KR102068895B1 - Cnt/polymer composite and method of preparing the same - Google Patents

Cnt/polymer composite and method of preparing the same Download PDF

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Abstract

본 발명은 CNT/고분자 복합체 및 이의 제조방법 관한 것으로, 본 발명은 대량 생산 및 압출 성형이 용이하며, CNT 표면을 화학적 처리 또는 물리적 방법을 통해 개질하고 리전트를 결합시킴으로서, CNT 표면에 리전트 및 고분자가 포함된 우수한 기계적 특성을 나타내는 CNT/고분자 복합체를 제공할 수 있다.The present invention relates to a CNT / polymer composite and a method for manufacturing the same, the present invention is easy to mass production and extrusion molding, by modifying the CNT surface through a chemical treatment or physical method and bind the Regent, so that the Regent and polymer on the CNT surface It is possible to provide a CNT / polymer composite that exhibits excellent mechanical properties involved.

Description

CNT/고분자 복합체 및 이의 제조방법{CNT/POLYMER COMPOSITE AND METHOD OF PREPARING THE SAME}CNT / POLYMER COMPOSITE AND METHOD OF PREPARING THE SAME}

본 발명은 CNT/고분자 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로 보다 구체적으로는 기계적 물성이 향상된 CNT/고분자 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a CNT / polymer composite and a method for producing the same, and more particularly, to a CNT / polymer composite and a method for producing the same having improved mechanical properties.

폴리 케톤, 나일론 및 폴리 카보네이트 등을 포함하는 엔지니어링 플라스틱 소재는 자동차 및 항공기 차체, 전자파 차폐 부품 등 다양한 분야의 산업 소재로서 널리 사용되고 있다. 이러한 엔지니어링 플라스틱, 다시 말해서 고분자 물질들은 내화학성, 내마모성 및 내충격성 등의 물성이 우수한 특징을 나타내므로 여러 산업에서의 응용이 기대된다. 그러나 고분자 소재들에서 일반적으로 나타나는 기계적 강도 및 전기전도성 등이 낮다는 문제점이 남아있어 사용에 제한이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해서 유리 섬유, 카본 블랙 및 탄소 섬유 등을 필러로 포함하는 고분자 복합체들이 제조되었으나, 필요한 물성을 달성하기 위해서는 다량의 필러가 필요하고, 다량의 필러가 포함되는 경우에는 가공 시 점도가 높아지고, 제조 단가가 증가하였다. 점도가 높아지면 복합체 압출 및 사출 성형이 어렵고, 외관상 달라지며, 제조 단가가 증가하면 다양한 산업에서 쉽게 이용되기 어렵다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 또 다른 연구가 계속되었으나, 고분자 물질과 필러간의 구조적 특성 차이로 인해 낮은 계면 접착력을 갖게 되어 물성 개선 효과가 제한되는 문제점이 발생하였다.Engineering plastic materials, including polyketone, nylon and polycarbonate, are widely used as industrial materials in various fields, such as automobile and aircraft bodywork, electromagnetic shielding parts. Since such engineering plastics, that is, polymer materials, exhibit excellent properties such as chemical resistance, abrasion resistance, and impact resistance, they are expected to be applied in various industries. However, there is a problem that low mechanical strength and electrical conductivity, which are generally found in polymer materials, remain limited. In order to improve this problem, polymer composites including glass fiber, carbon black and carbon fiber as fillers have been prepared, but in order to achieve the required physical properties, a large amount of filler is required, and when a large amount of filler is included, the viscosity during processing Increased and manufacturing cost increased. The higher the viscosity, the more difficult the extrusion and injection molding of the composite, the appearance is different, the increased manufacturing cost is difficult to use in various industries. In order to solve such a problem, another study was continued, but due to the difference in the structural properties between the polymer material and the filler, there was a problem in that the property improvement effect was limited due to the low interfacial adhesion.

본 발명의 일 목적은 탄소나노튜브 표면에 그리냐르 리전트 및 고분자를 포함함으로서 기계적 강도가 우수하고 대량 생산과 압출 성형이 용이한 복합체 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a composite and a method for producing the composite having excellent mechanical strength and easy mass production and extrusion molding by including Grignard Regent and a polymer on the surface of carbon nanotubes.

본 발명의 일 목적을 위한 CNT/고분자 복합체는 표면에 금속 복합체를 갖는 탄소나노튜브; 및 고분자를 포함하고, 상기 표면에 금속 복합체를 갖는 탄소나노튜브는, 상기 탄소나노튜브 표면에 배치된 유기화합물에 금속 복합체가 결합된 구조이다.CNT / polymer composite for one purpose of the present invention is a carbon nanotube having a metal complex on the surface; And a polymer, wherein the carbon nanotube having the metal composite on the surface has a structure in which the metal complex is bonded to an organic compound disposed on the carbon nanotube surface.

일 실시예에서 상기 탄소나노튜브 표면에 배치된 유기화합물은 치환 또는 비치환된 알킬기 및 방향족 고리 화합물일 수 있다.In one embodiment, the organic compound disposed on the surface of the carbon nanotubes may be a substituted or unsubstituted alkyl group and an aromatic ring compound.

일 실시예에서 상기 탄소나노튜브 표면에 배치된 유기화합물은 치환 또는 비치환된 피렌(pyrene) 화합물이며, 상기 탄소나노튜브를 이루는 탄소 및 상기 피렌 화합물이 물리적 흡착에 의해 결합되고, 상기 피렌 화합물에 금속 복합체가 결합된 것일 수 있다.In one embodiment, the organic compound disposed on the surface of the carbon nanotube is a substituted or unsubstituted pyrene compound, and the carbon and the pyrene compound constituting the carbon nanotube are bonded by physical adsorption, and the pyrene compound The metal complex may be combined.

일 실시예에서 상기 금속 복합체는 Mg 및 Li 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the metal composite may include at least one of Mg and Li.

일 실시예에서 상기 고분자는 폴리 케톤, 폴리 카보네이트, 폴리 에스터 및 나일론 중 적어도 하나 이상일 수 있다.In one embodiment, the polymer may be at least one of polyketone, polycarbonate, polyester and nylon.

본 발명의 다른 목적을 위한 CNT/고분자 복합체의 제조 방법은 탄소나노튜브 및 유기화합물을 제1 용매에 첨가하고 반응시켜, 개질된 탄소나노튜브를 제조하는 제1 단계; 및 상기 제1 단계에서 제조된 탄소나노튜브 및 고분자를 반응 압출하는 제2 단계;를 포함한다.A method for producing a CNT / polymer composite for another object of the present invention includes a first step of adding a carbon nanotube and an organic compound to a first solvent and reacting to produce a modified carbon nanotube; And a second step of reaction extruding the carbon nanotubes and the polymer prepared in the first step.

일 실시예에서 상기 제1 단계에, 상기 유기화합물은 피레닐부틸리튬(pyrenyl butyllithium)(PBuLi) 및 1-피렌메틸브로마이드(1-pyrenemethyl bromide)(PBr)일 수 있다.In one embodiment, the organic compound may be pyrenyl butyllithium (PBuLi) and 1-pyrenemethyl bromide (PBr).

일 실시예에서 상기 제1 단계 이후에, 상기 제2 단계 전에, 상기 제1 단계에서 제조된 개질된 탄소나노튜브 및 금속화합물을 제2 용매에 첨가하고 반응시켜, 피렌 및 금속할로겐 화합물을 포함하는 탄소나노튜브 복합체를 제조하는 제1-2 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, after the first step, before the second step, the modified carbon nanotube and the metal compound prepared in the first step are added to the second solvent and reacted to include a pyrene and a metal halide compound. It may further comprise a; 1-2 step of preparing a carbon nanotube composite.

본 발명의 또 다른 목적을 위한 CNT/고분자 복합체의 제조 방법은 탄소나노튜브를 산용액과 반응시켜, 카르복실산을 갖는 탄소나노튜브를 제조하는 a단계; 상기 a단계에서 제조된 카르복실산을 갖는 탄소나노튜브를 염소화합물과 반응시켜, 표면개질된 탄소나노튜브를 제조하는 b단계; 상기 표면개질된 탄소나노튜브 및 할로겐 화합물을 제1 용매에 첨가하고 반응시켜, 할로겐을 포함하는 탄소나노튜브를 제조하는 c단계; 상기 할로겐을 포함하는 탄소나노튜브 및 금속 화합물을 제2 용매에 첨가하고 반응시켜 금속할로겐 복합체를 갖는 탄소나노튜브 복합체를 제조하는 d단계; 및 상기 d단계에서 제조된 탄소나노튜브 복합체 및 고분자를 반응 압출하는 e단계;를 포함한다.Method for producing a CNT / polymer composite for another object of the present invention is a step of preparing a carbon nanotube having a carboxylic acid by reacting the carbon nanotubes with an acid solution; B) preparing a surface-modified carbon nanotube by reacting the carbon nanotube having the carboxylic acid prepared in step a with a chlorine compound; C) preparing carbon nanotubes containing halogen by adding the surface-modified carbon nanotubes and a halogen compound to a first solvent and reacting them; Adding the carbon nanotube and the metal compound including the halogen to a second solvent and reacting to prepare a carbon nanotube composite having a metal halogen complex; And a step e of reacting and extruding the carbon nanotube composite and the polymer prepared in step d.

