KR102158039B1 - 폐 pet를 활용한 흑연의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PET 폐기물로부터 흑연을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

폐 PET를 활용한 흑연의 제조방법{Manufacturing method for producing graphite from waste PET}

본 발명은 PET 폐기물로부터 흑연을 제조하는 방법에 관한 것이다.

범용 플라스틱 중 하나인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET; Polyethylene terethphalate)는 열가소성 고분자로 투명성, 내약품성, 성형성 등의 물성이 우수하여 일상생활을 비롯하여 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, 의복용 합성섬유, 전자기기용 부품, 자동차 부품 등이 있으며, 음식물의 용기로도 널리 사용되고 있다.

이러한 PET는 수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 그에 따라 발생되는 폐기물 또한 늘어나고 있다. 이에 비해 재활용되는 PET 폐기물의 양은 매우 적다. 이에, 폐기물을 자원화하여 고부가가치화하는 기술에 대한 요구가 더욱 커져가고 있다.

폐 PET를 처리하는 방법으로는 매립, 열원을 활용한 소각 또는 다른 제품으로의 재활용 방법이 있으나, 재활용은 일부만 이루어지고 대부분 매립되거나 소각되고 있다. 일예로, 맥주병이나 사이다병과 같은 유색 PET는 순수 PET 소재 이외에 염료를 추가로 첨가하여 제조하기 때문에 재활용이 어렵다. 또한, 그림 또는 글자 등이 인쇄된 PET나 음식 등으로 오염된 플라스틱도 세척 과정을 별도로 실시하지 않고는 재활용이 불가능하다. 이러한 폐 PET는 매립되거나 소각될 수밖에 없다. 이는 대기오염 및 미세먼지 발생 등의 환경오염의 큰 원인이 되고 있을 뿐 아니라, 그에 따른 경제적 손실도 크다고 할 수 있다.

한편, 4차 산업시대의 핵심 소재 중 하나로 흑연이 주목받고 있다. 흑연은 경량이면서 열전도도, 전기전도도, 내열성, 강도, 에너지 저장성 등의 물성이 뛰어나다. 스마트폰, 테블릿 PC 등 소형 전자기기의 발전과 보급으로 에너지 저장장치의 수요가 급증함에 따라, 이러한 저장장치 중 하나인 리튬이차전지의 음극소재로서 흑연의 수요도 증가하고 있다. 또한, 높은 열전도도와 내열성으로 항공우주분야에서 핵심 소재로 활용되고 있으며, 최근 그래핀(graphene) 활용 가치가 높아지면서 그래핀의 제조 원료로도 사용되고 있다.

한국등록특허 제10-1552868호(2015.09.08.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 재활용률이 낮은 폐 PET를 원료로 하여 흑연으로 업사이클링(upcycling) 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 PET의 열분해 및 흑연화를 통해 흑연을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 폐 PET를 흑연의 자원으로서 활용함으로써 폐 PET의 매립 또는 소각에 따른 환경오염을 방지하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 PET의 흑연화를 통해 제조되는 흑연을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는,

PET의 열분해 단계,

상기 열분해로 수득된 열분해물의 분쇄물과 붕소 분말의 혼합물 제조단계 및

상기 혼합물의 흑연화 단계

를 포함하는 흑연의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흑연의 제조방법에 있어서, 상기 붕소 분말은 상기 열분해물의 분쇄물 및 붕소 분말 혼합물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 15중량% 포함되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흑연의 제조방법에 있어서, 상기 열분해 단계는 400℃ 내지 1,500℃에서 실시되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흑연의 제조방법에 있어서, 상기 흑연화 단계는 2,200℃ 내지 3,300℃에서 실시되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흑연의 제조방법에 있어서, 상기 붕소 분말은 평균입경이 0.1㎛ 내지 50㎛인 것일 수 있다. 또한, 상기 붕소 분말은 비정질인 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흑연의 제조방법에 있어서, 상기 열분해물의 분쇄물은 평균입경이 0.1㎛ 내지 1,000㎛인 것으로 분급된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흑연의 제조방법에 있어서, 열분해 단계 및 흑연화 단계는 비활성 분위기 또는 진공 하에서 실시되는 것일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 제조방법으로 제조되는 흑연을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흑연은 하기 식 1로부터 산출되는 흑연화도가 60% 내지 100%인 것일 수 있다.

