KR102238362B1 - Polymer composite materials incorporating graphene oxide / carbonnanotube composite and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 도입된 고분자 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다. 상기 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 도입된 고분자복합재료의 제조방법은 (1) 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계; (2) 생분해성 고분자 용액에 상기 분산용액을 혼합하는 단계; (3) 상기 (2)단계를 거쳐 제조된 혼합용액을 기판에 부은 후 용매를 증발시키는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브의 구조적 성질을 이용해 그래핀 산화물과 탄소나노튜브를 안정하게 분산시킴으로써 기계적 특성이 향상된 고분자 복합소재를 제공하는 효과가 있다.The present invention relates to a polymer composite material into which a graphene oxide/carbon nanotube composite is introduced and a method of manufacturing the same. The method for preparing a polymer composite material into which the graphene oxide/carbon nanotube composite is introduced includes the steps of: (1) preparing a dispersion solution containing graphene oxide and carbon nanotubes; (2) mixing the dispersion solution with the biodegradable polymer solution; (3) pouring the mixed solution prepared through step (2) onto the substrate and evaporating the solvent. According to the present invention, there is an effect of providing a polymer composite material having improved mechanical properties by stably dispersing graphene oxide and carbon nanotubes using the structural properties of graphene oxide and carbon nanotubes.

Description

그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 도입된 고분자 복합소재 및 그 제조방법{POLYMER COMPOSITE MATERIALS INCORPORATING GRAPHENE OXIDE / CARBONNANOTUBE COMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF} Polymer composite material with graphene oxide/carbon nanotube composite introduced and its manufacturing method {POLYMER COMPOSITE MATERIALS INCORPORATING GRAPHENE OXIDE / CARBONNANOTUBE COMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 도입된 고분자 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기계적 특성이 향상된, 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 도입된 고분자 복합소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer composite material into which a graphene oxide/carbon nanotube composite is introduced and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a polymer composite material in which a graphene oxide/carbon nanotube composite is introduced with improved mechanical properties, and the same. It relates to a manufacturing method.

생분해 되지 않는 합성고분자를 처리하기 위해 소각하는 과정에서 다이옥신(dioxin)같은 독성가스 및 온실가스가 발생하여 환경오염이 심각해지고 있다. 이에 따라 합성고분자를 대체할 생분해성 고분자 소재가 주목받고 있다. 생분해성 고분자는 셀룰로오스(cellulose), 키틴(chitin), 녹말(starch), 글리코겐(glycogen), 펙틴(pectin)과 같은 다당류(polysaccharide) 또는 폴리카프롤락톤(polycaprolactone), 폴리락틱산(polylactic acid), 폴리하이드록시부티레이트(polyhydroxy butyrate) 등이 있다. 이러한 생분해성 고분자는 자연환경에서 분해되어 환경오염원을 유발하지 않고 생체적합성이 높으며 독성도 없기 때문에 포장재, 공업용 소재, 의료용 소재 등의 다양한 분야에 적용되고 있다.In the process of incineration to treat non-biodegradable synthetic polymers, toxic gases such as dioxin and greenhouse gases are generated, leading to serious environmental pollution. Accordingly, biodegradable polymer materials to replace synthetic polymers are attracting attention. Biodegradable polymers include polysaccharides such as cellulose, chitin, starch, glycogen, and pectin, or polycaprolactone, polylactic acid. , Polyhydroxy butyrate, and the like. These biodegradable polymers are decomposed in the natural environment, do not cause environmental pollutants, are highly biocompatible, and have no toxicity, so they are applied to various fields such as packaging materials, industrial materials, and medical materials.

한편, 여러 생분해성 고분자 중 carboxymethyl cellulose (CMC)라고 하는 생분해성 고분자는 셀룰로오스의 유도체로, 셀룰로오스 구조에서 2, 3, 6번의 탄소에 결합된 hydroxyl 작용기가 carboxymethyl 작용기로 치환된 구조이다. CMC는 다른 생분해성 고분자와는 달리 물에 잘 녹고 무독성이며 알러지 반응을 일으키지 않는 생체적합성이 높은 생고분자이다. 이런 특성으로 인해 코팅용액, 바인더, 직물, 종이, 음식, 약물전달 시스템, 화장품 등 매우 다양한 분야에서 응용되고 있다. 그러나 이러한 생분해성 고분자는 합성고분자에 비해 약한 기계적 특성을 가지고 있으므로 응용에 한계가 있다.On the other hand, among several biodegradable polymers, a biodegradable polymer called carboxymethyl cellulose (CMC) is a derivative of cellulose, and has a structure in which hydroxyl functional groups bonded to carbons 2, 3, and 6 are substituted with carboxymethyl functional groups in the cellulose structure. Unlike other biodegradable polymers, CMC is a highly biocompatible biopolymer that is well soluble in water, non-toxic, and does not cause allergic reactions. Due to these characteristics, they are applied in a wide variety of fields, such as coating solutions, binders, textiles, paper, food, drug delivery systems, and cosmetics. However, since these biodegradable polymers have weaker mechanical properties than synthetic polymers, their application is limited.

