KR101669573B1 - 탄소계 물질용 분산제 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산소를 일정량 이상 포함하는 기체 분위기 하에서 고온, 고압에서 수열반응을 이용하여 산화 처리하거나 또는 일정량의 강산을 사용함으로써 고온 반응으로 산화 처리를 통해 제조되는 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

탄소계 물질용 분산제 및 그 제조방법{DISPERSANT FOR USING CARBON-CONTAINING SUBSTANCE AND METHOD OF PREPARING THE SAME}
본 발명은 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산소를 일정량 이상 포함하는 기체 분위기 하에서 고온, 고압에서 수열반응을 이용하여 산화 처리하거나 또는 일정량의 강산을 사용함으로써 고온 반응으로 산화 처리를 통해 제조되는 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
탄소 나노 튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 또는 플러렌(fullerene) 등 다양한 탄소계 물질들은 그 강도와 전도성 등의 특성으로 인해 미래의 유망한 소재로서 그 가치를 인정받고 있고, 다양한 매질, 예를 들어 수용매 등에서 고농도로 균일하게 분산시킬 수 있으며 보다 단순화된 제조 공정 및 낮은 비용으로 확보할 수 있는 신규한 분산제의 개발이 계속적으로 요구되고 있다.
폴리 방향족 탄화수소는 벤젠 고리 등의 방향족 물질을 다수 포함하고 있는 화합물로, 상기 폴리 방향족 탄화수소를 산화시키는 방법으로서, 종래에는 예를 들어, 화석 연료 또는 이의 산물로부터 얻어진 피치(pitch)를 원료로 하여 진한 질산(HNO3), 황산(H2SO4) 또는 이들을 혼합해서 피치를 산화시키는 방식을 사용하고 있었다.
그러나, 상기와 같은 종래의 방법으로 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 제조하게 되면, 질산이나 황산과 같은 강산을 과량 사용하기 때문에, 사용자에게 큰 위험을 초래할 수 있을 뿐만 아니라, 반응 및 정제 공정에서 NOx와 같은 질소 산화물이 생성되어 이로 인한 부식을 막기 위한 관련 장비가 요구되어 비용이 증가하는 문제 및 반응 후 산성 산업 폐수가 대량으로 발생되어 처리문제로 인한 비용이 증가하는 문제가 있었다.
종래의 발명으로는, 예를 들어, 일본 공개특허 2008-248412 등에서는 탄소섬유용 분산제에 대한 연구가 진행되었으나, 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제에 대한 뚜렷한 개선은 없었다.
JP 2008-248412 A
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자,
본 발명은 산소를 일정량 이상 포함하는 기체 분위기 하에서 고온, 고압에서 수열반응을 이용하여 산화 처리하거나 또는 일정량의 강산을 사용함으로써 고온 반응으로 산화 처리를 통해 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 산소(O)가 하나 이상 포함된 작용기를 1종 이상 포함하는 폴리 방향족 탄화수소 산화물로, 분자량이 100 내지 1500이고, 전체 산화물 대비 산소를 12 내지 50 중량%로 포함하고, 부피 가중 평균 입자 크기가 7㎛ 이하인 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제를 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소와 물을 반응기 내에 투입한 후 교반하는 단계;
(b) 상기 반응기의 내부 온도를 150 내지 300℃로 가온한 후, 산소를 10 중량% 이상 포함하는 기체를 투입하여, 내부 산소 분압 2 내지 30 bar로 가압하는 단계; 및
(c) 산소와 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소를 반응시켜 산화시키는 단계;를 포함하는 탄소계 물질용 분산제의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소와, 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소의 총 무게 대비 강산을 5 내지 300배로 반응기 내에 투입한 후 교반하는 단계; 및
