KR102151547B1 - Rubber composites including carbon nano fiber with improved dispersibility and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 산과 알킬 아민으로 개질되어 분산성과 장기 분산안정성이 향상된 탄소나노섬유 구조체 및 에티렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)를 포함함에 따라, 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등의 특성이 향상된 고무 복합체 및 이의 제조방법을 제공한다. The present invention relates to a rubber composite including carbon nanofibers with improved dispersibility and a method of manufacturing the same. In the present invention, as the carbon nanofiber structure and ethylene propylene diene monomer (EPDM) are modified with acid and alkyl amine to improve dispersibility and long-term dispersion stability, properties such as elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression reduction rate are improved. It provides a rubber composite and a method of manufacturing the same.

Description

분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체 및 이의 제조방법{RUBBER COMPOSITES INCLUDING CARBON NANO FIBER WITH IMPROVED DISPERSIBILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Rubber composite containing carbon nanofibers with improved dispersibility, and manufacturing method thereof {RUBBER COMPOSITES INCLUDING CARBON NANO FIBER WITH IMPROVED DISPERSIBILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rubber composite including carbon nanofibers with improved dispersibility and a method of manufacturing the same.

자동차 산업의 발전에 따라 연비 및 성능 개선의 목적으로, 차체의 경량화, 소형화와 동시에 내구성, 기계적 또는 물리적 물성 등을 향상시키기 위해 다양한 소재가 개발되고 있다. 일례로, 자동차 부품의 주요 소재인 고무에 나노 크기의 필러를 첨가함으로써, 경량화, 내구성, 내열성, 열전도성, 방열성 등을 향상시키고 있다. 특히, 고무는 자동차 부품 뿐 아니라 다양한 기계, 기구, 제품의 주요 소재로서 활용도가 높아, 고무의 물성을 향상시키기 위한 다양한 시도들이 계속되고 있다.With the development of the automobile industry, various materials have been developed for the purpose of improving fuel economy and performance, and to improve durability, mechanical or physical properties, as well as weight reduction and miniaturization of a vehicle body. For example, by adding nano-sized fillers to rubber, which is a major material of automobile parts, weight reduction, durability, heat resistance, thermal conductivity, heat dissipation, and the like are improved. In particular, rubber is highly utilized as a major material for various machines, instruments, and products as well as automobile parts, and various attempts to improve the physical properties of rubber are continuing.

일례로, 대한민국 등록특허 제10-0705784호에서는 원료고무 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 0.1 ~ 50 중량부, 목분 1 ~ 10 중량부를 포함함으로써, 고무의 기계적 물성과 내열성이 향상된 타이어용 에이팩스 고무조성물에 대해 개시하고 있다. 또한, 대한민국 등록특허 제10-1422829호에서는 원료고무 100 중량부, 티타늄디옥사이드 10 ~ 90 중량부, 탄소나노섬유 1 ~ 50 중량부를 포함함에 따라, 보강성능 및 물성이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물에 대해 개시하고 있다.For example, Korean Patent Registration No. 10-0705784 contains 0.1 to 50 parts by weight of carbon nanotubes and 1 to 10 parts by weight of wood powder per 100 parts by weight of raw rubber, thereby improving mechanical properties and heat resistance of the rubber. The composition is disclosed. In addition, the Republic of Korea Patent Registration No. 10-1422829 contains 100 parts by weight of raw rubber, 10 to 90 parts by weight of titanium dioxide, and 1 to 50 parts by weight of carbon nanofibers, so that the rubber composition for tire tread with improved reinforcing performance and physical properties It is starting.

한편, 상기 등록특허에 개시된 바와 같이, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 등의 나노 필러를 첨가하여도 이들 간의 응집이 발생되거나 낮은 분산성으로 인해 침전이 발생되는 문제가 있었다. 즉, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 등의 나노 필러를 첨가함에도 불구하고, 고무의 신율, 내구성, 내열성, 열전도성, 방열 특성, 기계적 물성 등 특성이 충분히 향상되지 못하는 문제가 있었다.On the other hand, as disclosed in the above patent, even when nano fillers such as carbon nanotubes and carbon nanofibers are added, there is a problem in that aggregation occurs or precipitation occurs due to low dispersibility. That is, despite the addition of nano fillers such as carbon nanotubes and carbon nanofibers, there is a problem in that properties such as elongation, durability, heat resistance, thermal conductivity, heat dissipation properties, and mechanical properties of rubber are not sufficiently improved.

이러한 문제를 해결하기 위해, 대한민국 등록특허 제10-0665130호에서는 용매의 사용 없이 에폭시 매트릭스 100 중량부에 대하여 강화제로서 기장성장 탄소나노섬유 0.1 ~ 5.0 중량부를 물리적으로 혼합하여 분산시킨 후, 상기 분산된 혼합물에 경화제를 첨가하고 경화시킴으로써, 분산성이 향상된 기상성장 탄소나노섬유가 함유된 에폭시 나노복합재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 나노복합재료에 대해 개시하고 있다. 그러나, 상기 등록특허의 경우 탄소나노섬유 자체가 아닌 이를 고분자 수지와 혼합하는 방법을 달리한 것으로, 일시적인 분산성만 향상될 뿐 탄소나노섬유 자체의 분산성이 여전히 낮은 문제가 있었다.In order to solve this problem, Korean Patent Registration No. 10-0665130 discloses that 0.1 to 5.0 parts by weight of long-grown carbon nanofibers are physically mixed and dispersed as a reinforcing agent with respect to 100 parts by weight of an epoxy matrix without the use of a solvent. Disclosed is a method of preparing an epoxy nanocomposite material containing vapor-grown carbon nanofibers with improved dispersibility by adding and curing a curing agent to a mixture, and a nanocomposite material prepared thereby. However, in the case of the above registered patent, the method of mixing it with a polymer resin, not the carbon nanofiber itself, has a problem that only temporary dispersibility is improved and the dispersibility of the carbon nanofiber itself is still low.

대한민국 등록특허 제10-0705784호Korean Patent Registration No. 10-0705784 대한민국 등록특허 제10-1422829호Korean Patent Registration No. 10-1422829 대한민국 등록특허 제10-0665130호Korean Patent Registration No. 10-0665130

본 발명의 첫 번째 목적은 산과 알킬 아민으로 개질되어 분산성 및 장기 분산안전성이 향상된 탄소나노섬유를 포함함으로써, 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등의 특성이 향상된 고무 복합체를 제공하는 데에 있다.The first object of the present invention is to provide a rubber composite with improved properties such as elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression reduction rate by including carbon nanofibers with improved dispersibility and long-term dispersion safety by being modified with an acid and an alkyl amine. Is in.

본 발명의 두 번째 목적은 탄소나노섬유를 산처리한 다음 알킬 아민 처리하여 분산성 및 장기 분산안정성이 향상된 탄소나노섬유 구조체를 형성한 다음, 이를 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머와 함께 혼합함으로써, 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등의 특성이 향상된 고무 복합체를 제조할 수 있는, 제조방법을 제공하는 데에 있다.The second object of the present invention is to form a carbon nanofiber structure with improved dispersibility and long-term dispersion stability by acid treatment of carbon nanofibers followed by alkyl amine treatment, and then by mixing it with ethylene propylene diene monomer, elongation and tensile strength , To provide a manufacturing method capable of manufacturing a rubber composite having improved properties such as heat resistance and permanent compression reduction rate.

본 발명의 목적은 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수 있다.The object of the present invention is not limited to the technical problem as described above, and another technical problem may be derived from the following description.

상기 첫 번째 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 및 탄소나노섬유 구조체를 포함하되, 상기 탄소나노섬유 구조체는 산과 알킬 아민으로 개질된 탄소나노섬유이며, 상기 알킬 아민은 탄소수 5 ~ 20인, 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체를 제공한다.In order to achieve the first object, the present invention includes an ethylene propylene diene monomer (EPDM) and a carbon nanofiber structure, wherein the carbon nanofiber structure is a carbon nanofiber modified with an acid and an alkyl amine, and the alkyl amine is a carbon number It provides a rubber composite containing 5 to 20 carbon nanofibers with improved dispersibility.

상기 알킬 아민은 탄소수 5 ~ 10 의 알킬 아민 및 탄소수 15 ~ 20 의 알킬 아민을 1 : 5 ~ 10 의 중량비로 포함할 수 있다.The alkyl amine may include an alkyl amine having 5 to 10 carbon atoms and an alkyl amine having 15 to 20 carbon atoms in a weight ratio of 1:5 to 10.

상기 산은 질산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.The acid may include at least one selected from the group consisting of nitric acid and sulfuric acid.

상기 탄소나노섬유 구조체는 산과 알킬 아민으로 개질되어, 표면에 펩타이드 결합이 형성된 탄소나노섬유인 것일 수 있다.The carbon nanofiber structure may be a carbon nanofiber modified with an acid and an alkyl amine to form a peptide bond on the surface.

상기 고무 복합체는 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 상기 탄소나노섬유 구조체 0.5 ~ 7 중량부를 포함할 수 있다.The rubber composite may include 0.5 to 7 parts by weight of the carbon nanofiber structure based on 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer.

상기 고무 복합체는 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올(1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol)을 더 포함할 수 있다.The rubber composite may further include 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol (1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol).

상기 고무 복합체는 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 상기 탄소나노섬유 구조체 0.5 ~ 7 중량부 및 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올 0.1 ~ 3 중량부를 포함할 수 있다.The rubber composite may include 0.5 to 7 parts by weight of the carbon nanofiber structure and 0.1 to 3 parts by weight of 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol based on 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer.

상기 두 번째 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄소나노섬유를 산처리하여 산처리된 탄소나노섬유를 형성하는 제 1 단계, 상기 산처리된 탄소나노섬유에 알킬 아민을 처리하여 탄소나노섬유 구조체를 형성하는 제 2 단계 및 상기 탄소나노섬유 구조체 및 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)를 혼합하는 제 3 단계를 포함하되, 상기 탄소나노섬유 구조체는 산과 알킬 아민으로 개질된 탄소나노섬유이며, 상기 알킬 아민은 탄소수 5 ~ 20 인, 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the second object, the present invention provides a first step of acid-treated carbon nanofibers to form acid-treated carbon nanofibers, and a carbon nanofiber structure is formed by treating the acid-treated carbon nanofibers with an alkyl amine. A second step of forming and a third step of mixing the carbon nanofiber structure and ethylene propylene diene monomer (EPDM), wherein the carbon nanofiber structure is a carbon nanofiber modified with an acid and an alkyl amine, and the alkyl amine is It provides a method for producing a rubber composite containing carbon nanofibers having 5 to 20 carbon atoms and improved dispersibility.

상기 제 1 단계는 75 ~ 85 ℃에서 실시될 수 있다.The first step may be carried out at 75 ~ 85 ℃.

상기 제 2 단계는 70 ~ 80 ℃에서 실시될 수 있다. The second step may be performed at 70 ~ 80 ℃.

상기 3 단계에서는 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올(1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol)을 더 혼합할 수 있다.In the third step, 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol (1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol) may be further mixed.

본 발명의 고무 복합체는 산과 알킬 아민으로 개질되어 분산성과 장기 분산안정성이 향상된 탄소나노섬유 구조체를 포함함에 따라, 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등의 특성이 향상될 수 있다.As the rubber composite of the present invention includes a carbon nanofiber structure having improved dispersibility and long-term dispersion stability by being modified with an acid and an alkyl amine, properties such as elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression reduction rate may be improved.

특히, 탄소나노섬유를 개질하는 알킬 아민으로 탄소수 5 ~ 10 의 알킬 아민 및 탄소수 15 ~ 20 의 알킬 아민을 1 : 5 ~ 10 의 중량비로 포함함에 따라, 분산성 및 장기 분산안정성은 더욱 향상될 수 있다. 상기와 같이 탄소나노섬유의 분산성 및 장기 분산안정성이 향상됨에 따라, 고무 복합체의 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등의 특성은 더 향상될 수 있다.In particular, by including an alkyl amine having 5 to 10 carbon atoms and an alkyl amine having 15 to 20 carbon atoms in a weight ratio of 1: 5 to 10 as an alkyl amine modifying carbon nanofibers, dispersibility and long-term dispersion stability can be further improved. have. As the dispersibility and long-term dispersion stability of the carbon nanofibers are improved as described above, properties such as elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression reduction rate of the rubber composite may be further improved.