한편, 고분자의 기계적 특성을 향상시키기 위해 나노(nm) 및 마이크로(μm) 크기의 무기소재(inorganic material) 필러를 첨가하는 연구가 진행되고 있다. 특히, 그래핀 산화물, 탄소나노튜브, 그래핀 등의 탄소소재를 첨가하는 연구가 매우 활발히 진행되고 있다. 이러한 탄소소재는 그 자체의 기계적 강도가 강하고 고분자기지 내에서 외력을 효과적으로 전달하여 고분자의 기계적 강도를 향상시킨다. 그러나 고분자 내 첨가된 필러가 개별적으로 분산되지 않고 뭉쳐진 형태로 존재한다면 오히려 기계적 강도가 저하되거나 기계적 강도를 효과적으로 향상시킬 수 없다. 특히 탄소소재는 극히 일부의 유기용매에서 짧은 시간 동안 안정한 분산 상태를 유지하기 때문에 탄소소재 그 자체를 고분자기지에 도입하기가 어렵다. 이에 따라 분산제를 첨가하거나 표면을 개질하여 용매 및 고분자기지와 계면적합성을 향상시키는 방법이 주로 연구되고 있다. 분산제를 사용하면 탄소소재 고유의 특성을 유지하면서 고분자기지에 도입할 수 있지만 분산제가 고분자기지 내에서 불순물로 작용하기 때문에 기계적 특성뿐만 아니라 다른 특성도 저하시킬 수 있다. 또한 탄소소재의 표면을 개질하면 탄소소재 고유의 특성을 잃을 수 있다. 또한 표면 개질에 사용되는 유해한 물질로 인해 환경오염 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, in order to improve the mechanical properties of the polymer, research is being conducted to add nano (nm) and micro (μm) sized inorganic material fillers. In particular, research on adding carbon materials such as graphene oxide, carbon nanotubes, and graphene is being actively conducted. These carbon materials have strong mechanical strength by themselves and effectively transmit external forces within the polymer base to improve the mechanical strength of the polymer. However, if the fillers added in the polymer are not individually dispersed and exist in a clustered form, the mechanical strength may be lowered or the mechanical strength may not be effectively improved. In particular, it is difficult to introduce the carbon material itself into a polymer base because the carbon material maintains a stable dispersion state for a short time in a very small part of the organic solvent. Accordingly, a method of improving interfacial compatibility with a solvent and a polymer base by adding a dispersant or modifying the surface has been mainly studied. If a dispersant is used, it can be introduced into a polymer base while maintaining the inherent properties of a carbon material, but since the dispersant acts as an impurity in the polymer base, it can reduce not only mechanical properties but also other properties. In addition, if the surface of the carbon material is modified, the inherent characteristics of the carbon material may be lost. In addition, environmental pollution problems may occur due to harmful substances used for surface modification.

본 발명은 그래핀 산화물과 탄소나노튜브를 복합하는 과정에서 별도의 분산제 등을 사용하지 않고서도 기계적 특성이 향상된, 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 도입된 고분자 복합소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a polymer composite material in which a graphene oxide/carbon nanotube composite is introduced, which has improved mechanical properties without using a separate dispersant in the process of combining graphene oxide and carbon nanotubes. .

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (1) 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계; (2) 생분해성 고분자를 포함하는 용액에 상기 분산용액을 혼합하는 단계; (3) 상기 (2)단계를 거쳐 제조된 혼합용액을 기판에 부은 후 용매를 증발시키는 단계를 포함하는 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of: (1) preparing a dispersion solution containing graphene oxide and carbon nanotubes; (2) mixing the dispersion solution with a solution containing a biodegradable polymer; (3) It provides a method for producing a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite comprising the step of evaporating the solvent after pouring the mixed solution prepared through the step (2) onto a substrate.

상기 (1)단계의 분산용액은 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브의 총 중량 대비 그래핀 산화물 57 내지 99.5 중량%, 탄소나노튜브 0.5 내지 43 중량%를 포함할 수 있다. The dispersion solution of step (1) may contain 57 to 99.5% by weight of graphene oxide and 0.5 to 43% by weight of carbon nanotubes based on the total weight of graphene oxide and carbon nanotubes.

상기 (2)단계의 생분해성 고분자는 폴리아민(polyamine), 4차 폴리아미드(quaternary polyamides), 폴리에틸렌이민(polyethylene imine), 폴리디알릴디메틸암모늄클로라이드(polydiallyldimethylammonium chloride), 셀룰로스(cellulose), 카르복시메틸셀룰로스(carboxymethyl cellulose), 전분(starch), 글리코겐(glycogen), 펙틴(pectin), 폴리카프롤락톤(polycaprolactone), 폴리락틱산(polylactic acid), 폴리락틱코글리콜릭산(polylactic-co-glycolic acid), 폴리아스팔틱산(polyaspartic acid), 폴리하이드록시부티레이트(polyhydroxy butyrate), 폴리하이드록시헥사노에이트(polyhydroxy hexanoate), 폴리하이드록시옥타노에이트(polyhydroxy octanoate), 폴리글리콜라이드(polyglycolide), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 에폭사이드(epoxides), 키틴(chitin), 키토산(chitosan), 리그닌(lignin), 히알루론산(hyaluronic acid), 폴리-2-하이드록시에틸-메타크릴레이트(poly-2-hydroxyethyl-methacrylate), 폴리아크릴릭산(Polyacrylic acid), 폴리메타크릴릭산(Polymethacrylic acid), 폴리하이드록시알킬아크릴레이트(Polyhydroxyalkyl acrylate), 폴리스티렌설폰산(polystyrene sulfonicThe biodegradable polymer of step (2) is polyamine, quaternary polyamides, polyethylene imine, polydiallyldimethylammonium chloride, cellulose, carboxymethylcellulose. (carboxymethyl cellulose), starch, glycogen, pectin, polycaprolactone, polylactic acid, polylactic-co-glycolic acid, Polyaspartic acid, polyhydroxy butyrate, polyhydroxy hexanoate, polyhydroxy octanoate, polyglycolide, polyvinyl alcohol (polyvinyl alcohol), polyethylene oxide, epoxides, chitin, chitosan, lignin, hyaluronic acid, poly-2-hydroxyethyl-methacryl Rate (poly-2-hydroxyethyl-methacrylate), polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyhydroxyalkyl acrylate, polystyrene sulfonic acid

acid), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl pyrrolidone), 폴리알킬렌옥사이드(polyalkylene oxidacid), polyvinyl pyrrolidone, polyalkylene oxide

e), 코폴리알킬렌옥사이드-락톤(Copolyalkyleneoxides-lactones), 폴리카보네이트(polyce), Copolyalkyleneoxides-lactones, polycarbonates (polyc

arbonates)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.arbonates) may be one or more selected from the group consisting of.

상기 (2)단계는 상기 생분해성 고분자 용액이 상기 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브의 총 중량 대비 95 내지 99.95 중량%의 생분해성 고분자를 포함할 수 있다.In the step (2), the biodegradable polymer solution may contain 95 to 99.95% by weight of the biodegradable polymer based on the total weight of the graphene oxide and carbon nanotubes.

