KR102008760B1 - 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법 - Google Patents

나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102008760B1
KR102008760B1 KR1020170176179A KR20170176179A KR102008760B1 KR 102008760 B1 KR102008760 B1 KR 102008760B1 KR 1020170176179 A KR1020170176179 A KR 1020170176179A KR 20170176179 A KR20170176179 A KR 20170176179A KR 102008760 B1 KR102008760 B1 KR 102008760B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphene oxide
nanodiamond
epoxy
composite material
prepared
Prior art date
Application number
KR1020170176179A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190074655A (ko
Inventor
박수진
손영래
허영정
장은행
Original Assignee
인하대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인하대학교 산학협력단 filed Critical 인하대학교 산학협력단
Priority to KR1020170176179A priority Critical patent/KR102008760B1/ko
Publication of KR20190074655A publication Critical patent/KR20190074655A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102008760B1 publication Critical patent/KR102008760B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • C08K3/042Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04Ingredients treated with organic substances
    • C08K9/06Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00Use of pretreated ingredients
    • C08K9/12Adsorbed ingredients, e.g. ingredients on carriers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/12Treatment with organosilicon compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/011Nanostructured additives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 합성된 표면 개질된 그래핀 산화물과 나노다이아몬드를 에탄올에서 혼합 및 초음파 처리하여 안정된 분산액을 얻고, 이를 60oC에서 반응시킨 후 필터하여 그래핀산화물/나노다이아몬드 복합체를 제조 후 에폭시 및 경화제와 혼합하여 기계적 강도가 강화된 에폭시 복합소재를 제공하기 위한 것으로서,
보다 상세하게는 (1) 강력한 산과 산화제를 이용하여 흑연을 산화시켜 그래핀 산화물을 합성하는 단계; (2) 상기 제조된 그래핀 산화물의 표면을 개질하는 단계; (3) 나노다이아몬드의 표면을 개질하는 단계; (4) 상기 제조된 표면 개질된 그래핀 산화물 및 나노다이아몬드를 혼합하여 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물 복합 필러를 제조하는 단계; (5) 상기 제조된 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물 복합 필러와 에폭시 및 경화제를 혼합하여 나노다이아몬드 나노클러스터 도입된 그래핀 산화물로 강화된 에폭시 복합소재를 제조방법을 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, GN을 충전재로 사용하여 에폭시 수지에 첨가함으로써, 기존의 그래핀 산화물로 강화된 에폭시 복합소재에 비해 적은 양의 GN 필러로도 기계적 특성이 향상된 에폭시 복합소재를 제공하는 효과가 있다.

Description

나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법 {EPOXY NANOCOMPOSITE REINFORCED WITH GRAPHENE OXIDE DECORATED WITH NANODIAMOND NANOCLUSTER AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물 (Graphene oxide decorated with Nanodiamond nanocluster : GN)로 강화된 에폭시(epoxy) 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에폭시의 기계적 강도가 강화된 GN 강화 에폭시 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
분자 내에 epoxy group(C-O-C)을 두 개 이상 가지고 있는 에폭시는 다양한 경화제와 반응시켜 단단하며 용해되지 않는 고분자 소재로 제조할 수 있다. 에폭시의 높은 인장탄성률, 접착 특성, 내화학성, 구조적 안정성 등의 특성 때문에 에폭시 수지는 복합재의 기지재료로서 우주항공, 선박, 자동차, 코팅제, 전기전자 산업 등에서 적용되고 있다. 그러나 경화된 에폭시 수지의 높은 가교반응은 에폭시 복합소재의 깨지는 성질인 취성을 높여 충격에 매우 취약하여 기계적 특성이 떨어지는 단점을 보인다.
한편, 최근 이러한 기계적 강도를 향상시키기 위해 다른 고분자나 탄소소재, 나노 또는 마이크로 사이즈의 입자를 복합하는 등의 방법을 도입한 연구들이 확인되고 있다.