일 실시예에서 상기 b단계에, 상기 염소화합물은 사이오닐클로라이드(Thionyl Chloride)(SOCl2)일 수 있다.In step b, in the embodiment, the chlorine compound may be thionyl chloride (Thionyl Chloride) (SOCl 2 ).

일 실시예에서 상기 c단계에, 상기 할로겐 화합물은 3-브로모 프로판-1-아민(3-bromopropan-1-amine)일 수 있다.In one embodiment, in step c, the halogen compound may be 3-bromopropan-1-amine.

본 발명은 CNT/고분자 복합체 및 이의 제조방법 관한 것으로, 본 발명은 대량 생산 및 압출 성형이 용이하며, CNT 표면을 화학적 처리 또는 물리적 방법을 통해 개질하고 리전트를 결합시킴으로서, CNT 표면에 리전트 및 고분자가 포함된 우수한 기계적 특성을 나타내는 CNT/고분자 복합체를 제공할 수 있다.The present invention relates to a CNT / polymer composite and a method for manufacturing the same, the present invention is easy to mass production and extrusion molding, by modifying the CNT surface through a chemical treatment or physical method and bind the Regent, so that the Regent and polymer on the CNT surface It is possible to provide a CNT / polymer composite that exhibits excellent mechanical properties involved.

도 1은 본 발명의 제조 방법 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 일 실시예에 따라 제조된 복합체를 나타낸 도면들이다.
1 is a view schematically showing a part of the manufacturing method of the present invention.
2 and 3 are views showing a composite prepared according to one embodiment.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification, but one or more other features or steps. It is to be understood that the present invention does not exclude, in advance, the possibility of the addition or the presence of any operation, components, parts or combinations thereof.

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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

본 발명의 CNT/고분자 복합체는 표면에 금속 복합체를 갖는 탄소나노튜브; 및 고분자;를 포함한다. 일 실시예에서 상기 표면에 금속 복합체를 갖는 탄소나노튜브는, 상기 탄소나노튜브 표면에 배치된 유기화합물에 금속 복합체가 결합된 구조일 수 있다.CNT / polymer composite of the present invention is a carbon nanotube having a metal complex on the surface; And polymers. In one embodiment, the carbon nanotube having the metal complex on the surface may have a structure in which the metal complex is bonded to an organic compound disposed on the surface of the carbon nanotube.

일 실시예에서 본 발명의 CNT/고분자 복합체를 이루는 상기 탄소나노튜브는 다르게 말하면, 상기 탄소나노튜브 표면에 유기화합물이 배치되어 있으며, 유기화합물에 금속 화합물, 금속 복합체 또는 금속할로겐 복합체가 결합된 것이고, 상기 유기화합물은 화학적 처리 또는 물리적 흡착을 통해서 탄소나노튜브 표면에 결합된 것일 수 있다.In one embodiment, the carbon nanotubes forming the CNT / polymer composite of the present invention are in other words, an organic compound is disposed on the surface of the carbon nanotubes, and a metal compound, a metal complex, or a metal halogen complex is combined with the organic compound. , The organic compound may be bound to the surface of the carbon nanotubes through chemical treatment or physical adsorption.

일 실시예에서 본 발명의 CNT/고분자 복합체는 표면에 유기화합물 및 금속 화합물을 포함하는 탄소나노튜브 및 고분자 소재가 반응하여 형성된 것일 수 있다.In one embodiment, the CNT / polymer composite of the present invention may be formed by reacting carbon nanotubes and a polymer material including an organic compound and a metal compound on a surface thereof.

일 실시예에서 상기 탄소나노튜브 표면에 배치된 유기화합물은 치환 또는 비치환된 알킬기 및 방향족 고리 화합물일 수 있다. 이에 제한하는 것은 아니나, 예를 들어 상기 탄소나노튜브 표면에 배치된 유기화합물은 치환 또는 비치환된 피렌(pyrene) 화합물일 수 있다.In one embodiment, the organic compound disposed on the surface of the carbon nanotubes may be a substituted or unsubstituted alkyl group and an aromatic ring compound. For example, the organic compound disposed on the surface of the carbon nanotube may be a substituted or unsubstituted pyrene compound.

일 실시예에서 상기 CNT/고분자 복합체는 탄소나노튜브를 이루는 탄소와 피렌 화합물이 물리적 흡착에 의해 결합되고, 상기 피렌 화합물에 금속 복합체가 결합된 것일 수 있다. 일 실시예에서 피렌과 같은 물질은 탄소나노튜브의 탄소 sp2 구조와의 파이 결합(π- bond, pi-bond)을 통해 탄소나노튜브에 물리적으로 흡착될 수 있다.In one embodiment, the CNT / polymer composite may be one in which carbon and pyrene compounds constituting carbon nanotubes are bonded by physical adsorption, and a metal complex is bonded to the pyrene compound. In one embodiment, a material such as pyrene may be physically adsorbed onto the carbon nanotubes through pi bond (π-bond, pi-bond) with the carbon sp 2 structure of the carbon nanotubes.

일 실시예에서 상기 금속 복합체는 할로겐 화합물을 포함할 수 있고, 이에 제한하는 것은 아니나, 예를 들어 상기 금속 복합체는 Br(브롬, Bromine)을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the metal complex may include a halogen compound, but is not limited thereto. For example, the metal complex may include Br (bromine).

일 실시예에서 상기 금속 복합체는 금속 원소를 포함할 수 있으며, 이에 제한하는 것은 아니나, 예를 들어 Mg(마그네슘, magnesium) 및 Li(리튬, lithium) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the metal composite may include a metal element, but is not limited thereto. For example, the metal composite may include at least one of Mg (magnesium, magnesium) and Li (lithium, lithium).

일 실시예에서 상기 고분자는 이에 제한하는 것은 아니나, 카보닐 작용기(C=O, carbonyl)를 포함하는 고분자일 수 있다. 예를 들어 폴리 케톤(Polyketone), 폴리 카보네이트(polycarbonate), 폴리 에스터(polyester) 및 나일론(nylon) 중 적어도 하나 이상일 수 있다.In one embodiment, the polymer is not limited thereto, but may be a polymer including a carbonyl functional group (C═O, carbonyl). For example, at least one of polyketone, polycarbonate, polyester, and nylon may be used.

일 실시예예서 상기 CNT/고분자 복합체는 그리냐르 리전트(Grignard reagent)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 그리냐르 리전트는 R-Mg-X형인 화합물의 총칭으로, R은 유기화합물, X는 할로겐을 의미한다. 일 실시예에서 본 발명의 CNT/고분자 복합체는 탄소나노튜브 표면에 그리냐르 리전트, R-Mg-X 구조에서 유기화합물인 R이 결합된 구조일 수 있다.In one embodiment, the CNT / polymer complex may include Grignard reagent. The Grignard Regent is a generic term for a compound of R-Mg-X type, R is an organic compound and X is a halogen. In one embodiment, the CNT / polymer composite of the present invention may have a structure in which R, which is an organic compound in a Grignard Reagent and an R-Mg-X structure, is bonded to a carbon nanotube surface.

본 발명의 CNT/고분자 복합체는 필러로서 탄소나노튜브를 포함함으로써 기계적 물성이 향상된 고분자 소재로 사용될 수 있다.The CNT / polymer composite of the present invention may be used as a polymer material having improved mechanical properties by including carbon nanotubes as a filler.

본 발명의 CNT/고분자 복합체의 제조 방법은 탄소나노튜브 및 유기화합물을 제1 용매에 첨가하고 반응시켜, 개질된 탄소나노튜브를 제조하는 제1 단계; 및 상기에서 제조된 탄소나노튜브 및 고분자를 반응 압출하는 제2 단계;를 포함한다. 상기 제조 방법에 의해 기계적 물성이 향상된 CNT/고분자 복합체를 제조할 수 있고, 이에 따라 제조된 CNT/고분자 복합체는 고분자 소재로서, 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 특히 폴리 케톤의 경우 생산 공정 등의 문제로 사용이 활발하지 않았으나, 본 발명을 통해 차량, 항공기와 같은 다양한 분야에서 폴리 케톤을 우수한 물성을 나타내는 복합 소재로 이용할 수 있다.The method for producing a CNT / polymer composite of the present invention comprises the steps of adding a carbon nanotube and an organic compound to a first solvent and reacting to produce a modified carbon nanotube; And a second step of reaction extrusion of the prepared carbon nanotubes and the polymer. The CNT / polymer composite having improved mechanical properties may be prepared by the above manufacturing method, and the CNT / polymer composite thus prepared may be used in various fields as a polymer material. In particular, in the case of poly ketone was not active due to problems such as production process, it can be used as a composite material showing excellent physical properties in various fields such as vehicles, aircraft through the present invention.