상기 (3)단계는 상기 기판이 유리 기판, 테플론 기판, 탄소 기판, 세라믹 기판, 섬유강화 플라스틱 기판, 실리콘러버 기판, 금속합금 기판으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In the step (3), the substrate may be selected from the group consisting of a glass substrate, a Teflon substrate, a carbon substrate, a ceramic substrate, a fiber-reinforced plastic substrate, a silicon rubber substrate, and a metal alloy substrate.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면은 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브를 포함하는 복합체 및 생분해성 고분자를 포함하는 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재를 제공한다.In order to achieve the above object, another aspect of the present invention provides a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite including a composite including graphene oxide and carbon nanotubes and a biodegradable polymer.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브의 구조적 성질을 이용해 그래핀 산화물과 탄소나노튜브를 안정하게 분산시킴으로써 기계적 특성이 향상된 고분자 복합소재를 제공하는 효과가 있다.According to the present invention as described above, there is an effect of providing a polymer composite material having improved mechanical properties by stably dispersing graphene oxide and carbon nanotubes using the structural properties of graphene oxide and carbon nanotubes.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 산화물/탄소나노튜브 분산용액의 자외선/가시광선 스펙트럼(Ultraviolet/visible light spectra, UV/Vis spectra)이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합필름과 비교예의 디지털 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합필름의 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재의 인장강도 및 Young’s modulus를 나타내는 그래프이다.
1 is an ultraviolet/visible light spectrum (Ultraviolet/visible light spectra, UV/Vis spectra) of a graphene oxide/carbon nanotube dispersion solution according to an embodiment of the present invention.
2 is a digital photograph of a polymer composite film reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention and a comparative example.
3 is a scanning electron microscopy (SEM) image of a polymer composite film reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing tensile strength and Young's modulus of a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재의 제조방법은 (1) 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계; (2) 생분해성 고분자를 포함하는 용액에 상기 분산용액을 혼합하는 단계; (3) 상기 (2)단계를 거쳐 제조된 혼합용액을 기판에 부은 후 용매를 증발시키는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention includes the steps of: (1) preparing a dispersion solution containing graphene oxide and carbon nanotubes; (2) mixing the dispersion solution with a solution containing a biodegradable polymer; (3) pouring the mixed solution prepared through step (2) onto the substrate and evaporating the solvent.

그래핀 산화물의 경우 표면에 산소 관능기가 굉장히 많이 분포하기 때문에 물에 높은 농도로 분산되어 안정한 분산용액을 얻을 수 있다. 그래핀의 표면은 산화에 의해 sp2 혼성결합을 이루는 탄소가 파괴되지만 sp2 혼성결합을 유지하는 부분이 여전히 존재한다. 따라서 이 구조적 특성을 이용하여 물에 전혀 분산되지 않는 탄소나노튜브를 개별적으로 분산시킬 수 있다. In the case of graphene oxide, since a large number of oxygen functional groups are distributed on the surface, it can be dispersed in water at a high concentration to obtain a stable dispersion solution. On the surface of graphene, the carbon forming the sp2 hybrid bond is destroyed by oxidation, but the part that maintains the sp2 hybrid bond still exists. Therefore, it is possible to individually disperse carbon nanotubes that are not dispersed at all in water using this structural property.

상기 (1) 단계의 그래핀 산화물은 여러 방법으로 제조할 수 있으나 바람직하게는 modified Hummer 방법으로 제조한다. 탄소나노튜브는 다중벽 또는 단일벽 탄소나노튜브를 사용할 수 있고, 바람직하게는 다중벽 탄소나노튜브를 사용한다.The graphene oxide of step (1) can be prepared by various methods, but is preferably prepared by a modified Hummer method. The carbon nanotubes may be multi-walled or single-walled carbon nanotubes, preferably multi-walled carbon nanotubes.

상기 (1)단계의 분산용액은 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브의 총 중량 대비 그래핀 산화물 57 내지 99.5 중량%, 탄소나노튜브 0.5 내지 43 중량%를 포함할 수 있다. 보다 상세하게는 그래핀 산화물 57 내지 99.5중량%, 탄소나노튜브 0.5 내지 43중량%을 물과 반응하지 않는 용기에 넣는다. 그리고 해당 용기에 물의 양을 다음과 같은 식을 통해 도출하고, Wp가 9 내지 91%를 만족하는 범위에서 물을 첨가할 수 있다.The dispersion solution of step (1) may contain 57 to 99.5% by weight of graphene oxide and 0.5 to 43% by weight of carbon nanotubes based on the total weight of graphene oxide and carbon nanotubes. More specifically, 57 to 99.5% by weight of graphene oxide and 0.5 to 43% by weight of carbon nanotubes are placed in a container that does not react with water. In addition, the amount of water in the container is derived through the following equation, and water can be added in a range where W p satisfies 9 to 91%.

Figure 112019009988525-pat00001
Figure 112019009988525-pat00001

(Wp (%)는 물 함량비, Cm (g)은 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체 총량, Wm (g)은 물의 양에 해당함)(W p (%) is the water content ratio, C m (g) is the total amount of graphene oxide/carbon nanotube complex, and W m (g) corresponds to the amount of water)

57중량%보다 적은 양의 그래핀 산화물과 43중량%보다 많은 양의 탄소나노튜브로 분산용액을 제조할 경우 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 불안정한 분산용액을 형성하여 재 응집이 발생할 수 있다. 또한, 99.5중량%보다 많은 양의 그래핀 산화물과 0.5중량%보다 적은 탄소나노튜브로 분산용액을 제조할 경우 탄소나노튜브를 첨가하지 않은 고분자 복합소재와 거의 같은 기계적 강도를 나타내기 때문에 탄소나노튜브에 의한 기계적 강도의 향상을 기대할 수 없다.When a dispersion solution is prepared with graphene oxide in an amount less than 57% by weight and carbon nanotubes in an amount greater than 43% by weight, the graphene oxide/carbon nanotube composite may form an unstable dispersion solution, resulting in re-aggregation. In addition, when a dispersion solution is prepared with graphene oxide in an amount greater than 99.5% by weight and carbon nanotubes less than 0.5% by weight, carbon nanotubes exhibit almost the same mechanical strength as a polymer composite material without carbon nanotubes. It cannot be expected to improve the mechanical strength due to.