다양한 필러소재들 중 탄소소재는 에폭시 기지에 복합되어 열적, 기계적 특성을 월등히 향상시킬 수 있다. 다양한 탄소소재 중 그래핀 산화물(graphene oxide, GO)은 시트 형태의 그래핀이 산화된 형태로 에폭시 기지에 도입하여 기계적, 열적 특성을 향상시키는 필러로써 매우 활발히 연구되고 있다.
나노다이아몬드는 독특한 표면 특성 및 우수한 열전도도 및 안정성, 뛰어난 기계적, 전기적 특성 그리고 마찰 특성 등을 갖는다. 최근 이러한 나노다이아몬드 표면을 개질하여 다양한 고분자 기지에 도입하여 기존 고분자의 기계적 특성을 매우 향상시킨 연구 사례가 등장하고 있다.
대한민국 공개특허 10-2017-0092361 “산화 그래핀-나노 다이아몬드 결합체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 나노 유체” 대한민국 공개특허 10-2010-0137057 “석조문화재 보존을 위한 나노 복합 에폭시 접착제”
본 발명의 목적은, 기계적 강도가 강화된 에폭시 소재를 제공하는데 있어서 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물 필러 제조와 이를 사용함으로써, 기계적 강도가 강화된 ‘나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물(GO-ND: GN)’강화 에폭시 복합재료 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기계적 강도가 향상된 에폭시 복합재료 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 유형에 따르는 GN 강화 에폭시 복합재료의 제조방법은 (1) (3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GLYMO)을 이용한 그래핀 산화물의 표면개질 단계, (2) (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES)을 이용하여 표면개질한 나노다이아몬드로 나노클러스터를 제조하는 단계, (3) 상기 (1) 및 (2) 단계에서 제조하여 표면 개질된 그래핀 산화물 및 나노클러스터를 혼합하여 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물(GN) 제조 하는 단계, (4) 상기 (3) 단계에서 제조된 GN에 에폭시 수지 및 경화제를 혼합하여 경화하는 단계를 포함한다.
더욱 상세하게는, 상기 (4) 단계에서 에폭시는 100 g, 경화제(4,4’는 전체 중량 대비 26 중량%인 34 내지 36 g, GN은 0.05 내지 0.4 중량%인 것을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, GN을 충전재로 사용하여 에폭시 수지에 첨가함으로써, GN의 GO는 많은 산소관능기 및 나노다이아몬드가 열경화성 수지로 가공이 용이한 에폭시 수지와의 강한 계면 결합력을 이끌어내어, 기계적 강도가 향상된 에폭시 복합소재가 제조되는 효과가 있다.
1 은 본 발명에서 제조한 그래핀 산화물, 나노다이아몬드, GN의 TEM 사진이다.
도 2 는 본 발명에서 제조한 GN 강화 에폭시 복합소재의 실시예5의 굴곡강도 측정 후 파단면의 SEM 사진이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 GN 강화 에폭시 복합소재와 비교예의 굴곡강도 및 향상정도의 비교 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 다른 유형에 따르는 GN 강화 에폭시 복합재료의 제조방법은 (1) (3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GLYMO)을 이용한 그래핀 산화물의 표면개질 단계, (2) (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES)을 이용하여 표면개질한 나노다이아몬드로 나노클러스터를 제조하는 단계, (3) 상기 (1) 및 (2) 단계에서 제조된 표면 개질된 그래핀 산화물 및 나노클러스터를 혼합하여 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물(GN) 제조 하는 단계, (4) 상기 (3) 단계에서 제조된 GN에 에폭시 수지 및 경화제를 혼합하여 경화하는 단계를 포함한다.
더욱 상세하게는, 상기 (4) 단계에서 에폭시는 100 g, 경화제(4,4’는 전체 중량 대비 26 중량%인 34 내지 36 g, GN은 0.05 내지 0.4 중량%인 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 GN 강화 에폭시 복합소재는 에폭시 기지에 GN이 첨가되어 얻어진다.