본 발명의 고무 복합체의 제조방법은 탄소나노섬유를 산처리한 다음 알킬 아민으로 처리하여 분산성 및 장기 분산안정성이 향상된 탄소나노섬유 구조체를 제조하고, 이를 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머와 함께 혼합함으로써, 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등의 특성이 향상된 고무 복합체를 제조할 수 있다. 특히, 탄소나노섬유를 개질하는 알킬 아민으로 탄소수 5 ~ 10 의 알킬 아민 및 탄소수 15 ~ 20 의 알킬 아민을 1 : 5 ~ 10 의 중량비로 포함하고, 탄소나노섬유에 산처리 및 알킬 아민 처리를 특정 온도에서 실시함으로써, 분산성 및 장기 분산안정성은 더욱 향상될 수 있다. 이에 따라, 고무 복합체의 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등의 특성은 더 향상될 수 있다.The manufacturing method of the rubber composite of the present invention is to prepare a carbon nanofiber structure with improved dispersibility and long-term dispersion stability by acid treatment of carbon nanofibers and then treatment with alkyl amine, and mixing this with ethylene propylene diene monomer, elongation, A rubber composite with improved properties such as tensile strength, heat resistance, and permanent compression reduction rate can be manufactured. In particular, as an alkyl amine that modifies carbon nanofibers, an alkyl amine having 5 to 10 carbon atoms and an alkyl amine having 15 to 20 carbon atoms are included in a weight ratio of 1:5 to 10, and acid treatment and alkyl amine treatment are specified for carbon nanofibers. By carrying out at temperature, the dispersibility and long-term dispersion stability can be further improved. Accordingly, properties such as elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression reduction rate of the rubber composite may be further improved.

도 1은 탄소나노섬유를 산과 알킬 아민으로 개질하여, 탄소나노섬유 구조체를 형성하는 반응의 메커니즘을 간략하게 나타낸 것이다.
도 2는 비교예 1의 탄소나노섬유(왼쪽), 실시예 5의 (1)에 따라 산처리된 탄소나노섬유(중간), 실시예 5의 (2)에 따라 알킬 아민 처리된 탄소나노섬유 구조체(오른쪽)의 XPS 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 5의 탄소나노섬유 구조체를 포함하는 분산액과 비교예 1의 탄소나노섬유를 포함하는 분산액의 제조 직후의 모습을 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 5의 탄소나노섬유 구조체를 포함하는 분산액과 비교예 1의 탄소나노섬유를 포함하는 분산액 제조 후, 20 일이 지난 후의 모습을 나타낸 것이다.
1 is a schematic view of a reaction mechanism for forming a carbon nanofiber structure by modifying a carbon nanofiber with an acid and an alkyl amine.
2 is a carbon nanofiber of Comparative Example 1 (left), a carbon nanofiber acid-treated according to (1) of Example 5 (middle), and a carbon nanofiber structure treated with an alkyl amine according to (2) of Example 5 (Right) shows the XPS analysis results.
3 is a view showing a state immediately after preparation of a dispersion containing the carbon nanofiber structure of Example 5 and the dispersion containing the carbon nanofiber of Comparative Example 1.
4 is a view showing a state after 20 days have elapsed after preparing the dispersion containing the carbon nanofiber structure of Example 5 and the dispersion containing the carbon nanofiber of Comparative Example 1.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention.

본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the specification and claims of the present invention are not limitedly interpreted in a conventional or dictionary meaning, and the inventor can appropriately define the concept of the term in order to describe his own invention in the best way. Based on the principle, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In the entire specification of the present invention, when a certain part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. .

본 발명의 명세서 전체에 있어서, "A 및/또는 B"는, A 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.In the entire specification of the present invention, "A and/or B" means A or B, or A and B.

이하에서 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention has been described in detail, but the present invention is not limited thereto.

본 발명에서는 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체를 제공한다.In the present invention, a rubber composite including carbon nanofibers with improved dispersibility is provided.

본 발명의 일 실시예에서는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 및 탄소나노섬유 구조체를 포함하되, 상기 탄소나노섬유 구조체는 산과 알킬 아민으로 개질된 탄소나노섬유이며, 상기 알킬 아민은 탄소수 5 ~ 20인, 고무 복합체를 제공한다. In an embodiment of the present invention, an ethylene propylene diene monomer (EPDM) and a carbon nanofiber structure are included, wherein the carbon nanofiber structure is a carbon nanofiber modified with an acid and an alkyl amine, and the alkyl amine has 5 to 20 carbon atoms, To provide a rubber composite.

본 실시예에서는 탄소나노섬유를 산과 알킬 아민으로 개질하여 분산성 및 장기 분산안정성이 향상된 탄소나노섬유 구조체를 형성할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 고무 복합체는 우수한 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등의 특성을 가질 수 있다. 이때, 내열성은 열에 견디는 성질로서 내노화성을 의미할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In this embodiment, a carbon nanofiber structure having improved dispersibility and long-term dispersion stability may be formed by modifying the carbon nanofibers with an acid and an alkyl amine. Accordingly, the rubber composite of this embodiment may have properties such as excellent elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression reduction rate. In this case, heat resistance is a property to withstand heat and may mean aging resistance, but is not limited thereto.

에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)는 에틸렌, 프로필렌, 디엔이 불규칙적으로 결합한 삼원중합체로 내한성, 내후성, 내절연성, 내오존성 등이 우수하다. 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 내의 에틸렌과 프로필렌은 다양한 비율을 가질 수 있다. 본 실시예의 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머는 에틸렌을 50 ~ 60 중량%로 포함하고 있는 것 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Ethylene propylene diene monomer (EPDM) is a terpolymer in which ethylene, propylene, and diene are irregularly bound, and has excellent cold resistance, weather resistance, insulation resistance, and ozone resistance. The ethylene and propylene in the ethylene propylene diene monomer can have various ratios. The ethylene propylene diene monomer of the present embodiment may contain ethylene in an amount of 50 to 60% by weight, but is not limited thereto.

만약, 본 실시예의 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 총 중량 기준으로 에틸렌을 50 중량% 미만으로 포함할 경우에는 고무 복합체의 유연성이 감소하는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 총 중량 기준으로 에틸렌을 60 중량%를 초과하여 포함할 경우에는 경도가 증가하는 문제가 있을 수 있다.If less than 50% by weight of ethylene is included based on the total weight of the ethylene propylene diene monomer of the present embodiment, there may be a problem in that the flexibility of the rubber composite decreases. On the other hand, when ethylene is included in excess of 60% by weight based on the total weight of the ethylene propylene diene monomer of the present embodiment, there may be a problem of increasing the hardness.

탄소나노섬유 구조체는 산과 알킬 아민으로 개질된 탄소나노섬유이며, 기존의 탄소나노섬유 보다 향상된 분산성 및 장기 분산안정성을 가질 수 있다. 도 1은 탄소나노섬유를 산과 알킬 아민으로 개질하여 탄소나노섬유 구조체를 형성하는 반응의 메커니즘을 간략하게 나타낸 것이다. The carbon nanofiber structure is a carbon nanofiber modified with an acid and an alkyl amine, and may have improved dispersibility and long-term dispersion stability than conventional carbon nanofibers. 1 schematically shows the mechanism of a reaction for forming a carbon nanofiber structure by modifying a carbon nanofiber with an acid and an alkyl amine.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 탄소나노섬유 구조체는 탄소나노섬유를 산처리하여 산처리된 탄소나노섬유를 형성한 다음, 상기 산처리된 탄소나노섬유를 알킬 아민으로 처리함으로써, 형성된 것일 수 있다. 즉, 본 실시예의 탄소나노섬유 구조체는 탄소나노섬유를 산으로 1차 개질한 다음, 이를 알킬 아민으로 2차 개질한 것일 수 있다.As shown in FIG. 1, the carbon nanofiber structure of this embodiment is formed by acid treatment of carbon nanofibers to form acid-treated carbon nanofibers, and then treatment of the acid-treated carbon nanofibers with alkyl amine. I can. That is, the carbon nanofiber structure of the present embodiment may be obtained by first modifying carbon nanofibers with an acid and then secondly modifying them with an alkyl amine.

도 1에 도시된 바와 같이, 산처리된 탄소나노섬유에는 산소, 하이드록시기, 카르복시기가 형성될 수 있다. 상기 산처리된 탄소나노섬유를 알킬 아민으로 처리한 탄소나노섬유 구조체는 표면에 산소, 하이드록시기, 펩타이드 결합이 형성된 탄소나노섬유 일 수 있다.As shown in FIG. 1, oxygen, a hydroxyl group, and a carboxyl group may be formed in the acid-treated carbon nanofiber. The carbon nanofiber structure obtained by treating the acid-treated carbon nanofibers with an alkyl amine may be a carbon nanofiber having an oxygen, a hydroxyl group, and a peptide bond formed on the surface thereof.

상기 탄소나노섬유는 탄소를 90 % 이상 포함하고 있는 1 마이크로미터 미만의 굵기를 가지고 있는 섬유상 물질로서, 본 실시예에서는 탄소나노섬유로 공지된 모든 형태의 탄소나노섬유를 포함할 수 있다. 바람직하게, 본 실시예의 탄소나노섬유는 직경이 약 50 나노미터이며, 길이는 약 50 마이크로미터인 세그먼트 형태일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The carbon nanofiber is a fibrous material having a thickness of less than 1 micrometer containing 90% or more of carbon, and may include all types of carbon nanofibers known as carbon nanofibers in this embodiment. Preferably, the carbon nanofibers of the present embodiment may have a segment shape having a diameter of about 50 nanometers and a length of about 50 micrometers, but are not limited thereto.

예를 들어, 본 실시예의 탄소나노섬유는 질산니켈(Nickel nitrate), 질산구리(Copper nitrate), 질산알루미늄(Aluminum nitrate), 몰리브데넘산암모늄(Ammonium Molybdate) 및 탄산암모늄(Ammonium Carbonate)로 제조된 촉매를 CVD(Chemical vapor deposition) 방법으로 성장시킴으로써 제조된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the carbon nanofibers of this embodiment are made of nickel nitrate, copper nitrate, aluminum nitrate, ammonium molybdate, and ammonium carbonate. The resulting catalyst may be prepared by growing the CVD (chemical vapor deposition) method, but is not limited thereto.

더 상세히, 본 실시예의 탄소나노섬유는 하기에 따라 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In more detail, the carbon nanofibers of the present embodiment may be manufactured according to the following, but are not limited thereto.

① 증류수 50 mL에 질산니켈과 질산구리를 8 : 2의 중량비로 혼합한 것을 3 g 첨가하여 제 1 용액을 제조하고, ② 증류수 50 mL에 0.1 M 질산알루미늄을 첨가하여 제 2 용액을 제조하며, ③ 몰리브데넘산암모늄 1.25 g과 증류수 25 mL를 혼합하여 제 3 용액을 제조한 다음, 제 1 용액, 제 2 용액 및 제 3 용액을 제 1 분별깔때기에 넣어 혼합하였다. ④ 탄산암모늄 40 g과 증류수 120 mL를 넣어 제 4 용액을 제조한 후, 제 2 분별깔때기에 넣어주었다. ⑤ 비이커에 증류수 100 mL를 넣고 교반하면서 제 1 분별깔때기의 용액과 제 2 분별깔때기의 용액을 천천히 넣어주었다. ⑥ 약 1 시간 동안 교반을 실시한 다음, 감엽여과, 건조 및 분쇄하여 촉매를 제조하였다. ⑦ 상기에 따라 제조된 촉매를 CVD 방법으로 성장시킴으로써, 탄소나노섬유를 제조하였다.① Prepare the first solution by adding 3 g of a mixture of nickel nitrate and copper nitrate in a weight ratio of 8: 2 to 50 mL of distilled water. ② To prepare a second solution by adding 0.1 M aluminum nitrate to 50 mL of distilled water, ③ 1.25 g of ammonium molybdenumate and 25 mL of distilled water were mixed to prepare a third solution, and then the first solution, the second solution, and the third solution were put into a first separatory funnel and mixed. ④ 40 g of ammonium carbonate and 120 mL of distilled water were added to prepare a fourth solution, and then put into a second separatory funnel. ⑤ 100 mL of distilled water was added to a beaker, and the solution of the first separatory funnel and the solution of the second separatory funnel were slowly added while stirring. ⑥ After stirring for about 1 hour, the catalyst was prepared by filtration, drying and grinding. ⑦ The catalyst prepared according to the above was grown by the CVD method to prepare carbon nanofibers.