일 실시예에서 상기 고분자는 다양한 고분자 소재가 사용될 수 있고, 이에 제한하는 것은 아니나 예를 들어 폴리 케톤(Polyketone), 폴리 카보네이트(polycarbonate), 폴리 에스터(polyester) 및 나일론(nylon) 중에서 적어도 하나 이상일 수 있다.In one embodiment, the polymer may be a variety of polymer materials, but is not limited thereto. For example, the polymer may be at least one of polyketone, polycarbonate, polyester, and nylon. have.

일 실시예에서 상기 제1 단계에, 상기 유기화합물은 피레닐부틸리튬(pyrenyl butyllithium)(PBuLi)일 수 있다. 일 실시예에서 탄소나노튜브 및 피레닐부틸리튬을 제1 용매에 첨가하고 반응시켜, 개질된 탄소나노튜브를 제조하고, 상기에서 제조된 탄소나노튜브 및 고분자를 반응 압출하여 본 발명의 CNT/고분자 복합체를 제조할 수 있다.In one embodiment, the organic compound may be pyrenyl butyllithium (PBuLi). In one embodiment, carbon nanotubes and pyrenylbutyllithium are added to the first solvent and reacted to produce modified carbon nanotubes, and the carbon nanotubes and the polymer prepared above are reacted and extruded to produce the CNT / polymer of the present invention. Composites can be prepared.

일 실시예에서 상기 유기화합물로 피레닐부틸리튬을 사용하는 경우, 제조된 CNT/고분자 복합체는 리튬을 포함할 수 있다.In one embodiment, when pyrenylbutyllithium is used as the organic compound, the prepared CNT / polymer composite may include lithium.

일 실시예에서 상기 제1 단계에, 상기 유기화합물은 1-피렌메틸브로마이드(1-pyrenemethyl bromide)(PBr)일 수 있다.In one embodiment, the organic compound may be 1-pyrenemethyl bromide (PBr).

일 실시예에서 상기 제1 단계 이후에, 상기 제2 단계 전에, 상기 제1 단계에서 제조된 개질된 탄소나노튜브 및 금속화합물을 제2 용매에 첨가하고 반응시켜, 피렌 및 금속할로겐 화합물을 포함하는 탄소나노튜브를 제조하는 제1-2 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, after the first step, before the second step, the modified carbon nanotube and the metal compound prepared in the first step are added to the second solvent and reacted to include a pyrene and a metal halide compound. It may further comprise a; 1-2 step of manufacturing the carbon nanotubes.

다르게 말하면, 일 실시예에서 탄소나노튜브 및 1-피렌메틸브로마이드를 제1 용매에 첨가하고 반응시켜, 개질된 탄소나노튜브를 제조하는 제1 단계; 상기 제1 단계 이후에, 상기 제1 단계에서 제조된 개질된 탄소나노튜브 및 금속화합물을 제2 용매에 첨가하고 반응시켜, 피렌 및 금속할로겐 화합물을 포함하는 탄소나노튜브 복합체를 제조하는 제1-2 단계를 수행한 다음, 상기 제1-2 단계에서 제조된 탄소나노튜브 및 고분자를 일정 비율로 혼합하여 반응 압출하는 제2 단계를 통해 본 발명의 CNT/고분자 복합체를 제조할 수 있다.In other words, in one embodiment, a first step of preparing a modified carbon nanotube by adding and reacting carbon nanotubes and 1-pyrenemethylbromide to a first solvent; After the first step, the modified carbon nanotube and the metal compound prepared in the first step is added to the second solvent and reacted to prepare a carbon nanotube composite including a pyrene and a metal halogen compound 1- After performing step 2, the CNT / polymer composite of the present invention may be prepared through the second step of reaction extrusion by mixing the carbon nanotubes and the polymer prepared in step 1-2 at a predetermined ratio.

도 1은 본 발명의 제조 방법 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1은 그리냐르 리전트를 사용하여 본 발명의 CNT/고분자 복합체를 제조하는 과정 중 일부를 개략적으로 나타낸 것이다. 일 실시예에서 탄소나노튜브를 표면 개질하여 Br을 갖는 유기화합물이 도입된 탄소나노튜브를 제조한 다음, 마그네슘을 첨가하여 탄소나노튜브의 표면에 R-MgBr(그리냐르 리전트)이 도입된 탄소나노튜브가 제조된 것을 나타내고 있다. 이와 같이 R-MgBr이 도입된 탄소나노튜브를 고분자, 예를 들어 폴리 케톤과 일정 비율 혼합하여 반응 압출하면 본 발명의 CNT/고분자 복합체를 제조할 수 있다.1 is a view schematically showing a part of the manufacturing method of the present invention. Figure 1 schematically shows a part of the process for preparing the CNT / polymer composite of the present invention using Grignard Regent. In an embodiment, the carbon nanotubes are surface-modified to prepare carbon nanotubes into which an organic compound having Br is introduced, and thereafter, magnesium is added to the surface of the carbon nanotubes, where R-MgBr (Grignard Regent) is introduced. It shows that the tube is manufactured. As such, when the carbon nanotubes into which R-MgBr is introduced are reacted and extruded by mixing a predetermined ratio with a polymer, for example, polyketone, the CNT / polymer composite of the present invention may be prepared.

일 실시예에서 상기 제1-2 단계에, 상기 금속화합물은 Mg를 포함할 수 있다.예를 들어 상기 제1-2 단계를 통해 탄소나노튜브 표면에 그리냐르 리전트가 포함될 수 있다.In one embodiment, the metal compound may include Mg in the first and second steps. For example, Grignard Regent may be included on the surface of the carbon nanotubes through the first and second steps.

일 실시예예서 상기 제1 용매 및 상기 제2 용매는 각각 독립적으로 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran)(THF), 무수 테트라하이드로푸란 및 이들의 혼합물 일 수 있다.In one embodiment, the first solvent and the second solvent may be independently tetrahydrofuran (THF), anhydrous tetrahydrofuran, and mixtures thereof.

본 발명의 다른 CNT/고분자 복합체의 제조 방법은 탄소나노튜브를 산용액과 반응시켜, 카르복실산을 갖는 탄소나노튜브를 제조하는 a단계; 상기 a단계에서 제조된 카르복실산을 갖는 탄소나노튜브를 염소화합물과 반응시켜, 표면개질된 탄소나노튜브를 제조하는 b단계; 상기 표면개질된 탄소나노튜브 및 할로겐 화합물을 제1 용매에 첨가하고 반응시켜, 할로겐을 포함하는 탄소나노튜브를 제조하는 c단계; 상기 할로겐을 포함하는 탄소나노튜브 및 금속 화합물을 제2 용매에 첨가하고 반응시켜, 금속할로겐 복합체를 갖는 탄소나노튜브 복합체를 제조하는 d단계; 및 상기 d단계에서 제조된 탄소나노튜브 복합체 및 고분자를 반응 압출하는 e단계;를 포함한다.Another CNT / polymer composite production method of the present invention is a step of preparing a carbon nanotube having a carboxylic acid by reacting the carbon nanotubes with an acid solution; B) preparing a surface-modified carbon nanotube by reacting the carbon nanotube having the carboxylic acid prepared in step a with a chlorine compound; C) preparing carbon nanotubes containing halogen by adding the surface-modified carbon nanotubes and a halogen compound to a first solvent and reacting them; Adding the halogenated carbon nanotube and the metal compound to a second solvent and reacting to prepare a carbon nanotube composite having a metal halogen complex; And a step e of reacting and extruding the carbon nanotube composite and the polymer prepared in step d.

일 실시예에서 상기 a단계에, 상기 산용액은 인산, 황산 및 질산 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 산의 세기가 너무 강한 경우 탄소나노튜브 구조가 파괴될 수 있고, 산의 세기가 너무 약한 경우에는 탄소나노튜브가 충분히 반응하지 않는 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들어 상기 산용액은 황산과 질산의 비율이 3:2일 수 있다.In an embodiment, in step a, the acid solution may include at least one of phosphoric acid, sulfuric acid, and nitric acid. If the acid strength is too strong, the carbon nanotube structure may be destroyed, and if the acid strength is too weak, the carbon nanotubes may not sufficiently react. For example, the acid solution may have a ratio of sulfuric acid and nitric acid 3: 2.