(b) 상기 반응기의 내부 온도를 50 내지 100℃로 가온한 후, 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소와 강산을 1 내지 7 시간 동안 반응시켜 산화시키는 단계;를 포함하는 탄소계 물질용 분산제의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제 및 그 제조 방법에 따르면, 강산과 같은 산화제를 사용하지 않고, 공기 분위기 상에서 고온 고압의 산화 반응을 통하거나 종래의 기술에 비하여 강산의 함량을 줄인 산화 반응을 통하여 탄소계 물질, 특히 그래핀 분산 시에 효율적인, 7㎛ 이하의 크기를 갖는 탄소계 물질용 분산제를 제조할 수 있는데, 상기 분산제 입자 크기가 7㎛ 이하인 경우 효율적으로 그래핀 층(layer) 사이에서 그래핀을 용매 내에 분산시킬 수 있으며, 동시에 그래핀 분산능을 유지할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 탄소계 물질용 분산제에 대한 레이저 회절법을 이용하여 얻은 입자 크기에 따른 부피 비율에 관한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2의 탄소계 물질용 분산제에 대한 레이저 회절법을 이용하여 얻은 입자 크기에 따른 부피 비율에 관한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3의 탄소계 물질용 분산제에 대한 레이저 회절법을 이용하여 얻은 입자 크기에 따른 부피 비율에 관한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4의 탄소계 물질용 분산제에 대한 레이저 회절법을 이용하여 얻은 입자 크기에 따른 부피 비율에 관한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 비교예로 피치의 시료에 대한 레이저 회절법을 이용하여 얻은 입자 크기에 따른 부피 비율에 관한 그래프이다.
이하 본 발명의 탄소계 물질용 분산제 및 그 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 산소(O)가 하나 이상 포함된 작용기를 1종 이상 포함하는 폴리 방향족 탄화수소 산화물로, 분자량이 100 내지 1500이고, 전체 산화물 대비 산소를 12 내지 50 중량%로 포함하고, 부피 가중 평균 입자 크기가 7㎛ 이하인 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제에 관한 것이다.
상기 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제에서 분자량은 말디-토프 질량 분석법(MALDI-TOF mass spectroscopy)에 의해서 측정한 분자량을 나타내고, 상기 탄소계 물질용 분산제의 분자량은 100 내지 1500 인 것이 바람직하고, 300 내지 1000인 것이 더욱 바람직하다.
상기 폴리 방향족 탄화수소 산화물에서 산소(O)가 하나 이상 포함된 작용기는 히드록시기(-OH), 카르복실기(-COOH), 알데히드기(-CHO), 케톤기(-CO) 및 NO기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상 일 수 있다.
탄소계 물질, 특히 그래핀 분산 및 그래핀 박리 시에 효율적인, 7㎛ 이하의 크기를 갖는 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제에서 상기 분산제 입자 크기가 7㎛ 이하인 경우 효율적으로 그래핀 층(layer) 사이에서 그래핀을 용매 내에 분산시킬 수 있으며, 동시에 그래핀 분산능을 유지할 수 있는 장점을 갖는다.
상기 탄소계 물질용 분산제에서 사용되는 상기 폴리 방향족 탄화수소는 벤젠 고리를 5 내지 50개 포함할 수 있고, 상기 폴리 방향족 탄화수소는 화석 연료 또는 이의 산물로부터 얻어진 피치 일 수 있다.
상기 탄소계 물질은 그래핀, 탄소 나노 튜브, 그래파이트, 카본블랙 및 플러렌 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 탄소계 물질용 분산제의 제조방법은, (a) 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소와 물을 반응기 내에 투입한 후 교반하는 단계;
(b) 상기 반응기의 내부 온도를 150 내지 300℃로 가온한 후, 산소를 10 중량% 이상 포함하는 기체를 투입하여, 내부 산소 분압 2 내지 30 bar로 가압하는 단계; 및
(c) 산소와 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소를 반응시켜 산화시키는 단계;를 포함한다.
먼저, 본 발명의 탄소계 물질용 분산제의 제조방법은 (a) 단계에서 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소와 물을 반응기 내에 투입한 후 교반한다.