상기 물의 함량비(Wp)가 9% 미만인 경우, 상기 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체를 분산시키기에는 충분하지 않으므로 안정한 분산용액을 얻기 힘들다. 물의 함량비(Wp)가 91%를 초과하는 경우 최종 복합소재를 만들기 위하여 완전 건조하는 데에 에너지가 많이 소요될 수 있으므로 부적절하다.When the water content ratio (W p ) is less than 9%, it is not sufficient to disperse the graphene oxide/carbon nanotube composite, so it is difficult to obtain a stable dispersion solution. If the water content ratio (W p ) exceeds 91%, it is inappropriate because it may take a lot of energy to completely dry it to make the final composite material.

상기 (1) 단계에서 물과 그래핀 산화물, 탄소나노튜브를 혼합 후 0.5 내지 6시간동안 교반할 수 있다. 0.5시간 미만일 경우, 그래핀 산화물 덩어리가 수용액 내부에서 충분히 작은 입자로 존재하지 못하고 초음파가 닿지 않는 수용액 상부의 계면에 떠있게 되므로 이 후 초음파 처리 시 완전 분산이 되지 않는다. 6시간 동안 교반하는 경우 그래핀 산화물의 입자가 수용액 내에서 최대한 작은 사이즈로 존재하고 수용액 계면에는 존재하지 않아 이 후 초음파 처리 시 수용액 내에서 완전 분산이 된다. 한편 6시간을 초과하여 교반하는 경우에는 더 이상 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체의 사이즈가 작아지지 않으므로 이 후 초음파 처리시 수용액 내에서의 분산 정도에서 6시간 동안 교반하는 경우와 별다른 차이가 없게 된다. 이후 0.5 내지 3시간동안 초음파 처리하여 분산시킬 수 있으며, 바람직하게는 1.5시간 동안 처리한다. 초음파처리를 0.5시간 미만으로 하는 경우 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 완전 분산 되지 않을 뿐만 아니라 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 잘 형성되지 않는다. 초음파처리를 3시간을 초과하여 하는 경우에는 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 충분히 형성되는 반면 초음파처리에 의해 발생하는 열에 의해 그래핀 산화물 표면의 불안정한 산소관능기(예를 들어, 하이드록실기(-OH) 및 에폭시기(C-O-C))가 환원된다. 따라서 이로 인해 수용액상에서 상기 복합체의 분산 안정성이 떨어지게 되므로 안정한 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체의 분산용액을 얻기 어렵다.After mixing water, graphene oxide, and carbon nanotubes in step (1), the mixture may be stirred for 0.5 to 6 hours. In the case of less than 0.5 hours, the graphene oxide mass does not exist as sufficiently small particles in the aqueous solution and floats at the interface above the aqueous solution to which ultrasonic waves do not reach, so that it is not completely dispersed during the subsequent ultrasonic treatment. When stirred for 6 hours, the particles of graphene oxide exist in the smallest possible size in the aqueous solution and do not exist at the interface of the aqueous solution, and are completely dispersed in the aqueous solution during subsequent ultrasonic treatment. On the other hand, in the case of stirring for more than 6 hours, the size of the graphene oxide/carbon nanotube composite no longer decreases, so there is no significant difference from the case of stirring for 6 hours at the degree of dispersion in the aqueous solution during the subsequent ultrasonic treatment. . After that, it can be dispersed by ultrasonic treatment for 0.5 to 3 hours, preferably 1.5 hours. When the sonication is performed for less than 0.5 hours, the graphene oxide/carbon nanotube composite is not completely dispersed, and the graphene oxide/carbon nanotube composite is not well formed. When the sonication is performed for more than 3 hours, the graphene oxide/carbon nanotube composite is sufficiently formed, whereas the unstable oxygen functional group on the surface of the graphene oxide due to heat generated by the ultrasonic treatment (e.g., hydroxyl group (- OH) and epoxy groups (COC)) are reduced. Therefore, it is difficult to obtain a stable dispersion solution of the graphene oxide/carbon nanotube composite because the dispersion stability of the composite is deteriorated in the aqueous solution.

상기 (2)단계의 생분해성 고분자는 폴리아민(polyamine), 4차 폴리아미드(quaternary polyamides), 폴리에틸렌이민(polyethylene imine), 폴리디알릴디메틸암모늄클로라이드(polydiallyldimethylammonium chloride), 셀룰로스(cellulose), 카르복시메틸셀룰로스(carboxymethyl cellulose), 전분(starch), 글리코겐(glycogen), 펙틴(pectin), 폴리카프롤락톤(polycaprolactone), 폴리락틱산(polylactic acid), 폴리락틱코글리콜릭산(polylactic-co-glycolic acid), 폴리아스팔틱산(polyaspartic acid), 폴리하이드록시부티레이트(polyhydroxy butyrate), 폴리하이드록시헥사노에이트(polyhydroxy hexanoate), 폴리하이드록시옥타노에이트(polyhydroxy octanoate), 폴리글리콜라이드(polyglycolide), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 에폭사이드(epoxides), 키틴(chitin), 키토산(chitosan), 리그닌(lignin), 히알루론산(hyaluronic acid), 폴리-2-하이드록시에틸-메타크릴레이트(poly-2-hydroxyethyl-methacrylate), 폴리아크릴릭산(Polyacrylic acid), 폴리메타크릴릭산(Polymethacrylic acid), 폴리하이드록시알킬아크릴레이트(Polyhydroxyalkyl acrylate), 폴리스티렌설폰산(polystyrene sulfonicThe biodegradable polymer of step (2) is polyamine, quaternary polyamides, polyethylene imine, polydiallyldimethylammonium chloride, cellulose, carboxymethylcellulose. (carboxymethyl cellulose), starch, glycogen, pectin, polycaprolactone, polylactic acid, polylactic-co-glycolic acid, Polyaspartic acid, polyhydroxy butyrate, polyhydroxy hexanoate, polyhydroxy octanoate, polyglycolide, polyvinyl alcohol (polyvinyl alcohol), polyethylene oxide, epoxides, chitin, chitosan, lignin, hyaluronic acid, poly-2-hydroxyethyl-methacryl Rate (poly-2-hydroxyethyl-methacrylate), polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyhydroxyalkyl acrylate, polystyrene sulfonic acid