이때, 상기 CVD 방법은 CVD 장치에 촉매를 넣은 후, 약 1 시간 동안 질소 가스를 500sccm으로 흘려주면서 상온에서 약 600 ℃로 가열하는 제 1 단계, 약 600 ℃에서 약 30 분 동안 질소 가스 500sccm 및 수소 가스 500sccm를 흘려주는 제 2 단계, 약 600 ℃에서 수소 가스 100sccm, 에텐(C2H4) 가스 400sccm을 약 1 시간 동안 흘려주는 제 3 단계, 및 질소 가스 500sccm을 흘려주면서 상온으로 냉각하는 제 4 단계에 따라 실시될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.At this time, the CVD method is a first step of heating at room temperature to about 600° C. while flowing nitrogen gas at 500 sccm for about 1 hour after putting the catalyst in the CVD apparatus, nitrogen gas 500 sccm and hydrogen at about 600° C. for about 30 minutes. The second step of flowing 500 sccm of gas, a third step of flowing 100 sccm of hydrogen gas, 400 sccm of ethene (C 2 H 4 ) gas at about 600° C. for about 1 hour, and the fourth cooling to room temperature while flowing 500 sccm of nitrogen gas It may be implemented according to the steps, but is not limited thereto.

상기 산은 산은 질산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 산으로는 질산 및 황산을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The acid may include at least one selected from the group consisting of nitric acid and sulfuric acid. Preferably, the acid may include nitric acid and sulfuric acid, but is not limited thereto.

상기 알킬 아민은 탄소수 5 ~ 20인 것일 수 있다. 바람직하게, 본 실시예의 알킬 아민은 하기 화학식 1과 같을 수 있다. 화학식 1에서 n 은 3 ~ 18 일 수 있으며, n 이 3 인 경우에는 알킬 아민의 탄소수는 5 이고, n 이 18 인 경우에는 알킬 아민의 탄소수는 20 일 수 있다.The alkyl amine may have 5 to 20 carbon atoms. Preferably, the alkyl amine of this embodiment may be the same as the following Formula 1. In Formula 1, n may be 3 to 18, and when n is 3, the number of carbon atoms of the alkyl amine may be 5, and when n is 18, the number of carbon atoms of the alkyl amine may be 20.

[화학식 1][Formula 1]

H3C-[CH2]n-CH2-NH2 H 3 C-[CH 2 ] n -CH 2 -NH 2

만약, 상기 알킬 아민의 탄소수가 5 미만일 경우에는 탄소나노섬유 구조체의 분산성 및 장기 분산안정성의 향상 효과가 미미할 수 있다. 반면, 상기 알킬 아민의 탄소수가 20을 초과할 경우에는 탄소나노섬유 구조체 자체의 질량이 증가하여, 분산성 및 장기 분산안정성이 현저히 저하될 수 있다.If the number of carbon atoms of the alkyl amine is less than 5, the effect of improving the dispersibility and long-term dispersion stability of the carbon nanofiber structure may be insignificant. On the other hand, when the number of carbon atoms of the alkyl amine exceeds 20, the mass of the carbon nanofiber structure itself increases, so that dispersibility and long-term dispersion stability may be significantly reduced.

예를 들어, 본 실시예에서 탄소수가 5 ~ 20인 알킬 아민은 펜틸 아민(Pentylamine), 헥실 아민(Hexylamine), 헵틸 아민(Heptylamine), 옥틸 아민(Octylamine), 노닐 아민(Nonylamine), 데실 아민(Decylamine), 언데실아민(Undecylamine), 도데실아민(Dodecylamine), 트리데실아민(Tridecylamine), 테트라데실아민(Tetradecylamine), 펜타데실아민(Pentadecylamine), 헥사데실아민(Hexadecylamine), 헵타데실아민(Heptadecylamine), 옥타데실아민(Octadecylamine), 노나데실아민(nonadecylamine) 및 이코실아민(Icosylamine)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, in this embodiment, the alkyl amine having 5 to 20 carbon atoms is pentyl amine, hexyl amine, heptyl amine, octyl amine, nonyl amine, nonyl amine, decyl amine ( Decylamine), Undecylamine, Dodecylamine, Tridecylamine, Tetradecylamine, Pentadecylamine, Hexadecylamine, Hexadecylamine, Heptadecylamine ), octadecylamine, nonadecylamine , and one or more selected from the group consisting of icosylamine, but are not limited thereto.

본 실시예에서는 상기 알킬 아민으로 탄소수 5 ~ 10 의 알킬 아민 및 탄소수 15 ~ 20 의 알킬 아민을 1 : 5 ~ 10 의 중량비, 바람직하게는 1 : 7 ~ 8 의 중량비로 포함함으로써, 탄소나노섬유 구조체의 분산성 및 장기 분산안정성을 현저히 향상시킬 수 있다. 만약, 본 실시예의 알킬 아민이 상기 혼합 범위를 만족하지 못할 경우에는, 분산성 및 장기 분산안정성 향상 효과가 미미할 수 있다.In this embodiment, as the alkyl amine, by including an alkyl amine having 5 to 10 carbon atoms and an alkyl amine having 15 to 20 carbon atoms in a weight ratio of 1: 5 to 10, preferably in a weight ratio of 1: 7 to 8, carbon nanofiber structure Dispersibility and long-term dispersion stability can be remarkably improved. If the alkyl amine of the present embodiment does not satisfy the above mixing range, the effect of improving dispersibility and long-term dispersion stability may be insignificant.

본 실시예의 고무 복합체는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 탄소나노섬유 구조체 0.5 ~ 7 중량부, 바람직하게는 1 ~ 5 중량부, 더욱 바람직하게는 2 ~ 3 중량부로 포함할 수 있다.The rubber composite of the present embodiment may include 0.5 to 7 parts by weight, preferably 1 to 5 parts by weight, and more preferably 2 to 3 parts by weight, of a carbon nanofiber structure based on 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer.

만약, 본 실시예의 고무 복합체가 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 탄소나노섬유 구조체를 0.5 중량부 미만으로 포함할 경우에는 고무 복합체의 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등이 충분히 향상되지 못하는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 고무 복합체가 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 탄소나노섬유 구조체를 7 중량부를 초과하여 포함할 경우에는 고무 복합체 내부의 조직이 치밀하지 못하며, 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등이 오히려 저하되는 문제가 있을 수 있다.If the rubber composite of this example contains less than 0.5 parts by weight of a carbon nanofiber structure with respect to 100 parts by weight of ethylene propylene diene monomer, the elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression reduction rate of the rubber composite are not sufficiently improved. There may be problems that cannot be done. On the other hand, when the rubber composite of this example contains more than 7 parts by weight of a carbon nanofiber structure with respect to 100 parts by weight of ethylene propylene diene monomer, the structure inside the rubber composite is not dense, and elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression There may be a problem that the reduction rate is rather lowered.

본 실시예의 고무 복합체는 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올(1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol)을 더 포함할 수 있다. 상기 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올은 1,1,2,2-Tetrahydroperfluorodecanethiol, 1,1,2,2-Tetrahydroperfluorodecanethiol 등으로도 불린다. 상기 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올은 본 실시예에서 탄소나노섬유 구조체의 분산성 및 장기 분산안정성을 향상시키며, 고무 복합체의 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축를 등의 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.The rubber composite of this embodiment may further include 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol (1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol). The 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol is also called 1,1,2,2-Tetrahydroperfluorodecanethiol, 1,1,2,2-Tetrahydroperfluorodecanethiol, and the like. The 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol improves the dispersibility and long-term dispersion stability of the carbon nanofiber structure in this embodiment, and provides properties such as elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression of the rubber composite. It can be further improved.

본 실시예의 고무 복합체는 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올 0.1 ~ 3 중량부, 바람직하게는 0.5 ~ 2.5 중량부, 더욱 바람직하게는 1 ~ 1.5 중량부를 더 포함할 수 있다.The rubber composite of this embodiment is 0.1 to 3 parts by weight, preferably 0.5 to 2.5 parts by weight, more preferably 1 to 3 parts by weight of 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol based on 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer. It may further include 1.5 parts by weight.

본 실시예의 고무 복합체가 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올을 더 포함할 경우, 상기 고무 복합체는 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 상기 탄소나노섬유 구조체 0.5 ~ 7 중량부 및 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올 0.1 ~ 3 중량부를 포함할 수 있으며, 이에 의해 고무 복합체의 특성은 향상될 수 있다.When the rubber composite of this embodiment further comprises 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol, the rubber composite is 0.5 to 7 parts by weight of the carbon nanofiber structure based on 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer, and It may contain 0.1 to 3 parts by weight of 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol, whereby the properties of the rubber composite may be improved.

만약, 본 실시예의 고무 복합체에서 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올을 0.1 중량부 미만으로 포함할 경우에는 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올에 의한 탄소나노섬유 구조체의 분산성, 장기 분산안정성 향상 효과가 미미하여, 고무 복합체의 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등의 특성 향상 효과가 미미한 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 고무 복합체에서 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올을 3 중량부를 초과하여 포함할 경우에는 오히려 탄소나노섬유 구조체의 분산성, 장기 분산안정성 효과가 저하되고, 응집이 발생되는 문제가 있을 수 있다.If the rubber composite of this example contains less than 0.1 parts by weight of 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanthiol relative to 100 parts by weight of ethylene propylene diene monomer, 1H,1H,2H,2H-perfluoro Since the effect of improving the dispersibility and long-term dispersion stability of the carbon nanofiber structure by rhodecanethiol is insignificant, the effect of improving properties such as elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression reduction rate of the rubber composite may be insignificant. On the other hand, in the case of including more than 3 parts by weight of 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanthiol relative to 100 parts by weight of ethylene propylene diene monomer in the rubber composite of this example, the dispersibility of the carbon nanofiber structure, long-term There may be a problem that the dispersion stability effect is lowered and aggregation occurs.

본 실시예의 고무 복합체는 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율, 내노화성, 내구성, 물리적 특성, 기계적 특성 등의 특성을 향상시킬 수 있는 공지된 모든 종류의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 카본블랙, 탄산칼슘, 스테아린산, 황, 노화방지제, 오일, 가공조제, 가교제, 가교촉진제, 활제, 안정제, 산화방지제, 자외선 차단제, 방부제, 계면활성제, 유화제, 용매, 용제, 탄소나노튜브, 그래핀, 그라파이트, 세라믹 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The rubber composite of this embodiment may further include all kinds of known additives capable of improving properties such as elongation, tensile strength, heat resistance, permanent compression reduction rate, aging resistance, durability, physical properties, and mechanical properties. For example, the additives are carbon black, calcium carbonate, stearic acid, sulfur, antioxidants, oils, processing aids, crosslinking agents, crosslinking accelerators, lubricants, stabilizers, antioxidants, sunscreens, preservatives, surfactants, emulsifiers, solvents, solvents , Carbon nanotubes, graphene, graphite, ceramic, etc., but is not limited thereto.

상기 노화방지제는 비스페놀 A를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The anti-aging agent may include bisphenol A, but is not limited thereto.

상기 가교촉진제는 산화아연, 산화마그네슘, 산화납, 수산화칼슘, 2-메르캅토 벤조 티아졸 (2-mercaptobenzothiazole; MBT), 테트라메틸티우람 디설파이드 (tetramethylthiuram disulfide; TMTD), 아연디부틸디티오카바메이트 (Zinc salt of Di-n-buthyldithiocarbamate; ZnBDC), 아연 디메틸디티오카바메이트 (Zinc salt of dimethyldithiocarbamate; ZnMDC), 4,4'-디티오디모포린 (4,4'-dithiodimorpholin R; Vulnoc-R), 디펜타 메틸렌 티우람 사황화물 및 아연 디뷰틸이황화 카르보밀산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The crosslinking accelerators are zinc oxide, magnesium oxide, lead oxide, calcium hydroxide, 2-mercaptobenzothiazole (MBT), tetramethylthiuram disulfide (TMTD), zinc dibutyldithiocarbamate ( Zinc salt of Di-n-buthyldithiocarbamate; ZnBDC), Zinc salt of dimethyldithiocarbamate (ZnMDC), 4,4'-dithiodimorpholin R; Vulnoc-R, Dipenta methylene thiuram tetrasulfide and zinc dibutyl disulfide may include at least one selected from the group consisting of carbomylic acid, but is not limited thereto.

본 실시예의 고무 복합체는 고무를 소재로 활용하는 모든 분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, 자동차 부품, 전기 전자제품, 정보 통신 휴대부품, 기계용 부품 등의 분야에 적용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게, 본 실시예의 고무 복합체는 자동차 부품의 소재로 사용될 수 있고, 더욱 바람직하게는 자동차 라디에이터의 호스 소재로 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The rubber composite of this example can be applied to all fields using rubber as a material. For example, it may be applied to fields such as automobile parts, electric and electronic products, information communication portable parts, and machine parts, but is not limited thereto. Preferably, the rubber composite of the present embodiment may be used as a material for automobile parts, and more preferably, it may be used as a hose material for automobile radiators, but is not limited thereto.