(식 1) (3.44-d₀₀₂)/0.086 × 100%

상기 식 1에서, d₀₀₂는 평균 격자면 간격이다.

본 발명은 폐기되는 PET를 활용하여 고부가가치 소재인 흑연을 제조할 수 있는 효과를 가진다. 이렇게 제조된 흑연은 리튬이차전지의 음극재 및 그래핀 등의 원료로 활용될 수 있어 상품 가치가 매우 높다.

또한, 폐 PET의 대상물로 기존 재활용이 어려웠던 유색 PET 또는 오염된 PET를 포함하여 매립 또는 소각되는 폐기물의 양을 줄일 수 있고 환경오염을 방지할 수 있다.

또한, 간단한 공정으로 범용 플라스틱인 PET의 흑연화가 가능하여 흑연을 쉽게 제조할 수 있어 생산성 및 경제성을 극대화할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 실시예 1에서 제조된 흑연의 X-선 회절 패턴을 기록한 스펙트럼이다.
도 2는 실시예 2에서 제조된 흑연의 X-선 회절 패턴을 기록한 스펙트럼이다.
도 3는 실시예 3에서 제조된 흑연의 X-선 회절 패턴을 기록한 스펙트럼이다.
도 4는 실시예 4에서 제조된 흑연의 X-선 회절 패턴을 기록한 스펙트럼이다.
도 5는 실시예 5에서 제조된 흑연의 X-선 회절 패턴을 기록한 스펙트럼이다.
도 6은 비교예 1에서 제조된 비정질 탄소의 X-선회절 패턴을 기록한 스펙트럼이다.
도 7은 실시예 2에서 제조된 흑연의 미세 구조를 TEM으로 촬영한 사진이다.
도 8은 비교예 1에서 제조된 비정질 탄소의 미세 구조를 TEM으로 촬영한 사진이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 흑연의 제조방법 및 이로부터 수득되는 흑연에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의해 보다 더 잘 이해될 수 있다. 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허 청구범위에 의해 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.

본 발명의 발명자는 폐플라스틱의 재활용 가치를 향상시키는 연구를 하던 중, PET의 화학 구조에 흑연 결정 구조의 기본 단위가 되는 벤젠 고리를 포함한다는 사실에 착안하여 PET를 활용한 흑연 제조방법을 개발하게 되었다. 즉, PET의 화학 구조에서 벤젠 고리 사이에 놓인 사슬을 제거하고, 벤젠 고리 간에 중합 반응을 유도하여 비정질 탄소를 형성하고, 이를 PET의 흑연화 뿐 아니라 나아가 높은 흑연화도를 가지는 흑연을 간단한 공정으로 쉽게 제조할 수 있고, 폐 PET를 포함하여 PET를 흑연의 자원으로서 활용 가치를 더욱 높일 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.

구체적으로, 본 발명의 일 양태에 따른 흑연의 제조방법은

폴리에틸렌테레프탈레이트의 열분해 단계,

상기 열분해로 수득된 열분해물의 분쇄물과 붕소 분말의 혼합물 제조단계 및

상기 혼합물의 흑연화 단계

를 포함한다.

상기 열분해 단계는 PET를 열분해하는 공정이다.

이때, 상기 PET는 신생 PET 또는 폐 PET를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 PET는 폴리스티렌(PS, polystyrene), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 저밀도폴리에틸렌(LDPE, Low-density polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polypropylene) 등과 같은 다른 고분자와 혼합되거나 공중합된 것들을 포함할 수 있으며, PET를 포함하는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.