acid), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl pyrrolidone), 폴리알킬렌옥사이드(polyalkylene oxidacid), polyvinyl pyrrolidone, polyalkylene oxide

e), 코폴리알킬렌옥사이드-락톤(Copolyalkyleneoxides-lactones), 폴리카보네이트(polyce), Copolyalkyleneoxides-lactones, polycarbonates (polyc

arbonates)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 카르복시메틸 셀룰로스(carboxymethyl cellulose)를 사용한다. arbonates) may be one or more selected from the group consisting of, preferably carboxymethyl cellulose.

상기 (2)단계의 상기 생분해성 고분자 용액은 용매인 물에 상기 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브의 총 중량 대비 95 중량% 내지 99.95 중량%의 생분해성 고분자를 포함할 수 있다. 상기 생분해성 고분자의 함량이 95중량% 미만일 경우, 고분자기지 내에 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 과하게 도입되어 기계적 강도를 저하시키고, 생분해성 고분자의 함량이 99.95중량%를 초과할 경우 도입된 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체의 양이 충분하지 못해 강화제로써 효과적으로 기계적 특성을 향상시키지 못하여 부적절하다.The biodegradable polymer solution in step (2) may contain 95% to 99.95% by weight of biodegradable polymer based on the total weight of the graphene oxide and carbon nanotubes in water as a solvent. When the content of the biodegradable polymer is less than 95% by weight, the graphene oxide/carbon nanotube composite is excessively introduced into the polymer base to lower mechanical strength, and when the content of the biodegradable polymer exceeds 99.95% by weight, the graphene introduced is introduced. Since the amount of the fin oxide/carbon nanotube composite is insufficient, it is not appropriate to effectively improve mechanical properties as a reinforcing agent.

상기 (2)단계에서는 상기 (1) 단계의 그래핀 산화물/탄소나노튜브 분산용액과 상기 생분해성 고분자 용액을 혼합하고 0.1 시간 이상 교반한다. 0.1시간 미만으로 교반하는 경우 분산용액과 고분자 용액이 구분되어 보일 정도로 불균일하게 혼합될 수 있기 때문이다. 바람직하게는 3시간 동안 교반하여 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 고분자 용액과 균질하게 혼합되도록 한다. In the step (2), the graphene oxide/carbon nanotube dispersion solution of step (1) and the biodegradable polymer solution are mixed and stirred for at least 0.1 hours. This is because if the mixture is stirred for less than 0.1 hours, the dispersion solution and the polymer solution may be mixed unevenly so as to be seen as distinct. Preferably, the mixture is stirred for 3 hours so that the graphene oxide/carbon nanotube composite is homogeneously mixed with the polymer solution.

상기 (3)단계에서의 기판은 상기 (2)단계에서 제조된 혼합용액에 반응하지 않는 유리 기판, 테플론 기판, 탄소 기판, 세라믹 기판, 섬유강화 플라스틱 기판, 실리콘러버 기판, 금속합금 기판으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는 유리기판을 사용한다. 이 후 상기 기판 위에 상기 (2)단계에서 제조된 혼합용액을 붓고 40 내지 100 oC의 온도범위에서 용매인 물을 증발시키고, 바람직하게는 80 oC에서 물을 증발시키며 상기 기판 위에 부은 혼합용액이 완전히 건조가 되어 필름형상이 될 때까지 건조시킨다.The substrate in step (3) is a group consisting of a glass substrate, a Teflon substrate, a carbon substrate, a ceramic substrate, a fiber-reinforced plastic substrate, a silicon rubber substrate, and a metal alloy substrate that does not react to the mixed solution prepared in step (2). It may be one selected from, and preferably a glass substrate is used. Thereafter, the mixed solution prepared in step (2) is poured onto the substrate, and water, which is a solvent, is evaporated in a temperature range of 40 to 100 o C, preferably at 80 o C, and the mixed solution poured on the substrate. It is dried until it is completely dried to form a film.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브를 포함하는 복합체 및 생분해성 고분자를 포함하는 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite including a composite including graphene oxide and carbon nanotubes and a biodegradable polymer is provided.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for illustrative purposes only, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

실시예 1.Example 1.

소듐카르복시메틸 셀룰로스(Sodiumcarboxymethyl cellulose) 고분자 1.98 g을 50 mL의 물에 녹여 고분자 용액을 준비한다. 그 다음, 그래핀 산화물과 탄소나노튜브의 중량이 상기 고분자 및 그래핀 산화물과 탄소나노튜브의 총 중량 대비 1중량%인 0.02 g이 되게 하고, 그래핀 산화물과 탄소나노튜브의 함량 비를 각각 99.5중량% 및 0.5중량%로 하여 비커에 넣는다. 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브가 담겨진 비커에 물의 함량비(Wp) 60%에 해당하는 물을 넣어준다. 상기 수용액을 6시간 동안 교반하여 혼합시켜준 뒤, 3시간 동안 초음파 처리하여 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 분산된 분산용액을 제조한다. 상기 제조된 고분자 용액과 상기 분산용액을 혼합하고 6시간 동안 교반 시켜준다. 이 후 상기 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 혼합된 고분자 용액을 유리 기판 위에 붓는다. 혼합 용액이 놓인 기판을 80 oC의 온도로 설정된 건조 오븐에 넣고 필름 형상의 복합소재가 될 때까지 완전히 건조시켜준다.A polymer solution is prepared by dissolving 1.98 g of a sodium carboxymethyl cellulose polymer in 50 mL of water. Then, the weight of the graphene oxide and the carbon nanotubes is 0.02 g, which is 1% by weight of the total weight of the polymer, graphene oxide and carbon nanotubes, and the content ratio of the graphene oxide and carbon nanotubes is 99.5, respectively. It is put in a beaker using weight% and 0.5% by weight. Water corresponding to the water content ratio (W p ) 60% is added to the beaker containing graphene oxide and carbon nanotubes. The aqueous solution was stirred for 6 hours to mix, and then subjected to ultrasonic treatment for 3 hours to prepare a dispersion solution in which the graphene oxide/carbon nanotube composite was dispersed. The prepared polymer solution and the dispersion solution are mixed and stirred for 6 hours. Thereafter, the polymer solution in which the graphene oxide/carbon nanotube composite is mixed is poured onto a glass substrate. Put the substrate on which the mixed solution is placed in a drying oven set to a temperature of 80 o C and dry it completely until it becomes a film-shaped composite material.