본 발명의 제조과정을 상세히 살펴보면, 상기 (1) 단계에 사용된 상기 그래핀 산화물을 향상된 허머스(Hummers) 방법을 통해 합성하였다. 황산(H2SO4) 120 mL와 인산(H3PO4) 13.3 mL를 혼합한 산성용액에 1 g의 흑연을 넣은 뒤, 용액의 온도를 0oC에 가깝게 유지시키면서 6 g의 과망간산칼륨(KMnO4)을 천천히 첨가한다. 과망간산칼륨이 완전히 용해시킨 뒤, 용액의 온도를 40 내지 55oC의 온도범위에서 가열하여 유지시키고 12 내지 24시간 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 반응이 끝난 용액을 냉각된 물이 담긴 초자에 천천히 부어준 뒤, 과산화수소(H2O2)를 상기 반응이 끝난 용액의 거품이 생성되지 않을 때까지 천천히 첨가해준다. 그 다음, 아세톤, 증류수를 이용해 세척한 후 동결 건조하여 그래핀 산화물을 얻는다.
상기 합성된 그래핀 산화물을 사용하여 상기 (1) 단계의 표면처리를 진행하였다. 향상된 허머스(Hummers) 방법을 통해 합성된 상기 그래핀 산화물의 표면에는 매우 많은 하이드록시(-OH)) 작용기와 표면처리제로 사용되는 (3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (하기에 GLYMO로 기재)가 반응하여 표면에 에폭시 그룹이 말단에 있는 GLYMO가 화학적 결합을 통해 표면이 개질된다. 그래핀 산화물 0.8 g과 GLYMO을 에탄올에 넣고 pH 11 및 70 내지 90 oC의 온도범위에서 15 내지 30시간 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 그 다음, 잔류하는 GLYMO를 제거하기 위해 에탄올과 증류수를 이용하여 세척하고 건조하여 GLYMO-그래핀 산화물을 제조하였다.
상기 (2) 단계의 나노클러스터는 나노다이아몬드에 표면처리를 하여 제조하였다. (3-aminopropyl)triethoxysilane (하기에 APTES로 기재)과 0.8 g의 나노다이아몬드를 에탄올에 넣고 pH 11 및 70 내지 90oC의 온도범위에서 3 내지 6 시간 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 잔류하는 APTES를 제거하기 위해 에탄올과 증류수를 이용하여 세척하고 건조하여 APTES-나노다이아몬드를 제조하였다.
상기 나노다이아몬드는 크기가 1 내지 1000 nm 의 크기를 갖는 나노다이아몬드인 것을 특징으로 한다.
상기 (3) 단계의 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물을 제조하는 단계는 (2) 단계의 GLYMO-그래핀 산화물 0.4 g과 (3) 단계의 APTES-나노다이아몬드를 0.4 g을 200 mL의 에탄올에 넣고 초음파 처리 후, 50 내지 70 oC 온도 범위에서 8 내지 16시간 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 반응이 끝난 용액을 필터한 후, 증류수를 이용해 수차례 세척하고 50 내지 80 oC의 오븐에서 건조하여 GN을 제조하였다.
상기 (4) 단계의 GN 강화 에폭시 복합재료를 제조하는 단계는 상기 (3) 단계에서 제조된 GN을 필러로 사용하여 에폭시 복합재료를 제조하는 단계로써, 극성용매 하에서 GN을 에폭시 수지 100 g 대비 0.05 내지 0.4 중량%로 분산시킨 후, 60 내지 80oC에서 가열된 에폭시 수지에 첨가하여 혼합하고, 필러가 고르게 분산 될 수 있도록 혼합된 용액을 초음파 분산기를 사용하여 10 내지 60분 동안 분산시킨다. 초음파 분산기로 분산시킬 때, 10 분 미만일 경우에는 분산의 효과가 좋지 못하며, 60 분을 초과할 경우에는 필러를 손상시킬 수 있고 분산의 효과가 크게 향상되지 않는다. 극성용매는 에탄올 또는 아세톤일 수 있으며, 바람직하게는 GN의 함량은 0.15 내지 0.3중량% 일 수 있고, 더 바람직하게는 0.2 중량% 일 수 있다. 또한, 초음파 분산시간은 30 분 동안 처리하여 주는 것이 바람직하다.
