KR102441127B1 - 전도성 탄소 분말의 수분산성 향상 방법 및 전도성 탄소 분말의 콜로이드 용액 제조 방법 - Google Patents

전도성 탄소 분말의 수분산성 향상 방법 및 전도성 탄소 분말의 콜로이드 용액 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 탄소 분말의 수분산성 향상 방법 및 전도성 탄소 분말의 콜로이드 용액 제조 방법을 개시한다. 본 발명은 전도성 탄소 분말을 플라즈마 제트에 노출시키거나 플라즈마 처리된 반응가스와 반응시키는 단계를 포함하고, 상기 단계는 플라즈마 처리된 반응가스(이온화된 가스)를 상기 전도성 탄소 분말과 반응시키는 것을 특징으로 하며, 플라즈마를 이용함으로써 용이하게 전도성 탄소 분말의 수분산성을 향상시킬 수 있다.

Description

전도성 탄소 분말의 수분산성 향상 방법 및 전도성 탄소 분말의 콜로이드 용액 제조 방법{METHOD FOR ENHANCE WATER-DISPERSIBILITY OF CONDUCTIVITY CARBON POWDER AND METHOD FOR COLLOIDAL SOLUTION OF CONDUCTIVITY CARBON POWDER}
본 발명은 이산화탄소 플라즈마를 이용한 전도성 탄소 분말의 친수성 및 수분산성 향상 방법 및 전도성 탄소 분말의 콜로이드 용액 제조 방법에 관한 것이다.
전도성 탄소 분말은 높은 전기전도도, 내산화성 등의 우수한 특성을 가지고 있어 많은 분야에 응용되고 있고, 표면이 친유성을 띄고 있어 비수계의 비극성 용매에 주로 사용되고 있다. 그러나 2차전지 전극, 도료, 인쇄용 잉크 등의 분야에서 사용되어 수용액과 함께 이용되는 경우에는 수용액에 대한 분산성이 높아야 하므로 분말의 친수성 표면 처리가 반드시 필요하다.
탄소 분말에 대한 친수 처리 방법은 대표적으로 화학적 액상처리방법이 있다. 초산, 질산 및 과산화수소 등과 같은 처리 용액에 탄소 분말을 침지하여 반응시킴으로써 수산기나 아미노기를 결합시켜 표면에 친수성 기능기를 부여한다. 그러나 이러한 방법은 표면처리 방법이 매우 까다롭고 잔여물을 제거하는 정제과정, 건조과정 등의 많은 공정을 거쳐야 하기 때문에 경제적으로 효율적이지 못한 단점이 있다. 다른 방법으로는 오존 가스 분위기 하에서 표면처리하는 오존 처리법이 있으나 오존의 강한 산화 특성으로 탄소 분말 표면이 변성되는 문제점이 있다. 구체적으로, 순수한 100% O2(산소)만을 사용하는 경우에는 고농도의 오존이 발생하게 되는데 발생된 오존과 전도성 탄소 분말이 교반 접촉 시에는 표면이 열화 되어 불에 타는 현상(burning)이 일어나는 문제점이 있다.
본 발명의 일 목적은 이산화탄소 플라즈마를 이용함으로써 간단한 공정만으로도 탄소 분말의 수분산성을 용이하게 향상시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전도성 탄소 분말이 안정적으로 잘 분산된 콜로이드 용액의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적을 위한 전도성 탄소 분말의 수분산성 향상 방법은 종래 기술과 비교하여 매우 용이하게 전도성 탄소 분말의 수분산성을 향상시킬 수 있는 신규한 방법으로, 전도성 탄소 분말을 플라즈마 제트에 노출시키거나 플라즈마 처리된 반응가스와 반응시키는 간단한 공정만으로도 매우 용이하게 전도성 탄소 분말의 수분산성을 향상시킬 수 있는 방법이다. 다시 말해, 본 발명은 플라즈마 처리된 활성 가스와 반응시키는 것만으로도 전도성의 탄소 분말의 수분산성이 현저하게 향상되는 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명에서는 전도성 탄소 분말을 플라즈마를 발생 영역에 배치시켜, 형성된 플라즈마에 직접적으로 노출시켜 반응시키는 것이 아닌, 플라즈마 처리된 가스를 이동시켜, 전도성 탄소 분말에 노출시킴으로써 반응시키는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 플라즈마 제트란 플라즈마 발생 영역에서 생성된 플라즈마를 대기 중에 제트 모양으로 분출시키는 것을 의미하는 것이다.
