KR101899536B1 - 에폭시경화제용 카본닷조성물, 그 카본닷조성물을 이용한 에폭시경화소재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에폭시경화소재에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 에폭시경화제용 카본닷조성물, 그 카본닷조성물을 포함하는 에폭시경화소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

에폭시경화제용 카본닷조성물, 그 카본닷조성물을 이용한 에폭시경화소재 및 그 제조방법{Carbon dots as the epoxy curing agent, cured epoxy materials using the carbon dots and method for preparing the same}

본 발명은 에폭시경화소재에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 에폭시경화제용 카본닷조성물, 그 카본닷조성물을 이용한 에폭시경화소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

에폭시는 열경화성 플라스틱의 하나로 우수한 접착력, 기계적인 강도ㅇ내수성ㅇ전기적 특성 때문에 도료, 접착제, 코팅제 등에 활용되고 있으며 투명 에폭시수지 조성물은 CD, DVD플레이어 등에 실장 되는 광 민감성 요소, 발광 요소와 같은 광반도체 요소의 수지성형(resin-molding), 수지밀봉(resin-sealing)에 사용되는 등 각종 분야에서 많이 활용되고 있다.

에폭시기가 아민기나 무수 카르본산과 반응하기 쉬운 것을 이용하여 고분자화시킨 것으로서, 그 대표적인 것으로는 비스페놀 A와 에피클로로히드린의 선상축합물이 있다.

에폭시수지는 경화제와 혼합되어 이용된다. 위와 같은 단량체(monomer)에 경화제를 작용시켜 성상화합물 사이에 가교를 만들어 경화한다.

일반적으로 상온에서는 아민류나 아민 유도체 또는 활성수소를 갖는 폴리아미드 수지가 사용된다. 대표적인 경화제로는 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 이소포론디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐술폰, 폴리아미드류, 디시안디아미드, 헥사히드로무수프탈산, 무수메틸나딕산, 노보락형페놀수지, 3급아민류, 이미다졸류, 3플루오르화붕소 등의 아민착제 등이 있다.

일반적으로 양자점은 반도체성 나노크기 입자로서, 우수한 광, 전기적 특성 및 내구성을 보인다. 최근에는 탄소를 다양한 방법으로 처리하여 탄소기반의 양자점(carbon dot)을 합성하는 연구가 크게 주목 받고 있다.

카본닷은 형광탄소나노 물질로서 일정 형태의 표면 부동 태화(passivation)를 가진 10 nm 이하의 작은 탄소 나노 입자를 말하며 높은 안정성, 우수한 전도성, 저독성, 친환경성, 쉬운 합성법 및 뛰어난 광학적 특성을 갖는다.