상기 열분해 공정은 PET의 효율적인 열분해를 위하여 상기 PET를 분쇄하는 공정을 포함할 수 있다. 분쇄 공정은 특별히 제한되는 것은 아니지만, PET의 평균입경이 0.01mm 내지 100mm, 구체적으로 0.1mm 내지 20mm이 되도록 분쇄하는 것일 수 있다. 상기 범위에서 열분해 반응 속도 및 열분해 효율을 높일 수 있는 면에서 효과적이나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

상기 분쇄 공정으로 분쇄된 PET 입자는 400℃ 내지 1,500℃, 구체적으로 500℃ 내지 1,200℃, 보다 구체적으로 600℃ 내지 1,000℃의 온도 범위에서 열분해 된다. 상기 범위에서 열분해하는 경우, PET 내 포함 된 산소 농도를 1wt% 이하로 떨어뜨릴 수 있고, 지방족 사슬을 일정부분 제거함과 동시에 벤젠 고리간의 중합반응을 유도하여 흑연과 유사한 구조를 형성할 수 있는 점에서 효과적이다. 또한, 색을 구현하기 위해 첨가되는 염료도 벤젠 고리를 기반으로 한 방향족 화합물이므로, 열분해 과정을 통해 불필요한 이종원소 즉, 산소, 질소 등의 원소들을 제거하고 벤젠 고리를 남겨 흑연과 유사한 구조를 형성하는 반응에 기여할 수 있는 효과를 가진다. 또한, 음식찌꺼기 등이 잔류하는 오염된 PET의 경우, 잔류물의 증발 또는 분해에 효과적이다.

나아가, 후속의 흑연화 단계와의 조합으로 PET의 흑연화 정도를 매우 향상시킬 수 있어 더욱 효과적이다. 이때, 열분해 공정은 비활성분위기 하에서 실시되며, 일예로 질소 또는 헬륨 기체를 이용할 수 있으나, 비활성가스라면 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 열분해 공정은 본 발명의 목적을 달성하는 한에서 제한되는 것은 아니지만, 경제성 측면에서 1분 내지 3시간, 구체적으로 10분 내지 2시간 동안 실시될 수 있으나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

다음으로, 상기 열분해 단계로 수득된 열분해물은 상온에서 냉각시킨 후 붕소 분말과 혼합하게 된다.

상기 열분해물은 냉각 이후 분쇄 공정을 거친 다음 분급화 될 수 있다. 분급화를 통해 수득되는 열분해물의 분쇄물과 붕소 분말의 혼합물은 후속 공정인 흑연화와의 조합으로 PET의 흑연화를 가능하게 할 뿐만 아니라, 나아가 결정성이 높은 흑연을 간단한 공정으로 쉽게 제조할 수 있다. 이때, 상기 열분해물의 분쇄물은 그 평균입경이 크게 제한되는 것은 아니지만, 평균입경이 0.1㎛ 내지 1,000㎛, 구체적으로 1㎛ 내지 500㎛, 보다 구체적으로 10㎛ 내지 300㎛인 것일 수 있다. 상기 범위에서 공정 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 수득되는 흑연의 흑연화도를 보다 향상시킬 수 있어 흑연화 효율을 향상시킬 수 있는 측면에서 더욱 효과적이다.

상기 분급화는 공지의 방법을 사용할 수 있다. 일예로, 금속 메쉬를 이용하여 실시될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 붕소 분말은 비정질 붕소 분말인 것일 수 있으나, 붕소의 결정성이 이에 한정 되는 것은 아니다. 흑연화를 위한 열처리 온도가 2200℃ 이상인 바, 붕소의 녹는점 보다 높으므로 결정질의 붕소 α-R, α-T, β-R, β-T, γ와 같은 결정성을 갖는 붕소도 사용될 수 있다.

또한, 흑연화를 위해 사용되는 붕소 분말은 순수한 붕소뿐만 아니라, BN, B₄C 및 B₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물도 포함한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 붕소 분말은 평균입경이 0.01㎛ 내지 50㎛, 구체적으로 0.05㎛ 내지 10㎛, 보다 구체적으로 0.1㎛ 내지 5㎛인 것일 수 있다. 상기 범위에서 흑연화 효율을 높일 수 있으며, 높은 흑연화도를 갖는 흑연을 수득할 수 있는 면에서 더욱 효과적이나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 붕소 분말은 상기 열분해물의 분쇄물 및 붕소 분말 혼합물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 15중량%, 구체적으로, 1 내지 10중량%, 보다 구체적으로 3 내지 5중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서 PET로부터 쉽게 흑연을 높은 수율로 수득할 수 있으며, 제조되는 흑연의 흑연화도 또한 획기적으로 높일 수 있어 고품질의 흑연의 생산성을 극대화할 수 있는 측면에서 보다 효과적이다.

