KR101625023B1 - 그래핀 복합 유기용액의 제조방법 및 이 방법으로 제조한 그래핀 복합 유기용액 - Google Patents

그래핀 복합 유기용액의 제조방법 및 이 방법으로 제조한 그래핀 복합 유기용액 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 및 고 물성의 도료, 잉크, 접착제 등으로 사용할 수 있는 그래핀 복합 유기용액의 제조방법 및 이 방법으로 제조한 그래핀 복합 유기용액에 관한 것으로, 수지와 용제로 구성된 유기용액과 그래파이트를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 미분쇄하는 단계와, 상기 미분쇄된 혼합물을 압송하고 스프레이하여 그래파이트를 박리함으로써, 그래핀화하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 간단한 방법으로 그래핀 복합 유기용액을 제조함으로써, 이를 전도성, 내마모성, 강도가 우수한 도료, 접착제, 잉크 등으로의 사용이 가능하도록 하는 장점이 있다.

Description

그래핀 복합 유기용액의 제조방법 및 이 방법으로 제조한 그래핀 복합 유기용액{METHOD FOR MANUFACTURING ORGANIC SOLUTION COMPRISING GRAPHENE AND ORGANIC SOLUTION BY THE SAME}
본 발명은 전도성 및 고 물성의 도료, 잉크, 접착제 등으로 사용할 수 있는 그래핀 복합 유기용액의 제조방법 및 이 방법으로 제조한 그래핀 복합 유기용액에 관한 것이다.
그래핀(graphene)은 그래파이트(graphite)를 구성하는 한 개의 평면 층으로 높은 전하 이동도와 질량 대비 높은 표면적으로 인해 전자산업, 나노산업 등에서 다양하게 사용될 수 있는 잠재적인 가능성이 있는 물질이다.
기존에 그래핀을 얻는 방법에는 미세 기계적(micromechanical) 방법과 산화규소(SiC) 결정 열분해 방법이 있다. 미세 기계적 방법은 그래파이트 시료에 스카치테이프를 붙인 다음 이를 떼어내어, 스카치테이프 표면에 그래파이트로부터 떨어져 나온 시트 형태의 그래핀을 얻는 방식이다. 이 경우 떼어져 나온 그래핀 시트는 그 층의 수가 일정하지 않으며, 모양도 종이가 찢긴 형상으로 일정하지가 않다. 더욱이 대면적으로 그래핀 시트를 얻는 것은 지극히 곤란하다는 단점이 있다.
그리고 탄화규소(SiC) 결정 열분해 방법은 SiC 단결정을 가열함으로써 표면의 SiC를 분해해 규소(Si)는 제거하고 남아 있는 탄소(C)에 의하여 그래핀이 생성되는 원리를 이용한다. 이 방법의 경우 출발물질로 사용하는 SiC 단결정이 매우 고가이며, 그래핀을 대면적으로 얻기가 매우 어렵다는 문제가 있다.
한편, 최근에는 화학적 방법을 이용하여 그래핀을 제조하려는 시도가 일고 있다. 그래파이트에 화학물질을 처리하여 그래핀을 박리시키는 방법이 시도되고 있다. 또, 기판 위에 부착된 그래파이트 위에 촉매를 입힌 후 고분자를 그 위에 덮고 열처리하여 그래파이트로부터 그래핀을 얻은 다음 기판을 제거하여 그래핀 시트를 얻는 방법도 있다. 이 방법은 고품질의 그래핀 시트를 얻을 수는 있으나 공정 과정이 다소 복잡하다. 따라서, 아직까지도 완벽한 제어에는 어려움이 있다.