일반적으로, 플라즈마 처리라 함은 플라즈마 발생 영역에 피처리물을 배치시켜 반응시키는 것을 의미하지만, 본 발명에서 플라즈마 처리는 플라즈마 발생 영역에 탄소 분말을 배치시켜 직접적으로 노출시키는 것이 아닌, 플라즈마 처리된 이온화된 가스를 이용하여 탄소 분말에 노출시키는 것을 의미한다. 전도성 탄소 분말을 플라즈마 발생 영역에 배치시켜 직접적으로 노출시켜 반응시키는 것이 더 효과적인 방법이라고 사료될 수는 있으나, 본 출원인은 실험적으로 플라즈마 발생 영역에 직접적으로 노출시키는 경우 탄소 분말과 플라즈마가 반응하여 탄소 분말에 결함이 생기는 문제점을 확인하였다. 따라서 본 발명에서는 전도성 탄소 분말의 결함 없이 매우 안정적으로 특성을 개질시키기 위해 플라즈마 제트에 노출시키거나 플라즈마 처리된 반응가스와 반응시키는 공정을 이용할 수 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 전도성 탄소 분말은 탄소 원자로만 이루어진 물질일 수 있다. 예를 들면, 그래핀(graphene), 흑연(graphite), 탄소나노튜브(CNT), 카본 블랙(Carbon Black), 케첸 블랙(Ketjen black) 및 덴카 블랙(Denka black) 등 일 수 있다. 본 발명에서는 전도성 탄소 분말의 크기나 모양을 제한하지는 않는다. 바람직하게는 전도성 탄소 분말은 수 나노미터 내지 수백 마이크로미터 사이즈의 입자일 수 있으나, 이보다 크거나 작은 크기를 가져도 본 발명을 수행하는 데 있어서 크게 제한되는 않는다. 또한, 전도성 탄소 분말의 모양은 구형(sphere), 사면체(tetrahedron), 육면체(cube), 팔면체(octahedron) 등과 같은 형태를 가질 수 있으나, 반드시 이에 제한되지는 않는다.
상기 플라즈마는 이산화탄소 플라즈마일 수 있다. 일반적으로, 플라즈마는 산소나 질소, 수소와 같은 물질들을 특정 비율로 혼합한 혼합가스를 이용하지만, 본 발명에서는 100% 이산화탄소 플라즈마를 이용한 경우에, 산소나 질소 가스 또는 혼합 가스를 이용한 경우보다 탄소 분말의 수분산성이 현저하게 형성된 것을 확인하였다. 혼합가스를 이용한 경우 탄소 분말에 수분산성이 형성될 수는 있으나, 본 발명과 같이 물 기반의 용매에 분산된 콜로이드 상태에서 안정적으로 유지할 수 없으며, 또한 콜로이드 지속 시간에서도 현저한 차이를 나타냈다. 이와 관련된 내용은 하기의 실시예와 비교예를 통해 자세하게 서술하기로 한다.
상기 플라즈마를 발생하는 방법은 유전체 장벽 방전, 코로나 방전, 마이크로웨이브 방전 및 아크방전 등과 같은 방법을 이용할 수 있으나, 바람직하게는, 유전체 장벽 방전 플라즈마(dielectric barrier discharge, DBD) 플라즈마일 수 있다. 그러나 이에 반드시 제한 하는 것은 아니다.
상기 플라즈마 처리는 10 내지 30분 동안 수행될 수 있다. 본 발명에서는 전도성 탄소 분말의 표면에 변성 및 흠집 등이 생기지 않는 범위 내에서 분산성을 부여할 수 있는 충분한 시간이면, 상기 플라즈마 처리 시간을 제한하지 않는다.
일반적으로 종래의 전도성 탄소 분말은 많은 응용 분야에 사용되는데, 물 기반의 용매에 분산시켜 응용해야하는 경우, 탄소 분말의 소수성 특성 때문에 표면 처리 과정을 거치지 않으면 탄소 분말이 서로 응집하거나 물리적인 교반을 수행하여도 분산이 잘 되지 않는 문제점이 있었다. 따라서 전도성 탄소 분말의 표면 처리 과정을 반드시 수행했어야만 했다. 그러나 표면 처리 과정이 복잡하거나 탄소 분말이 매우 쉽게 망가지는 문제점들이 있었다.