본 발명은 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a rubber composite including carbon nanofibers with improved dispersibility.

본 발명의 일 실시예에서는 탄소나노섬유를 산처리하여 산처리된 탄소나노섬유를 형성하는 제 1 단계, 상기 산처리된 탄소나노섬유에 알킬 아민을 처리하여 탄소나노섬유 구조체를 형성하는 제 2 단계 및 상기 탄소나노섬유 구조체 및 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)를 혼합하는 제 3 단계를 포함하되, 상기 탄소나노섬유 구조체는 산과 알킬 아민으로 개질된 탄소나노섬유이며, 상기 알킬 아민은 탄소수 5 ~ 20 인, 고무 복합체의 제조방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention A first step of acid-treated carbon nanofibers to form acid-treated carbon nanofibers, a second step of forming a carbon nanofiber structure by treating the acid-treated carbon nanofibers with an alkyl amine, and the carbon nanofiber structure and Including a third step of mixing ethylene propylene diene monomer (EPDM), wherein the carbon nanofiber structure is a carbon nanofiber modified with an acid and an alkyl amine, the alkyl amine has 5 to 20 carbon atoms, a method for producing a rubber composite. to provide.

본 실시예에서는 탄소나노섬유를 산과 알킬 아민으로 개질하여 분산성 및 장기 분산안정성이 향상된 탄소나노섬유 구조체를 제조할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등의 특성이 우수한 고무 복합체를 제조할 수 있다.In this embodiment, a carbon nanofiber structure with improved dispersibility and long-term dispersion stability may be manufactured by modifying the carbon nanofibers with an acid and an alkyl amine. Accordingly, in this embodiment, a rubber composite having excellent properties such as elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression reduction rate can be manufactured.

(1) 탄소나노섬유를 산처리하여 산처리된 탄소나노섬유를 형성하는 제 1 단계(1) The first step of acid treatment of carbon nanofibers to form acid-treated carbon nanofibers

본 실시예의 제 1 단계에서는 탄소나노섬유를 산처리하여 산처리된 탄소나노섬유를 형성한다. 본 실시예의 제 1 단계는 75 ~ 85 ℃에서 약 4 ~ 8 시간 동안 실시될 수 있다.In the first step of this embodiment, the carbon nanofibers are acid-treated to form acid-treated carbon nanofibers. The first step of this embodiment may be performed at 75 to 85° C. for about 4 to 8 hours.

상기 탄소나노섬유는 탄소를 90 % 이상 포함하고 있는 1 마이크로미터 미만의 굵기를 가지고 있는 섬유상 물질로서, 본 실시예에서는 탄소나노섬유로 공지된 모든 형태의 탄소나노섬유를 포함할 수 있다. 바람직하게, 본 실시예의 탄소나노섬유는 직경이 약 50 나노미터이며, 길이는 약 50 마이크로미터인 세그먼트 형태일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The carbon nanofiber is a fibrous material having a thickness of less than 1 micrometer containing 90% or more of carbon, and may include all types of carbon nanofibers known as carbon nanofibers in this embodiment. Preferably, the carbon nanofibers of the present embodiment may have a segment shape having a diameter of about 50 nanometers and a length of about 50 micrometers, but are not limited thereto.

예를 들어, 본 실시예의 탄소나노섬유는 질산니켈(Nickel nitrate), 질산구리(Copper nitrate), 질산알루미늄(Aluminum nitrate), 몰리브데넘산암모늄(Ammonium Molybdate) 및 탄산암모늄(Ammonium Carbonate)로 제조된 촉매를 CVD(Chemical vapor deposition) 방법으로 성장시킴으로써 제조된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the carbon nanofibers of this embodiment are made of nickel nitrate, copper nitrate, aluminum nitrate, ammonium molybdate, and ammonium carbonate. The resulting catalyst may be prepared by growing the CVD (chemical vapor deposition) method, but is not limited thereto.

더 상세히, 본 실시예의 탄소나노섬유는 하기에 따라 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In more detail, the carbon nanofibers of the present embodiment may be manufactured according to the following, but are not limited thereto.

① 증류수 50 mL에 질산니켈과 질산구리를 8 : 2의 중량비로 혼합한 것을 3g 첨가하여 제 1 용액을 제조하고, ② 증류수 50 mL에 0.1 M 질산알루미늄을 첨가하여 제 2 용액을 제조하며, ③ 몰리브데넘산암모늄 1.25 g과 증류수 25 mL를 혼합하여 제 3 용액을 제조한 다음, 제 1 용액, 제 2 용액 및 제 3 용액을 제 1 분별깔때기에 넣어 혼합하였다. ④ 탄산암모늄 40 g과 증류수 120 mL를 넣어 제 4 용액을 제조한 후, 제 2 분별깔때기에 넣어주었다. ⑤ 비이커에 증류수 100 mL를 넣고 교반하면서 제 1 분별깔때기의 용액과 제 2 분별깔때기의 용액을 천천히 넣어주었다. ⑥ 약 1 시간 동안 교반을 실시한 다음, 감엽여과, 건조 및 분쇄하여 촉매를 제조하였다. ⑦ 상기에 따라 제조된 촉매를 CVD 방법으로 성장시킴으로써, 탄소나노섬유를 제조하였다.① Prepare the first solution by adding 3 g of a mixture of nickel nitrate and copper nitrate in a weight ratio of 8: 2 to 50 mL of distilled water, ② To prepare a second solution by adding 0.1 M aluminum nitrate to 50 mL of distilled water, ③ A third solution was prepared by mixing 1.25 g of ammonium molybdenate and 25 mL of distilled water, and then the first solution, the second solution, and the third solution were put into a first separatory funnel and mixed. ④ 40 g of ammonium carbonate and 120 mL of distilled water were added to prepare a fourth solution, and then put into a second separatory funnel. ⑤ 100 mL of distilled water was added to a beaker, and the solution of the first separatory funnel and the solution of the second separatory funnel were slowly added while stirring. ⑥ After stirring for about 1 hour, the catalyst was prepared by filtration, drying and grinding. ⑦ The catalyst prepared according to the above was grown by the CVD method to prepare carbon nanofibers.

이때, 상기 CVD 방법은 CVD 장치에 촉매를 넣은 후, 약 1 시간 동안 질소 가스를 500sccm으로 흘려주면서 상온에서 약 600 ℃로 가열하는 제 1 단계, 약 600 ℃에서 약 30 분 동안 질소 가스 500sccm 및 수소 가스 500sccm를 흘려주는 제 2 단계, 약 600 ℃에서 수소 가스 100sccm, 에텐(C2H4) 가스 400sccm을 약 1 시간 동안 흘려주는 제 3 단계, 및 질소 가스 500sccm을 흘려주면서 상온으로 냉각하는 제 4 단계에 따라 실시될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.At this time, the CVD method is a first step of heating at room temperature to about 600° C. while flowing nitrogen gas at 500 sccm for about 1 hour after putting the catalyst in the CVD apparatus, nitrogen gas 500 sccm and hydrogen at about 600° C. for about 30 minutes. The second step of flowing 500 sccm of gas, a third step of flowing 100 sccm of hydrogen gas, 400 sccm of ethene (C 2 H 4 ) gas at about 600° C. for about 1 hour, and the fourth cooling to room temperature while flowing 500 sccm of nitrogen gas It may be implemented according to the steps, but is not limited thereto.

상기 상기 산은 산은 질산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 산으로는 질산 및 황산을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 탄소나노섬유와 산의 충분한 반응 또는 혼합을 위해 별도의 용매가 사용될 수 있으며, 용매로는 공지된 것이라면 제한 없이 적용될 수 있다.The acid may include at least one selected from the group consisting of nitric acid and sulfuric acid. Preferably, the acid may include nitric acid and sulfuric acid, but is not limited thereto. A separate solvent may be used for sufficient reaction or mixing of the carbon nanofibers and the acid, and any known solvent may be applied without limitation.

본 실시예의 제 1 단계는 약 75 ~ 85 ℃, 바람직하게는 78 ~ 82 ℃에서 실시될 수 있다. 만약, 본 실시예의 제 1 단계가 75 ℃ 미만의 온도에서 실시될 경우에는 탄소나노섬유와 산의 반응이 충분히 일어나지 않아, 탄소나노튜브 구조체의 분산성 및 장기 분산안정성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 제 1 단계가 85 ℃를 초과한 온도에서 실시될 경우에는 탄소나노섬유 간의 응집이 발생되거나 부산물이 발생되어, 효율적이지 못한 문제가 있을 수 있다.The first step of this embodiment may be carried out at about 75 to 85 °C, preferably 78 to 82 °C. If the first step of the present embodiment is carried out at a temperature of less than 75° C., the reaction between the carbon nanofibers and the acid does not occur sufficiently, so that the dispersibility and long-term dispersion stability of the carbon nanotube structure may be deteriorated. . On the other hand, when the first step of the present embodiment is carried out at a temperature exceeding 85° C., aggregation between carbon nanofibers or by-products may occur, and thus there may be a problem that is not efficient.

본 실시예의 제 1 단계는 75 ~ 85 ℃에서 약 4 ~ 8 시간, 바람직하게는 5 ~ 7 시간, 더욱 바람직하게는 6 시간 동안 실시될 수 있다. 만약, 본 실시예의 제 1 단계가 4 시간 미만으로 실시될 경우에는 탄소나노섬유와 산의 반응이 충분히 일어나지 않아, 탄소나노튜브 구조체의 분산성 및 장기 분산안정성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 제 1 단계가 8 시간을 초과하여 실시될 경우에는 탄소나노섬유 간의 응집이 발생되거나 부산물이 발생되어, 효율적이지 못한 문제가 있을 수 있다.The first step of this embodiment may be carried out at 75 to 85° C. for about 4 to 8 hours, preferably 5 to 7 hours, and more preferably 6 hours. If the first step of the present embodiment is carried out for less than 4 hours, the reaction between the carbon nanofibers and the acid does not sufficiently occur, and thus the dispersibility and long-term dispersion stability of the carbon nanotube structure may be deteriorated. On the other hand, when the first step of the present embodiment is carried out for more than 8 hours, aggregation between carbon nanofibers or by-products may occur, and thus there may be a problem that is not efficient.

본 실시예의 제 1 단계에서는 탄소나노섬유와 산의 반응을 위해 별도의 교반, 진동, 초음파 처리 등이 실시될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 실시예의 제 1 단계에서는 상기 온도를 유지하기 위해 지속적인 가열을 실시할 수 있다.In the first step of the present embodiment, separate stirring, vibration, ultrasonic treatment, etc. may be performed for the reaction of the carbon nanofibers and the acid, but is not limited thereto. In addition, in the first step of the present embodiment, continuous heating may be performed to maintain the temperature.

(2) 산처리된 탄소나노섬유에 알킬 아민을 처리하여 탄소나노섬유 구조체를 형성하는 제 2 단계(2) The second step of forming a carbon nanofiber structure by treating an acid-treated carbon nanofiber with an alkyl amine

본 실시예의 제 2 단계에서는 산처리된 탄소나노섬유에 알킬 아민을 처리하여 탄소나노섬유 구조체를 형성할 수 있다.In the second step of the present embodiment, the acid-treated carbon nanofibers may be treated with an alkyl amine to form a carbon nanofiber structure.

상기 알킬 아민은 탄소수 5 ~ 20인 것일 수 있다. 바람직하게, 본 실시예의 알킬 아민은 상기 화학식 1과 같을 수 있다. 화학식 1에서 n 은 3 ~ 18 일 수 있으며, n 이 3 인 경우에는 알킬 아민의 탄소수는 5 이고, n 이 18 인 경우에는 알킬 아민의 탄소수는 20 일 수 있다.The alkyl amine may have 5 to 20 carbon atoms. Preferably, the alkyl amine of the present embodiment may be the same as Formula 1. In Formula 1, n may be 3 to 18, and when n is 3, the number of carbon atoms of the alkyl amine may be 5, and when n is 18, the number of carbon atoms of the alkyl amine may be 20.