초음파 처리 후, 용액의 극성용매를 제거하여 주기위해 80 oC의 진공오븐에서 15 내지 30시간 동안 실시하고, 바람직하게는 21 내지 24시간 일 수 있다. 혼합과정에서 발생한 기포는 최종적으로 제조된 에폭시 복합재료 내에 기공을 형성하여 복합재료의 강도를 저하시킬 수 있다.
기포가 제거된 GN이 첨가된 에폭시 수지에 경화제인 4,4’을 에폭시 대비 26 %정도인 34 내지 36 g 정도 첨가한 후 15 분 동안 교반하고 60 oC 진공오븐에서 감압 하에 10 내지 30분 동안 기포를 제거해준다. 그 다음, 경화오븐에서 110 내지 170oC로 4시간 동안 경화시킨다. 110 oC 미만일 경우에는 완전히 경화되지 않으며, 170 oC 이상일 경우에는 물성저하를 초래한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1.
향상된 허머스(Hummers) 방법을 통해 흑연을 산화시켜 그래핀 산화물을 제조한 후, 그래핀 산화물 0.8 g에 GLYMO 0.8 g을 에탄올 250 mL에 넣고, pH 11 및 70 내지 90 oC의 온도범위에서 15 내지 30 시간 동안 반응시킨 후, 잔류하는 GLYMO를 제거하기 위해 에탄올과 증류수를 이용하여 세척하고 건조하여 표면이 GLYMO로 개질된 GLYMO-그래핀 산화물을 제조하였다.
그리고 나노다이아몬드 0.8 g에 APTES 0.8 g을 에탄올 350 ml에 넣고, pH 11 및 70 내지 90oC의 온도범위에서 3 내지 6 시간 동안 반응시킨 후, 잔류하는 GLYMO를 제거하기 위해 에탄올과 증류수를 이용하여 세척하고 건조하여 표면이 APTES로 개질된 APTES-나노다이아몬드를 제조하였다.
그 다음, GLYMO로 개질된 그래핀 산화물과 APTES로 개질된 나노다이아몬드를 각각 0.4 g씩 200 mL의 에탄올에 넣고 혼합하여 초음파 처리 후 50 내지 70 oC 온도 범위에서 8 내지 16시간 동안 반응시킨 후, 50 내지 80 oC의 오븐에서 건조시켜 GN을 제조하였다. 그 다음, 에폭시 100 중량 대비 0.05 중량% 만큼의 GN을 에탄올 200 ml에 넣고 초음파 분산기를 이용하여 30 분 동안 분산시켜 준비한 후, 에폭시 100 g과 60 g의 에탄올을 혼합한 용액에 첨가하여 혼합한다. 이 후, 80 oC에서 1시간 동안 교반시켜 준다. 교반이 끝난 용액 내의 기포를 제거하기 위해 80 oC의 진공오븐에서 감압 하에 15 내지 30시간 동안 실시하고 한다. 그 다음, 경화제 4,4’을 34 내지 36 g 정도 첨가한 후 15 분 동안 교반하고 60 oC 진공오븐에서 감압 하에 30 분 동안 기포를 제거해준다. 그 다음, 경화오븐에서 170 oC로 4 시간 동안 경화시켜 GN 강화 에폭시 복합재료를 제조하였다.
실시예 2.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, GN의 함량을 0.1 중량%로 하여 GN 강화 에폭시 복합재료를 제조하였다.
실시예 3.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, GN의 함량을 0.15 중량%로 하여 GN 강화 에폭시 복합재료를 제조하였다.
실시예 4.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, GN의 함량을 0.2 중량%, 에폭시, 경화제, GN 혼합 후 기포제거시간을 10 분 동안 실시하여 GN 강화 에폭시 복합재료를 제조하였다.
실시예 5.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, GN의 함량을 0.2 중량%로 하여 GN 강화 에폭시 복합재료를 제조하였다.
실시예 6.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, GN의 함량을 0.2 중량%, GN의 분산시간을 60 분 동안 실시하여 GN 강화 에폭시 복합재료를 제조하였다.
실시예 7.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, GN의 함량을 0.3 중량%로 하여 GN 강화 에폭시 복합재료를 제조하였다.
실시예 8.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, GN의 함량을 0.4 중량%로 하여 GN 강화 에폭시 복합재료를 제조하였다.