상기 (a) 단계에서 물과 함께 반응기에 투입되는 폴리 방향족 탄화수소는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 분자량이 100 내지 1500, 더욱 바람직하게는 300 내지 1000의 폴리 방향족 탄화수소를 사용할 수 있다. 또한, 상기 폴리 방향족 탄화수소는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 벤젠 고리를 5 내지 50개를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 상기 폴리 방향족 탄화수소는 상기의 조건을 만족하는 화석 연료 또는 이의 산물로부터 얻어진 피치를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리 방향족 탄화수소를 포함하는 탄소계 물질을 사용할 수 있다.
상기 반응기로는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 수열 반응기를 사용할 수 있다.
이 후, 본 발명의 탄소계 물질용 분산제의 제조방법은 (b) 상기 반응기의 내부 온도를 150 내지 300℃로 가온한 후, 산소를 10 중량% 이상 포함하는 기체를 투입하여, 내부 산소 분압 2 내지 30 bar로 가압한다.
상기 (b) 단계에서는 내부 온도를 150 내지 300℃로 가온하여 고온 상태를 유지함과 동시에, 산소(O2)를 포함하는 기체를 투입함으로써, 산소(O2)를 반응기 내에 공급함과 동시에 내부 산소 분압을 2 내지 30bar의 고압 상태로 유지시킬 수 있다. 상기 반응기 내의 내부 온도가 150℃ 미만이면, 산화반응이 잘 일어나지 않아, 폴리 방향족 탄화수소 산화물의 산소 함량이 충분하지 않게 되는 문제점이 생기며, 300℃를 넘게 되면 온도 상승에 따른 추가의 효과가 미미해진다. 또한, 상기 반응기 내로 투입되는 기체는 산소를 10 중량% 이상 포함할 수 있으며, 바람직하게는 산소를 20 내지 100 중량% 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 20 내지 60 중량% 포함할 수 있다. 상기 산소의 포함량이 10 중량% 미만이면, 산화반응이 잘 일어나지 않아 기체 투입에 의한 산화력이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 상기 반응기 내의 내부 압력이 2 bar 이하이면 산화반응이 잘 일어나지 않아, 폴리 방향족 탄화수소 산화물의 산소 함량이 충분하지 않게 되는 문제점이 생기며, 30 bar를 넘게 되면 압력 상승에 따른 추가의 효과가 미미해진다.
이 후, 본 발명의 탄소계 물질용 분산제의 제조방법은 (c) 단계에서 산소와 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소를 반응시켜 산화시킨다.
종래의 폴리 방향족 탄화수소 산화물의 제조 방법이 별도의 산화제를 사용하여 폴리 방향족 탄화수소를 산화시키는데 반하여, 본 발명은 상기 (c) 단계에서 산소를 고온 고압 상태에서 폴리 방향족 탄화 수소와 반응시켜 산화시킨다. 상기 (c) 단계의 반응은 3 시간 내지 15시간 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 상기 반응 시간이 3시간보다 작으면 산화반응이 충분하지 않아, 산화물의 산소 함량이 낮아지는 문제가 있고 15시간보다 크면 반응시간에 따른 효과의 상승이 별로 없어진다.
본 발명의 탄소계 물질용 분산제의 제조방법은 (d) 상기 (c) 단계 이 후, 반응기를 냉각 시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (d) 단계의 냉각은 급속으로 냉각할 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 30 분 내로 반응기를 30 내지 80℃까지 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 탄소계 물질용 분산제의 제조방법은 (e) 정제단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 (e) 정제 단계는, 상기 (d) 단계에서 냉각을 한 후, 그 결과물을 정제하여 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물의 혼합물을 얻을 수 있다.
상기 정제의 방법으로는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 결과물을 원심분리를 하여 산화물을 정제할 수 있다.
또한, (f) 상기 정제 후, 그 결과물에 황산 및 질산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 강산의 혼합물을 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물의 총 무게 대비 5 내지 300배, 더욱 바람직하게는 5 내지 200배, 가장 바람직하게는 10 내지 150배 투입하여 산화시키는 단계를 추가로 진행하는 것을 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 탄소계 물질용 분산제의 제조방법은, (a) 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소와, 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소의 총 무게 대비 강산을 5 내지 300배로 반응기 내에 투입한 후 교반하는 단계; 및
(b) 상기 반응기의 내부 온도를 50 내지 100℃로 가온한 후, 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소와 강산을 1 내지 7 시간 동안 반응시켜 산화시키는 단계를 포함한다.