다른 방법으로는 산화 그래핀(graphene oxide)을 이용하는 방법이 있다. 그래파이트가 산화물 형태가 되면 분산이 용이하므로 박막화 하기에 용이하다. 산화 그래핀을 생산하는 방법은 산화 그래파이트(graphite oxide)를 형성하도록 그래파이트를 산화시키고, 이를 통해 수용액 내에 분산된 산화 그래핀 시트를 얻는 것인데, 이러한 방법은 먼저 그래파이트를 분쇄하고, 과망간산칼륨(KMnO4) 등의 산화제(oxidizing agent)를 포함한 강산 처리로 그래파이트를 산화시킨 후 초음파 처리를 통해 산화 그래핀을 분리해내는 방식을 주로 사용해 왔다. 그러나 분쇄 및 초음파 처리는 그래핀에 물리적으로 강한 충격을 주기 때문에 대면적의 산화 그래핀을 얻기가 어렵고, 다단계 공정으로 원가가 높으며, 강산 등의 위험물에 의한 산재의 위험이 높고, 환원정제 시 부산물이 다량발생하여 환경오염을 발생시키는 등의 문제점이 있다.
상기와 같은 그래핀의 제조방법에 관한 선행특허로는 대한민국 등록특허 제10-1289389호의 '전기화학을 이용한 그래핀의 제조 방법' , 대한민국 공개특허 제10-2012-0001591호 '그래핀의 제조 장치 및 제조 방법', 대한민국 공개특허 제10-2011-0065971호의 '산화 그래핀 제조방법' 등이 제안되었으나, 앞서 언급한 문제점들을 개선하지 못하였다.
KR 10-1289389 B1 KR 10-2012-0001591 A KR 10-2011-0065971 A
본 발명의 목적은 제조공정이 단순하여 제조단가가 높지 않으면서도, 강산 등을 사용하지 않아 환경오염을 유발하지 않는 방법으로 그래핀 복합 유기용액을 제조하는 것이다.
또한, 이러한 그래핀 복합 유기용액을 도료, 접착제, 잉크 등으로 사용할 경우, 전도성, 내마모성, 강도가 우수하도록 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 그래핀 복합 유기용액의 제조방법은 수지와 용제로 구성된 유기용액과 그래파이트를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 미분쇄하는 단계와, 상기 미분쇄된 혼합물을 압송하고 스프레이하여 그래파이트를 박리함으로써, 그래핀화하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 수지는 폴리실록산(polysiloxane) 수지, 불소 수지(fluoro resine), 아크릴(acrylic) 수지, 염화비닐(vinyl chloride) 수지, 폴리아미드(polyamid) 수지, 폴리에스테르(polyester) 수지, 멜라민(melamine) 수지, 초산비닐(polyvinyl acetate) 수지, 아민(amine) 수지, 페놀(phenol) 수지, 폴리이소시아네이트 수지, 폴리우레탄(polyurethane) 수지, 에폭시(ephoxy) 수지, 폴리우레아(polyurea) 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET, 페트) 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 수지, 폴리스타이렌(polystyrene, PS) 수지, ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 수지, 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 다황화물계(多黃化物系)고무(polysulfide rubber), 실리콘고무(silicone rubber), 플루오로고무(fluororubber), 스티렌부타디엔고무(Styrene Butadiene Rubber;SBR) 중 어느 하나 또는 이들 중에서 선택된 둘 이상의 혼합물이거나 공중합체이며,
상기 용제는 지방족 탄화수소, 고리모양 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로젠화 탄화수소, 알코올, 알데하이드, 에테르, 에스터, 케톤, 글리콜에테르, 이황화탄화수소 및 크레솔로 이루어진 군 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
상기 미분쇄된 혼합물을 압송하고 스프레이하여 그래파이트를 박리함으로써, 그래핀화하는 단계는, 상기 미분쇄된 혼합물을 순환탱크에 주입하는 단계와, 상기 순환탱크 내의 혼합물을 압송장치를 이용하여 압송하는 단계와, 상기 압송된 혼합물을 순환탱크 내부를 향하여 설치된 노즐로 스프레이하여 그래파이트를 박리하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 압송하는 단계와 박리하는 단계는 10회 이상 반복하는 것을 특징으로 한다.