본 발명의 콜로이드 제조 방법은 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 방법으로 전도성 탄소 입자를 플라즈마 제트에 노출시키거나 플라즈마 처리된 반응가스와 반응시켜, 얻은 전도성 탄소 콜로이드 분말을 물 기반 용매에 첨가하고 교반시킴으로써 제조한다. 상기 플라즈마와 반응시켜 얻은 전도성 탄소 콜로이드 분말은 물 기반 용매에 교반없이 첨가하기만 해도 어느정도 용매에 분산된 상태를 나타내며, 콜로이드 분말과 물 기반 용매가 담긴 밀폐된 용기를 손으로 흔들어주는(Hand Shaking) 간단한 교반을 통해서 분말의 응집없이 안정적으로 분산된 콜로이드 용액을 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이산화탄소 플라즈마 처리를 통해 탄소 분말에 결함 없이 안정적으로 탄소 분말의 수분산성을 향상시킬 수 있고, 물 기반의 용매에서도 지속적이고 안정적으로 분산될 수 있어, 우수한 수분산성에 따른 물성으로 다양한 분야에 응용할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 전도성 탄소 분말의 수분산성 향상 방법 및 전도성 탄소 분말의 콜로이드 용액 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 탄소 분말을 물에 투입한 직후의 상태를 촬영한 이미지를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 탄소 분말을 물에 투입하여 물리적인 힘을 가하여 교반시킨 후의 상태를 촬영한 이미지를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 탄소 분말의 시간에 따른 수분산성 안전성 특성 실험 결과를 나타낸 도면이다. 플라즈마 처리된 전도성 탄소 분말은 60분 경과 후에도 물에서 안정적으로 분산된 상태로 존재하는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 혼합가스 플라즈마를 사용한 비교예의 수분산성 특성 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 탄소 분말의 층 분리 속도 실험을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 탄소 분말의 층 분리 속도 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 플라즈마 처리한 탄소 분말의 층 분리 속도는 처리되지 않은 탄소 분말(Untreated)에 비해 약 3~4배 정도 감소함을 확인할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 및 2는 본 발명의 전도성 탄소 분말의 수분산성 향상 방법 및 전도성 탄소 분말의 콜로이드 용액 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 전도성 탄소 분말의 수분산성 향상 방법 및 전도성 탄소 분말의 콜로이드 용액 제조 방법은 전도성 탄소 분말을 플라즈마 제트에 노출시키거나 플라즈마 처리된 반응가스와 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 제트는 플라즈마 발생 영역에서 생성된 플라즈마를 대기 중에 제트 모양으로 분출시키는 것을 의미하는 것으로, 본 발명에서는 상기 단계에서 전도성 탄소 분말은 발생된 플라즈마에 직접적으로 노출시켜 반응시키는 것이 아닌, 플라즈마 처리된 활성 가스와 반응시키는 것을 특징으로 한다. 플라즈마 발생 영역 내에 전도성 탄소 분말을 배치하여 직접적으로 반응시키는 경우, 발생된 플라즈마와 전도성 탄소 분말이 반응하여 탄소 분말에 결함이 생기기 쉽다. 따라서 본 발명에서는 발생된 플라즈마가 아닌 플라즈마 처리된 반응가스 또는 활성을 띤 가스를 이용하여 전도성 탄소 분말과 반응시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 전도성 탄소 분말을 플라즈마 처리된 반응가스와 반응시키는 전도성 탄소 분말 플라즈마 처리 방법을 나타낸다. 이를 구체적으로 설명하면, 먼저 플라즈마 생성 가스를 별도로 구비된 플라즈마 반응기(Plasma reactor)로 주입한 후 플라즈마를 생성시키기고, 상기 플라즈마 처리된 반응가스 또는 이온화된 가스를 전도성 탄소 분말이 배치된 반응 챔버로 이동시켜 상기 탄소 분말과 반응시킨다. 이때, 반응은 볼텍스 회전(Vortex rotation)에 의해 수행될 수 있다.