본 발명자들은 카본닷의 새로운 용도 즉 에폭시경화제로서의 용도에 착안하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 에폭시 경화에 있어 다른 경화제를 첨가 하지 않고 카본닷 자체가 경화제로 사용될 수 있는 에폭시경화제용 카본닷조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 경화제로 사용되는 카본닷과 에폭시 단량체 간에 분산성을 높여서 에폭시경화소재에 균등한 강도를 부여할 수 있으므로 기계적물성이 향상될 뿐만 아니라, 기존의 에폭시경화소재가 갖지 않는 광학적, 전기적 특성을 갖는 새로운 구조의 에폭시경화소재를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 저독성, 친환경적 소재인 카본닷을 경화제로 사용하여 기존 경화제 제조, 에폭시 경화 과정에 있어서 유발되는 신체 유해 위험성과 환경문제를 감소시킬 수 있는 에폭시경화소재 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 경화제로 사용한 카본닷과 동일한 광학적 및 전기적 특성을 활용하여 에폭시경화소재를 포함하는 광전지, 광센서 등을 포함하는 광학분야응용제품을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 카본닷을 포함하는 에폭시경화소재를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 카본닷은 그 표면에 아민기(Amine), 에폭사이드, 하이드록실기, 카르복실기로 구성된 그룹에서 포함된 하나 이상의 작용기가 형성된 것이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 카본닷은 전체 중량을 기준으로 0.001중량% 내지 50중량%로 포함된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 카본닷이 에폭시단량체 또는 에폭시복합물 중 하나 이상을 경화시켜 형성되는 것이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 에폭시 단량체는 비스페놀 A(Bisphenol A)형, 난연형, 노볼락(Novolac)형, 비스페놀 F(Bisphenol F), 글리시딜 아민(Glycidyl Amine)형, 고무(Rubber) 변성형, 고분자형, 저온속경화형, 액정성 에폭시(Liquid crystalline epoxy)형으로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 에폭시 단량체가 투명 에폭시 단량체인 경우, 비스페놀 A(Bisphenol A)형, 비스페놀 F(Bisphenol F)형, 비스페놀S(Bisphenol S)형, 비페닐(Biphenyl)형, 수소화 비스페놀 A(Hydrogenated Bisphenol A)형, 페놀노볼락(Phenol Novolac) 형, 크레졸 노볼락(Cresol Novolac)형, 지환식(Alicyclic)형, 트리글리시딜 아이소시아뉴리트 (Triglycidylisocyanurate) 및 히단토인(Hydantoin)에폭시를 포함하는 질소를 포함한 링을 가진 형, 지방족(Aliphatic)형, 글리시딜에테르(Glycidyl ether)형, 디시클로(Dicyclo)형, 나프탈렌(Naphthalene)형으로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 에폭시복합물은 에폭시단량체와 다른 물질을 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 카본닷과 동일한 광학적 특성 및 전기적 특성을 갖는다.

또한, 본 발명은 카본닷을 유효성분으로 포함하는 에폭시경화제용 카본닷조성물을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 카본닷은 그 표면에 아민기(Amine), 에폭사이드, 하이드록실기, 카르복실기로 구성된 그룹에서 포함된 하나 이상의 작용기가 형성된다.

또한, 본 발명은 에폭시경화제용 카본닷조성물과 에폭시전구체를 준비하는 단계; 상기 카본닷조성물과 에폭시전구체가 균일하게 분산되도록 교반하여 경화반응물을 준비하는 단계; 및 상기 경화반응물을 경화시키는 단계;를 포함하는 에폭시경화소재 제조방법을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 카본닷조성물은 카본닷분말 또는 카본닷이 용매에 분산된 카본닷분산액이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 경화반응물은 상기 카본닷조성물 및 에폭시전구체를 용매에 넣고 교반하여 분산액을 얻는 단계; 상기 분산액에서 용매를 제거하는 단계; 및 건조하는 단계;를 포함하여 얻어진다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 경화시키는 단계는 상기 경화반응물을 100℃ 내지 300℃ 온도조건에서 유지하여 수행된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 경화반응물에 포함되는 상기 에폭시경화제용 카본닷조성물은 상기 경화반응물 전체 중량을 기준으로 0.001중량% 내지 50중량%이다.

또한, 본 발명은 상술된 어느 하나의 에폭시경화소재 또는 상술된 어느 하나의 제조방법으로 제조된 에폭시경화소재를 포함하는 광전지를 제공한다.

또한 본 발명은 상술된 어느 하나의 에폭시경화소재 또는 상술된 어느 하나의 제조방법으로 제조된 에폭시경화소재를 포함하는 광센서를 제공한다.

본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.

먼저, 본 발명에 의하면 에폭시 경화에 있어 다른 경화제를 첨가 하지 않고 카본닷 자체가 경화제로 사용될 수 있는 에폭시경화제용 카본닷조성물을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 에폭시경화소재는 경화제로 사용되는 카본닷과 에폭시 단량체 간에 분산성을 높여서 에폭시경화소재에 균등한 강도를 부여할 수 있으므로 기계적물성이 향상될 뿐만 아니라, 기존의 에폭시경화소재가 갖지 않는 광학적, 전기적 특성을 갖는다.

