 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 코팅공정은 산소 분위기 하에서 15 분 내지 1 시간에 걸쳐 수행할 수 있는데, 코팅공정 시간이 15 분 미만이면 균일한 코팅층을 얻기 어렵고, 1 시간을 초과하면 코팅층의 두께가 두꺼워지는 단점이 있으므로, 상기 범위 내에서 코팅시간을 조절하며, 30 분 동안 코팅공정을 수행하는 것이 더욱 바람직하다.
마지막으로 코팅공정이 완료된 용액을 원심분리, 진공여과 및 건조하는 단계를 거쳐, 본 발명에 따른 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브를 제조한다.
이하 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
( 실시예 )
메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체로서 제파민(JEFFAMINE® : 상기 화학식 2에서 x=19, y=3이고, 중량평균분자량이 1,000인 mPEG-NH2)을 15 mM Trizma® 용액에 1,000 ppm의 농도로 첨가한 후, 1M NaOH 용액을 사용하여 pH를 8.5로 조절하였다. 상기 용액에 도파민을 1,000 ppm의 농도로 용해시켜 폴리도파민/제파민의 전구체 용액을 얻었다. 상기 얻어진 전구체 용액에 다중벽 탄소나노튜브 100 mg을 부가하여 산소 분위기 하의 상온에서 30 분 동안 코팅공정을 수행하였다. 코팅공정 후, 통상의 원심분리, 진공여과 및 건조과정을 순차적으로 거쳐 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브를 제조하였다.
( 비교예 1)
공기 분위기 하의 상온에서 12 시간 동안 코팅공정을 수행한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브를 제조하였다.
( 참고예 )
본 발명자 등의 특허출원 제10-2013-O159015호의 실시예 1과 동일한 방법(산소 분위기 하의 상온에서 30 분 동안 코팅공정을 수행)으로 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브를 제조하였다.
( 비교예 2)
참고예에 따라 제조된 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브와 제파민을 50℃에서 1 시간 동안 반응시켜 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브에 제파민을 그라프팅 하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 주사전자현미경(SEM) (a) 및 투과전자현미경(TEM) 사진 (b)을 나타내었다. 도 1에서 보는 바와 같이 코팅층이 균일하게 형성되고, 코팅층의 두께도 1.3~1.5 nm로 매우 적절함을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 비교예 1에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 주사전자현미경(SEM) (a) 및 투과전자현미경(TEM) 사진 (b)을 나타낸 것인데, 코팅공정을 12 시간 동안 수행하여도 균일한 코팅층이 형성되지 않고, 코팅층의 두께도 6~10 nm로서 상대적으로 두꺼운 것을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 비교예 2에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브에 제파민을 그라프팅한 주사전자현미경(SEM) (a) 및 투과전자현미경(TEM) 사진 (b)을 나타낸 것인데, 산소 조건에서 빠른 반응으로 인하여 폴리도파민의 큰 입자는 생성되지 않으나, 이후 그라프팅 반응을 통하여 생성된 제파민의 영향으로 코팅층이 두껍게 형성된 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 4에는 탄소나노튜브, 본 발명의 실시예 및 비교예 1, 2에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 열중량분석(TGA) 결과를 나타내었는바, 도 4에서 보는 바와 같이 코팅되지 않은 탄소나노튜브는 온도상승에 의한 열중량 감소가 크지 않다. 도파민의 경우 약 170℃에서 분해가 시작되어 꾸준하게 온도에 따라 중량분해가 지속적으로 일어나며, 제파민의 경우 약 300℃에서 급격하게 분해가 진행된다. 실시예를 통해 코팅된 탄소나노튜브의 경우 300℃에서 분해가 일차적으로 일어나며, 그 이후 지속적으로 분해가 일어나는 열분해 곡선을 보인다. 이는 폴리도파민과 제파민이 코팅이 잘 이루어졌음을 보여준다. 비교예 1을 통하여 코팅된 탄소나노튜브의 경우는 제파민의 분해곡선은 나타나지만, 폴리도파민의 분해곡선이 뚜렷하게 나타나지 않았다. 또한, 비교예 2를 통하여 코팅된 탄소나노튜브도 폴리도파민 및 제파민의 분해곡선이 나타나지만, 도파민 대비 제파민의 분해곡선이 더 크며, 열중량 감소폭이 매우 큰 것으로 보아, 탄소나노튜브 대비 제파민이 과량으로 남아있다는 결과를 보여준다.
그리고 도 5에는 본 발명의 실시예 및 비교예 1, 2에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 적외선분광분석(FT-IR) 결과를 나타내었는바, 도 5에서 보는 바와 같이 폴리도파민/제파민 입자는 1610, 1510 및 1108 cm-1 부근에서 주요 피크가 나타난다. 실시예와 비교예 2의 경우 세 종류의 피크가 고르게 나타나며, 비교예 1의 경우 1108 cm-1 부근에서 나타나는 피크가 관찰되지 않았다. 이는 실시예 및 비교예 2가 폴리도파민/제파민 코팅이 이루어졌음을 보여주며, 비교예 1의 경우에는 코팅이 잘 이루어지지 않음을 나타낸다.
또한, 도 6에는 본 발명의 참고예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 광전자분광분석(XPS) 결과 (a) 및 본 발명의 실시예에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 광전자분광분석(XPS) 결과 (b)를 나타내었다.
그리고 도 7에는 본 발명의 비교예 1에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 광전자분광분석(XPS) 결과 (a) 및 본 발명의 비교예 2에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 광전자분광분석(XPS) 결과 (b)를 나타내었다.
도 6 및 7에서 보는 바와 같이 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 경우 탄소나노튜브 대비 O 원소와 N 원소의 분율이 증가한다. 또한 제파민이 많이코팅 될수록 O/N 원소의 비율이 증가하므로 O/N 비율을 통하여 제파민의 코팅량을 추정할 수 있다. 비교예 2를 통하여 코팅된 탄소나노튜브의 경우, O 원소의 중량 비율은 11.77%, N 원소의 중량 비율은 4.62%으로 나타났으며, 실시예를 통하여 코팅된 탄소나노튜브의 경우, O 원소의 중량 비율은 7.25%, N 원소의 중량 비율은 1.38%의 값을 나타냈다. 이는 실시예가 비교예 2 대비 폴리도파민/제파민의 코팅량이 적음을 나타낸다. 또한 O/N 비율이 실시예의 경우 5.25, 비교예 2의 경우 2.55 로서, 비교예 2 대비 폴리도파민/제파민의 코팅이 잘 이루어졌음을 확인할 수 있다.
도 8 내지 10은 각각 탄소나노튜브의 다양한 용매에서의 분산성을, 본 발명의 참고예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브의 다양한 용매에서의 분산성을, 본 발명의 실시예에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브의 다양한 용매에서의 분산성을 촬영한 사진을 나타내었다. 도 8 내지 도 10의 사진으로부터 표면에 코팅이 되지 않은 원래의 탄소나노튜브는 탈이온수(deionized water : DI)에서 뿐만 아니라, 아세톤 및 알코올 등 다양한 유기용매에서 분산성이 떨어짐을 알 수 있고, 본 발명의 참고예에 따라 폴리도파민이 코팅된 탄소나노튜브는 탈이온수와 같은 수계에서는 분산성이 향상된 반면, 아세톤 및 알코올 등의 유기용매에서 분산성은 여전히 떨어짐을 알 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따라 폴리도파민/제파민이 코팅된 탄소나노튜브는 다양한 유기용매에서 분산성이 극히 향상되었음을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명에 의하여 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브는 산소분위기 하에서 단시간 내에 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체를 탄소나노튜브에 한꺼번에 코팅함으로써 균일한 코팅 및 코팅공정 시간의 현저한 단축을 달성할 수 있으며, 코팅층의 두께가 1.3~1.5 nm로 매우 얇고, 유기계에서의 분산성이 향상되어 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브를 포함하는 다양한 고분자 복합체의 대량 생산에 적용 가능하다.