만약, 상기 알킬 아민의 탄소수가 5 미만일 경우에는 탄소나노섬유 구조체의 분산성 및 장기 분산안정성의 향상 효과가 미미할 수 있다. 반면, 상기 알킬 아민의 탄소수가 20을 초과할 경우에는 탄소나노섬유 구조체 자체의 질량이 증가하여, 분산성 및 장기 분산안정성이 현저히 저하될 수 있다.If the number of carbon atoms of the alkyl amine is less than 5, the effect of improving the dispersibility and long-term dispersion stability of the carbon nanofiber structure may be insignificant. On the other hand, when the number of carbon atoms of the alkyl amine exceeds 20, the mass of the carbon nanofiber structure itself increases, so that dispersibility and long-term dispersion stability may be significantly reduced.

예를 들어, 본 실시예에서 탄소수가 5 ~ 10인 알킬 아민은 펜틸 아민(Pentylamine), 헥실 아민(Hexylamine), 헵틸 아민(Heptylamine), 옥틸 아민(Octylamine), 노닐 아민(Nonylamine), 데실 아민(Decylamine), 언데실아민(Undecylamine), 도데실아민(Dodecylamine), 트리데실아민(Tridecylamine), 테트라데실아민(Tetradecylamine), 펜타데실아민(Pentadecylamine), 헥사데실아민(Hexadecylamine), 헵타데실아민(Heptadecylamine), 옥타데실아민(Octadecylamine), 노나데실아민(nonadecylamine) 및 이코실아민(Icosylamine)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, in this embodiment, the alkyl amine having 5 to 10 carbon atoms is pentyl amine, hexyl amine, heptyl amine, octyl amine, nonyl amine, nonyl amine, decyl amine ( Decylamine), Undecylamine, Dodecylamine, Tridecylamine, Tetradecylamine, Pentadecylamine, Hexadecylamine, Hexadecylamine, Heptadecylamine ), octadecylamine, nonadecylamine , and one or more selected from the group consisting of icosylamine, but are not limited thereto.

본 실시예에서는 상기 알킬 아민으로 탄소수 5 ~ 10 의 알킬 아민 및 탄소수 15 ~ 20 의 알킬 아민을 1 : 5 ~ 10 의 중량비, 바람직하게는 1 : 7 ~ 8 의 중량비로 포함함으로써, 탄소나노섬유 구조체의 분산성 및 장기 분산안정성을 현저히 향상시킬 수 있다. 만약, 본 실시예의 알킬 아민이 상기 혼합 범위를 만족하지 못할 경우에는, 분산성 및 장기 분산안정성 향상 효과가 미미할 수 있다.In this embodiment, as the alkyl amine, by including an alkyl amine having 5 to 10 carbon atoms and an alkyl amine having 15 to 20 carbon atoms in a weight ratio of 1: 5 to 10, preferably in a weight ratio of 1: 7 to 8, carbon nanofiber structure Dispersibility and long-term dispersion stability can be remarkably improved. If the alkyl amine of the present embodiment does not satisfy the above mixing range, the effect of improving dispersibility and long-term dispersion stability may be insignificant.

본 실시예의 제 2 단계는 약 70 ~ 80 ℃에서 약 20 ~ 28 시간 동안 실시될 수 있다.The second step of this embodiment may be performed at about 70 to 80° C. for about 20 to 28 hours.

본 실시예의 제 2 단계는 약 70 ~ 80 ℃, 바람직하게는 77 ~ 80 ℃에서 실시될 수 있다. 만약, 본 실시예의 제 2 단계가 70 ℃ 미만으로 실시될 경우에는 산처리된 탄소나노섬유와 알킬 아민이 충분히 반응하지 못하여, 탄소나노섬유 구조체의 분산성 및 장기 분산안정성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 제 2 단계가 80 ℃를 초과하는 온도에서 실시될 경우에는 산처리된 탄소나노섬유 간의 응집이 발생되거나 부산물이 발생되어, 효율적이지 못한 문제가 있을 수 있다.The second step of this embodiment may be carried out at about 70 to 80 °C, preferably at 77 to 80 °C. If the second step of this embodiment is carried out at less than 70° C., the acid-treated carbon nanofibers and the alkyl amine do not react sufficiently, so that the dispersibility and long-term dispersion stability of the carbon nanofiber structure may be deteriorated. have. On the other hand, when the second step of the present embodiment is carried out at a temperature exceeding 80° C., aggregation between acid-treated carbon nanofibers occurs or by-products are generated, and thus there may be a problem that is not efficient.

본 실시예의 제 2 단계는 70 ~ 80 ℃ 에서 약 20 ~ 28 시간, 바람직하게는 22 ~ 26 시간, 더욱 바람직하게는 24 시간 동안 실시될 수 있다. 만약, 본 실시예의 제 2 단계가 20 시간 미만으로 실시될 경우에는 산처리된 탄소나노섬유와 알킬 아민이 충분히 반응하지 못하여, 탄소나노섬유 구조체의 분산성 및 장기 분산안정성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 제 2 단계가 28 시간을 초과하여 실시될 경우에는 산처리된 탄소나노섬유간의 응집이 발생되거나 부산물이 발생되어, 효율적이지 못한 문제가 있을 수 있다.The second step of this embodiment may be performed at 70 to 80° C. for about 20 to 28 hours, preferably 22 to 26 hours, and more preferably 24 hours. If the second step of this embodiment is carried out for less than 20 hours, the acid-treated carbon nanofibers and the alkyl amine do not react sufficiently, so that the dispersibility and long-term dispersion stability of the carbon nanofiber structure may be deteriorated. have. On the other hand, when the second step of the present embodiment is carried out for more than 28 hours, aggregation between the acid-treated carbon nanofibers occurs or by-products are generated, and thus there may be a problem that is not efficient.

본 실시예의 제 2 단계에서는 산처리된 탄소나노섬유와 알킬 아민의 반응을 위해 별도의 교반, 진동, 초음파 처리 등이 실시될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 실시예의 제 2 단계에서는 상기 온도를 유지하기 위해 지속적인 가열을 실시할 수 있다.In the second step of the present embodiment, separate stirring, vibration, ultrasonic treatment, etc. may be performed for the reaction of the acid-treated carbon nanofibers and the alkyl amine, but is not limited thereto. In addition, in the second step of the present embodiment, continuous heating may be performed to maintain the temperature.

본 실시예의 제 1 단계 및 제 2 단계에 따라 제조된 탄소나노섬유 구조체는 산과 알킬 아민으로 개질된 탄소나노섬유이며, 기존의 탄소나노섬유 보다 향상된 분산성 및 장기 분산안정성을 가질 수 있다.The carbon nanofiber structures manufactured according to the first and second steps of the present embodiment are carbon nanofibers modified with an acid and an alkyl amine, and may have improved dispersibility and long-term dispersion stability than conventional carbon nanofibers.

도 1은 탄소나노섬유를 산과 알킬 아민으로 개질하여 탄소나노섬유 구조체를 형성하는 반응의 메커니즘을 간략하게 나타낸 것으로, 본 실시예의 제 1 단계 및 제 2 단계는 도 1에 도시된 바와 같은 메커니즘을 따를 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 1 is a schematic view of a reaction mechanism for forming a carbon nanofiber structure by modifying a carbon nanofiber with an acid and an alkyl amine, and the first and second steps of this embodiment follow the mechanism as shown in FIG. However, it is not limited thereto.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 제 1 단계에 따라 산처리된 탄소나노섬유에는 산소, 하이드록시기, 카르복시기가 형성될 수 있다. 본 실시예의 제 2 단계에 따라 산처리된 탄소나노섬유를 알킬 아민으로 처리한 탄소나노섬유 구조체는 표면에 산소, 하이드록시기, 펩타이드 결합이 형성된 탄소나노섬유 일 수 있다.As shown in FIG. 1, oxygen, hydroxy groups, and carboxyl groups may be formed in the acid-treated carbon nanofibers according to the first step of this embodiment. The carbon nanofiber structure obtained by treating the acid-treated carbon nanofibers with an alkyl amine according to the second step of the present embodiment may be a carbon nanofiber having an oxygen, a hydroxyl group, and a peptide bond formed on the surface.

(3) 탄소나노섬유 구조체 및 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)를 혼합하는 제 3 단계(3) The third step of mixing the carbon nanofiber structure and ethylene propylene diene monomer (EPDM)

본 실시예의 제 3 단계에서는 탄소나노섬유 구조체 및 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)를 혼합한다. 더 상세히, 본 실시예의 제 3 단계에서는 탄소나노섬유 구조체 및 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머를 균일하게 혼합한 다음, 이를 특정 형태로 경화시킴으로써, 고무 복합체를 형성할 수 있다. 본 실시예의 제 3 단계에서는 탄소나노섬유 구조체와 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머의 반응을 위해 별도의 교반, 진동, 초음파 처리 등이 실시될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the third step of this embodiment, the carbon nanofiber structure and ethylene propylene diene monomer (EPDM) are mixed. In more detail, in the third step of the present embodiment, the carbon nanofiber structure and the ethylene propylene diene monomer are uniformly mixed and then cured into a specific shape, thereby forming a rubber composite. In the third step of the present embodiment, separate stirring, vibration, ultrasonic treatment, etc. may be performed for the reaction of the carbon nanofiber structure and the ethylene propylene diene monomer, but is not limited thereto.

상기 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)는 에틸렌, 프로필렌, 디엔이 불규칙적으으로 결합한 삼원중합체로 내한성, 내후성, 내절연성, 내오존성 등이 우수하다. 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 내의 에틸렌과 프로필렌은 다양한 비율을 가지고 있다.The ethylene propylene diene monomer (EPDM) is a terpolymer in which ethylene, propylene, and diene are irregularly bonded, and has excellent cold resistance, weather resistance, insulation resistance, and ozone resistance. The ethylene and propylene in the ethylene propylene diene monomer have various ratios.

본 실시예의 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머는 에틸렌을 50 ~ 60 중량%로 포함하고 있는 것 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 만약, 본 실시예의 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 총 중량 기준으로 에틸렌을 50 중량% 미만으로 포함할 경우에는 고무 복합체의 유연성이 감소하는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 총 중량 기준으로 에틸렌을 60 중량%를 초과하여 포함할 경우에는 경도가 증가하는 문제가 있을 수 있다.The ethylene propylene diene monomer of the present embodiment may contain ethylene in an amount of 50 to 60% by weight, but is not limited thereto. If less than 50% by weight of ethylene is included based on the total weight of the ethylene propylene diene monomer of the present embodiment, there may be a problem in that the flexibility of the rubber composite decreases. On the other hand, when ethylene is included in excess of 60% by weight based on the total weight of the ethylene propylene diene monomer of the present embodiment, there may be a problem of increasing the hardness.

본 실시예의 제 3 단계에서는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 탄소나노섬유 구조체 0.5 ~ 7 중량부, 바람직하게는 1 ~ 5 중량부, 더욱 바람직하게는 2 ~ 3 중량부를 포함할 수 있다.In the third step of the present embodiment, 0.5 to 7 parts by weight of the carbon nanofiber structure, preferably 1 to 5 parts by weight, more preferably 2 to 3 parts by weight, may be included with respect to 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer.

만약, 본 실시예에서 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 탄소나노섬유 구조체를 0.5 중량부 미만으로 포함할 경우에는 고무 복합체의 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등이 충분히 향상되지 못하는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예에서 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 탄소나노섬유 구조체를 7 중량부를 초과하여 포함할 경우에는 고무 복합체 내부의 조직이 치밀하지 못하며, 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등이 오히려 저하되는 문제가 있을 수 있다.If the carbon nanofiber structure is included in an amount of less than 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer in this embodiment, the elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression reduction rate of the rubber composite are not sufficiently improved. There may be. On the other hand, in the present embodiment, when the carbon nanofiber structure exceeds 7 parts by weight per 100 parts by weight of ethylene propylene diene monomer, the structure inside the rubber composite is not dense, and elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression reduction rate There may be a problem that the back is rather lowered.

본 실시예의 제 3 단계에서는 탄소나노섬유 구조체의 분산성 및 장기 분산안정성을 향상시키고, 고무 복합체의 특성을 향상시키기 위해, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올(1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol)을 더 포함할 수 있다.In the third step of this embodiment, in order to improve the dispersibility and long-term dispersion stability of the carbon nanofiber structure, and to improve the properties of the rubber composite, 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecanethiol (1H, 1H, 2H) , 2H-perfluorodecanethiol) may be further included.