이어서, 도 2를 참조하여 전도성 탄소 분말 플라즈마 처리의 다른 방법을 설명하기로 한다. 도 2를 참조하면, 전도성 탄소 분말을 플라즈마 제트에 노출시킴으로써 탄소 분말의 수분산성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 플라즈마는 유전체 장벽 방전(DBD) 플라즈마를 이용할 수 있으며, 플라즈마 전극(plasma electrode)은 두 개의 평행한 금속 전극으로 구성될 수 있다. 상기 금속 전극에 전류를 가하게 되면 평행한 전극 사이에 플라즈마가 형성되고, 플라즈마 처리된 반응가스 또는 이온화된 가스를 탄소 분말이 배치된 방향으로 분출시킴으로써, 상기 탄소 분말과 반응시킬 수 있다.
상기 전도성 탄소 분말은 형태와 크기를 특별히 제한하지는 않으나, 상기 전도성 탄소 분말은 수십 나노미터 크기의 수준의 분말일 수 있으며, 구형의 형태일 수 있다.
한편, 상기 플라즈마는 이산화탄소 플라즈마 일 수 있다. 바람직하게는, 상기 플라즈마는 100% 이산화탄소 플라즈마 일 수 있다. 100%의 이산화탄소 플라즈마 가스를 이용하는 경우 질소, 산소를 포함하는 혼합가스를 이용하는 경우와 비교하여, 탄소 분말의 수분산성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
상기 단계 동안, 이산화탄소 플라즈마 처리된 반응가스는 이온화가 되어 CO, CO3 라디칼을 생성할 수 있고, 이는 전도성 탄소 분말의 표면과 반응하여, 상기 전도성 탄소 분말의 표면에 C-O, C=O, C-OOH 등의 친수성을 나타내는 기능기를 작용시킬 수 있다. 따라서 이러한 과정에 의해 본 발명의 방법에 따라 플라즈마 처리된 전도성 탄소 분말은 친수성을 나타낼 수 있고, 이로 인해 전도성 탄소 분말의 수분산성이 향상시킬 수 있다.
상기 플라즈마와 탄소 분말의 반응 시간, 즉 상기 플라즈마 처리는 약 10 내지 30분 동안 수행될 수 있다. 그러나 본 발명에서는 전도성 탄소 분말의 표면에 변성 및 결함 등이 생기지 않는 범위 내에서 전도성 탄소 분말의 분산성을 부여할 수 있는 충분한 시간이면, 상기 플라즈마 처리 시간을 제한하지 않는다.
상기 단계를 통해 플라즈마 처리된 탄소 분말을 상기 전도성 탄소 콜로이드 분말을 물 기반 용매에 첨가하고 교반시킴으로써 탄소 분말 콜로이드 용액을 제조할 수 있다. 플라즈마 처리되지 않은 탄소 분말과 비교하여, 플라즈마 처리된 탄소 분말을 물 기반 용매에 첨가한 직후에도 용매에 분산될 수는 있으나, 교반시킴으로써 더 효과적으로 분산된 콜로이드 용액을 제조할 수 있다. 상기 교반은 용매에 탄소 분말을 분산시킬 수 있는 방법이면 크게 제한하지는 않는다. 예를 들어, 상기 교반은 마그네틱 바를 이용하여 수행하거나, 회전식 및 수직 왕복형 교반등과 같은 방법을 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마를 이용하여 종래의 기술보다 용이한 방법으로 전도성 탄소 분말에 수분산성 및 친수성을 부여할 수 있으며, 이는 전도성 탄소 분말을 응용하는 분야에 효과적으로 응용할 수 있다.
이하에서, 구체적인 실시예들 및 비교예들을 통해서 본 발명에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
실시예
도 3은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예는 약 30 내지 40 nm의 크기를 갖는 전도성 탄소 분말(Ketjen black, KB600 JD)을 반응 챔버에 넣고, 다단 DBD 전극을 사용한 활성가스를 발생시키는 플라즈마 반응기(30 Hz, 0.8 kW, CO2 가스 1lpm)를 이용하여 100% CO2 플라즈마를 생성한 뒤, 상기 생성된 CO2 플라즈마를 반응 챔버로 이동시켜 전도성 탄소 분말과 약 30분 동안 반응시켰다. 이후에, 반응을 통해 얻어진 전도성 탄소 분말을 수득하였다.