일 실시예에서 상기 b단계는 상기 a단계에서 제조된 카르복실산을 갖는 탄소나노튜브를 염소화합물과 반응시켜, 표면개질된 탄소나노튜브를 제조하는 단계로, 예를 들어 b단계를 통해서 형성된 표면개질된 탄소나노튜브는 아실클로라이드(acyl chloride) 말단기가 도입된 탄소나노튜브일 수 있다. 일 실시예에서 상기 b단계에, 상기 염소화합물은 이에 제한하는 것은 아니나, 사이오닐클로라이드(Thionyl Chloride)(SOCl2)일 수 있다.In one embodiment, the step b is a step of producing a surface-modified carbon nanotubes by reacting the carbon nanotubes having the carboxylic acid prepared in step a with a chlorine compound, for example, the surface formed through step b The modified carbon nanotubes may be carbon nanotubes into which acyl chloride end groups are introduced. In one embodiment, in step b, the chlorine compound may be, but not limited to, thionyl chloride (SOCl 2 ).

일 실시예에서 상기 c단계는 상기 표면개질된 탄소나노튜브 및 할로겐 화합물을 제1 용매에 첨가하고 반응시켜, 할로겐을 포함하는 탄소나노튜브를 제조하는 단계로, 예를 들어 c단계를 통해서 형성된 할로겐을 포함하는 탄소나노튜브는 아실클로라이드기가 할로겐으로 치환된 것일 수 있다. 일 예로 Br기가 도입된 탄소나노튜브가 형성될 수 있다. 일 실시예에서 상기 c단계에, 상기 할로겐 화합물은 이에 제한하는 것은 아니나, 3-브로모 프로판-1-아민(3-bromopropan-1-amine)일 수 있다.In one embodiment, the step c is adding the surface-modified carbon nanotubes and the halogen compound to a first solvent and reacting to prepare carbon nanotubes containing halogen, for example, halogen formed through step c. Carbon nanotubes containing may be an acyl chloride group is substituted with a halogen. As an example, carbon nanotubes into which Br groups are introduced may be formed. In one embodiment, in step c, the halogen compound may be, but is not limited to, 3-bromopropan-1-amine (3-bromopropan-1-amine).

일 실시예에서 상기 d단계는 상기 할로겐을 포함하는 탄소나노튜브 및 금속 화합물을 제2 용매에 첨가하고 반응시켜, 금속할로겐 복합체를 갖는 탄소나노튜브 복합체를 제조하는 단계로, 일 실시예에서 상기 d단계에, 상기 금속화합물은 Mg를 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 d단계를 통해서 그리냐르 리전트가 도입된 탄소나노튜브 복합체를 제조할 수 있다. 예를 들어 상기 d단계를 통해서 형성된 금속할로겐 복합체를 갖는 탄소나노튜브 복합체는 MgBr을 갖는 탄소나노튜브일 수 있다.In one embodiment, the step d is a step of adding a carbon nanotube and a metal compound containing the halogen to the second solvent and reacting to prepare a carbon nanotube composite having a metal halogen complex, in one embodiment the d In the step, the metal compound may include Mg. For example, the carbon nanotube composite into which Grignard Regent is introduced may be prepared through step d. For example, the carbon nanotube composite having the metal halogen complex formed through step d may be a carbon nanotube having MgBr.

일 실시예에서 상기 제1 용매 및 상기 제2 용매는 이에 제한하는 것은 아니나, 각각 독립적으로 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran)(THF), 무수 테트라하이드로푸란 및 이들의 혼합물일 수 있다.In one embodiment, the first solvent and the second solvent may be, but are not limited to, tetrahydrofuran (THF), anhydrous tetrahydrofuran, and a mixture thereof.

일 실시예에서 상기 e단계는 상기 d단계에서 제조된 탄소나노튜브 복합체 및 고분자를 반응 압출하는 단계로, 예를 들어 MgBr을 갖는 탄소나노튜브 및 고분자 소재를 1:100 또는 3:100 등의 일정 비율로 혼합하여 반응 압출함으로서 본 발명의 CNT/고분자 복합체를 제조할 수 있다. 상기 고분자를 100으로 하여 탄소나노튜브의 비율이 0.5 이하인 경우에는 기계적 물성 향상 효과가 나타나지 않을 수 있고, 탄소나노튜브의 비율이 5 이상인 경우에는 고분자 소재만이 갖는 내충격성 등이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.In one embodiment, the step e is a step of reaction extrusion of the carbon nanotube composite and the polymer prepared in step d, for example, a carbon nanotube and a polymer material having MgBr, such as 1: 100 or 3: 100 The CNT / polymer composite of the present invention may be prepared by reaction extrusion by mixing at a ratio. When the ratio of the carbon nanotubes is 0.5 or less, the polymer may not have an effect of improving mechanical properties. When the ratio of the carbon nanotubes is 5 or more, the impact resistance of the polymer material may decrease. Can be.

일 실시예에서 상기 고분자는 이에 제한하는 것은 아니나, 폴리 케톤, 폴리 카보네이트, 폴리 에스터 및 나일론 중 적어도 하나 이상일 수 있다.In one embodiment, the polymer is not limited thereto, but may be at least one of polyketone, polycarbonate, polyester, and nylon.

나노 크기의 필러를 고분자에 첨가한 복합 재료는 마이크로 크기의 필러를 도입한 경우에 비해서 훨씬 더 적은 양으로 기계적 물성 및 전기적 특성을 개선시킬 수 있다. 필러로서 탄소나노튜브는 다른 나노 크기의 소재들에 비해 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다. 탄소나노튜브는 섬유 형태의 구조를 가지므로 고분자 복합체의 기계적 물성 향상에 크게 기여할 수 있다. 다만, 탄소나노튜브를 고분자 소재에 첨가하는 경우, 탄소나노튜브 간 물리적 인력 및 엉킴 현상 때문에 응집 현상이 발생할 수 있고, 고분자 소재와 탄소나노튜브는 구조적 특성이 상이하므로 낮은 계면 접착력을 나타내므로 물성 개선 효과가 제한 될 수 있다. 그러나 본 발명의 경우 화학적 또는 물리적인 방법을 통해서 탄소나노튜브 표면을 개질하여 고분자를 탄소나노튜브에 중합시켰기 때문에 우수한 물성 향상 효과를 나타낼 수 있다. 결과적으로 본 발명을 통해서 고분자 물질과 탄소나노뷰트 간의 계면접착력 극대화 및 분산성의 개선이 이루어졌다는 것을 알 수 있다.Composite materials in which nano-sized fillers are added to polymers can improve mechanical and electrical properties in much smaller amounts than when micro-sized fillers are introduced. As a filler, carbon nanotubes can exhibit excellent mechanical properties compared to other nano-sized materials. Since carbon nanotubes have a fiber-like structure, the carbon nanotubes can greatly contribute to improving mechanical properties of the polymer composite. However, when carbon nanotubes are added to the polymer material, agglomeration may occur due to physical attraction and entanglement between the carbon nanotubes, and since the polymer material and the carbon nanotubes have different structural properties, they exhibit low interfacial adhesion, thereby improving physical properties. The effect may be limited. However, in the case of the present invention, since the polymer is polymerized on the carbon nanotubes by modifying the surface of the carbon nanotubes through chemical or physical methods, excellent physical properties can be exhibited. As a result, it can be seen that maximization of the interfacial adhesion between the polymer material and the carbon nanobute and the improvement of the dispersibility have been achieved.

본 발명의 일 실시예와 같이 화학적 처리 방법의 경우는 용융 혼련 방식에 적합하여, 고분자 매트릭스 및 동일한 고분자가 표면에 중합된 탄소나노튜브 간의 사슬 얽힘(chain entanglement)이 유도되어 기계적 물성이 향상될 수 있다.In the case of the chemical treatment method as an embodiment of the present invention is suitable for the melt kneading method, the chain entanglement between the polymer matrix and the carbon nanotubes polymerized on the surface can be induced to improve mechanical properties have.