상기 순환탱크 내의 혼합물을 압송장치를 이용하여 압송하는 단계는, 10~100,000 ㎏f/㎠의 압력으로 압송하는 것임을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 간단한 방법으로 그래핀 복합 유기용액을 제조함으로써, 이를 전도성, 내마모성, 강도가 우수한 도료, 접착제, 잉크 등으로의 사용이 가능하도록 하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 그래핀 복합 유기용액의 대략적인 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 미분쇄된 유기용액과 그래파이트 혼합물을 그래핀화하기 위한 대략적인 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 실시예 1의 SEM 사진이다.
도 5 및 도 6은 실시예 2의 SEM 사진이다.
이하, 본 발명을 도 1을 참조하여 설명한다.
종래 그래핀의 제조방법은 모두 그래핀을 고형으로 제조하는 방법인바, 그래핀 시트를 대면적으로 얻기 어렵거나 강산의 사용으로 제조가 어렵고 환경오염이 야기되며, 제조단가가 비싸지는 등의 단점이 있었다.
그러나 그래핀을 도료, 접착제, 잉크 등으로 사용하고자 할 경우, 이를 고형으로 제조할 필요성이 없는 바, 본 발명에서는 유기용액을 이용하여 그래파이트를 그래핀화함으로써, 그래핀 복합 유기용액을 제조하는 것이다.
즉, 본 발명은 그래핀 복합 유기용액을 간단한 공정으로 제조함으로써, 제조단가를 낮추는 것은 물론, 환경오염이 야기되는 것을 방지하며, 전도성, 강도 및 내마모성이 우수한 고품질의 도료, 접착제, 잉크 등을 제공할 수 있도록 하는 것이다.
상기와 같은 특성을 갖는 본 발명의 그래핀 복합 유기용액의 제조방법은, 수지와 용제로 구성된 유기용액과 그래파이트를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 미분쇄하는 단계와, 상기 미분쇄된 혼합물을 압송하고 스프레이하여 그래파이트를 박리함으로써, 그래핀화 하는 단계를 포함하여 이루어진다.
일반적으로, 그래핀은 반데르발스 힘(van der Waales force) 등에 의하여 수십만 내지 수백만 이상으로 쌓인 층상 구조를 갖는 그래파이트(graphite)로부터 분리된 단층을 일컫는 것이나, 본 발명에서의 그래핀 복합 유기용액에 포함된 그래핀은 이러한 단층의 그래파이트 또는 수 내지 수십 층의 그래파이트(유사 그래핀)일 수 있다.
상기 그래파이트로부터 분리된 단층의 그래핀은 물리적 및 화학적 안정성이 매우 높으며, 전기 전도성은 구리(Cu)에 비하여 약 100배 이상, 전자 이동성은 실리콘(silicone)에 비하여 약 100배 이상, 강도는 강철에 비하여 약 200배 이상, 열 전도성은 다이아몬드(diamond)에 비하여 약 2배 이상 우수한 것으로 알려져 있으므로, 그래핀을 도료, 접착제, 잉크 등으로 활용할 경우 우수한 물성을 확보할 수 있어 고품질의 제품을 생산할 수 있게 되는 것이다.
이하, 본 발명을 단계별로 설명한다.
수지와 용제로 구성된 유기용액과 그래파이트를 혼합하는 단계
먼저, 수지와 용제로 구성된 유기용액과 그래파이트를 배합기를 이용하여 혼합한다. 이때, 원료인 그래파이트는 천연 흑연 또는 인조 흑연일 수 있으며, 예를 들면 인조 흑연은 코크스(cokes)를 고온으로 가열하여 제조한 것일 수 있다. 상기 그래파이트의 입도는 0.5~5mm임이 바람직한데, 이는 유기용액과의 원활한 혼합을 위한 것이다.