상기에서 플라즈마 처리된 전도성 탄소 분말의 수분산성을 확인하기 위해 물에 담긴 용기에 분말을 첨가하였고, 비교를 위해 플라즈마 처리되지 않은 전도성 탄소 분말을 물에 담긴 용기에 분말을 첨가하여, 각각의 수분산성을 확인하였다. 그 결과를 도 4에 나타냈다.
도 4를 참조하면, 각각의 전도성 탄소 분말을 물에 투입한 직후의 상태를 나타내며, 여기서 플라즈마 처리되지 않은 탄소 분말(좌측)은 분산되지 않고 물 위에 떠있는 반면, 플라즈마 처리된 탄소 분말(우측)은 용매인 물에서 잘 분산되어 있는 상태를 확인할 수 있다. 이를 통해 탄소 분말은 CO2 플라즈마 처리를 통해 수분산성이 향상된 것을 알 수 있다.
이어서, 각각의 탄소 분말이 담긴 용기를 물리적으로 교반(Hand Shaking)시킨 후 각각의 수분산성을 확인하였다. 그 결과를 도 5에 나타냈다.
도 5를 참조하면, 물리적으로 교반을 가하여도 플라즈마 처리되지 않은 탄소 분말(좌측)은 물 위에 떠있거나 쉽게 분산되지 못하는 상태를 보이나, 플라즈마 처리된 탄소 분말(우측)은 용기의 바닥이나 물 위에 분산되지 않은 탄소분말이 존재하지 않고 용매인 물에서 잘 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다.
플라즈마 처리된 전도성 탄소 분말의 시간에 따른 수분산성 지속 특성을 확인하기 위해, 용매인 물이 담긴 용기에 플라즈마 처리된 전도성 탄소 분말을 첨가하고, 물에 물리적으로 분산(Hand Shaking)시킨 후, 시간(3, 10, 20, 30, 40, 50 및 60분)에 따른 층 분리 차이를 사진 촬영하였다. 또한, 비교를 위해 플라즈마 처리하지 않은 전도성 탄소 분말을 상기와 동일한 과정을 수행하여 층 분리 차이를 촬영하였고, 그 결과를 도 6에 나타냈다.
도 6을 참조하면, 플라즈마 처리된 전도성 탄소 분말은 60분 경과 후에도 물에서 안정적으로 분산된 상태로 존재하는 것을 확인할 수 있는 반면, 플라즈마 처리되지 않은 전도성 탄소 분말은 교반시킨 이후에도 물 위에 일부 탄소 분말들이 떠 있는 것을 확인할 수 있으며, 약 10분이 경과된 후에는 분산되었던 탄소 분말들이 바닥으로 가라앉기 시작하는 것을 확인할 수 있다. 약 60분 경과 후에는 대부분의 탄소 분말이 물에 분산되지 못하고 유리 바닥 부분으로 가라앉은 것을 확인할 수 있다. 이를 통해서, 본 발명의 방법을 통해 플라즈마 처리된 전도성 탄소 분말은 시간에 따라 수분산성이 안정적으로 지속되는 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
비교예
질소(N2)/Air 혼합가스 플라즈마(N2/air는 1/0.033 Ipm, 혼합가스 중 산소의 농도는 0.66% 비율)를 사용한 것을 제외하고는, 본 발명의 실시예와 동일한 공정을 수행하여 본 발명의 비교예에 따른 플라즈마 처리된 탄소 분말을 얻었다. 상기에서 얻은 전도성 탄소 분말의 수분산성 특성을 확인하기 위해, 물에 분산시킨 후 시간의 경과(10 및 30분)에 따른 층 분리 차이를 촬영하였다. 그 결과를 도 7에 나타냈다.
도 7을 참조하면, 10분 경과(좌) 및 30분 경과(우)된 콜로이드 용액을 살펴보면, 콜로이드 용액에서 소량의 탄소 분말만 물에 분산되어 있을 뿐 대부분 밑으로 가라 앉아 있거나, 물 위에 떠있는 것을 확인할 수 있다. 또한 상기 도 6과 비교하여, 혼합가스 플라즈마로 처리된 탄소 분말은 시간이 지남에 따라 층 분리되는 속도가 이산화탄소 플라즈마로 처리된 탄소 분말의 층 분리 속도보다 매우 빠른 것을 알 수 있다. 이를 통해서, 혼합가스로 플라즈마를 처리한 경우에는 탄소 분말이 수분산성을 갖는다고 보기 어렵고, 수분산성을 지속적으로 갖고 있다고 보기도 어려운 것을 알 수 있다.