다음으로, 상기 혼합물을 열처리하는 흑연화 단계를 실시한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 흑연화 단계의 온도는 2,200℃ 내지 3,300℃, 구체적으로 2,400℃ 내지 2,800℃일 수 있다. 상기 범위에서 흑연화로 생성되는 탄소의 비정질 구조에서 흑연 구조로의 전환이 잘 이루어지며, 높은 흑연화도를 갖는 결정성의 인조 흑연을 수득할 수 있는 효과를 가진다.

상기 흑연화 단계는 본 발명을 벗어나지 않는 범위 내에서 승온 속도가 크게 제한되는 것은 아니지만, 1℃/분 내지 30℃/분, 구체적으로 5℃/분 내지 15℃/분의 속도로 승온시킬 수 있으며, 온도구간을 나누어 승온 속도를 구간별로 다르게 할 수 있다. 흑연화 열처리 시간은 크게 제한하는 것은 아니지만, 상기 열처리 온도 범위에서 10분 내지 5시간, 구체적으로 30분 내지 2시간 동안 흑연화를 진행시킬 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 흑연화 단계는 비활성 분위기 또는 진공 하에서 실시될 수 있다. 이때, 비활성 분위기는 아르곤 또는 헬륨 기체 등의 비활성 기체를 이용할 수 있으나, 비활성 기체라면 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 혼합해서 사용할 수도 있다.

상기 흑연화 단계 이후, 후처리는 공지의 방법으로 실시될 수 있다. 일 양태로, 흑연화 반응이 끝나면 반응기에서의 열 공급을 중단시켜 약 1,000℃까지는 빠르게 온도를 낮출 수 있으며, 이후 반응기 내에 있는 비활성 기체를 배기하면서 서서히 온도를 낮출 수 있다. 이후 반응기에서 반응물을 꺼내어 흑연을 수득한다.

본 발명은 상기의 방법으로 제조되는 인조 흑연을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 인조 흑연은 하기 식 1로부터 산출되는 흑연화도가 60% 내지 100%인 것일 수 있다.

(식 1) (3.44-d₀₀₂)/0.086 × 100%

상기 식 1에서, d₀₀₂는 평균 격자면 간격이다.

상기 범위 내의 흑연화도를 갖는 흑연은 우수한 결정성을 가지고 있어, 전기화학적 에너지 장치 등 다양한 분야에 소재로서 활용도가 높고, 예를 들어, 이차전지, 수퍼커패시터 또는 그래핀의 제조 등에 적용 가능한 장점을 가진다.

이로써 본 발명은 폐PET를 포함한 PET의 흑연화를 통해, PET의 흑연 자원화라는 재활용 가치 향상의 효과를 구현할 수 있다.

이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 폐 PET로부터 흑연 제조방법, 이로부터 제조되는 흑연에 대하여 보다 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.

(실시예 1)

폐PET 병(제주삼다수)을 1cm*1cm 크기로 자른 후, PET 조각을 튜브형 열처리로에 넣고 질소 분위기 하 900℃에서 1시간 동안 열처리하여 상기 폐PET의 열분해를 유도하였다.

상기 열분해 단계를 거쳐 수득된 열분해물을 냉각시킨 후 막자사발에 넣고 분쇄한 후 60 메쉬(mesh)(평균입경 0.25mm)의 스테인리스 체를 이용하여 분급하였다. 붕소 분말의 함량이 3중량%가 되도록 상기 분급된 열분해물 입자 0.776g에 비정질 붕소(Sigma-Aldrich사, particle size ≤1㎛) 0.024g을 혼합하였다. 이때, 혼합은 막자사발을 이용하였고, 혼합된 혼합물을 전기로에 넣어 헬륨 분위기 하 2,400℃에서 1시간 동안 열처리 하여 흑연화를 실시하였다.