또한, 본 발명의 에폭시경화소재 제조방법은 저독성, 친환경 카본닷을 경화제로 사용하여 기존 경화제 제조, 에폭시 경화 과정에 있어서 유발되는 신체 유해 위험성과 환경문제를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 경화제로 사용한 카본닷과 동일한 광학적, 전기적 특성을 활용하여 에폭시경화소재를 포함하는 광전지, 광센서 등과 같은 폭넓은 광학분야응용제품을 제공할 수 있다.

본 발명의 이러한 기술적 효과는 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.

도 1은 본 발명에 따라 카본닷을 경화제로 사용하여 얻어진 카본닷 포함 에폭시경화소재의 구조에 대한 모식도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예들에서 사용된 카본닷의 종류 및 광학특성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 얻어진 에폭시경화소재의 여기파장에 따른 형광특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에서 얻어진 에폭시경화소재의 여기파장에 따른 형광특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에서 얻어진 에폭시경화소재의 여기파장에 따른 형광특성을 나타낸 그래프이다.

본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 기술적 특징은 카본닷의 에폭시경화제로서의 새로운 용도에 기반한 것이다. 즉 에폭시경화가 가능한 작용기를 갖는 카본닷을 경화제로 사용하여 형성된 에폭시경화소재는 포함된 카본닷과 동일한 광학적 특성 및 전기 전도성을 갖기 때문이다. 또한, 본 발명은 에폭시경화소재 제조시 별도의 경화제 없이 카본닷만이 사용되는데 카본닷은 일반적으로 사용하는 아민류의 경화제나 아민 유도체 폴리아미드 수지보다 독성이 적어 신체유독성 및 환경 유해성을 감소시킬 수 있는 에폭시경화소재제조방법을 제공할 수 있기 때문이다.

따라서, 본 발명의 에폭시경화소재는 카본닷을 포함한다. 여기서, 카본닷은 에폭시경화가 가능한 작용기가 그 표면에 형성된 것이면 공지된 모든 카본닷이 사용가능하다. 일 구현예로서 그 표면에 아민기(Amine), 에폭사이드, 하이드록실기, 카르복실기로 구성된 그룹에서 포함된 하나 이상의 작용기가 형성된 카본닷이 사용될 수 있을 것이다.

본 발명의 에폭시경화소재는 카본닷이 에폭시단량체 또는 에폭시복합물 중 하나 이상을 경화시켜 형성되므로 도 1에 도시된 바와 같이 카본닷이 에폭시경화소재 내에 균일하게 분산되어 포함되는데, 이러한 카본닷의 분포는 에폭시 소재에 균등한 강도를 부여할 수 있으며 이런 현상은 결과적으로 에폭시 소재의 기계적 물성 향상을 가져올 수 있다. 또한, 이와 같이 카본닷이 균일하게 분산되어 포함된 본 발명의 에폭시경화소재는 카본닷이 갖는 광학적 특성 및 전기적 특성을 그대로 갖게 되므로, 기본의 에폭시경화소재와는 달리 카본닷이 갖는 형광특성 및 전기전도성이 부여된 새로운 소재로서 카본닷의 종류를 변경하여 용도에 따른 다양한 특성 발현이 가능하므로 산업분야에서 폭넓은 활용이 가능하다.