실시예 2.Example 2.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 그래핀 산화물을 95.2중량%, 탄소나노튜브을 4.8중량%로 하여 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재를 제조한다.In the same manner as in Example 1, a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite was prepared by using 95.2% by weight of graphene oxide and 4.8% by weight of carbon nanotubes.

실시예 3.Example 3.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 그래핀 산화물을 90.9중량%, 탄소나노튜브를 9.1중량%로 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재를 제조한다.In the same manner as in Example 1, a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite was prepared with 90.9% by weight of graphene oxide and 9.1% by weight of carbon nanotubes.

실시예 4.Example 4.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 그래핀 산화물을 83.3중량%, 탄소나노튜브를 16.7중량%로 하여 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재를 제조한다.In the same manner as in Example 1, a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite was prepared by using 83.3% by weight of graphene oxide and 16.7% by weight of carbon nanotubes.

실시예 5.Example 5.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 그래핀 산화물을 76.9중량%, 탄소나노튜브를 23.1중량%로 하여 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재를 제조한다.In the same manner as in Example 1, a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite was prepared using 76.9% by weight of graphene oxide and 23.1% by weight of carbon nanotubes.

실시예 6.Example 6.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 그래핀 산화물을 71.4중량%, 탄소나노튜브를 28.6중량%로 하여 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재를 제조한다.In the same manner as in Example 1, a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite was prepared using 71.4% by weight of graphene oxide and 28.6% by weight of carbon nanotubes.

실시예 7.Example 7.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 그래핀 산화물을 66.7중량%, 탄소나노튜브를 33.3중량%로 하여 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재를 제조한다.In the same manner as in Example 1, a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite was prepared by using 66.7% by weight of graphene oxide and 33.3% by weight of carbon nanotubes.

실시예 8.Example 8.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 그래핀 산화물을 62.5중량%, 탄소나노튜브를 37.5중량%로 하여 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재를 제조한다.In the same manner as in Example 1, a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite was prepared by using 62.5% by weight of graphene oxide and 37.5% by weight of carbon nanotubes.

실시예 9.Example 9.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 그래핀 산화물을 57.1중량%, 탄소나노튜브를 43중량%로 하여 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재를 제조한다.In the same manner as in Example 1, a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite was prepared by using 57.1% by weight of graphene oxide and 43% by weight of carbon nanotubes.

실시예 10Example 10

상기 실시예 5와 동일하게 실시하되, 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브의 총 중량 비율이 5중량%이고, 고분자 중량 비율이 95중량%인 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재를 제조한다.In the same manner as in Example 5, a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite having a total weight ratio of 5% by weight and 95% by weight of graphene oxide and carbon nanotubes was prepared. To manufacture.

실시예 11.Example 11.

상기 실시예 5와 동일하게 실시하되, 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브의 총 중량 비율이 0.05중량%이고, 고분자 중량 비율이 99.95중량%인 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재를 제조한다.In the same manner as in Example 5, a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite having a total weight ratio of graphene oxide and carbon nanotubes of 0.05% by weight and a high molecular weight ratio of 99.95% by weight was prepared. To manufacture.

비교예 1.Comparative Example 1.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체를 첨가하지 않은 순수 CMC 필름을 제조한다.In the same manner as in Example 1, a pure CMC film was prepared without adding a graphene oxide/carbon nanotube composite.

비교예 2.Comparative Example 2.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 그래핀 산화물만 첨가한 그래핀 산화물로 강화된 고분자 복합소재를 제조한다.In the same manner as in Example 1, a polymer composite material reinforced with graphene oxide to which only graphene oxide is added is prepared.

실시예 및 비교예의 제조 조건을 이하의 표 1에 나타내었다.The manufacturing conditions of Examples and Comparative Examples are shown in Table 1 below.

샘플명Sample name 고분자와 그래핀산화물 및 탄소나노튜브의 총 중량 대비
고분자비율
(중량%)
Compared to the total weight of polymer, graphene oxide, and carbon nanotubes
Polymer ratio
(weight%)
고분자와 그래핀산화물 및 탄소나노튜브 총 중량 대비 그래핀산화물/탄소나노튜브의 비율
(중량%)
The ratio of graphene oxide/carbon nanotubes to the total weight of polymer, graphene oxide, and carbon nanotubes
(weight%)
그래핀산화물 및 탄소나노튜브의 총 중량 대비Compared to the total weight of graphene oxide and carbon nanotubes
물 함량 비율(Wp)(%)