상기 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올은 1,1,2,2-Tetrahydroperfluorodecanethiol, 1,1,2,2-Tetrahydroperfluorodecanethiol 등으로도 불린다. 상기 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올은 본 실시예에서 탄소나노섬유 구조체의 분산성 및 장기 분산안정성을 향상시키며, 고무 복합체의 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축를 등의 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.The 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol is also called 1,1,2,2-Tetrahydroperfluorodecanethiol, 1,1,2,2-Tetrahydroperfluorodecanethiol, and the like. The 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol improves the dispersibility and long-term dispersion stability of the carbon nanofiber structure in this embodiment, and provides properties such as elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression of the rubber composite. It can be further improved.

본 실시예의 제 3 단계에서는 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올 0.1 ~ 3 중량부, 바람직하게는 0.5 ~ 2.5 중량부, 더욱 바람직하게는 1 ~ 1.5 중량부를 더 혼합할 수 있다.In the third step of this embodiment, 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanthiol 0.1 to 3 parts by weight, preferably 0.5 to 2.5 parts by weight, more preferably 1 based on 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer ~ 1.5 parts by weight may be further mixed.

본 실시예의 제 3 단계에서 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올을 더 포함할 경우, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 상기 탄소나노섬유 구조체 0.5 ~ 7 중량부 및 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올 0.1 ~ 3 중량부를 포함할 수 있으며, 이에 의해 고무 복합체의 특성은 향상될 수 있다.In the third step of this embodiment, when 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol is further included, 0.5 to 7 parts by weight of the carbon nanofiber structure and 1H,1H based on 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer ,2H,2H-perfluorodecanethiol may contain 0.1 to 3 parts by weight, whereby the properties of the rubber composite may be improved.

만약, 본 실시예에서 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올을 0.1 중량부 미만으로 포함할 경우에는 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올에 의한 탄소나노섬유 구조체의 분산성, 장기 분산안정성 향상 효과가 미미하여, 고무 복합체의 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율 등의 특성 향상 효과가 미미한 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예에서 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올을 3 중량부를 초과하여 포함할 경우에는 오히려 탄소나노섬유 구조체의 분산성, 장기 분산안정성 효과가 저하되고, 응집이 발생되는 문제가 있을 수 있다.If, in this example, 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol is included in an amount of less than 0.1 parts by weight per 100 parts by weight of ethylene propylene diene monomer, 1H,1H,2H,2H-perfluorodecane The effect of improving the dispersibility and long-term dispersion stability of the carbon nanofiber structure by thiol is insignificant, and thus the effect of improving properties such as elongation, tensile strength, heat resistance, and permanent compression reduction rate of the rubber composite may be insignificant. On the other hand, in the present embodiment, when containing more than 3 parts by weight of 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol relative to 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer, the dispersibility of the carbon nanofiber structure and long-term dispersion stability There may be a problem that the effect is lowered and aggregation occurs.

본 실시예의 제 3 단계에서는 고무 복합체의 신율, 인장강도, 내열성, 영구압축줄음율, 내노화성, 내구성, 물리적 특성, 기계적 특성 등의 특성을 향상시킬 수 있는 공지된 모든 종류의 첨가제를 더 포함할 수 있다.In the third step of this embodiment, all kinds of known additives that can improve properties such as elongation, tensile strength, heat resistance, permanent compression reduction rate, aging resistance, durability, physical properties, and mechanical properties of the rubber composite are further included. I can.

예를 들어, 상기 첨가제는 카본블랙, 탄산칼슘, 스테아린산, 황, 노화방지제, 오일, 가공조제, 가교제, 가교촉진제, 활제, 안정제, 산화방지제, 자외선 차단제, 방부제, 계면활성제, 유화제, 용매, 용제, 탄소나노튜브, 그래핀, 그라파이트, 세라믹 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the additives are carbon black, calcium carbonate, stearic acid, sulfur, antioxidants, oils, processing aids, crosslinking agents, crosslinking accelerators, lubricants, stabilizers, antioxidants, sunscreens, preservatives, surfactants, emulsifiers, solvents, solvents , Carbon nanotubes, graphene, graphite, ceramic, etc., but is not limited thereto.

상기 노화방지제는 비스페놀 A를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The anti-aging agent may include bisphenol A, but is not limited thereto.

상기 가교촉진제는 산화아연, 산화마그네슘, 산화납, 수산화칼슘, 2-메르캅토 벤조 티아졸 (2-mercaptobenzothiazole; MBT), 테트라메틸티우람 디설파이드 (tetramethylthiuram disulfide; TMTD), 아연디부틸디티오카바메이트 (Zinc salt of Di-n-buthyldithiocarbamate; ZnBDC), 아연 디메틸디티오카바메이트 (Zinc salt of dimethyldithiocarbamate; ZnMDC), 4,4'-디티오디모포린 (4,4'-dithiodimorpholin R; Vulnoc-R), 디펜타 메틸렌 티우람 사황화물 및 아연 디뷰틸이황화 카르보밀산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The crosslinking accelerators are zinc oxide, magnesium oxide, lead oxide, calcium hydroxide, 2-mercaptobenzothiazole (MBT), tetramethylthiuram disulfide (TMTD), zinc dibutyldithiocarbamate ( Zinc salt of Di-n-buthyldithiocarbamate; ZnBDC), Zinc salt of dimethyldithiocarbamate (ZnMDC), 4,4'-dithiodimorpholin R; Vulnoc-R, Dipenta methylene thiuram tetrasulfide and zinc dibutyl disulfide may include at least one selected from the group consisting of carbomylic acid, but is not limited thereto.

상기 제 3 단계에 따라 탄소나노섬유 구조체 및 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머를 혼합한 후, 이를 특정 형태로 경화시킴으로써, 고무 복합체를 형성할 수 있다. 이때, 추가적인 압착, 열처리, 컷팅, 연신 등의 후처리가 실시될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.After mixing the carbon nanofiber structure and the ethylene propylene diene monomer according to the third step, the rubber composite may be formed by curing it in a specific shape. In this case, post-treatment such as additional compression, heat treatment, cutting, stretching, etc. may be performed, but is not limited thereto.

본 발명의 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체의 제조방법은, 상기 본 발명의 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체의 내용을 모두 포함한다.The method for producing a rubber composite including carbon nanofibers having improved dispersibility of the present invention includes all the contents of the rubber composite including carbon nanofibers having improved dispersibility of the present invention.

이하 실시예, 비교예, 및 실험예를 통하여 본 발명의 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체 및 이의 제조방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.Hereinafter, through Examples, Comparative Examples, and Experimental Examples, a rubber composite including carbon nanofibers having improved dispersibility of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail. Since these examples are for illustrative purposes only, the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

[ 실시예 ][Example]

실시예 1 내지 7Examples 1 to 7

(1) 탄소나노섬유 2 g에 황산 및 질산이 3 : 1의 중량비로 혼합된 산을 1g 가한 다음, 약 80 ℃의 온도에서 약 6 시간 동안 교반을 실시한 후, 원심분리(4000 rpm, 1 시간)하고 필터링하여 산처리된 탄소나노섬유를 제조하였다.(1) To 2 g of carbon nanofibers, 1 g of acid mixed with sulfuric acid and nitric acid in a weight ratio of 3: 1 was added, and then stirred at a temperature of about 80° C. for about 6 hours, and then centrifuged (4000 rpm, 1 hour). ) And filtered to prepare acid-treated carbon nanofibers.

(2) 이어서, 상기 산처리된 탄소나노섬유에 하기 표 1의 중량비로 혼합된 알킬 아민 1g을 각각 가한 다음, 약 80℃의 온도에서 약 24 시간 동안 교반을 실시한 후, 원심분리(4000 rpm, 1 시간)하고 필터링함으로써, 탄소나노섬유 구조체를 제조하였다.(2) Subsequently, 1 g of the alkyl amine mixed in the weight ratio of Table 1 was added to the acid-treated carbon nanofibers, respectively, and then stirred at a temperature of about 80° C. for about 24 hours, and then centrifuged (4000 rpm, 1 hour) and filtering to prepare a carbon nanofiber structure.

(3) 상기에 따라 수득된 탄소나노섬유 구조체와 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머를 표 2[단위 : 중량부]에 따라 혼합한 다음 경화시킴으로써, 고무 복합체를 제조하였다. 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머로는 에틸렌을 55 중량%로 포함하는 것을 사용하였다.(3) A rubber composite was prepared by mixing the carbon nanofiber structure and ethylene propylene diene monomer obtained as described above according to Table 2 [unit: parts by weight] and then curing. As the ethylene propylene diene monomer, one containing 55% by weight of ethylene was used.

이때, 탄소나노섬유 구조체의 제조를 위한 탄소나노섬유는 하기와 같은 방법으로 제조된 것을 사용하였다. ① 증류수 50 mL에 질산니켈과 질산구리를 8 : 2의 중량비로 혼합한 것을 3g 첨가하여 제 1 용액을 제조하고, ② 증류수 50 mL에 0.1 M 질산알루미늄을 첨가하여 제 2 용액을 제조하며, ③ 몰리브데넘산암모늄 1.25 g과 증류수 25 mL를 혼합하여 제 3 용액을 제조한 다음, 제 1 용액, 제 2 용액 및 제 3 용액을 제 1 분별깔때기에 넣어 혼합하였다. ④ 탄산암모늄 40 g과 증류수 120 mL를 넣어 제 4 용액을 제조한 후, 제 2 분별깔때기에 넣어주었다. ⑤ 이어서, 비이커에 증류수 100 mL를 넣고 교반하면서 제 1 분별깔때기의 용액과 제 2 분별깔때기의 용액을 천천히 넣어주었다. ⑥ 약 1 시간 동안 교반을 실시한 다음, 감엽여과, 건조 및 분쇄하여 촉매를 제조하였다. ⑦ 이 후, 상기에 따라 제조된 촉매를 CVD 방법을 이용하여 성장시킴으로써, 탄소나노섬유를 제조하였다. At this time, the carbon nanofibers for the production of the carbon nanofiber structure were prepared by the following method. ① Prepare the first solution by adding 3 g of a mixture of nickel nitrate and copper nitrate in a weight ratio of 8: 2 to 50 mL of distilled water, ② To prepare a second solution by adding 0.1 M aluminum nitrate to 50 mL of distilled water, ③ 1.25 g of ammonium molybdenumate and 25 mL of distilled water were mixed to prepare a third solution, and then the first solution, the second solution, and the third solution were put into a first separatory funnel and mixed. ④ 40 g of ammonium carbonate and 120 mL of distilled water were added to prepare a fourth solution, and then put into a second separatory funnel. ⑤ Next, 100 mL of distilled water was added to the beaker, and the solution of the first separatory funnel and the solution of the second separatory funnel were slowly added while stirring. ⑥ After stirring for about 1 hour, the catalyst was prepared by filtration, drying and grinding. ⑦ Thereafter, the catalyst prepared according to the above was grown using a CVD method to prepare carbon nanofibers.

상기 CVD 는 하기와 같이 실시되었다. 먼저, 촉매를 CVD 장치에 넣은 후, 약 1 시간 동안 질소 가스를 500sccm으로 흘려주면서 상온에서 약 600 ℃ 로 가열하고, 약 600 ℃에서 약 30 분 동안 질소 가스 500sccm 및 수소 가스 500sccm를 흘려준 다음, 약 600 ℃에서 수소 가스 100sccm, 에텐(C2H4) 가스 400sccm을 약 1 시간 동안 흘려준 후, 질소 가스 500sccm를 흘려주면서 상온으로 냉각하였다.The CVD was carried out as follows. First, after putting the catalyst into a CVD apparatus, nitrogen gas was flowed at 500 sccm for about 1 hour and heated to about 600° C. at room temperature, and 500 sccm of nitrogen gas and 500 sccm of hydrogen gas were flowed at about 600° C. for about 30 minutes. 100 sccm of hydrogen gas and 400 sccm of ethene (C 2 H 4 ) gas were flowed at about 600° C. for about 1 hour, and then cooled to room temperature while flowing 500 sccm of nitrogen gas.

실시예(중량비)Example (weight ratio) 1One 22 33 44 55 66 77 탄소수 6인 알킬 아민Alkyl amines having 6 carbon atoms 1One -- 1One 1One 1One 1One 1One 탄소수 18인 알킬 아민Alkyl amines having 18 carbon atoms -- 1One 33 55 77 1010 1212 * 탄소수 6인 알킬 아민 : 헥실 아민(Hexylamine)
* 탄소수 18인 알킬 아민 : 옥타데실아민(Octadecylamine)
* Alkyl amine having 6 carbon atoms: Hexylamine
* C18 alkyl amine: Octadecylamine

표 1에서 실시예 1은 탄소수 6인 알킬 아민만 사용한 것이며, 실시예 2는 탄소수 18인 알킬 아민만 사용한 것이다.In Table 1, Example 1 uses only an alkyl amine having 6 carbon atoms, and Example 2 uses only an alkyl amine having 18 carbon atoms.