본 발명의 에폭시경화소재에 포함되는 카본닷의 함량은 특별히 제한되지 않고 카본닷의 종류, 카본닷 표면의 작용기 수, 에폭시 경화물의 용도, 기타 첨가제의 종류나 배합량, 경화조건 등의 조건에 따라 넓은 범위에서 유동적으로 선택가능하나, 에폭시경화소재 중량을 기준으로 통상 0.001 중량% 이상으로서, 0.001중% 내지 50 중량% 정도가 포함될 수 있을 것이다. 카본닷의 함량이 0.001중량% 미만이면 에폭시경화가 잘 일어나지 않고 카본닷의 광학적 특성이 잘 나타나지 않을 수 있으며, 카본닷의 함량이 50중량%를 초과하면 에폭시경화소재의 물성 저하 등의 문제가 있기 때문이다. 한편, 카본닷의 함량을 카본닷 표면의 작용기수로 결정하는 경우 예를 들어 아민기가 형성된 카본닷인 경우, 표면의 아민기 수를 적정을 통하여 구한 후 아민기를 2개 갖는 화합물 (에틸렌다이아민 등)의 첨가비는 에폭시 단량체:에틸렌디아민 = 1:0.25 몰비를 기준으로 비율로 계산하여 첨가할 수 있다.

본 발명의 에폭시경화소재를 형성하는 에폭시단량체는 공지된 에폭시 단량체가 모두 사용될 수 있으나 일관능성(mono functional), 이관능성(di functional), 다관능성(multi functional)로 구성된 군으로부터 선택되는 것일 수 있는데,, 일 구현예로서 비스페놀 A(Bisphenol A)형, 난연형, 노볼락(Novolac)형, 비스페놀 F(Bisphenol F), 글리시딜 아민(Glycidyl Amine)형, 고무(Rubber) 변성형, 고분자형, 저온속경화형, 액정성 에폭시(Liquid crystalline epoxy)형으로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

특히, 에폭시 단량체가 투명 에폭시 단량체인 경우, 비스페놀 A(Bisphenol A)형, 비스페놀 F(Bisphenol F)형, 비스페놀S(Bisphenol S)형, 비페닐(Biphenyl)형, 수소화 비스페놀 A(Hydrogenated Bisphenol A)형, 페놀노볼락(Phenol Novolac) 형, 크레졸 노볼락(Cresol Novolac)형, 지환식(Alicyclic)형, 트리글리시딜 아이소시아뉴리트 (Triglycidylisocyanurate) 및 히단토인(Hydantoin)에폭시를 포함하는 질소를 포함한 링을 가진 형, 지방족(Aliphatic)형, 글리시딜에테르(Glycidyl ether)형, 디시클로(Dicyclo)형, 나프탈렌(Naphthalene)형으로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 이와 같이 투명 에폭시 단량체를 카본닷으로 경화하여 얻어진 에폭시경화소재는 형광 특성구현뿐만 아니라 경화 후 투명성까지도 유지 할 수 있다.

한편, 에폭시복합물은 에폭시단량체와 다른 물질을 포함하는 것으로서, 에폭시복합물에 포함되는 다른 물질은 에폭시단량체와 반응이 가능한 모든 공지된 물질이 사용 가능한데, 일 구현예로서 유리섬유, 아라미드섬유, 보론 섬유, 티탄산칼륨섬유, 이산화티탄섬유, 규산아연섬유, 탈크, 마이카, 월라스토나이트, 조노트라이트 등의 보강재 혹은 실리카, 용융석영, 알루미나, 수화알루미나, 수화마그네슘, 지르콘, 질화규소, 질화붕소, 질화알루미늄, 코디라이트, 탄산칼슘, 탄산바륨, 황산바륨 등의 충전재 혹은 소포제, 커플링제, 가소제, 희석제, 안료, 점도조정제, 레벨링제, 난연제, 유기용매 등의 첨가제가 될 수 있으며 필요에 따라 각종 고분자 및 탄소소재(활성탄, 탄소나노튜브, 탄소섬유, 카본블랙 등) 등으로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.

다음으로, 본 발명의 에폭시경화제용 카본닷조성물은 카본닷을 유효성분으로 포함하는데, 본 발명의 에폭시경화제용 카본닷조성물은 에폭시를 경화시킬 수 있는 작용기가 그 표면에 형성된 카본닷이 단독으로 사용될 수도 있고 카본닷에 다른 성분이 더 포함되어 형성될 수도 있을 것이다.