Water content ratio (W p )(%)
그래핀 산화물 비율
(중량%)
Graphene oxide ratio
(weight%)
탄소나노튜브 비율
(중량%)
Carbon nanotube ratio
(weight%)
실시예1Example 1 9999 1One 99.599.5 0.50.5 6060 실시예2Example 2 9999 1One 95.295.2 4.84.8 6060 실시예3Example 3 9999 1One 90.990.9 9.19.1 6060 실시예4Example 4 9999 1One 83.383.3 16.716.7 6060 실시예5Example 5 9999 1One 76.976.9 23.123.1 6060 실시예6Example 6 9999 1One 71.471.4 28.628.6 6060 실시예7Example 7 9999 1One 66.766.7 33.333.3 6060 실시예8Example 8 9999 1One 62.562.5 37.537.5 6060 실시예9Example 9 9999 1One 57.157.1 4343 6060 실시예10Example 10 9595 55 76.976.9 23.123.1 6060 실시예 11Example 11 99.9599.95 0.050.05 76.976.9 23.123.1 6060 비교예1Comparative Example 1 100100 00 00 00 -- 비교예2Comparative Example 2 9999 1One 100100 00 6060

측정예 1. 본 발명에서 제조한 그래핀 산화물/탄소나노튜브 분산용액의 분산 안정도 분석Measurement Example 1. Analysis of dispersion stability of the graphene oxide/carbon nanotube dispersion solution prepared in the present invention

수용액상에서 분산된 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체 분산용액의 분산 안정도 및 그래핀의 탄소나노튜브 분산에 대한 영향을 분석하기 위하여 자외선/가시광선 분광광도계(UV/Vis spectrophotometer, 모델 S-3100, SCINCO, Korea)를 사용하여 흡광도를 측정하였다.To analyze the dispersion stability of graphene oxide/carbon nanotube composite dispersion solution dispersed in aqueous solution and the effect of graphene on carbon nanotube dispersion, UV/Vis spectrophotometer (UV/Vis spectrophotometer, model S-3100, SCINCO) , Korea) was used to measure the absorbance.

도 1을 참조하면, 순수 그래핀산화물 분산용액은 227nm 및 300nm에서 각각 강한 피크와 약한 피크를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 그러나 탄소나노튜브의 비율이 증가할수록 강한 피크인 227 nm 피크가 적색 전이(red shift)되어 233 nm까지 옮겨지는 것을 확인할 수 있다. 장파장으로 피크가 전이(shift)되는 현상은 두 소재 간 π-π 상호작용이 있다는 것을 증명한다. 또한, 측정하는 파장 전 구간에 걸쳐 흡광도가 증가한 것으로 보아 탄소나노튜브가 그래핀 산화물에 의해 수용액상에서 안정하게 분산된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that the pure graphene oxide dispersion solution exhibits strong peaks and weak peaks at 227 nm and 300 nm, respectively. However, as the ratio of carbon nanotubes increases, it can be seen that the 227 nm peak, which is a strong peak, is red shifted and shifts to 233 nm. The phenomenon that the peak shifts with a long wavelength proves that there is a π-π interaction between the two materials. In addition, it can be seen that the absorbance was increased over the entire range of the wavelength to be measured, indicating that the carbon nanotubes were stably dispersed in the aqueous solution by graphene oxide.

측정예 2. 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재의육안 관찰Measurement Example 2. Visual observation of polymer composite material reinforced with graphene oxide/carbon nanotube composite

그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 도입된 고분자 복합소재인 고분자 복합 필름의 겉으로 보이는 차이를 확인하기 위해 디지털 카메라를 이용하여 실시예5와 비교예 1과 2를 관찰하였다. 도 2를 참조하면, 비교예 1은 순수 고분자 필름으로 투명하여 빛을 투과시키는 것을 확인할 수 있다. 비교예 2는 그래핀 산화물이 첨가되어 비교예 1보다 빛이 투과되는 정도가 약하며 진한갈색인 것을 확인할 수 있다. 실시예 5는 그래핀 산화물 76.9중량% 및 탄소나노튜브 23.1중량%가 고분자 필름 내에 도입된 경우로서 탄소나노튜브에 의해 빛의 투과 정도가 비교예 2보다 약하며 어두워진 것을 확인할 수 있다. 따라서 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브가 고분자 필름 내에 균질하게 분산되었음을 알 수 있다.Example 5 and Comparative Examples 1 and 2 were observed using a digital camera in order to confirm the apparent difference between the polymer composite film, which is a polymer composite material into which the graphene oxide/carbon nanotube composite is introduced. Referring to FIG. 2, it can be seen that Comparative Example 1 is a pure polymer film, which is transparent and transmits light. In Comparative Example 2, graphene oxide was added so that the degree of transmission of light was weaker than in Comparative Example 1, and it was confirmed that it was dark brown. Example 5 is a case where 76.9% by weight of graphene oxide and 23.1% by weight of carbon nanotubes are introduced into the polymer film, and it can be seen that the degree of light transmission by the carbon nanotubes is weaker and darker than that of Comparative Example 2. Therefore, it can be seen that the graphene oxide and carbon nanotubes were homogeneously dispersed in the polymer film.

측정예 3. 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재 미세구조 관찰Measurement Example 3. Observation of the microstructure of a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite

그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체가 도입된 고분자 복합소재인 복합필름의 표면과 파 단면의 미세구조를 관찰하기 위해 주사전자 현미경(SEM, scanning electron microscopy)을 이용하여 관찰하였다. 도 3을 참조하면, SEM으로 확대하여 본 결과, 탄소나노튜브의 비율이 증가하면서 복합필름의 표면이 주름진 형태가 되는 것을 확인할 수 있으며, 파 단면의 경우 그래핀 산화물의 면상 형상에 따른 층상으로 파단된 형태가 관찰된다. 그리고 탄소나노튜브의 비율이 증가하면서 층상의 형태는 줄어들고 복잡한 형태의 파단 구조가 관찰되는 것으로 보아 외부로부터 작용한 힘을 그래핀 산화물뿐만 아니라 탄소나노튜브가 분산시킨 결과인 것으로 해석된다.In order to observe the microstructure of the surface and wave cross section of the composite film, which is a polymer composite material into which the graphene oxide/carbon nanotube composite is introduced, it was observed using a scanning electron microscopy (SEM). Referring to FIG. 3, as a result of magnifying it with SEM, it can be seen that the surface of the composite film becomes wrinkled while the proportion of carbon nanotubes increases. In the case of a fractured cross section, it is broken into a layer according to the planar shape of graphene oxide. Morphology is observed. In addition, as the ratio of carbon nanotubes increases, the layered shape decreases, and a complex structure of fracture is observed, which is interpreted as the result of dispersing not only graphene oxide but also carbon nanotubes of the force acting from the outside.