그리고 상기 유기용액은 수지와 용제로 구성되는바, 상기 수지로는 폴리실록산(polysiloxane) 수지, 불소 수지(fluoro resine), 아크릴(acrylic) 수지, 염화비닐(vinyl chloride) 수지, 폴리아미드(polyamid) 수지, 폴리에스테르(polyester) 수지, 멜라민(melamine) 수지, 초산비닐(polyvinyl acetate) 수지, 아민(amine) 수지, 페놀(phenol) 수지, 폴리이소시아네이트 수지, 폴리우레탄(polyurethane) 수지, 에폭시(ephoxy) 수지, 폴리우레아(polyurea) 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET, 페트) 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 수지, 폴리스타이렌(polystyrene, PS) 수지, ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 수지, 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 다황화물계(多黃化物系)고무(polysulfide rubber), 실리콘고무(silicone rubber), 플루오로고무(fluororubber), 스티렌부타디엔고무(Styrene Butadiene Rubber;SBR) 중 어느 하나 또는 이들 중에서 선택된 둘 이상의 혼합물이거나 공중합체를 사용함이 바람직하다.
또한, 상기 용제로는 지방족 탄화수소, 고리모양 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로젠화 탄화수소, 알코올, 알데하이드, 에테르, 에스터, 케톤, 글리콜에테르, 이황화탄화수소 및 크레솔로 이루어진 군 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
더욱 구체적으로는 상기 고리모양 탄화수소로는, 휘발유, 등유(케로센), 노말헥세인 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 고리모양 탄화수소로는 사이클로헥사놀, 메틸사이클로헥사놀 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 방향족 탄화소소로는 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고 상기 할로젠화 탄화수소로는 다이클로로메테인, 클로로폼, 다이클로로에테인, 트라이클로로에테인, 테트라클로로에테인, 다이클로로에틸렌, 트라이클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌 등의 지방족 염화탄화수소, 클로로벤젠, 올소-다이클로로벤젠 등의 방향족 염화탄화수소를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고 알코올로는 1뷰탄올, 2뷰탄올, 아이소뷰탄올, 아이소펜탄올, 아이소프로판올, 에틸알코올, 메틸알코올 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 에테르로는 에틸에테르, 다이옥세인, 테트라하이드로뷰테인 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 에스터류로는 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 아세트산아이소프로필, 아세트산뷰틸, 아세트산아이소뷰틸, 아세트산펜틸, 아세트산아이소펜틸 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 케톤류로는 아세톤, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸뷰틸케톤(MBK), 메틸아이소뷰틸케톤(MIBK) 등을 1종 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 글리콜에테르(셀로솔브)로는 에틸렌글리콜모노메틸에테르(메틸셀로솔브), 에틸렌글리콜모노에틸에테르(에틸셀로솔브), 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세텔(셀로솔브아세테이트), 에틸렌글리콜모노뷰틸에테르(뷰틸셀로솔브) 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 즉, 본 발명의 용제로는 상기에서 나열된 모든 용제를 그 종류에 관계없이 단독 또는 둘 이상 혼합하여 사용 가능하다.
상기 수지와 용제로 이루어진 유기용액은 고형분 0.1~100% 점도 1~10,000KU의 점성 유기용액으로, 용제 없이 올리고머상의 100% 고형분의 액상수지를 사용하기도 한다. 즉, 에폭시 및 우레탄, 우레아 등의 무용제 타입의 수지는 고점도의 올리고머 수지로서 용제를 사용하지 않더라도 액상이므로, 이를 용제 없이 그대로 사용할 수 있는 것이나, 가장 바람직하게는 수지와 용제를 혼합하여 고형분 40~80%의 것을 이용하는 것이다. 상기 수지와 용제의 혼합비는 상기 고형분의 함량을 고려하여 적절히 혼합한다.
본 발명에서 상기 수지와 용제로 구성된 유기용액을 사용하는 이유는, 이러한 유기용액을 사용할 경우, 별도의 열을 가하지 않더라도 유기용액과 그래파이트를 고압 분사하여 손쉽게 그래핀화할 수 있기 때문이며, 이를 도료, 접착제, 잉크 등으로 그대로 사용할 수 있어, 제조공정을 단순화할 수 있고 제조단가 역시 낮출 수 있기 때문이다.