비교예 1.
100 g의 에폭시 수지를 80 oC에서 10 분 동안 교반하여 점도를 낮춘 후 34 내지 36 g의 경화제를 첨가하여 15 분 동안 교반한다. 이 후 진공오븐에서 감압 하에 60 oC에서 30 분 동안 기포를 제거한 다음, 경화오븐을 이용하여 170 oC로 4 시간 동안 경화시켜 경화된 에폭시 수지를 제조하였다.
비교예 2.
향상된 허머스 방법을 통해 제조된 그래핀 산화물을 에폭시 100 중량 대비 0.2 중량% 만큼의 양을 에탄올에 넣고 30 분 동안 초음파 처리하여 분산시키고, 100 g의 에폭시 수지를 80 oC에서 10분 동안 교반하여 점도를 낮춘 후 상기 초음파 처리된 그래핀 산화물 분산액을 혼합한 뒤, 80 oC에서 1 시간 동안 교반시킨다. 그 다음, 상기 혼합물을 진공오븐에서 감압하에 80 oC에서 24 시간 동안 용매를 증발시켜준다. 그 다음, 경화제를 첨가하여 15 분 동안 교반한다. 이 후 진공오븐에서 감압하에 60 oC에서 30 분 동안 기포를 제거한 다음, 경화오븐을 이용하여 170 oC로 4 시간 동안 경화시켜 경화된 에폭시/그래핀 산화물 복합소재를 제조하였다.
실시예 1 내지 실시예 8, 비교예 1 내지 비교예 2에 따른 에폭시 /그래핀 산화물 복합소재의 제조조건을 하기 표 1에 도시하였다.
샘플명 필러 종류 필러의 함량
(중량%)
분산시간
(min)
교반시간
(min)
기포제거시간
(min)
경화온도
(oC)
실시예 1 GN 0.05 30 15 30 170
실시예 2 GN 0.1 30 15 30 170
실시예 3 GN 0.15 30 15 30 170
실시예 4 GN 0.2 30 15 10 170
실시예 5 GN 0.2 30 15 30 170
실시예 6 GN 0.2 60 15 30 170
실시예 7 GN 0.3 30 15 30 170
실시예 8 GN 0.4 30 15 30 170
비교예 1 - - - 15 30 170
비교예 2 그래핀 산화물 0.2 30 15 30 170
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
측정예 1. 본 발명에서 제조한 GN의 TEM 관찰
본 발명에서 제조된 GN의 미세구조를 그래핀 산화물 및 나노다이아몬드의 미세구조와 비교 관찰하기 위해 transmission electron microscopy (TEM, JEM-2100F, JEOL, Japan)를 사용하여 관찰하였고, 결과는 도1에 도시하였다.
측정예 2. 본 발명에서 제조한 GN 강화 에폭시 복합소재의 굴곡강도 시험 후 파단면 관찰
GN이 강화 필러로서 에폭시 복합소재의 구조를 변화시켰는지 관찰하기 위해 scanning electron microscopy (SEM, SU 8010, Hitachi, Ltd., Japan)을 이용하여 관찰하였고, 결과는 도2에 도시하였다.
측정예 3. 굴곡 실험
굴곡강도 시험은 GN 강화 에폭시 복합소재를 ASTME-399 규격에 따라 시편을 제조한 후 3 포인트 굴곡강도 시험 방법으로 만능재료시험기를 이용하여 실시하였고, 실시예 1 내지 실시예 8, 비교예 1 내지 비교예 2에 따른 에폭시 /그래핀 산화물 복합소재의 기계적 강도(굴곡강도 및 향상정도, KIc값, GIc값)를 하기 표 2 에 도시하였으며, 실시예 1 내지 실시예 8, 비교예 1 내지 비교예 2에 따른 굴곡강도 및 향상정도의 비교결과는 도 3에 도시하였다.