상기 (a) 단계에서 반응기에 투입되는 폴리 방향족 탄화수소로는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 분자량이 100 내지 1500, 더욱 바람직하게는 300 내지 1000의 폴리 방향족 탄화수소를 사용할 수 있다. 또한, 상기 폴리 방향족 탄화수소는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 벤젠 고리 5 내지 50개를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 상기 폴리 방향족 탄화수소는 상기의 조건을 만족하는 화석 연료 또는 이의 산물로부터 얻어진 피치를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리 방향족 탄화수소를 포함하는 탄소계 물질을 사용할 수 있다.
상기 (a)단계에서, 상기 강산은 황산 및 질산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소의 총 무게 대비 5 내지 300배 투입하는 것이 바람직하고, 5 내지 200배 투입하는 것이 더욱 바람직하며, 10 내지 150배 투입하는 것이 가장 바람직하다.
상기 반응기로는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 응결기 및 교반기를 설치한 유리 반응기를 사용할 수 있다.
이 후, 본 발명의 탄소계 물질용 분산제의 제조방법은 (b) 상기 반응기의 내부 온도를 50 내지 100℃로 가온한 후, 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소와 강산을 1 내지 7 시간 동안 반응시켜 산화시킨다.
상기 (b) 단계에서는 내부 온도를 50 내지 100℃로 가온하여 고온 상태를 유지할 수 있다. 상기 반응기 내의 내부 온도가 50℃ 미만이면, 산화반응이 잘 일어나지 않아, 폴리 방향족 산화물의 산소 함량이 충분하지 않게 되는 문제점이 생기며, 100℃를 넘게 되면 온도 상승에 따른 추가의 효과가 미미해진다.
또한, 본 발명의 탄소계 물질용 분산제의 제조방법은 상기 (b) 단계에서 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소와 강산을 1 내지 7 시간 동안 반응시켜 산화시킨다.
상기 반응은 2 내지 5시간 동안 반응시키는 것이 더욱 바람직하다. 상기 반응 시간이 1시간 보다 작으면 산화반응이 충분하지 않아, 산화물의 산소 함량이 낮아지는 문제가 있고 7 시간보다 크면 반응시간에 따른 효과의 상승이 별로 없어진다.
본 발명의 탄소계 물질용 분산제의 제조방법은 (c) 상기 (b) 단계 이 후, 물을 투입하여 산화물을 희석시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 투입되는 물은 강산의 부피에 대하여 1 내지 30배의 양을 투입하는 것이 바람직하다. 또한 상기 산화물을 희석시키는 과정에서 원심분리기를 사용할 수 있다.
본 발명의 탄소계 물질용 분산제의 제조방법은 (d) 희석 후, 그 결과물을 정제하여 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물의 혼합물을 얻는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 정제의 방법으로는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 결과물을 여과 또는 건조하는 방법을 이용하여 산화물을 정제할 수 있다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
폴리 방향족 탄화수소 산화물의 제조
[실시예 1]
하스텔로이로 제조된, 마그네틱 교반기가 달린 수열 반응기(U-20040624, UTO systems)에 피치(포스코사 제) 0.9 g, 증류수 150 g을 투입하고 교반하였다. 내부 온도를 200℃까지 올린 후, 내부 산소 분압이 4 bar가 될 때까지 산소 함량이 20 중량%인 압축 공기를 투입하였다. 13시간 동안 수열 반응 과정을 진행하고 냉각수를 반응기 내부의 튜브로 주입하여 내용물을 30분 내로 50℃까지 급속 냉각시켰다. 이후 필터를 이용하여 분산제를 회수한 후 9 시간 내지 12 시간 동안 100℃의 진공 오븐에서 건조시켜, 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 제조하였다.