단위 : 중량부Unit: parts by weight 실시예 1 내지 7Examples 1 to 7 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머Ethylene propylene diene monomer 100100 탄소나노섬유 구조체Carbon nanofiber structure 33 카본블랙Carbon black 7070 탄산칼슘Calcium carbonate 3030 산화아연Zinc oxide 55 스테아린산Stearic acid 1One 프로세스 오일Process oil 4040 sulfur 0.70.7 아연디부틸디티오카바메이트(ZnBDC)Zinc dibutyl dithiocarbamate (ZnBDC) 1One 테트라메틸티우람디설파이드Tetramethylthiuram disulfide 0.60.6 메르캅토벤조티아졸Mercaptobenzothiazole 0.60.6 *가황조건 : 170 ℃, 10 분* Vulcanization conditions: 170 ℃, 10 minutes

실시예 8Example 8

에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올 1 중량부를 더 포함하는 것을 제외하고는, 실시예 5와 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 5, except that 1 part by weight of 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol was further included based on 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer.

실시예 9Example 9

에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 탄소나노섬유 구조제 1 중량부를 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 3, except that 1 part by weight of the carbon nanofiber structuring agent was mixed with respect to 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer.

실시예 10Example 10

에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 탄소나노섬유 구조제 5량부를 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 3, except that 5 parts by weight of the carbon nanofiber structuring agent was mixed with respect to 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer.

[ 비교예 ][Comparative Example]

비교예 1Comparative Example 1

별도의 산처리, 알킬 아민처리를 하지 않은, 탄소나노섬유를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 제외하였다.Except in the same manner as in Example 3, except that a separate acid treatment, alkyl amine treatment was not used, except that carbon nanofibers were used.

비교예 2Comparative Example 2

산처리(1)를 실시하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 3, except that the acid treatment (1) was not performed.

비교예 3Comparative Example 3

알킬 아민 처리(2)를 실시하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 3, except that the alkyl amine treatment (2) was not performed.

비교예 4Comparative Example 4

알킬 아민으로 탄소수 3인 것(프로필 아민)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 3, except that the alkyl amine having 3 carbon atoms (propyl amine) was used.

비교예 5Comparative Example 5

알킬 아민으로 탄소수 23인 것(트리코실아민 : Tricosylamine)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 3, except that the alkyl amine having 23 carbon atoms (Tricosylamine: Tricosylamine) was used.

비교예 6Comparative Example 6

에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 탄소나노섬유 구조제 0.1 중량부를 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 3, except that 0.1 parts by weight of a carbon nanofiber structuring agent was mixed with respect to 100 parts by weight of an ethylene propylene diene monomer.

비교예 7Comparative Example 7

에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 탄소나노섬유 구조제 10 중량부를 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 3, except that 10 parts by weight of a carbon nanofiber structuring agent was mixed with respect to 100 parts by weight of an ethylene propylene diene monomer.

비교예 8 내지 11Comparative Examples 8 to 11

하기 표 3[단위 : ℃]의 온도로 (1)산처리 또는 (2)알킬 아민 처리한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 3, except that (1) acid treatment or (2) alkyl amine treatment was performed at a temperature of the following Table 3 [unit: ℃].

비교예 8Comparative Example 8 비교예 9Comparative Example 9 비교예 10Comparative Example 10 비교예 11Comparative Example 11 (1)산처리 온도(℃)(1) Acid treatment temperature (℃) 7070 9090 8080 8080 (2)알킬 아민처리 온도(℃)(2) Alkyl amine treatment temperature (℃) 8080 8080 6565 8585

[ 실험에 ][In the experiment]

실험예 1 : XPS 분석Experimental Example 1: XPS analysis

비교예 1의 탄소나노섬유, 실시예 5의 (1)에 따라 산처리된 탄소나노섬유, 실시예 5의 탄소나노섬유 구조체를 하기 조건에 따라 XPS 분석[surface\Al 300W\Manual Point]하여, 도 2에 나타내었다.The carbon nanofiber of Comparative Example 1, the carbon nanofiber acid-treated according to (1) of Example 5, and the carbon nanofiber structure of Example 5 were subjected to XPS analysis [surface\Al 300W\Manual Point] according to the following conditions, It is shown in Figure 2.

이때, 도 2에서 왼쪽의 그래프는 비교예 1의 탄소나노섬유를 의미하며, 중간의 그래프는 실시예 5의 (1)에 따라 산처리된 탄소나노섬유, 오른쪽의 그래프는 실시예 5의 탄소나노섬유 구조체를 의미한다.At this time, the graph on the left in FIG. 2 refers to the carbon nanofibers of Comparative Example 1, the middle graph is the carbon nanofibers acid-treated according to (1) of Example 5, and the graph on the right is the carbon nanofibers of Example 5. It means a fiber structure.

- XPS 분석조건-XPS analysis conditions

* Total acq. Time : 1 mins 50.1 secs * Total acq. Time: 1 mins 50.1 secs

* No. Scans : 1* No. Scans: 1

* Source Type : Al K Alpha * Source Type: Al K Alpha

* Lens Mode : LAXPS * Lens Mode: LAXPS

* Analyser Mode : CAE - Pass Energy 50.0 eV * Analyser Mode: CAE-Pass Energy 50.0 eV

* Energy Step Size : 1.000 eV* Energy Step Size: 1.000 eV

* No. of Energy Steps : 1101* No. of Energy Steps: 1101

도 2를 보면, 일반 탄소나노섬유를 산처리할 경우, 하이드록시기, 카르복시기를 의미하는 산소의 피크가 증가함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, when the general carbon nanofibers are acid-treated, it can be seen that the peaks of oxygen, which mean a hydroxyl group and a carboxyl group, increase.

산처리된 탄소나노섬유를 알킬 아민 처리할 경우, 알킬 아민의 탄화수소사슬의 영향으로 탄소 피크가 증가하였으며, 이는 하이드록시기, 카르복시기 작용기가 탄화수소사슬로 치환됨을 의미한다. 또한, 아민기 결합에 의해 질소 피크가 보임을 확인할 수 있다.When the acid-treated carbon nanofibers are treated with an alkyl amine, the carbon peak increases due to the influence of the hydrocarbon chain of the alkyl amine, which means that the hydroxyl and carboxyl functional groups are substituted with the hydrocarbon chain. In addition, it can be seen that the nitrogen peak is seen by the amine group bonding.

실험예 2 : 분산성 및 분산안정성 평가Experimental Example 2: Evaluation of dispersibility and dispersion stability

(1) 분산성 및 분산안정성 육안 평가(1) Visual evaluation of dispersibility and dispersion stability

실시예 및 비교예에 따라 제조된 탄소나노섬유 구조체 1 g과 PAO Oil 100 g을 혼합한 다음, 초음파 처리[80℃, 약 1 시간]하여 탄소나노섬유 구조체의 분산액을 제조하였다. 이때, 비교예 1의 경우 탄소나노섬유를 이용하여 분산액을 제조하였으며, 실시예 8의 경우 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올을 0.3 g 더 추가하여 분산액을 제조하였다.1 g of the carbon nanofiber structure prepared according to the Examples and Comparative Examples and 100 g of PAO Oil were mixed, and then subjected to ultrasonic treatment [80°C, about 1 hour] to prepare a dispersion of the carbon nanofiber structure. At this time, in the case of Comparative Example 1, a dispersion was prepared using carbon nanofibers, and in the case of Example 8, a dispersion was prepared by adding 0.3 g of 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecanethiol.

한편, 실시예 3과 동일한 탄소나노섬유 구조체를 사용하는 실시예 9, 10, 비교예 6, 7의 경우에는 별도의 실험을 실시하지 않았다.On the other hand, in the case of Examples 9 and 10 and Comparative Examples 6 and 7 using the same carbon nanofiber structure as in Example 3, separate experiments were not conducted.

상기 실시예 및 비교예의 분산액을 제조한 다음 제조 직후, 20 일 후, 25 일 후, 30일 후, 35 일 후, 40 일 후의 모습을 육안으로 평가하여, 분산성 및 분산안정성을 평가하였다. 분산성 및 분산안정성은 Ⅹ, ○ 로 표기하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.After preparing the dispersions of the above examples and comparative examples, the appearance immediately after preparation, after 20 days, after 25 days, after 30 days, after 35 days and after 40 days was visually evaluated to evaluate dispersibility and dispersion stability. Dispersibility and dispersion stability were indicated by Ⅹ and ○, and the results are shown in Table 4 below.

Ⅹ : 응집, 침전, 층분리 현상이 발생되지 않음Ⅹ: No aggregation, precipitation, or delamination occurs

○ : 응집, 침전, 층분리 현상이 발생됨○: Aggregation, precipitation, and delamination occur

제조 직후Immediately after manufacture 20 일 후After 20 days 25일 후25 days later 30일 후30 days later 35일 후After 35 days 40일 후40 days later 실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 실시예5Example 5 실시예6Example 6 실시예7Example 7 실시예8Example 8 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 비교예4Comparative Example 4 비교예5Comparative Example 5 비교예8Comparative Example 8 비교예9Comparative Example 9 비교예10Comparative Example 10 비교예11Comparative Example 11

표 4를 보면, 본 실시예에 따를 경우 비교예에 비해 분산성 및 분산안정성이 향상됨을 확인할 수 있다.Looking at Table 4, it can be seen that in the case of this Example, dispersibility and dispersion stability are improved compared to Comparative Example.

본 실시예에 따라 탄소수 5 ~ 10 알킬 아민과 탄소수 15 ~ 20 알킬 아민을 특정비율로 포함할 때, 분산성 및 분산안정성이 향상됨을 확인할 수 있다. 특히, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올을 더 포함할 때 분산성 및 분산안정성이 향상됨을 확인할 수 있다.According to the present embodiment, it can be seen that when a C5-C10 alkyl amine and a C15-C20 alkyl amine are included in a specific ratio, dispersibility and dispersion stability are improved. In particular, it can be seen that dispersibility and dispersion stability are improved when 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol is further included.

(2) 실시예 5 및 비교예 1의 사진(2) Photograph of Example 5 and Comparative Example 1

실시예 5의 탄소나노섬유 구조체를 포함하는 분산액과 비교예 1의 탄소나노섬유를 포함하는 분산액의 제조 직후와 20일 후의 모습을 도 3및 도 4에 도시하였다.3 and 4 illustrate the preparation of the dispersion containing the carbon nanofiber structure of Example 5 and the dispersion containing the carbon nanofiber of Comparative Example 1 immediately after and after 20 days.

도 3 및 4에서 CNF로 표기된 바이알 병은 비교예 1(탄소나노섬유)을 이용한 분산액이며, ODA-CNF로 표기된 바이알 병은 실시예 5(탄소나노섬유 구조체)를 이용한 분산액이다.In Figs. 3 and 4, the vial bottle labeled CNF is a dispersion using Comparative Example 1 (carbon nanofiber), and the vial bottle labeled ODA-CNF is a dispersion using Example 5 (carbon nanofiber structure).

도 3을 보면, 제조 직후에는 탄소나노섬유 구조체를 포함할 때와 탄소나노섬유를 포함할 때, 모두 균일하게 분산되어 응집, 층분리 등의 현상이 발생되지 않음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that immediately after manufacture, when the carbon nanofiber structure is included and when the carbon nanofiber is included, both are uniformly dispersed and phenomena such as aggregation and layer separation do not occur.

도 4를 보면, 제조한 후 20일이 지난 시점에서, 실시예 5를 이용한 분산액의 경우에는 층분리, 응집 등의 현상이 발생되지 않음을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 1을 이용한 분산액의 경우, 층분리, 침전 등의 현상이 발생됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that, in the case of the dispersion liquid using Example 5, when 20 days have passed since preparation, phenomena such as layer separation and aggregation do not occur. On the other hand, in the case of the dispersion using Comparative Example 1, it can be seen that phenomena such as layer separation and precipitation occur.

즉, 실험예 2에 따르면, 본 실시예의 탄소나노섬유 구조체는 분산성 및 장기 분산안정성이 우수함을 확인할 수 있다.That is, according to Experimental Example 2, it can be confirmed that the carbon nanofiber structure of the present example has excellent dispersibility and long-term dispersion stability.