삭제
삭제
삭제
굴곡 강도
(MPa)
굴곡강도
향상정도(%)
KⅠc GⅠc
실시예 1 141.3 ±2.3 15.1 5.7 ±0.1 47.1 ±2.1
실시예 2 148.2 ±1.5 20.7 5.9 ±0.1 49.2 ±1.5
실시예 3 150.7 ±2.1 22.7 6 ±0.2 52.8 ±2.6
실시예 4 150.3 ±8.3 22.4 5.9 ±0.2 53.2 ±4.2
실시예 5 153.8 ±5.4 25.2 6.1 ±0.1 56.4 ±3.1
실시예 6 153.6 ±4.8 25.1 6.3 ±0.2 55.9 ±2.8
실시예 7 152.8 ±4.6 24.4 7.0 ±0.1 68.7 ±3.8
실시예 8 148 ±8.4 20.5 7.6 ±0.3 76.7 ±5.1
비교예 1 122.8 ±7.1 - 4.5 ±0.2 25.2 ±1.8
비교예 2 138 ±1.8 12.4 5.8 ±0.5 44.3 ±3.2
삭제
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.

Claims (5)

  1. (1)(3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GLYMO)을 이용하여 그래핀 산화물(GO)의 표면을 개질하여 표면 개질된 그래핀 산화물(GO-GLYMO)를 제조하는 단계;
    (2)(3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES)을 이용하여 나노다이아몬드(ND)의 표면을 개질하여 나노다이아몬드로 나노클러스터(ND-APTES)를 제조하는 단계;
    (3) 상기 (1) 및 (2) 단계에서 제조된 표면 개질된 그래핀 산화물(GO-GLYMO) 및 나노다이아몬드 나노클러스터(ND-APTES)를 혼합하여 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물(GN) 제조 하는 단계;
    (4) 상기 (3) 단계에서 제조된 GN에 에폭시 수지 및 경화제를 혼합하여 경화하는 단계를 포함하고,
    상기 (4) 단계에서 에폭시 대비 GN을 0.05 내지 0.4 중량% 사용하고,
    상기 GN을 유기용매에 혼합하여 10 내지 60 분 동안 초음파로 분산시키고,
    상기 경화제는 에폭시를 포함하는 100 중량% 대비 26 중량%를 사용하여 경화시키는 것을 포함하는 에폭시 복합재료의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (1) 단계에서 그래핀 산화물(GO)에 GLYMO를 첨가하여 70 내지 90 oC의 온도에서 15 내지 30 시간 동안 반응시켜, GO-GLYMO를 제조하는 것을 포함하는 에폭시 복합재료의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (2) 단계에서 나노다이아몬드(ND)에 APTES를 첨가하여 70 내지 90oC의 온도에서 3 내지 6 시간 동안 반응시켜, ND-APTES를 제조하는 것을 포함하는 에폭시 복합재료의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (3) 단계에서 GO-GLYMO와 ND-APTES의 혼합비는 1 : 1 질량비 이고,
    상기 GO-GLYMO와 ND-APTES를 혼합 후 극성 용매하에서 초음파 처리한 후 반응시켜 GN을 합성하는 것을 포함하는 에폭시 복합재료의 제조방법.