본 발명의 일 실시예와 같이 물리적인 방법의 경우에는 그리냐르 리전트 등을 사용할 수 있다. 그리냐르 리전트는 반응성이 뛰어난 시약으로 케톤, 아마이드, 에스터 등과 같은 카보닐 작용기(C=O)를 포함하는 물질들과의 반응성이 우수하다. 따라서 탄소나노튜브에 그리냐르 리전트를 결합시키면 폴리 케톤, 나일론, 폴리 카보네이트, 폴리 에스터 등의 다양한 고분자와 쉽게 반응하여 중합될 수 있다. 이와 같이 물리적인 방법으로 CNT/고분자 복합체를 형성하는 경우, 산 용액이나 오존 등을 처리할 필요가 없으므로 보다 안정하고 제조 공정이 용이하며, 환경오염 등의 문제가 발생할 가능성이 낮다는 장점도 있다.In the case of a physical method as in an embodiment of the present invention, Grignard Regent and the like may be used. Grignard Regent is a highly reactive reagent that has excellent reactivity with materials containing carbonyl functional groups (C═O) such as ketones, amides and esters. Therefore, when Grignard Regent is bonded to carbon nanotubes, it can be easily reacted and polymerized with various polymers such as polyketone, nylon, polycarbonate, and polyester. As described above, when the CNT / polymer composite is formed by a physical method, there is no need to treat an acid solution or ozone, so that it is more stable, the manufacturing process is easy, and there is an advantage that a problem such as environmental pollution is less likely to occur.

실시예 1Example 1

본 발명의 일 실시예에 따라 화학적 처리 방법을 이용하여 작용기가 도입된 표면개질된 CNT(실시예 1)을 제조하였다.According to one embodiment of the present invention, a surface modified CNT (Example 1) having a functional group introduced therein was prepared using a chemical treatment method.

먼저, 다중벽 탄소나노튜브(pristine MWCNT) 1g을 황산 및 질산 혼합액(혼합액의 질량비는 황산:질산 = 3:2) 100ml에 분산시킨 다음, 60℃에서 24시간 동안 반응시키고, 생성된 물질을 감압 여과하여 회수하였다. 이 후 증류수로 세척하고 잔류 수분을 완전히 제거하기 위해 80℃의 진공 오븐에서 24시간 정도 건조하였다. 이와 같은 과정을 통해서 카르복실산기(Carboxyl acid, -COOH)가 도입된 탄소나노튜브를 얻었다. 이렇게 제조된 카르복실산기가 도입된 탄소나노튜브는 이후에는 MWCNT-COOH로 나타내었다.First, 1 g of multi-walled carbon nanotube (pristine MWCNT) is dispersed in 100 ml of a mixture of sulfuric acid and nitric acid (mass ratio of sulfuric acid: nitric acid = 3: 2), and then reacted at 60 ° C. for 24 hours, and the resulting material is decompressed. Recovered by filtration. After washing with distilled water and dried for 24 hours in a vacuum oven at 80 ℃ to completely remove the residual moisture. Through this process, a carbon nanotube into which a carboxylic acid group (Carboxyl acid, -COOH) was introduced was obtained. Carbon nanotubes into which the carboxylic acid group thus prepared was introduced are referred to as MWCNT-COOH.

그리고 나서 제조된 MWCNT-COOH 1g을 사이오닐클로라이드(Thionyl Chloride)(SOCl2) 200ml에 분산시킨 다음 70℃에서 24시간 동안 반응시켜 아실클로라이드(acyl chloride)기가 도입된 탄소나노튜브를 제조하였다. 감압 여과를 통해, 반응시킨 탄소나노튜브를 회수한 다음 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran)(THF)으로 세척하였다. 그리고 나서 80℃의 진공 오븐에서 24시간 동안 건조하였다. 이렇게 제조된 아실클로라이드기가 도입된 탄소나노튜브는 이후에는 표면개질된 CNT(MWCNT-COCl, 실시예 1)로 나타내었다.Then, 1 g of MWCNT-COOH prepared was dispersed in 200 ml of thionyl chloride (SOCl 2 ) and reacted at 70 ° C. for 24 hours to prepare carbon nanotubes having acyl chloride groups introduced therein. After filtration under reduced pressure, the reacted carbon nanotubes were recovered and washed with tetrahydrofuran (THF). It was then dried in a vacuum oven at 80 ° C. for 24 hours. The carbon nanotubes into which the acyl chloride group thus prepared were introduced are referred to as surface modified CNTs (MWCNT-COCl, Example 1).

실시예 2Example 2

본 발명의 일 실시예에 따라 화학적으로 표면개질된 CNT(실시예 1)를 이용하여 리전트가 결합된 CNT(실시예 2)를 제조하였다.Regent-bound CNTs (Example 2) were prepared using chemically surface modified CNTs (Example 1) according to one embodiment of the present invention.

실시예 1을 통해 제조된 표면개질된 CNT(MWCNT-COCl) 1g을 THF 500 ml에 분산 시킨 다음, 3-브로모 프로판-1-아민(3-bromopropan-1-amine) 5g을 첨가하여 상온(25℃)에서 24 시간 동안 교반시켰다. 이 과정에서 탄소나노튜브의 아실클로라이드기 전체 또는 일부가 Br기로 치환되었을 것이다. 이 후, 감압여과를 사용하여 미반응 3-브로모 프로판-1-아민 및 THF를 제거하고 80℃의 진공 오븐에서 24시간 동안 건조하여 반응시킨 Br기가 도입된 탄소나노튜브를 얻었다. 이렇게 제조된 Br기가 도입된 탄소나노튜브는 이후에는 MWCNT-Br로 나타내었다.1 g of surface-modified CNT (MWCNT-COCl) prepared in Example 1 was dispersed in 500 ml of THF, and then 5 g of 3-bromopropan-1-amine was added to room temperature. 25 ° C.) for 24 hours. In this process, all or part of the acyl chloride group of the carbon nanotube may be substituted with Br group. Thereafter, unreacted 3-bromo propane-1-amine and THF were removed using reduced pressure filtration, and dried in a vacuum oven at 80 ° C. for 24 hours to obtain a Br group-introduced carbon nanotube. Br-introduced carbon nanotubes thus prepared are referred to as MWCNT-Br.

그리고 나서, MWCNT-Br의 표면에 그리냐르 리전트를 결합시키기 위해 MWCNT-Br 1g을 무수 THF 500ml에 분산시킨 다음, Mg 1g을 첨가하여 상온(25℃)에서 1시간 동안 교반 시켰다. 교반 후 감압 여과를 이용해 THF 및 잔류 Mg를 제거하였다. 이렇게 제조된 화학적 처리를 통해 리전트가 결합된 탄소나노튜브, MWCNT-MgBr(실시예 2)는 질소가 충전된 상태로 밀폐하여 보관하였다. 또한 실시예 2는 수분과의 접촉을 피하기 위해, 내부에 질소 기체 흐름을 유지하면서 진행되었다.Then, in order to bind Grignard Regent to the surface of MWCNT-Br, 1 g of MWCNT-Br was dispersed in 500 ml of anhydrous THF, and 1 g of Mg was added thereto, followed by stirring at room temperature (25 ° C.) for 1 hour. After stirring, THF and residual Mg were removed using reduced pressure filtration. Reagent-coupled carbon nanotubes, MWCNT-MgBr (Example 2) through the chemical treatment thus prepared was kept sealed in a state filled with nitrogen. Example 2 also proceeded while maintaining a nitrogen gas flow therein to avoid contact with moisture.

실시예 3Example 3

본 발명의 일 실시예에 따라 물리적 처리 방법을 이용하여 리전트가 결합된 CNT(실시예 3)을 제조하였다.Regent-bound CNTs (Example 3) were prepared using a physical treatment method in accordance with one embodiment of the present invention.

MWCNT 1g과 1-피렌메틸브로마이드(1-pyrenemethyl bromide)(PBr) 0.5g을 THF 500ml에 30분 간 분산시켰다. 이 과정에서 pi-pi 상호작용(pi-pi interaction)에 의하여 PBr이 MWCNT 표면에 물리적으로 흡착되었다. 분산 후에 감압 여과를 이용하여 MWCNT 표면에 흡착되지 않은 PBr과 THF를 제거하였고 잔류 THF를 완전히 제거하기 위해 80℃의 진공 오븐에서 24시간 동안 건조하였다. 이렇게 제조된 PBr로 개질된 탄소나노튜브는 이후에는 MWCNT-PBr로 나타내었다.1 g of MWCNT and 0.5 g of 1-pyrenemethyl bromide (PBr) were dispersed in 500 ml of THF for 30 minutes. In this process, PBr was physically adsorbed on the surface of MWCNT by pi-pi interaction. After dispersion, PBr and THF that were not adsorbed on the surface of the MWCNT were removed by vacuum filtration, and dried in a vacuum oven at 80 ° C. for 24 hours to completely remove residual THF. Carbon nanotubes modified with PBr thus prepared are hereinafter referred to as MWCNT-PBr.