[실시예 2]
유리 반응기에 피치(포스코사 제) 5 g, 황산(H2SO4)과 질산(HNO3) 혼합물(부피비 3:1) 400 ㎖를 투입하고 교반하였다. 70 ℃ 에서 3.5시간 동안 산화 처리 과정을 진행한 후, 물 1L를 서서히 투입하면서 산을 희석시켰다. 그 후 원심분리기를 사용하여 산을 희석시키면서 분산제를 회수한 후, 오븐에서 20 시간 동안 건조시켜, 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 제조하였다.
[실시예 3]
유리 반응기에 피치(포스코사 제) 5 g, 황산(H2SO4)과 질산(HNO3) 혼합물(부피비 3:1) 40 ㎖를 투입하고 교반하였다. 70 ℃ 에서 3.5시간 동안 산화 처리 과정을 진행한 후, 물 1L를 서서히 투입하면서 산을 희석시켰다. 그 후 원심분리기를 사용하여 산을 희석시키면서 분산제를 회수한 후, 오븐에서 20시간 동안 건조시켜, 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 제조하였다.
[실시예 4]
하스텔로이로 제조된, 마그네틱 교반기가 달린 수열 반응기(U-20040624, UTO systems)에 피치(포스코사 제) 4 g, 증류수 150 g을 투입하고 교반하였다. 내부 온도를 200℃까지 올린 후, 내부 산소 분압이 4 bar가 될 때까지 산소 함량이 20 중량%인 압축 공기를 투입하였다. 4시간 동안 수열 반응 과정을 진행하고 냉각수를 반응기 내부의 튜브로 주입하여 내용물을 30분 내로 50℃까지 급속 냉각시켰다. 이후 필터를 이용하여 분산제를 회수한 후 9 시간 내지 12 시간 동안 100℃의 진공 오븐에서 건조시켰고, 회수한 제조물을 다시 황산과 질산(부피비 3:1)혼합물 40 ㎖를 투입하여 산화 반응을 진행하고, 원심분리기를 사용하여 산을 희석시키면서 분산제를 회수한 후, 오븐에서 20 시간 동안 건조시켜, 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 제조하였다.
[시험예 1] 분산제의 산소 함량 측정
상기 실시예 1 내지 4에서 제조한 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제 및 피치의 시료를 1mg을 호일 상에서 900℃의 고온으로 가열하였다. 이때 호일이 순간적으로 녹으면서 그 가열 온도를 1500 내지 1800℃까지 상승시켰다. 상기 가열에 의하여 각각의 시료로부터 기체가 발생하였으며, 발생한 기체를 포집한 후, 이를 Elemental Analyzer (Flash 2000, Thermo Fisher Scientific)를 이용하여 원소 분석하여 각각의 산소 함량을 측정하여 표 1에 나타내었다.
[시험예 2] 분산제의 부피 가중 평균 입자 크기 측정
상기 실시예 1 내지 4에서 제조한 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제 및 피치의 시료 각 0.1g을 증류수에 수계 분산시킨 후 추가로 소니케이터를 이용하여 분산시켰다. 수용액 상태의 시료를 채취하여 입도분석기(Mastersizer 2000, Malvern)의 투입구에 투입하였다. 사용된 입도분석기는, 투입된 시료를 소니케이션 상태 하에서 펌프를 이용하여 순환시켰다. 그 후, 상기 실시예 1 내지 4의 탄소계 물질용 분산제 및 피치의 시료에 대한 레이저 회절법을 이용하여 얻은 입자 크기에 따른 부피 비율에 대한 그래프를 도 1 내지 도 5에 나타내었다. 상기의 결과와 같이 입자 크기의 분포가 얻어지면 하기의 식 1을 이용하여 각 시료들의 Dv를 계산하였다. 그 결과인 상기 실시예 1 내지 4에서 제조한 탄소계 물질용 분산제 및 피치의 시료의 부피 가중 평균 입자 크기(㎛)를 하기 표 1에 나타내었다.