측정예 4. 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재의 인장 및 Young’s modulus 측정Measurement Example 4. Measurement of tensile and Young's modulus of polymer composite material reinforced with graphene oxide/carbon nanotube composite

그래핀 산화물/탄소나노튜브복합체로 강화된 고분자 복합소재인 복합필름의 시편을 ASTM D638-5 규격을 따라 제작하고, 만능시험기(universal testing machine, UTM, 모델 LR5KPlus, LLOYD Instruments Ltd.)를 이용하여 기계적 강도인 인장강도 및 영 률(Young’s modulus)을 측정하였다. 각 측정값은 최소 시편 5개 이상 측정 후 평균값을 나타내었다. 표 2 및 도 4을 참조하면, 실시예 4가 가장 큰 인장강도 값을 갖는 것을 알 수 있으며, 실시예 5가 가장 큰 영 률 값을 갖는 것을 알 수 있다. A specimen of a composite film, a polymer composite material reinforced with a graphene oxide/carbon nanotube composite, was prepared according to ASTM D638-5 standard, and using a universal testing machine (UTM, model LR5KPlus, LLOYD Instruments Ltd.) Mechanical strength, tensile strength and Young's modulus, were measured. Each measurement value represents an average value after measuring at least 5 specimens. Referring to Tables 2 and 4, it can be seen that Example 4 has the largest tensile strength value, and it can be seen that Example 5 has the largest Young's modulus value.

샘플명Sample name 인장강도
(MPa)
The tensile strength
(MPa)
Young’s modulus
(GPa)
Young's modulus
(GPa)
실시예 1Example 1 42.342.3 2.312.31 실시예 2Example 2 65.765.7 3.13.1 실시예 3Example 3 72.072.0 3.563.56 실시예 4Example 4 82.482.4 4.114.11 실시예 5Example 5 77.677.6 4.204.20 실시예 6Example 6 79.779.7 3.793.79 실시예 7Example 7 75.975.9 3.943.94 실시예 8Example 8 71.871.8 3.563.56 실시예 9Example 9 63.763.7 3.173.17 실시예 10Example 10 47.647.6 2.572.57 실시예 11Example 11 39.539.5 2.082.08 비교예 1Comparative Example 1 37.337.3 1.891.89 비교예 2Comparative Example 2 39.739.7 2.142.14

Claims (6)

고분자 복합소재의 제조방법에 있어서,
(1) 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브를 포함하는 분산용액을 제조하는 단계;
(2) 생분해성 고분자인 셀룰로오스(Cellulose)를 포함하는 용액에 상기 분산용액을 혼합하는 단계;
(3) 상기 (2)단계를 거쳐 제조된 혼합용액을 기판에 부은 후 용매를 증발시키는 단계를 포함하고,
상기 (1) 단계의 분산용액은 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브의 총 중량 대비 그래핀 산화물 62.5 내지 90.9중량%, 탄소나노튜브 9.1 내지 37.5 중량%를 포함하며, 상기 (2) 단계에서 상기 생분해성 고분자인 셀룰로오스(Cellulose)를 포함하는 용액은, 고분자와 그래핀 산화물 및 탄소나노튜브의 총 중량 대비 상기 생분해성 고분자인 셀룰로오스(Cellulose)를 99 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재의 제조방법.



In the method of manufacturing a polymer composite material,
(1) preparing a dispersion solution containing graphene oxide and carbon nanotubes;
(2) mixing the dispersion solution with a solution containing cellulose, which is a biodegradable polymer;
(3) pouring the mixed solution prepared through the step (2) onto the substrate and evaporating the solvent,
The dispersion solution in step (1) contains 62.5 to 90.9% by weight of graphene oxide and 9.1 to 37.5% by weight of carbon nanotubes relative to the total weight of graphene oxide and carbon nanotubes, and the biodegradability in step (2) A solution containing cellulose as a polymer, graphene oxide/carbon nanoparticles, characterized in that it contains 99% by weight of the biodegradable polymer, Cellulose, based on the total weight of the polymer, graphene oxide, and carbon nanotubes. A method of manufacturing a polymer composite material reinforced with a tube composite.



삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (3)단계는 상기 기판이 유리 기판, 테플론 기판, 탄소 기판, 세라믹 기판, 섬유강화 플라스틱 기판, 실리콘러버 기판, 금속합금 기판으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 복합소재의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step (3), the substrate is a graphene oxide/carbon nanotube, characterized in that the substrate is selected from the group consisting of a glass substrate, a Teflon substrate, a carbon substrate, a ceramic substrate, a fiber-reinforced plastic substrate, a silicon rubber substrate, and a metal alloy substrate. A method of manufacturing a composite material reinforced with a composite.
고분자 복합소재에 있어서,
고분자와 그래핀산화물 및 탄소나노튜브의 총 중량 대비 생분해성 고분자인 셀룰로오스(Cellulose)를 99중량%, 그래핀산화물 및 탄소나노튜브를 1중량% 포함하고,
상기 그래핀산화물 및 탄소나노튜브는, 그래핀산화물 및 탄소나노튜브 총 중량 대비 그래핀산화물 62.5 내지 90.9중량%, 탄소나노튜브 9.1 내지 37.5중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 그래핀 산화물/탄소나노튜브 복합체로 강화된 고분자 복합소재.
In the polymer composite material,
99% by weight of cellulose, a biodegradable polymer, and 1% by weight of graphene oxide and carbon nanotubes, based on the total weight of the polymer, graphene oxide, and carbon nanotubes,
The graphene oxide and carbon nanotubes are graphene oxide/carbon nanotubes, characterized in that containing 62.5 to 90.9% by weight of graphene oxide and 9.1 to 37.5% by weight of carbon nanotubes based on the total weight of graphene oxide and carbon nanotubes Polymer composite material reinforced with tube composite.
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