또한, 상기 유기용액과 그래파이트 분말의 혼합비는 10: 0.1~5중량비 정도가 바람직한 바, 상기 그래파이트 분말의 혼합량이 너무 적으면 비효율적일 뿐 아니라, 그래파이트의 함량이 적어 제조된 그래핀 복합 유기용액이 충분한 물성을 발휘할 수 없으며, 너무 과량일 경우 그래핀화가 어려울 수 있기 때문이다.
상기 혼합된 혼합물을 미분쇄하는 단계
상기와 같이 혼합이 완료되면, 이를 미분쇄한다. 상기 미분쇄단계는 상기 유기용액과 그래파이트 분말의 혼합물에 물리적 충격을 가하여 그래파이트의 입자를 미세 입자화하는 과정으로서, 상기 물리적 충격은 볼밀(ball mill), 회전 칼날, 각종 습식 분쇄기 등을 이용할 수 있다. 더욱 구체적으로는 상기 혼합물을 용기에 넣고 회전 칼날이 설치된 디졸바에서 500~100,000rpm으로 분쇄하거나, 상기 혼합물을 볼밀에 넣고 50~10,000rpm으로 1분 내지 48시간 분쇄하는 방법 등을 이용할 수 있으나, 이를 반드시 제한하는 것은 아닌 것으로, 혼합물에 물리적 충격을 가할 수 있다면 그 방법을 제한하지 않는다.
상기 미분쇄된 혼합물을 압송하고 스프레이하여 그래파이트를 박리함으로써, 그래핀화 하는 단계
다음으로, 분쇄가 완료된 상기 미분쇄된 혼합물을 압송하고 고압 펌핑을 통하여 미세노즐로 스프레이함으로써, 층상 그래파이트로부터 단일 층을 박리하여 그래핀을 제조하는 것이다.
이때, 수지가 용제에 용해되어 있는 유기용액은 고점성의 상태이므로, 고압 분사시 고점성 상태의 용액이 분사되는 힘에 의하여, 수만 내지 수백만 이상의 층으로 형성된 층상 그래파이트의 층들이 박리되어 용액 내에 단일 층으로 분포되게 된다. 이러한 스프레이 작업을 통해 단번에 그래파이트의 박리가 균일하게 완성되는 것은 아니며 반복 작업에 의하여 가능해 진다.
상기 미분쇄된 혼합물을 압송하고 스프레이하여 그래파이트를 박리함으로써, 그래핀화하는 단계를 도 2를 참고하여 더욱 상세히 설명하면, 먼저, 상기 미분쇄된 혼합물을 순환탱크에 주입한다. 이때 상기 순환탱크에는 노즐이 설치되어 있는데, 상기 노즐은 순환탱크 내부를 향하여 스프레이 되도록 설치되어 있다. 즉, 상기 순환탱크에 투입된 혼합물을 압송장치를 이용하여 압송한 후, 이를 상기 순환탱크 내부를 향하여 설치된 노즐로 스프레이하여 그래파이트를 박리하는 것이다. 그리고 이러한 순환탱크 내부의 혼합물을 압송장치를 이용하여 압송하여 노즐로 스프레이 하는 과정을 반복함으로써, 고품질의 그래핀 복합 유기용액을 제조하는 것이다.
여기서, 상기 압송 단계와 박리 단계는 10회~10,000,000회간 반복하는 것이 바람직한데, 충분한 반복을 통하여 그래파이트의 박리도를 더욱 높일 수 있기 때문이다. 그리고 상기 순환탱크 내의 혼합물을 압송장치로 압송하는 단계는, 10~100,000㎏f/㎠의 압력으로 압송하는 것이 바람직한데, 상기 압송장치의 압력이 높을수록 공정효율이 향상되므로, 압력이 낮을 경우 스프레이 횟수를 늘리고 압력이 높을 경우 스프레이 횟수를 적게 할 수 있다. 즉, 스프레이 압력이 높을수록, 스프레이 횟수가 많을수록 박리도가 높으며, 혼합물의 점성도가 높을수록 박리효과가 우수해진다.