Claims (12)

  1. 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체의 코팅층을 포함하는 탄소나노튜브로서,
    상기 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체는 하기 <화학식 1>로 표시되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브.
    <화학식 1>
    Figure 112015043942811-pat00023

    (상기 화학식 1에서, R= OH, SH 또는 NH2이고, n은 5~50인 정수이다)
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체는 하기 <화학식 2>로 표시되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브.
    <화학식 2>
    Figure 112013116424163-pat00010

    (상기 화학식 2에서, x, y는 각각 에틸렌옥시드 및 프로필렌옥시드의 몰 함량이고, x, y는 0이 아니며, 중량평균분자량은 600~2,000 이다)
  4. 제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 및 다발형 탄소나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브.
  5. 제1항에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 1.3~1.5 nm인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브.
  6. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항의 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 복합체.
  7. i) 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체를 트리스-버퍼 용액에 첨가하는 단계;
    ii) 상기 i) 단계의 용액에 도파민을 용해시켜 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체의 전구체 용액을 얻는 단계;
    iii) 상기 ii) 단계의 전구체 용액에 탄소나노튜브를 부가하여 산소 분위기 하에서 코팅공정을 수행하는 단계; 및
    iv) 상기 iii) 단계에서 코팅공정이 완료된 용액을 원심분리, 진공여과 및 건조하는 단계;를 포함하는 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브의 제조방법으로서,
    상기 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체는 하기 <화학식 1>로 표시되는 것을 특징으로 하는 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브의 제조방법.
    <화학식 1>
    Figure 112015043942811-pat00024

    (상기 화학식 1에서, R= OH, SH 또는 NH2이고, n은 5~50인 정수이다)
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서, 상기 메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체는 하기 <화학식 2>로 표시되는 것을 특징으로 하는 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브의 제조방법.
    <화학식 2>
    Figure 112013116424163-pat00012

    (상기 화학식 2에서, x, y는 각각 에틸렌옥시드 및 프로필렌옥시드의 몰 함량이고, x, y는 0이 아니며, 중량평균분자량은 600~2,000 이다)
  10. 제7항에 있어서, 상기 i) 단계에서 pH가 8.5 이상으로 조절되는 것을 특징으로 하는 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 및 다발형 탄소나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 하는 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 iii) 단계의 코팅공정은 15분~1시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리도파민/메톡시폴리에틸렌글리콜 유도체가 코팅된 탄소나노튜브의 제조방법.
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