(실시예 2)

실시예 1에서, 혼합물 내 붕소의 함량이 5중량%가 되도록, 분급된 열분해물 입자 및 붕소 분말을 각각 0.76g 및 0.04g 으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(실시예 3)

실시예 1에서, 혼합물 내 붕소의 함량이 10중량%가 되도록, 분급된 열분해물 입자 및 붕소 분말을 각각 0.72g 및 0.08g 으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(실시예 4)

실시예 2에서, 폐 PET 병을 갈색 PET 병(카스, 오비맥주사)으로 변경하여 사용한 을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하였다.

(실시예 5)

실시예 2에서, 폐 PET 병을 녹색 PET 병(스프라이트, 코카콜라사)으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하였다.

(비교예 1)

실시예 1의 대조군으로, 비정질 붕소를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 즉, 실시예 1에서, 상기 열분해 단계를 거쳐 수득된 열분해물을 냉각시킨 후 막자사발에 넣고 분쇄한 후 60 메쉬의 스테인리스 체를 분급한 열분해물을 반응기에 넣어 헬륨 분위기 하 2,400℃에서 1시간 동안 열처리하여 흑연화를 실시하였다.

X-선 회절을 통한 결정구조 분석

흑연의 결정구조는 탄소로 이루어진 원자층이 층에 수직 방향으로 여러 겹 적층된 구조를 갖는다. 이때, 탄소 원자층을 그래핀(graphene)이라고 하며, 탄소 원자 6개로 이루어진 육각형의 고리(벤젠 고리)가 한 평면상에 무한히 연결된 형태를 가진다. 그래핀이 적층된 정도와 평면 방향으로의 길이는 흑연의 결정성을 판단하는 중요한 지표이다. 흑연 결정면은 Miller-index로 표현하면 (002) 면에 해당하며, X-선 회절을 통해 얻어지는 스펙트럼에서 26°(2 theta) 부근에 높은 강도의 피크로 나타난다. 적층이 많아질수록 결정성이 좋아지는 것을 의미하며, 회절 스펙트럼 상에서 강도가 높아지고 피크의 폭은 좁게 나타난다. 또한, 층간 거리 (d₀₀₂)와 적층 높이(Lc)를 계산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 흑연의 X-선 회절 패턴을 기록한 스펙트럼이다. 흑연의 대표적 결정면인 (002) 면의 회절피크가 26.32°에 위치하며, 뾰죡(sharp)한 모양으로 백그라운드(background)에 비해 높은 회절 강도를 보였다. 또한, (110) 면을 비롯한 여러 흑연 결정면의 회절 피크들도 존재하는 것을 통해 흑연이 제조되었음을 확인할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 흑연의 X-선 회절 패턴을 기록한 스펙트럼으로, (002) 면의 회절 피크가 26.42°에 위치하고, 도 1에 비해 더 높은 피크 강도를 나타냈다. 이는 흑연의 결정이 (002) 방향으로 더욱 성장하여 흑연화도가 향상되었음을 확인할 수 있다. 또한, (110) 면을 비롯한 다른 흑연 결정면의 회절 피크들도 강도가 높아져 더욱 뚜렷한 모양을 나타내었다. 더불어, (100)면과 (101)의 회절 피크의 분리가 확실해져 흑연의 결정성이 더욱 증가하였음을 확인할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 흑연의 X-선 회절 패턴을 기록한 스펙트럼으로, (002) 면의 회절 피크가 26.54°에 위치하고, 도 2에 비해 더욱 더 높은 피크 강도를 나타냈다. 흑연의 결정이 (002) 방향으로 더욱 성장하였으며, (100)면과 (101)의 회절 피크의 분리가 더욱 확실해지고, 다른 피크들도 더욱 명확하여 흑연의 결정성이 더욱 더 증가하였음을 확인할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 흑연의 X-선 회절 패턴을 기록한 스펙트럼으로, (002) 면의 회절 피크가 26.42°에 위치하고, 도 2와 비슷한 형태의 회절 패턴과 흑연화도를 나타냈다.