실험예 3 : 물성 평가(신율/인장강도/영구압축줄음율)Experimental Example 3: Evaluation of physical properties (elongation/tensile strength/permanent compression reduction rate)

실시예 및 비교예에 따라 제조된, 고무 복합체의 신율, 인장강도, 영구압축줄음율을 측정하여, 하기 표 5에 나타내었다. 각 항목은 하기의 시험 규격에 따라, 측정하였다.Elongation, tensile strength, and permanent compression reduction ratio of the rubber composites prepared according to Examples and Comparative Examples were measured, and are shown in Table 5 below. Each item was measured according to the following test standards.

- 신율(%) : KS M 6518-Elongation (%): KS M 6518

- 인장강도(kgf/cm2) : KS M 6518-Tensile strength (kgf/cm 2 ): KS M 6518

- 영구압축줄음율(%) : KS M 6518[온도 70 ± 1 ℃, 22 시간]-Permanent compression reduction rate (%): KS M 6518[Temperature 70 ± 1 ℃, 22 hours]

신율Elongation 인장강도The tensile strength 영구압축줄음율Permanent compression reduction rate 실시예1Example 1 375375 9595 3131 실시예2Example 2 381381 9696 3232 실시예3Example 3 430430 119119 2525 실시예4Example 4 475475 136136 2222 실시예5Example 5 490490 145145 1818 실시예6Example 6 476476 138138 2121 실시예7Example 7 425425 118118 2727 실시예8Example 8 510510 153153 1515 실시예9Example 9 403403 115115 3030 실시예10Example 10 435435 120120 2727 비교예1Comparative Example 1 276276 6868 5050 비교예2Comparative Example 2 304304 8080 4747 비교예3Comparative Example 3 289289 7575 4848 비교예4Comparative Example 4 342342 8282 4040 비교예5Comparative Example 5 336336 8181 4242 비교예6Comparative Example 6 241241 5454 5555 비교예7Comparative Example 7 387387 101101 3535 비교예8Comparative Example 8 310310 7272 4545 비교예9Comparative Example 9 319319 7676 4242 비교예10Comparative Example 10 314314 7272 4444 비교예11Comparative Example 11 321321 7979 4343

표 5를 보면, 본 실시예에 따르는 실시예 1 ~ 10의 경우에는 신율, 인장강도 및 영구압축줄음율이 우수함을 확인할 수 있다. 반면, 본 실시예에 따르지 않는 비교예 1 ~ 11의 경우에는 신율, 인장강도 및 영구압축줄음율이 실시예에 비해 현저히 낮아짐을 확인할 수 있다.Referring to Table 5, it can be seen that in Examples 1 to 10 according to the present embodiment, the elongation, tensile strength, and permanent compression reduction rate are excellent. On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 to 11, which do not follow the present embodiment, it can be seen that the elongation, tensile strength, and permanent compression reduction rate are significantly lower than in the Example.

실험예 4 : 내열성 평가(신율/인장강도)Experimental Example 4: Heat resistance evaluation (elongation/tensile strength)

실시예 및 비교예에 따른 고무 복합체의 내열성(내노화성)을 평가하여, 하기 표 6에 그 결과를 나타내었다.The heat resistance (aging resistance) of the rubber composites according to Examples and Comparative Examples was evaluated, and the results are shown in Table 6 below.

실시예 및 비교예에 따른 고무 복합체의 인장강도, 신율을 측정한 다음, 실시예 및 비교예에 따른 고무 복합체를 약 70 ± 1 ℃ 에서, 약 70 시간 방치한 후의 인장강도, 신율을 측정하여, 그 변화 정도를 표 6에 나타내었다. 상기 인장강도, 신율은 실험예 3과 동일하게 측정하였다.After measuring the tensile strength and elongation of the rubber composites according to the examples and comparative examples, the tensile strength and elongation of the rubber composites according to the examples and comparative examples were measured at about 70 ± 1 °C for about 70 hours, Table 6 shows the degree of change. The tensile strength and elongation were measured in the same manner as in Experimental Example 3.

또한, 표 5에서 - 표기는 인장강도, 신율이 감소된 경우이며, + 표기는 인장강도, 신율이 증가된 경우를 의미한다.In addition, in Table 5,-indicates when tensile strength and elongation are decreased, and + indicates when tensile strength and elongation are increased.

인장강도The tensile strength
변화율(%)Rate of change (%)
신율Elongation
변화율(%)Rate of change (%)
인장강도The tensile strength
변화율(%)Rate of change (%)
신율Elongation
변화율(%)Rate of change (%)
실시예1Example 1 -29-29 -37-37 비교예1Comparative Example 1 -46-46 -84-84 실시예2Example 2 -28-28 -33-33 비교예2Comparative Example 2 -40-40 -77-77 실시예3Example 3 -18-18 -30-30 비교예3Comparative Example 3 -40-40 -80-80 실시예4Example 4 -14-14 -24-24 비교예4Comparative Example 4 -32-32 -57-57 실시예5Example 5 -12-12 -20-20 비교예5Comparative Example 5 -33-33 -58-58 실시예6Example 6 -14-14 -23-23 비교예6Comparative Example 6 -48-48 -88-88 실시예7Example 7 -18-18 -31-31 비교예7Comparative Example 7 -30-30 -55-55 실시예8Example 8 -10-10 -15-15 비교예8Comparative Example 8 -38-38 -63-63 실시예9Example 9 -28-28 -35-35 비교예9Comparative Example 9 -36-36 -61-61 실시예10Example 10 -16-16 -28-28 비교예10Comparative Example 10 -37-37 -63-63 비교예11Comparative Example 11 -35-35 -59-59

표 6을 보면, 열처리를 실시할 경우에는 고무 복합체의 인장강도 및 신율이 전체적으로 감소됨(-)을 확인할 수 있다.Looking at Table 6, it can be seen that when heat treatment is performed, the tensile strength and elongation of the rubber composite are overall reduced (-).

본 실시예에 따르는 실시예 1 ~ 10 의 경우에는 인장강도가 최대 29% 감소됨을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 1 ~ 11의 경우에는 인장강도가 최소 30 % 감소되었으며, 최대 48 % 감소됨을 확인할 수 있다.In the case of Examples 1 to 10 according to the present embodiment, it can be seen that the tensile strength is reduced by up to 29%. On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 to 11, it can be seen that the tensile strength was reduced by a minimum of 30% and a maximum of 48%.

또한, 본 실시예에 따르는 실시예 1 ~ 10 의 경우에는 신율이 최대 37 % 감소됨을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 1 ~ 11의 경우에는 신율이 최소 55 % 감소되었으며, 최대 88 % 감소됨을 확인할 수 있다.In addition, in the case of Examples 1 to 10 according to the present embodiment, it can be seen that the elongation is reduced by up to 37%. On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 to 11, it can be seen that the elongation is reduced by a minimum of 55% and a maximum of 88%.

즉, 본 실시예에 따르는 실시예는 비교예에 비해 열처리에 따른 인장강도의 변화, 신율의 변화가 적은 바, 내열성이 우수함을 의미한다.That is, the example according to the present example has less change in tensile strength and elongation due to heat treatment compared to the comparative example, which means that it has excellent heat resistance.

실험예 1 내지 4에 따르면, 일반 탄소나노섬유 보다 본 실시예에 따르는 탄소나노섬유 구조체의 분산성 및 장기 분산안정성이 우수하며, 이에 의해 고무 복합체의 신율, 인장강도, 내노화성, 영구압축줄음율의 특성이 향상됨을 확인할 수 있다.According to Experimental Examples 1 to 4, the dispersibility and long-term dispersion stability of the carbon nanofiber structure according to the present example are superior to that of general carbon nanofibers, thereby elongation, tensile strength, aging resistance, and permanent compression reduction rate of the rubber composite. It can be seen that the characteristics of are improved.

전술한 바와 같이, 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.As described above, the description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily be modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. You can understand. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as non-limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (11)

에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 및 탄소나노섬유 구조체를 포함하되,
상기 탄소나노섬유 구조체는 산과 알킬 아민으로 개질된 탄소나노섬유이며,
상기 알킬 아민은 탄소수 5 ~ 10 의 알킬 아민 및 탄소수 15 ~ 20 의 알킬 아민을 1 : 5 ~ 10 의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는, 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체.
Including an ethylene propylene diene monomer (EPDM) and a carbon nanofiber structure,
The carbon nanofiber structure is a carbon nanofiber modified with an acid and an alkyl amine,
The alkyl amine is a rubber composite comprising carbon nanofibers having improved dispersibility, characterized in that it comprises an alkyl amine having 5 to 10 carbon atoms and an alkyl amine having 15 to 20 carbon atoms in a weight ratio of 1:5 to 10.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 산은 질산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체.
The method of claim 1,
The acid is a rubber composite comprising carbon nanofibers having improved dispersibility, characterized in that it contains at least one selected from the group consisting of nitric acid and sulfuric acid.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소나노섬유 구조체는 산과 알킬 아민으로 개질되어, 표면에 펩타이드 결합이 형성된 탄소나노섬유인 것을 특징으로 하는, 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체.
The method of claim 1,
The carbon nanofiber structure is a rubber composite comprising carbon nanofibers with improved dispersibility, characterized in that the carbon nanofibers are modified with an acid and an alkyl amine to form a peptide bond on the surface.
제 1 항에 있어서,
상기 고무 복합체는
상기 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 상기 탄소나노섬유 구조체 0.5 ~ 7 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체.
The method of claim 1,
The rubber composite is
A rubber composite comprising carbon nanofibers having improved dispersibility, comprising 0.5 to 7 parts by weight of the carbon nanofiber structure based on 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer.
제 1 항에 있어서,
상기 고무 복합체는
1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올(1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체.
The method of claim 1,
The rubber composite is
1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol (1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol), characterized in that it further comprises, a rubber composite comprising carbon nanofibers with improved dispersibility.
제 6 항에 있어서,
상기 고무 복합체는
상기 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 100 중량부에 대해 상기 탄소나노섬유 구조체 0.5 ~ 7 중량부 및 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올 0.1 ~ 3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체.
The method of claim 6,
The rubber composite is
Characterized in that it comprises 0.5 to 7 parts by weight of the carbon nanofiber structure and 0.1 to 3 parts by weight of 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol based on 100 parts by weight of the ethylene propylene diene monomer, improved dispersibility Rubber composite containing carbon nanofibers.
제 1 항의 고무 복합체의 제조방법에 있어서,
탄소나노섬유를 산처리하여 산처리된 탄소나노섬유를 형성하는 제 1 단계;
상기 산처리된 탄소나노섬유에 알킬 아민을 처리하여 탄소나노섬유 구조체를 형성하는 제 2 단계; 및
상기 탄소나노섬유 구조체 및 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)를 혼합하는 제 3 단계를 포함하되,
상기 탄소나노섬유 구조체는 산과 알킬 아민으로 개질된 탄소나노섬유이며,
상기 알킬 아민은 탄소수 5 ~ 10 의 알킬 아민 및 탄소수 15 ~ 20 의 알킬 아민을 1 : 5 ~ 10 의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는, 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체의 제조방법.
In the manufacturing method of the rubber composite of claim 1,
A first step of acid-treated carbon nanofibers to form acid-treated carbon nanofibers;
A second step of forming a carbon nanofiber structure by treating the acid-treated carbon nanofibers with an alkyl amine; And
Including a third step of mixing the carbon nanofiber structure and ethylene propylene diene monomer (EPDM),
The carbon nanofiber structure is a carbon nanofiber modified with an acid and an alkyl amine,
The alkyl amine is a method for producing a rubber composite including carbon nanofibers with improved dispersibility, characterized in that it contains an alkyl amine having 5 to 10 carbon atoms and an alkyl amine having 15 to 20 carbon atoms in a weight ratio of 1: 5 to 10 .
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 단계는 75 ~ 85 ℃에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체의 제조방법.
The method of claim 8,
The first step is characterized in that carried out at 75 ~ 85 ℃, the method for producing a rubber composite containing carbon nanofibers with improved dispersibility.
제 8 항에 있어서,
상기 제 2 단계는 70 ~ 80 ℃에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체의 제조방법.
The method of claim 8,
The second step is characterized in that carried out at 70 ~ 80 ℃, the method for producing a rubber composite containing carbon nanofibers with improved dispersibility.
제 8 항에 있어서,
상기 제 3 단계에서는
1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데칸티올(1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol)을 더 혼합하는 것을 특징으로 하는, 분산성이 향상된 탄소나노섬유를 포함하는 고무 복합체의 제조방법.
The method of claim 8,
In the third step
1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol (1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol), characterized in that further mixing, dispersibility improved method for producing a rubber composite containing carbon nanofibers.
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