다음으로, 본 발명의 에폭시경화소재제조방법은 에폭시경화제용 카본닷조성물과 에폭시전구체를 준비하는 단계; 상기 카본닷조성물과 에폭시전구체가 균일하게 분산되도록 교반하여 경화반응물을 준비하는 단계; 및 상기 경화반응물을 경화시키는 단계;를 포함한다.

여기서, 카본닷조성물은 카본닷분말 또는 카본닷이 용매에 분산된 카본닷분산액일 수 있으며,에폭시전구체 또한 에폭시전구체분말 또는 에폭시전구체가 용매에 분산된 에폭시전구체분산액일 수 있다.

특히, 카본닷조성물이 카본닷분말이고, 에폭시전구체가 에폭시전구체분말인 경우 경화반응물은 카본닷조성물 및 에폭시전구체를 용매에 넣고 교반하여 분산액을 얻는 단계; 분산액에서 용매를 제거하는 단계; 및 건조하는 단계;를 포함하여 얻어질 수 있다.

이와 같이 에폭시전구체와 카본닷은 분말 또는 액상형태로 사용할 수 있고 선택적으로 용매의 존재 하에 수행 될 수 있으며 수용액 또는 유기용매용액 또는 분산액의 형태로도 사용할 수 있다. 여기서 용매는 알콜류, 방향족 탄화수소류, 지방족 탄화수소류, 에테르류, 극성용매, 비극성용매, 할로겐화 탄화수소류 등이 사용될 수 있다. 일 구현예로서 알코올류 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 등이 사용될 수 있고, 방향족 탄화수소류는 톨루엔, 크실렌 등이 사용될 수 있으며, 지방족 탄화수소류는 헥산 등이 사용될 수 있고, 비극성 용매로 벤젠, 에틸벤젠, 쿠멘, 자일렌, 메시틸렌, 테트랄린, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 클로로포름 등이 사용될 수 있고, 극성 용매는 물, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 다이메틸옥시에탄, 테트라하이드로푸란, 1,4-다이옥산, 다이메틸 포름아미드, 다이메틸 설폭사이드, 아세토니트릴 등이 사용될 수 있다. 제시된 용매는 단독으로 사용이 될 수도 있고, 용매들의 임의의 조합이 사용될 수도 있다.

또한, 경화시키는 단계는 경화반응물을 100℃ 내지 400℃ 온도조건에서 유지하여 수행되는데, 특히 150℃ 내지 300℃의 온도범위에서 10시간 내지 20시간동안 1회이상 처리하여 수행될 수 있다. 이 때, 경화반응물에 포함되는 에폭시경화제용 카본닷조성물은 경화반응물 전체 중량을 기준으로 0.001중량% 내지 50중량%일 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 환경문제 야기 및 경화 반응에 있어 신체에 유해한 물질 생성에 대한 위험성이 상존하는 종래의 에폭시 경화에 사용된 아민류, 폴리아미드 수지와는 달리 저독성 및 친화경적인 카본닷이 경화제로 사용되어 보다 안전한에폭시경화소재 제조방법을 제공할 뿐만 아니라 본 발명의 에폭시경화소재는 카본닷을 포함하여 기존의 에폭시경화물은 갖지 못하는 광학적, 전기적 특성이 부여되어 보다 폭 넓은 분야로의 활용을 도모할 수 있다.

따라서, 본 발명의 에폭시경화소재는 광전지, 광센서 등에 포함되어 폭넓은 광학 분야에서의 효과적인 활용을 도모할 수 있다.