  5. 삭제
KR1020170176179A 2017-12-20 2017-12-20 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법 KR102008760B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170176179A KR102008760B1 (ko) 2017-12-20 2017-12-20 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170176179A KR102008760B1 (ko) 2017-12-20 2017-12-20 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190074655A KR20190074655A (ko) 2019-06-28
KR102008760B1 true KR102008760B1 (ko) 2019-08-08

Family

ID=67065937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170176179A KR102008760B1 (ko) 2017-12-20 2017-12-20 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102008760B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220102435A (ko) 2021-01-13 2022-07-20 인하대학교 산학협력단 아미노-관능성 나노다이아몬드로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3932862A1 (de) * 2020-07-01 2022-01-05 Evonik Operations GmbH Funktionalisiertes graphen, verfahren zur herstellung eines funktionalisierten graphens und dessen verwendung
CN116144140A (zh) * 2023-01-09 2023-05-23 广东电网有限责任公司汕头供电局 一种氧化石墨烯改性高力学性能的环氧树脂

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100137057A (ko) 2009-06-22 2010-12-30 대한민국 (관리부서:국립문화재연구소) 석조문화재 보존을 위한 나노 복합 에폭시 접착제
KR101566336B1 (ko) * 2014-01-24 2015-11-06 인하대학교 산학협력단 열전도도가 향상된 에폭시 복합재
KR101730437B1 (ko) * 2015-09-24 2017-04-26 인하대학교 산학협력단 열 안정성 및 기계적 강도가 향상된 에폭시 복합재료 및 이의 제조방법
KR101826558B1 (ko) 2016-02-03 2018-02-07 현대자동차 주식회사 산화 그래핀-나노 다이아몬드 결합체, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 나노 유체

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220102435A (ko) 2021-01-13 2022-07-20 인하대학교 산학협력단 아미노-관능성 나노다이아몬드로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법
KR102479378B1 (ko) 2021-01-13 2022-12-19 인하대학교 산학협력단 아미노-관능성 나노다이아몬드로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190074655A (ko) 2019-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hou et al. Recent advances and future perspectives for graphene oxide reinforced epoxy resins
Jiang et al. Effects of surface-modified silica nanoparticles attached graphene oxide using isocyanate-terminated flexible polymer chains on the mechanical properties of epoxy composites
Li et al. Control of the functionality of graphene oxide for its application in epoxy nanocomposites
KR102008760B1 (ko) 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법
KR100895696B1 (ko) 전기 절연성을 가지는 실리콘고무/카본나노튜브 복합체의제조 방법
KR102185383B1 (ko) 오존 처리된 단일 벽 탄소나노튜브로 강화된 현무암 섬유 강화 에폭시 복합재료 및 이의 제조방법
KR102496995B1 (ko) 그래핀산화물/흑연나노섬유 복합체로 강화된 탄소섬유 강화 에폭시 복합소재 및 그 제조방법
US10155851B2 (en) System and method for synthesis of POSS-starch derivatives as effective fillers for developing high performance composites
KR102169771B1 (ko) 탄닌산이 코팅된 그래핀-에폭시 난연 복합소재 및 그의 제조방법
KR102185380B1 (ko) 천연 흑연 박편이 도입된 현무암 섬유 강화 에폭시 복합소재의 제조방법.
KR101868519B1 (ko) 실리카 입자가 표면 처리된 할로이사이트 나노튜브 제조 방법 및 이를 포함하는 에폭시 수지 조성물
Jelić et al. Design of halloysite modification for improvement of mechanical properties of the epoxy based nanocomposites
KR102214478B1 (ko) 오존 처리한 카본블랙이 도입된 탄소 섬유 강화 에폭시 복합재료 및 제조 방법
Jahandideh et al. Mechanical and thermal properties of octadecylamine-functionalized graphene oxide reinforced epoxy nanocomposites
KR102228987B1 (ko) 콘크리트용 에폭시 도료 및 그를 이용한 건설구조물 보수 보강재
KR101730437B1 (ko) 열 안정성 및 기계적 강도가 향상된 에폭시 복합재료 및 이의 제조방법
Gholshan Tafti et al. Effects of corona treatment on morphology and properties of carbon based fillers/epoxy nanocomposites
KR20230106323A (ko) 건식-오존화 현무암섬유로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법
Kim et al. 3-Aminopropyltriethoxysilane effect on thermal and mechanical properties of multi-walled carbon nanotubes reinforced epoxy composites
KR102404145B1 (ko) 그래핀 산화물이 도입된 현무암 섬유 강화 에폭시 복합소재 및 이의 제조방법
KR100542660B1 (ko) 팽창흑연/에폭시 나노복합재 조성물
Lee et al. Effects of silane modification and temperature on tensile and fractural behaviors of carbon nanotube/epoxy nanocomposites
KR102357709B1 (ko) 이황화몰리브덴/폴리에테르이미드 나노시트가 도입된 에폭시 복합소재 및 이의 제조방법
KR102413680B1 (ko) 환원된 그래핀산화물-탄소나노튜브가 코팅된 부직포 강화 에폭시 복합소재의 제조방법
KR102496991B1 (ko) 오존 처리된 흑연나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 에폭시 복합소재 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right