이때, 상기 압송장치로는 피스톤, 플렌져 타입 또는 기어식 압송펌프, 다단계식 펌프 등을 이용할 수 있으며, 공기압력 및 진공압력으로 압송하여 노즐로 스프레이 할 수 있다면, 상기 압송 방법 및 압송장치의 종류를 제한하지 않는다.
아울러, 상기 노즐은 그 직경이 0.1~10mm인 것이 바람직하나, 더욱 바람직하게는 1~5mm의 것을 사용함으로써, 그래파이트의 박리도를 높이는 것이 좋다.
상기와 같은 방법을 통해 제조되는 그래핀 복합 유기용액은 제조공정이 간단하고, 강산 등의 환경오염물질을 사용하지 않으며, 제조단가가 비교적 낮아, 다양한 분야에 고품질의 제품들을 제공할 수 있게 된다.
또한, 상기 그래핀 복합 유기용액은 그대로 사용할 수도 있으나, 이를 희석하여 사용할 수도 있으며, 희석시에는 제조시에 사용된 유기용액을 이용하여 희석한다. 또한, 별도의 가교제를 첨가하여 건조가 용이하도록 할 수도 있는바, 이를 고품질의 도료, 접착제 및 잉크, 그리고 그 첨가 조성물로서 사용하는 것이다.
아울러, 별도로 설명하지는 않았지만 상기한 도료, 접착제 및 잉크 이외에도 다양한 분야에의 적용이 가능함은 당연하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
(실시예 1)
30ℓ의 스테인리스 용기에 우레탄 수지용액(톨루엔 50중량%:우레탄 수지 50중량%) 10kg을 투입하고, 여기에 다시 평균 입도가 1.2mm인 층상 그래파이트 분말 0.5kg 및 에틸아세테이트 5kg을 투입하였다. 그리고 회전 나이프형 날이 붙은 디졸바를 장착하여 155rpm으로 1시간 동안 혼합한 후, 속도를 1050rpm으로 높여 2시간 동안 분쇄하였다.
다음으로, 이를 300목 여과포로 여과하고, 이를 50ℓ의 스테인리스 순환탱크에 투입하였다. 이때, 상기 순환탱크에는 피스톤이 연결설치되고, 상기 피스톤에는 노즐이 연결설치되되, 상기 노즐은 순환탱크 내부를 향하여 스프레이 되도록 설치되었다. 그리고 상기 순환탱크에 연결 설치된 피스톤의 펌핑 압력 50 ㎏f/㎠의 조건에서 3시간, 100㎏f/㎠의 조건에서 3시간, 230 ㎏f/㎠의 조건에서 18시간 동안 순차적으로 압력을 상승시키면서 스프레이함으로써, 우레탄 수지 베이스의 그래핀 복합 유기용액을 완성하였다.
그리고 이렇게 완성된 그래핀 복합 유기용액을 그래핀 함유량이 수지 고형분비례 10%가 되도록 우레탄 수지용액으로 희석하고, 가교제로서 폴리이소시아네이트를 당량 첨가하여 가교 건조하였다. 상기 건조된 건조물의 절단면을 첨부된 도 3, 4와 같이 주사전자현미경(SEM)으로 분석하였다. 또한, 전기 전도도 시험을 실시하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
상기 전기 전도도 시험은 ASTM D991방법에 준하여 실시하였으며, 100×100×5㎜ 크기의 유리판에 상기한 실시예 1의 그래핀 복합 유기용액을 이용하여 코팅두께가 100㎛가 되도록 도막을 형성하고, 10V의 전압을 인가하였다.
실시예 1의 전기 전도도 시험 결과.
시험항목 시험방법 단위 시험결과
표면저항 ASTM D991 Ω/sq 4.06×102
전기 전도도 ASTM D991 S/㎝ 1.23×10-1
도 3, 4 및 상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 전기 전도도가 우수함을 확인할 수 있었으며, 그래핀의 특성을 잘 나타냄을 확인할 수 있었다.