그리고나서 제조된 MWCNT-PBr 1g을 무수 THF에 분산시킨 다음, Mg 1g을 첨가하여 상온(25℃)에서 1시간 동안 교반시켰다. 이 과정에서 MWCNT 표면에 흡착된 PBr이 1-피렌메틸 마그네슘브로마이드(1-pyenemethyl magnesiumbromide)(PMgBr)로 치환되며, 교반 후 감압 여과를 이용해 THF 및 잔류 Mg를 제거하였다. 이렇게 제조된 PMgBr을 포함하는 탄소나노튜브는 이후에는 MWCNT-PMgBr로 칭한다. 또한 실시예 3은 수분과의 접촉을 피하기 위해, 질소 분위기하에서 진행되었으며, 질소가 충전된 상태로 MWCNT-PMgBr을 밀폐하여 보관하였다.Then, 1 g of MWCNT-PBr prepared was dispersed in anhydrous THF, and then 1 g of Mg was added thereto, followed by stirring at room temperature (25 ° C.) for 1 hour. In this process, PBr adsorbed on the surface of MWCNT is substituted with 1-pyenemethyl magnesium bromide (PMgBr), and THF and residual Mg were removed by vacuum filtration after stirring. Carbon nanotubes containing PMgBr thus prepared are hereinafter referred to as MWCNT-PMgBr. In addition, Example 3 was carried out under a nitrogen atmosphere to avoid contact with moisture, and the MWCNT-PMgBr was stored in a sealed state with nitrogen.

실시예 4Example 4

실시예 2를 통해 제조된 MWCNT-MgBr 및 폴리 케톤을 반응 압출하여 CNT/고분자 복합체(실시예 4)를 제조하였다.MWCNT-MgBr prepared in Example 2 and polyketone were reacted and extruded to prepare a CNT / polymer composite (Example 4).

반응 압출에 사용한 이축 압출기의 공급부, 용융부 및 혼합부의 온도는 각각 235, 250 및 250℃로 유지하였고, 폴리 케톤과 MWCNT-MgBr의 중량 비율을 100:1로 설정하여 이축압출기에 공급하고 압출하였다. 그리고 나서 상기에서 압출된 물질(1g)을 폴리케톤의 용매인 1-헥사플로로이소프로판올(1-hexafluoroisopropanol)(HFIP)에 녹인 다음 원심분리기를 이용하여, 미반응된 폴리 케톤을 제거하였다. 상기 과정을 5번 정도 반복하여 미반응된 폴리 케톤을 완전히 제거하였고, 폴리 케톤이 중합된 탄소나노튜브, 다시말해서 CNT/고분자 복합체, PK/MWCNT-MgBr(실시예 4)를 얻었다.The feed, melt and mix temperatures of the twin screw extruder used for the reaction extrusion were maintained at 235, 250 and 250 ° C., respectively, and the feed ratio of polyketone and MWCNT-MgBr was set at 100: 1 to feed and extruded the twin screw extruder. . Then, the extruded material (1 g) was dissolved in 1-hexafluoroisopropanol (HFIP), which is a solvent of polyketone, and then unreacted polyketone was removed using a centrifuge. The above process was repeated five times to completely remove the unreacted polyketone, thereby obtaining carbon nanotubes polymerized with polyketone, that is, CNT / polymer composite and PK / MWCNT-MgBr (Example 4).

동일한 방법으로 폴리 케톤과 MWCNT-MgBr의 중량 비율만 100:3으로 설정하여 PK/MWCNT-MgBr-3(실시예 7)을 제조하였다.PK / MWCNT-MgBr-3 (Example 7) was prepared by setting only the weight ratio of polyketone and MWCNT-MgBr to 100: 3 in the same manner.

실시예 5Example 5

실시예 2를 통해 제조된 MWCNT-MgBr 대신 실시예 3을 통해 제조된 MWCNT-PMgBr을 이용하여 실시예 4와 동일한 방법으로 폴리 케톤과 MWCNT-PMgBr의 중량 비율을 100:1로 설정하여 반응 압출함으로서 CNT/고분자 복합체, PK/MWCNT-PMgBr(실시예 5)를 제조하였다.By using MWCNT-PMgBr prepared in Example 3 instead of MWCNT-MgBr prepared in Example 2 by the reaction extrusion by setting the weight ratio of poly ketone and MWCNT-PMgBr to 100: 1 CNT / polymer composite, PK / MWCNT-PMgBr (Example 5) was prepared.

동일한 방법으로 폴리 케톤과 MWCNT-PMgBr의 중량 비율만 100:3으로 설정하여 PK/MWCNT-PMgBr-3(실시예 8)을 제조하였다.In the same manner, PK / MWCNT-PMgBr-3 (Example 8) was prepared by setting only the weight ratio of polyketone and MWCNT-PMgBr to 100: 3.

실시예 6Example 6

실시예 2를 통해 제조된 MWCNT-MgBr 대신 원래의 MWCNT(pristine MWCNT)를 이용하여 실시예 4와 동일한 방법으로 폴리 케톤과 원래의 MWCNT의 중량 비율을 100:1로 설정하여 반응 압출함으로서 PK/MWCNT(실시예 6)를 제조하였다.By using the original MWCNT (pristine MWCNT) instead of MWCNT-MgBr prepared in Example 2 in the same manner as in Example 4 by setting the weight ratio of the poly ketone and the original MWCNT to 100: 1 PK / MWCNT (Example 6) was prepared.

동일한 방법으로 폴리 케톤과 MWCNT의 중량 비율만 100:3으로 설정하여 PK/MWCNT-3(실시예 9)를 제조하였다.PK / MWCNT-3 (Example 9) was prepared by setting only the weight ratio of polyketone and MWCNT to 100: 3 in the same manner.

실시예 10Example 10

원래의 MWCNT와 실시예 2 및 3에서 제조된 MWCNT-MgBr 및 MWCNT-PMgBr 각각과 나일론을 이용하여 CNT/고분자 복합체(실시예 10, 11 및 12)를 제조하였다.CNT / polymer composites (Examples 10, 11 and 12) were prepared using original MWCNTs and MWCNT-MgBr and MWCNT-PMgBr prepared in Examples 2 and 3, respectively, and nylon.

먼저 pristine MWCNT와 실시예 2, 3에서 제조한 MWCNT-MgBr, MWCNT-PMgBr 각각에 대해, 나일론 6,6의 중량 비율을 100으로 하여(나일론 6,6:탄소나노튜브 = 100:1) CNT/나일론 6,6(PA66) 복합체인 PA66/MWCNT(실시예 10), PA66/MWCNT-MgBr(실시예 11) 및 PA66/MWCNT-PMgBr(실시예 12)를 제조하였다.First, with respect to pristine MWCNT and MWCNT-MgBr and MWCNT-PMgBr prepared in Examples 2 and 3, the weight ratio of nylon 6,6 was 100 (nylon 6,6: carbon nanotube = 100: 1) CNT / Nylon 6,6 (PA66) complexes PA66 / MWCNT (Example 10), PA66 / MWCNT-MgBr (Example 11) and PA66 / MWCNT-PMgBr (Example 12) were prepared.

실시예 13Example 13

실시예 3에서 PBr을 MWCNT 표면에 흡착시킨 물리적인 방법과 동일하게 피레닐부틸리튬(pyrenylbutyllithium)(PBuLi)을 MWCNT 표면에 흡착하여 부틸리튬 리전트로 기능화된 탄소나노튜브, MWCNT-PBuLi(실시예 13)를 제조하였다.In the same manner as in the physical method of adsorbing PBr on the surface of MWCNT in Example 3, carbon nanotubes, MWCNT-PBuLi (PBuLi) adsorbed on the surface of MWCNT and functionalized with butyllithium reagent (Example 13 ) Was prepared.

그리고 나서 이렇게 제조된 MWCNT-PBuLi에 대해 폴리 케톤의 중량 비율을 100(폴리 케톤:탄소나노튜브=100:1)으로 하여 CNT/고분자 복합체, PK/MWCNT-PBuLi(실시예 14)를 제조하였다.Then, a CNT / polymer composite, PK / MWCNT-PBuLi (Example 14), was prepared using a weight ratio of polyketone to 100 (polyketone: carbon nanotube = 100: 1) based on the MWCNT-PBuLi thus prepared.