실시예 1

1. 에폭시전구체(액정성 에폭시 단량체) 준비

액정성 에폭시(4,4′-디글리시딜옥시비페닐) 단량체를 제조하기 위하여 4,4′-디히드록시비페닐 10 g과 벤질트리메틸암모늄 브로마이드 0.373 g을 에피클로로히드린 85 mL에 넣어 혼합 용액을 만든 후, 15% 수산화 나트륨 용액 24.6 g을 환류 하에 3시간 동안 가한 뒤, 상온에서 1시간 추가 반응 시켰다. 증류수와 메탄올로 세척한 뒤 흰색 파우더를 얻었다.

2. 카본닷 준비

오쏘- 페닐렌다이아민 0.9 g을 에탄올 90 mL에 녹인 후 오토클레이브(가압처리기)에 옮겼다. 오븐 180℃에서 12시간 동안 열처리 한 후 다시 상온으로 냉각 시키고, 에탄올 용매를 제거하였다. 이 반응 혼합물을 메틸렌 클로라이드와 메탄올을 혼합 전개용매로 사용하여 실리카 컬럼 크로마토그래피로 정제 하였다. 용매를 제거하고 진공 건조하여 오쏘-카본닷을 10-25% 수율로 얻었다.

3.경화반응물 준비

준비된 액정성 에폭시 단량체 1 g과 오쏘-카본닷 0.005 g을 10 mL 테트라히드로푸란에 넣고 1시간 교반하였다. 위의 혼합물에서 테트라히드로푸란을 상온에서 증발시켜 제거한 뒤 부가적인 반응을 막기위하여 데시케이터에서 하루 동안 추가 건조하여 경화반응물을 준비하였다.

4.경화단계

그 후, 경화반응물을 대상으로 170℃ 온도 조건의 오븐에서 12시간 동안 경화를 진행한 후, 230℃ 온도 조건에서 2시간 동안 후경화 처리를 하여 에폭시경화소재1을 얻었다.

실시예 2

카본닷의 준비단계에서 메타-페닐렌다이아민을 사용하여 얻어진 메타-카본닷으로 경화를 수행한 것을 제외하면 실시예1와 동일한 방법으로 에폭시경화소재2를 얻었다.

실시예 3

카본닷의 준비단계에서 파라-페닐렌다이아민을 사용하여 얻어진 파라-카본닷으로 경화를 수행한 것을 제외하면 실시예1와 동일한 방법으로 에폭시경화소재3을 얻었다.

실시예 4

1. 에폭시전구체(에폭시복합물) 준비

실시예 1에서 제조된 에폭시 단량체 1g과 15 wt% 유리단섬유(직경: 6∼7 μm, 길이: 100∼300 μm) 및 침강 방지용 건식 실리카 5 wt% 를 테트라히드로푸란 10 mL에 첨가하여 기계적으로 30분간 교반한다. 그 후, 30분간 초음파 처리하여 에폭시 단량체와 유리단섬유 복합물을 제조하였다.

2. 카본닷 준비

메타- 페닐렌다이아민 0.9 g을 에탄올 90 mL에 녹인 후 오토클레이브(가압처리기)에 옮겼다. 오븐 180℃에서 12시간 동안 열처리 한 후 다시 상온으로 냉각 시키고, 에탄올 용매를 제거하였다. 이 반응 혼합물을 메틸렌 클로라이드와 메탄올을 혼합 전개용매로 사용하여 실리카 컬럼 크로마토그래피로 정제 하였다. 용매를 제거하고 진공 건조하여 메타-카본닷을 10-25% 수율로 얻었다.

3. 경화반응물준비

준비된 액정성 에폭시 단량체와 유리단섬유 복합물에 메타-카본닷 0.005 g을 넣고 1시간 교반하였다. 교반된 혼합물에서 테트라히드로푸란을 상온에서 증발시켜 제거한 뒤 부가적인 반응을 막기 위하여 데시케이터에서 하루 동안 추가 건조하여 경화반응물을 준비하였다.

4.경화단계

그 후, 경화반응물을 대상으로 170℃ 온도 조건의 오븐에서 12시간 동안 경화를 진행한 후, 230℃ 온도 조건에서 2시간 동안 후경화 처리를 하여 에폭시경화소재4를 얻었다.