Figure 112014020899782-pat00001
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 피치
산소 함량
(중량%)		 16.8 39 35.8 34.9 <0.1
부피 가중 평균 입자 크기(㎛) 5.359 0.528 3.657 2.098 17.143
상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 탄소계 물질용 분산제 시료의 산소 함량을 분석하였을 때 산소의 함량이 전체 원소 함량의 12 내지 50 중량%로 포함되는 것으로, 산소가 검출되지 않은 피치에 비하여 산소의 함량을 훨씬 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한 본 발명의 탄소계 물질용 분산제 시료는 부피 가중 평균 입자 크기(㎛)를 계산하였을 때 부피 가중 평균 입자 크기가 7㎛ 이하로 17.143㎛의 부피 가중 평균 입자 크기(㎛)를 갖는 것으로 확인된 피치에 비하여 부피 가중 평균 입자의 크기를 크게 감소시키는 것을 확인 할 수 있었다.

Claims (16)

  1. (a) 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소와, 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소의 총 무게 대비 강산을 5 내지 300배로 반응기 내에 투입한 후 교반하는 단계; 및
    (b) 상기 반응기의 내부 온도를 50 내지 100℃로 가온한 후, 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소와 강산을 1 내지 7 시간 동안 반응시켜 산화시키는 단계;를 포함하는 탄소계 물질용 분산제의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 (a)단계에서, 상기 강산은 황산 및 질산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소의 총 무게 대비 5 내지 200배 투입하는 것을 특징으로 하는 탄소계 물질용 분산제의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    (c) 상기 (b) 단계 이 후, 물을 투입하여 산화물을 희석시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소계 물질용 분산제의 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    (d) 희석 후, 그 결과물을 정제하여 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물의 혼합물을 얻는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소계 물질용 분산제의 제조방법.
  5. 산소(O)가 하나 이상 포함된 작용기를 1종 이상 포함하는 폴리 방향족 탄화수소 산화물로,
    분자량이 100 내지 1500이고,
    전체 산화물 대비 산소를 20 내지 50 중량%로 포함하고,
    부피 가중 평균 입자 크기가 5㎛ 이하인
    폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는, 청구항 1의 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 탄소계 물질용 분산제.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하는 탄소계 물질용 분산제는 분자량이 300 내지 1000인 것을 특징으로 하는, 탄소계 물질용 분산제.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 산소(O)가 하나 이상 포함된 작용기는 히드록시기, 카르복실기, 알데히드기, 케톤기 및 NO기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 탄소계 물질용 분산제.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 폴리 방향족 탄화수소는 벤젠 고리를 5 내지 50개 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소계 물질용 분산제.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 폴리 방향족 탄화수소는 화석 연료 또는 이의 산물로부터 얻어진 피치인 것을 특징으로 하는 탄소계 물질용 분산제.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 탄소계 물질은 그래핀, 탄소 나노 튜브, 그래파이트, 카본블랙 및 플러렌 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 탄소계 물질용 분산제.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011080169A (ja) * 2009-10-09 2011-04-21 Jfe Chemical Corp ピッチ繊維の不融化方法、炭素繊維の製造方法
JP5334278B1 (ja) * 2012-04-18 2013-11-06 テックワン株式会社 炭素繊維材、炭素繊維材製造方法、前記炭素繊維材を有する材

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU597531B2 (en) * 1985-07-23 1990-05-31 Fuji Oil Company Limited Process for producing coal-water slurry at high concentration
JP4949909B2 (ja) 2007-03-29 2012-06-13 保土谷化学工業株式会社 炭素繊維用分散剤、分散によって得られた炭素繊維分散液、炭素繊維分散液から誘導される導電性複合材料、導電性塗料、塗装方法並びに当該方法で塗装された物品

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011080169A (ja) * 2009-10-09 2011-04-21 Jfe Chemical Corp ピッチ繊維の不融化方法、炭素繊維の製造方法
JP5334278B1 (ja) * 2012-04-18 2013-11-06 テックワン株式会社 炭素繊維材、炭素繊維材製造方法、前記炭素繊維材を有する材

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