평가 1Rating 1

도 2는 일 실시예에 따라 제조된 복합체를 나타낸 도면이다. 실시예 4를 통해 제조된 미반응 폴리 케톤이 제거된 PK/MWCNT-MgBr의 형상을 주사전자현미경 및 투과전자현미경으로 관찰하여 폴리 케톤이 탄소나노튜브 표면에 중합된 것인지 여부를 확인하였다. 도 2를 통해, 원래의 MWCNT(a)에 비해 PK/MWCNT-MgBr(b)의 직경이 큰 것을 확인할 수 있었고, 투과전자현미경으로 관찰한 결과, MWCNT-PK에서 고분자 층이 확인되었다. 이를 통해 탄소나노튜브 표면에 폴리 케톤이 정상적으로 중합되었음을 알 수 있었다.2 is a view showing a composite prepared according to one embodiment. The shape of PK / MWCNT-MgBr from which the unreacted polyketone prepared in Example 4 was removed was observed by scanning electron microscope and transmission electron microscope to determine whether the polyketone was polymerized on the surface of carbon nanotubes. 2, the diameter of PK / MWCNT-MgBr (b) was larger than that of the original MWCNT (a). As a result of observing with a transmission electron microscope, the polymer layer was confirmed in MWCNT-PK. This shows that the polyketone was normally polymerized on the surface of the carbon nanotubes.

평가 2Evaluation 2

실시예 4, 5 및 6을 통해 제조된 복합체의 기계적 물성을 비교하였다. 기계적 물성 비교를 위해 먼저, 사출성형기를 이용해 250℃에서 ASTM D 638 규격에 따라 실시예 4, 5 및 6의 복합체 인장 시편을 제조하였다. 또한 비교를 위해 탄소나노튜브가 포함되지 않은 폴리 케톤(neat PK)(순수 폴리 케톤)의 인장 시편도 사출 성형하였으며, 이들의 인장강도, 인장탄성률, 인장신율을 측정하여 표 1에 나타냈다.The mechanical properties of the composites prepared in Examples 4, 5 and 6 were compared. To compare the mechanical properties, first, composite tensile specimens of Examples 4, 5, and 6 were prepared using an injection molding machine according to ASTM D 638 at 250 ° C. In addition, tensile specimens of polyketone (neat PK) (pure polyketone) containing no carbon nanotubes were also injection-molded for comparison, and their tensile strength, tensile modulus and tensile elongation were measured and shown in Table 1 below.

아래에 나타낸 표 1을 보면, 복합체에서 탄소나노튜브의 함량이 동일할 때 그리냐르 리전트가 포함된 탄소나노튜브를 포함하는 복합체의 경우(실시예 4 및 5), 원래의 MWCNT를 사용한 복합체(PK/MWCNT)와 비교하여 보다 향상된 기계적 물성을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한 화학적 처리 방법을 통해 제조된 실시예 4(PK/MWCNT-MgBr)보다 물리적인 방법, 다시 말해서 물리흡착을 이용하여 그리냐르 리전트를 탄소나노튜브에 결합시켜 제조된 경우, 예를 들어 본 발명의 실시예 5(PK/MWCNT-PMgBr)가 더 뛰어난 기계적 물성 개선효과를 나타냈다. 이는 물리흡착 방법을 이용함으로서, 탄소나노튜브 구조의 파괴없이 그리냐르 리전트가 결합되고 폴리 케톤이 중합되면서, 계면접착력 및 분산성이 향상되었기 때문으로 보여진다.Table 1 shows below, in the case of a composite including carbon nanotubes containing Grignard Regent when the content of carbon nanotubes in the composite is the same (Examples 4 and 5), the composite using the original MWCNT (PK / MWCNT) it can be seen that the improved mechanical properties. In addition, when manufactured by bonding Grignard Regent to carbon nanotubes by using a physical method, that is, by using physical adsorption, that is, compared to Example 4 (PK / MWCNT-MgBr) prepared through a chemical treatment method, for example, Example 5 (PK / MWCNT-PMgBr) showed a more improved mechanical properties. This is believed to be due to the improvement of interfacial adhesion and dispersibility as the Grignard Reagent is bonded and the polyketone is polymerized without destroying the carbon nanotube structure by using the physical adsorption method.

순수 PKPure PK PK/MWCNT
(실시예 6)
PK / MWCNT
(Example 6)
PK/MWCNT-MgBr
(실시예 4)
PK / MWCNT-MgBr
(Example 4)
PK/MWCNT-PMgBr
(실시예 5)
PK / MWCNT-PMgBr
(Example 5)
인장강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 56.056.0 59.859.8 65.465.4 67.167.1 인장탄성률(MPa)Tensile Modulus (MPa) 728.8728.8 795.0795.0 895.9895.9 937.0937.0 인장신율(%)Tensile Elongation (%) 426.8426.8 94.794.7 112.4112.4 125.1125.1

평가 3Evaluation 3

평가 2와 동일한 방법으로 폴리 케톤과 CNT 물질의 중량 비율이 100:3인 실시예 7, 8 및 9의 인장강도, 인장탄성율 및 인장신율을 측정하여 표 2에 나타내었다.Tensile strength, tensile modulus and tensile elongation of Examples 7, 8 and 9 in which the weight ratio of polyketone and CNT material were 100: 3 in the same manner as in Evaluation 2 were measured and shown in Table 2.

순수 PKPure PK PK/MWCNT-3
(실시예 9)
PK / MWCNT-3
(Example 9)
PK/MWCNT-MgBr-3
(실시예 7)
PK / MWCNT-MgBr-3
(Example 7)
PK/MWCNT-PMgBr-3
(실시예 8)
PK / MWCNT-PMgBr-3
(Example 8)
인장강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 56.056.0 63.263.2 72.772.7 74.474.4 인장탄성률(MPa)Tensile Modulus (MPa) 728.8728.8 839.3839.3 985.4985.4 1045.61045.6 인장신율(%)Tensile Elongation (%) 426.8426.8 41.541.5 61.361.3 71.071.0

평가 4Evaluation 4

실시예 4, 5 및 6을 통해 제조된 복합체의 전기전도도를 측정하였다. 전기전도도를 측정하기 위해서 먼저, 실시예 4, 5 및 6에 따라 제조된 복합체 및 폴리 케톤을 250℃에서 압축 성형함으로서 두께 1mm의 복합체 필름을 형성하였다.The electrical conductivity of the composites prepared in Examples 4, 5 and 6 was measured. In order to measure the electrical conductivity, a composite film having a thickness of 1 mm was formed by compression molding the composite and the polyketone prepared according to Examples 4, 5 and 6 at 250 ° C.

전기전도도 측정결과 폴리 케톤(PK)의 전도도는 2.6X10-15S/cm인 반면, PK/MWCNT 복합체(실시예 6)의 경우 4.3X10-8S/cm으로 크게 높은 결과를 나타내었다. 그리고 PK/MWCNT-MgBr 복합체(실시예 4) 및 PK/MWCNT-PMgBr 복합체(실시예 5)의 경우 각각 7.2X10-8S/cm 및 8.5X10-8S/cm로 더욱 향상된 전기전도도를 나타냈으며, PK/MWCNT-PMgBr이 복합체들 중에서 동일 함량 대비 가장 우수한 전기전도성을 나타내었다.The conductivity of polyketone (PK) was 2.6X10 -15 S / cm, whereas the PK / MWCNT composite (Example 6) showed 4.3X10 -8 S / cm. The PK / MWCNT-MgBr complex (Example 4) and PK / MWCNT-PMgBr complex (Example 5) showed more improved electrical conductivity at 7.2X10 -8 S / cm and 8.5X10 -8 S / cm, respectively. , PK / MWCNT-PMgBr showed the best electrical conductivity compared to the same content among the composites.

평가 5Evaluation 5

실시예를 통해 제조된 복합체들의 계면 특성을 확인하였다. 도 3은 일 실시예에 따라 제조된 복합체를 나타낸 도면으로, 주사전자현미경을 이용하여 실시예 4 및 6의 인장 시편의 파단면을 도 3에 나타내었다. 도 3에서 확인된 바와 같이 PK/MWCNT 복합체(실시예 6)의 경우(a) 폴리 케톤 매트릭스와 탄소나노튜브 사이가 파단되어 빈 공간이 형성된 것을 확인 할 수 있으며 이는 표면개질이나 리전트 결합 없이는 폴리 케톤과 MWCNT 간의 계면접착력이 좋지 않다는 것을 의미한다. 반면 PK/MWCNT-MgBr 복합체(실시예 4)의 경우(b) 폴리 케톤 매트릭스와 탄소나노튜브 사이가 파단되지 않은 것을 확인할 수 있고, 탄소나노튜브의 직경이 증가한 것을 알 수 있었다. 이는 폴리 케톤이 탄소나노튜브 표면에 정상적으로 중합되었으며, 폴리 케톤과 탄소나노튜브 간 계면접착력이 향상되었음을 나타낸다.The interfacial properties of the prepared composites were confirmed through the examples. 3 is a view showing a composite prepared according to one embodiment, the fracture surface of the tensile specimens of Examples 4 and 6 using a scanning electron microscope is shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the case of the PK / MWCNT composite (Example 6), (a) a breakage between the polyketone matrix and the carbon nanotube was formed to form an empty space, which is a polyketone without surface modification or regent bonding. This means that the interfacial adhesion between MWCNT and MWCNT is not good. On the other hand, in the case of the PK / MWCNT-MgBr composite (Example 4), it could be seen that (b) the fracture between the polyketone matrix and the carbon nanotubes was not broken, and the diameter of the carbon nanotubes was increased. This indicates that the polyketone was normally polymerized on the surface of the carbon nanotubes, and the interfacial adhesion between the polyketones and the carbon nanotubes was improved.