실험예 1

실시예1 내지 실시예3에서 준비된 오쏘-카본닷, 메타-카본닷 및 파라카본닷의 여기광원 365nm에서의 광학특성을 관찰하고 그 결과사진을 도 2a 내지 도 2c에 각각 도시하였다.

도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 오쏘-카본닷, 메타-카본닷 및 파라카본닷이 여기파장 365nm에서 각각 녹색, 청색 및 적색의 형광특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

실험예 2

실시예1과 같이 오쏘-카본닷이 경화제로 사용되어 얻어진 에폭시경화소재1의 excitation 파장에 따른 형광 성능을 알아보고 그 결과를 도 3에 그래프로 나타내었다.

도 3으로부터, 에폭시경화소재1의 광학특성을 관찰한 결과 여기 파장 365nm에서 에폭시경화소재1의 형광특성이 에폭시경화소재1에 포함된 오쏘-카본닷과 동일한 녹색의 형광특성을 갖는 것을 알 수 있다.

실험예 3

실시예3과 같이 파라-카본닷이 경화제로 사용되어 얻어진 에폭시경화소재3의 excitation 파장에 따른 형광 성능을 알아보고 그 결과를 도 4에 그래프로 나타내었다.

도 4로부터, 에폭시경화소재3의 광학특성을 관찰한 결과 여기 파장 365nm에서 에폭시경화소재3의 형광특성이 에폭시경화소재3에 포함된 파라-카본닷과 동일한 적색의 형광특성을 갖는 것을 알 수 있다.

실험예 4

실시예4와 같이 메타-카본닷이 경화제로 사용되어 얻어진 에폭시경화소재4의 excitation 파장에 따른 형광 성능을 알아보고 그 결과를 도 5에 그래프로 나타내었다.

도 5로부터, 에폭시경화소재4의 광학특성을 관찰한 결과 여기 파장 365nm에서 에폭시경화소재4의 형광특성이 에폭시경화소재4에 포함된 메타-카본닷과 동일한 청색의 형광특성을 갖는 것을 알 수 있다.

본 발명은 이상에서 살펴 본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

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11. 에폭시전구체를 준비하는 단계;
    아민기(Amine), 에폭사이드, 하이드록실기, 카르복실기로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 작용기가 표면에 형성된 카본닷을 제조하는 단계;
    상기 에폭시전구체와 상기 카본닷을 혼합하여 균일하게 분산되도록 교반하여 경화반응물을 준비하는 단계; 및
    상기 경화반응물을 경화시키는 단계;를 포함하는데,
    별도의 경화제 없이 상기 카본닷이 상기 에폭시전구체인 에폭시단량체 또는 에폭시복합물 중 하나 이상을 경화시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 에폭시경화소재 제조방법.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 카본닷은 카본닷분말 또는 카본닷이 용매에 분산된 카본닷분산액인 것을 특징으로 하는 에폭시경화소재 제조방법.
    
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 경화반응물은 상기 카본닷 및 에폭시전구체를 용매에 넣고 교반하여 분산액을 얻는 단계; 상기 분산액에서 용매를 제거하는 단계; 및 건조하는 단계;를 포함하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 에폭시경화소재 제조방법.
    
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 경화시키는 단계는 상기 경화반응물을 100℃ 내지 300℃ 온도조건에서 유지하여 수행되는 것을 특징으로 하는 에폭시경화소재 제조방법.
    
15. 제 11 항에 있어서,
    상기 경화반응물에 포함되는 상기 카본닷은 상기 경화반응물 전체 중량을 기준으로 0.001중량% 내지 50중량%인 것을 특징으로 하는 에폭시경화소재 제조방법.
    
16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 에폭시경화소재를 포함하는 광전지.
    
17. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 에폭시경화소재를 포함하는 광센서.

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