(실시예2)
30ℓ의 스테인리스 용기에 에폭시 수지용액(수지 100%) 10kg 에 평균 입도 1.2mm 층상 그래파이트 분말 1kg 을 넣어 회전 나이프형 날이 붙은 디졸바에 장착하여 160rpm으로 1시간 혼합 후 속도를 1300rpm으로 하여 2시간 분쇄하였다. 그리고 이를 300목 여과포로 여과하고 50ℓ의 스테인리스 순환탱크에 넣어 피스톤 핑 압력 70 ㎏f/㎠ 조건에서 3시간, 110㎏f/㎠ 3시간, 260㎏f/㎠ 18시간으로 순차적으로 압력을 상승시켜 스프레이를 24시간 반복함으로써, 에폭시수지 베이스의 그래핀 복합 유기용액을 완성하였다.
그리고 그래핀 함유량이 수지 고형분비례 10%가 되도록 에폭시수지(액상 수지)로 희석하고, 가교제로서 아민 수지를 당량 첨가하고 가교 건조하였다. 상기 건조된 건조물의 절단면을 첨부된 도 5, 6과 같이 주사전자현미경(SEM)으로 분석하였다. 또한, 전기전도도 시험을 실시하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상기 전기 전도도 시험은 ASTM D991방법에 준하여 실시하였으며, 100×100×5㎜ 크기의 유리판에 상기한 실시예 1의 그래핀 복합 유기용액을 이용하여 코팅두께가 100㎛가 되도록 도막을 형성하고, 10V의 전압을 인가하였다.
실시예 2의 전기전도도 시험 결과.
시험항목 시험방법 단위 시험결과
표면저항 ASTM D991 Ω/sq 4.29×102
전기 전도도 ASTM D991 S/㎝ 1.58×10-1
상기 표 2 및 도 5, 6에서 알 수 있는 바와 같이, 전기 전도도가 우수함을 확인할 수 있었으며, 그래핀의 특성을 잘 나타냄을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 수지와 용제로 구성된 고형분 0.1~100%, 점도 1~10,000KU의 점성 유기용액과 그래파이트를 혼합하는 단계와,
    상기 혼합된 혼합물을 미분쇄하는 단계와,
    상기 미분쇄된 혼합물을 압송하고 스프레이하여 그래파이트를 박리함으로써, 그래핀화하는 단계를 포함하며,
    상기 미분쇄된 혼합물을 압송하고 스프레이하여 그래파이트를 박리함으로써, 그래핀화하는 단계는,
    상기 미분쇄된 혼합물을 순환탱크에 주입하는 단계와,
    상기 순환탱크 내의 혼합물을 압송장치를 이용하여 10~100,000 ㎏f/㎠의 압력으로 압송하는 단계와,
    상기 압송된 혼합물을 순환탱크 내부를 향하여 설치된 노즐로 스프레이하여 그래파이트를 박리하는 단계를 포함하며,
    상기 압송하는 단계와 박리하는 단계를 10회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 그래핀 복합 유기용액의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수지는 폴리실록산(polysiloxane) 수지, 불소 수지(fluoro resine), 아크릴(acrylic) 수지, 염화비닐(vinyl chloride) 수지, 폴리아미드(polyamid) 수지, 폴리에스테르(polyester) 수지, 멜라민(melamine) 수지, 초산비닐(polyvinyl acetate) 수지, 페놀(phenol) 수지, 폴리이소시아네이트 수지, 폴리우레탄(polyurethane) 수지, 에폭시(ephoxy) 수지, 폴리우레아(polyurea) 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET, 페트) 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 수지, 폴리스타이렌(polystyrene, PS) 수지, ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 수지, 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 다황화물계(多黃化物系)고무(polysulfide rubber), 실리콘고무(silicone rubber), 플루오로고무(fluororubber), 스티렌부타디엔고무(Styrene Butadiene Rubber;SBR) 중 어느 하나 또는 이들 중에서 선택된 둘 이상의 혼합물이거나 공중합체이며,
    상기 용제는 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로젠화 탄화수소, 알코올, 알데하이드, 에테르, 에스터, 케톤, 글리콜에테르, 이황화탄화수소 및 크레솔로 이루어진 군 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 그래핀 복합 유기용액의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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