평가 6Evaluation 6

CNT/나일론 6,6(PA66)복합체인 실시예 10, 11 및 12 각각을 사출 성형하여 인장 시편을 제조하였다. 그리고 이를 이용하여 각각의 기계적 물성을 측정하여 표 3에 나타내었다. 이 경우에도 PA66/MWCNT-PMgBr 복합체(실시예 12)가 가장 뛰어난 기계적 물성을 나타내었다.Tensile specimens were prepared by injection molding CNT / nylon 6,6 (PA66) composites of Examples 10, 11 and 12, respectively. And using this to measure the respective mechanical properties are shown in Table 3. Also in this case, the PA66 / MWCNT-PMgBr composite (Example 12) showed the best mechanical properties.

순수 PA66Pure PA66 PK/MWCNT
(실시예 10)
PK / MWCNT
(Example 10)
PK/MWCNT-MgBr
(실시예 11)
PK / MWCNT-MgBr
(Example 11)
PK/MWCNT-PMgBr
(실시예 12)
PK / MWCNT-PMgBr
(Example 12)
인장강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 63.163.1 68.468.4 76.876.8 78.578.5 인장탄성률(MPa)Tensile Modulus (MPa) 1620.41620.4 1704.71704.7 1894.01894.0 1930.61930.6 인장신율(%)Tensile Elongation (%) 120.5120.5 28.428.4 35.735.7 38.038.0

평가 7Evaluation 7

실시예 14에 따라 제조된 CNT/고분자 복합체, PK/MWCNT-PBuLi의 기계적 물성을 측정하여 아래의 표 4에 나타내었다. 실시예 14 역시 향상된 기계적 물성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 다만, 동일 비율의 PK/MWCNT-PMgBr 복합체(실시예 8)에 비해 기계적 물성이 다소 낮게 나타났다.The mechanical properties of the CNT / polymer composite prepared according to Example 14 and PK / MWCNT-PBuLi were measured and shown in Table 4 below. Example 14 was also confirmed to exhibit improved mechanical properties. However, mechanical properties were somewhat lower than those of the same ratio of PK / MWCNT-PMgBr composite (Example 8).

순수 PKPure PK PK/MWCNT
(실시예 6)
PK / MWCNT
(Example 6)
PK/MWCNT-PBuLi
(실시예 14)
PK / MWCNT-PBuLi
(Example 14)
PK/MWCNT-PMgBr
(실시예 5)
PK / MWCNT-PMgBr
(Example 5)
인장강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 56.056.0 59.859.8 65.965.9 67.167.1 인장탄성률(MPa)Tensile Modulus (MPa) 728.8728.8 795.0795.0 904.2904.2 937.0937.0 인장신율(%)Tensile Elongation (%) 426.8426.8 94.794.7 117.5117.5 125.1125.1

본 발명의 일 실시예에 따라 화학적 처리를 통해 개질된 탄소나노튜브를 고분자 소재와 반응시켜도 기계적 물성이 향상되는 효과를 얻을 수 있으나, 피렌은 탄소나노튜브의 탄소 sp2 구조와 파이 결합을 통해 탄소나노튜브에 물리적으로 흡착될 수 있고, 이러한 물리적 흡착 방법에 의해 형성되는 CNT/고분자 복합체는 화학적 처리에 의해 형성된 CNT/고분자 복합체에 비해 CNT의 구조의 변형이나 파괴를 방지할 수 있고, 따라서 기계적 물성 개선 효과가 더욱 우수하게 나타날 수 있다.According to an embodiment of the present invention, even if the modified carbon nanotubes are reacted with a polymer material through chemical treatment, mechanical properties may be improved, but pyrene may be obtained through carbon sp 2 structure of carbon nanotubes and carbon through pi bond. The CNT / polymer composites which can be physically adsorbed to the nanotubes and formed by this physical adsorption method can prevent deformation or destruction of the structure of the CNTs compared to the CNT / polymer composites formed by chemical treatment, and thus mechanical properties The improvement effect may be even better.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Will understand.

Claims (12)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 탄소나노튜브 및 유기화합물을 제1 용매에 첨가하고 반응시켜, 개질된 탄소나노튜브를 제조하는 제1 단계; 및
상기 제1단계에서 제조된 탄소나노튜브 및 고분자를 반응 압출하는 제2 단계;를 포함하고,
상기 제1 단계에, 상기 유기화합물은 피레닐부틸리튬(pyrenyl butyllithium)(PBuLi) 및 1-피렌메틸브로마이드(1-pyrenemethyl bromide)(PBr) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
CNT/고분자 복합체의 제조 방법.
Adding a carbon nanotube and an organic compound to a first solvent and reacting to prepare a modified carbon nanotube; And
And a second step of reaction extruding the carbon nanotubes and the polymer prepared in the first step.
In the first step, the organic compound is characterized in that at least one or more of pyrenyl butyllithium (PBuLi) and 1-pyrenemethyl bromide (PBr),
Method for preparing CNT / polymer composite.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 제1 단계 이후에, 상기 제2 단계 전에,
상기 제1 단계에서 제조된 개질된 탄소나노튜브 및 금속화합물을 제2 용매에 첨가하고 반응시켜, 피렌 및 금속할로겐 화합물을 포함하는 탄소나노튜브를 제조하는 제1-2 단계;를 더 포함하는,
CNT/고분자 복합체의 제조 방법.
The method of claim 6,
After the first step, before the second step,
Further comprising the step 1-2 of preparing a carbon nanotube comprising a pyrene and a metal halogen compound by adding and reacting the modified carbon nanotube and the metal compound prepared in the first step in a second solvent;
Method for preparing CNT / polymer composite.
탄소나노튜브를 산용액과 반응시켜, 카르복실산을 갖는 탄소나노튜브를 제조하는 a단계;
상기 a단계에서 제조된 카르복실산을 갖는 탄소나노튜브를 염소화합물과 반응시켜, 표면개질된 탄소나노튜브를 제조하는 b단계;
상기 표면개질된 탄소나노튜브 및 할로겐 화합물을 제1 용매에 첨가하고 반응시켜, 할로겐을 포함하는 탄소나노튜브를 제조하는 c단계;
상기 할로겐을 포함하는 탄소나노튜브 및 금속 화합물을 제2 용매에 첨가하고 반응시켜, 금속할로겐 복합체를 갖는 탄소나노튜브 복합체를 제조하는 d단계; 및
상기 d단계에서 제조된 탄소나노튜브 복합체 및 고분자를 반응 압출하는 e단계;를 포함하는,
CNT/고분자 복합체의 제조 방법.
Reacting the carbon nanotubes with an acid solution to prepare carbon nanotubes having carboxylic acid;
B) preparing a surface-modified carbon nanotube by reacting the carbon nanotube having the carboxylic acid prepared in step a with a chlorine compound;
C) preparing carbon nanotubes containing halogen by adding the surface-modified carbon nanotubes and a halogen compound to a first solvent and reacting them;
Adding the halogenated carbon nanotube and the metal compound to a second solvent and reacting to prepare a carbon nanotube composite having a metal halogen complex; And
E; reacting and extruding the carbon nanotube composite and the polymer prepared in step d;
Method for preparing CNT / polymer composite.
제9항에 있어서,
상기 b단계에, 상기 염소화합물은 사이오닐클로라이드(Thionyl Chloride)(SOCl2)인 것을 특징으로 하는,
CNT/고분자 복합체의 제조 방법.
The method of claim 9,
In step b, the chlorine compound is characterized in that the thionyl chloride (Thionyl Chloride) (SOCl 2 ),
Method for preparing CNT / polymer composite.
제10항에 있어서,
상기 c단계에, 상기 할로겐 화합물은 3-브로모 프로판-1-아민(3-bromopropan-1-amine)인 것을 특징으로 하는,
CNT/고분자 복합체의 제조 방법.
The method of claim 10,
In step c, the halogen compound is characterized in that 3-bromopropan-1-amine (3-bromopropan-1-amine),
Method for preparing CNT / polymer composite.
제6항, 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된, CNT/고분자 복합체.A CNT / polymer composite prepared according to the method of any one of claims 6 and 8-11.
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