도 5는 본 발명의 실시예 5에 따라 제조된 흑연의 X-선 회절 패턴을 기록한 스펙트럼으로, (002) 면의 회절 피크가 26.35°에 위치하고, 도 2와 비슷한 형태의 회절 패턴과 흑연화도를 나타냈다.

도 6은 비교예 1에 따라 제조된 물질의 X-선 회절 패턴을 기록한 스펙트럼으로, 흑연의 대표적인 결정면인 (002) 결정피크의 높이가 실시예들에 비하여 현저히 낮게 나타났다. 또한, 피크의 폭이 넓어 결정성이 매우 낮음을 보여주었다. 또한, (110) 면을 비롯한 다른 흑연 결정면에서 회절된 피크가 분리 및 성장이 되지 않음을 알 수 있다. 즉, PET의 흑연화가 진행되지 못하고 비정질 탄소에 머물러 흑연 구조가 형성되지 않았음을 확인하였다.

하기 표 1에는 실시예 및 비교예에서 제조된 흑연 또는 비정질 탄소의 X선 회절 분석 결과를 나타내었다.

	흑연화 열처리 온도(℃)	붕소 함량 (wt%)	2θ(002) (°)	d(002) (Å)	흑연화도 (%)
실시예1	2400	3	26.32	3.383	66.5
실시예2	2400	5	26.42	3.371	81.2
실시예3	2400	10	26.54	3.356	98.8
실시예4	2400	5	26.42	3.371	81.2
실시예5	2400	5	26.35	3.380	70.9
비교예1	2400	0	25.76	3.456	-18.3

2θ (002) : X선 회절 패턴 상에서 (002) 피크의 위치

d₍₀₀₂₎ : 흑연 (002) 결정면의 평균 면간거리

흑연화도 : 하기 식 1로부터 도출 된 흑연화 측정 지표

(식 1) (3.44-d₀₀₂)/0.086 × 100%

투과전자현미경(TEM)을 통한 미세구조 관찰

도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 흑연의 미세 구조를 TEM으로 나타낸 것이다. 이를 보면, 흑연의 (002) 결정면인 넓고 평평한 원자층이 규칙적으로 나열되어 있음을 볼 수 있다. 상기 결정면은 흑연화를 통해 넓게 성장하였고 규칙적으로 적층되었음을 나타내어 이를 PET의 흑연화가 성공적으로 이루어져 흑연이 제조되었음을 확인할 수 있었다.

또한, 도 8은 비교예 1에 따른 비정질 탄소의 미세 구조를 TEM으로 나타낸 것으로, (002) 결정면의 길이가 짧고, 결정면의 배열이 대부분 불규칙하여 흑연화가 이루어지지 않음을 확인하였다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있으며, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims (9)

1. 폴리에틸렌테레프탈레이트의 열분해 단계,
   상기 열분해로 수득된 열분해물의 분쇄물과 붕소 분말의 혼합물 제조단계 및
   상기 혼합물의 흑연화 단계
   를 포함하며, 상기 열분해 단계 및 흑연화 단계는 비활성 분위기 또는 진공
   하에서 실시되는 것인 흑연의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 붕소 분말은 혼합물 내 함량이 0.1 내지 15중량%인 흑연의 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 열분해 단계는 400℃ 내지 1,500℃에서 실시되는 것인 흑연의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 흑연화 단계는 2,200℃ 내지 3,300℃에서 실시되는 것인 흑연의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 붕소 분말은 평균입경이 0.1㎛ 내지 50㎛인 비정질 붕소인 흑연의 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 열분해물의 분쇄물은 평균입경이 0.1㎛ 내지 1,000㎛인 것으로 분급된 것인 흑연의 제조방법.
7. 삭제
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 흑연.
9. 제1항에 있어서,
   상기 흑연은 하기 식 1로부터 산출되는 흑연화도가 60% 내지 100%인 흑연.
   (식 1) (3.44-d₀₀₂)/0.086 × 100%
   상기 식 1에서, d₀₀₂는 평균 격자면 간격이다.

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