추가적으로, 플라즈마 처리된 전도성 탄소 분말의 시간에 따른 광 흡수도를 측정하여 층 분리 속도를 구체적으로 확인하였다. 비교를 위해 플라즈마 처리되지 않은 전도성 탄소 분말의 층 분리 속도 또한 측정한 후 비교하였다. 층 분리 속도를 측정하기 위해 사용된 장치를 도 8에 나타냈으며, 도 8을 참조하여 광 흡수도 측정을 자세하게 설명한다.
도 8을 참조하면, 광흡수도 측정은 CO2 플라즈마 처리한 탄소 분말 및 플라즈마 처리되지 않은 탄소 분말을 물에 각각 투입한 후, 시간에 따른 층 분리를 광 방출 분석(OES, Optical Emission Spectrometer)을 이용하여 측정하였다. 큐벳(Cuvette)의 바닥부터 약 1cm 높이에서 550 내지 700 nm 파장대역으로 10개 평균값을 취득하여 비교하였다. 그 결과를 도 9에 나타냈다.
도 9를 참조하면, 플라즈마 처리한 탄소 분말의 층 분리 속도는 처리되지 않은 탄소 분말(Untreated)에 비해 약 3~4 배 정도 감소함을 확인할 수 있다. 이를 통해서, 본 발명의 방법을 이용하여 전도성 탄소 분말을 처리하는 경우, 용매에 분산 시킨 후에도 층이 분리되지 않고 지속적으로 분산될 수 있음을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 내부의 반응 공간에 전도성 탄소 분말이 배치된 반응 챔버에 상기 전도성 탄소 분말이 플라즈마에 직접적으로 노출되지 않도록 상기 반응 챔버와 별도로 구비된 플라즈마 반응기에서 형성된 플라즈마 처리된 반응가스를 주입하여, 상기 전도성 탄소 분말과 상기 플라즈마 처리된 반응가스를 반응시키는 단계를 포함하고,
    상기 플라즈마는 100% 이산화탄소 플라즈마인 것을 특징으로 하는,
    전도성 탄소 분말의 수분산성 향상 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마는 DBD(dielectric barrier discharge) 플라즈마인 것을 특징으로 하는,
    전도성 탄소 분말의 수분산성 향상 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리는 10 내지 30분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는,
    전도성 탄소 분말의 수분산성 향상 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 탄소 분말은 그래핀(graphene), 흑연(graphite), 탄소나노튜브(CNT), 카본 블랙(Carbon Black), 케첸 블랙(Ketjen black) 및 덴카 블랙(Denka black) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    전도성 탄소 분말의 수분산성 향상 방법.
  6. 내부의 반응 공간에 전도성 탄소 분말이 배치된 반응 챔버에 상기 전도성 탄소 분말이 플라즈마에 직접적으로 노출되지 않도록 상기 반응 챔버와 별도로 구비된 플라즈마 반응기에서 형성된 플라즈마 처리된 반응가스를 주입하여, 상기 전도성 탄소 분말과 상기 플라즈마 처리된 반응가스를 반응시켜, 전도성 탄소 콜로이드 분말을 얻는 제1 단계; 및
    상기 전도성 탄소 콜로이드 분말을 물 기반 용매에 첨가하고 교반시킴으로써 탄소 분말 콜로이드 용액을 제조하는 제2 단계;를 포함하고,
    상기 플라즈마는 100% 이산화탄소 플라즈마인 것을 특징으로 하는,
    탄소 분말 콜로이드 용액 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 플라즈마는 DBD(dielectric barrier discharge) 플라즈마인 것을 특징 으로 하는,
    탄소 분말 콜로이드 용액 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리는 10 내지 30분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는,
    탄소 분말 콜로이드 용액 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 전도성 탄소 분말은 그래핀(graphene), 흑연(graphite), 탄소나노튜브(CNT), 카본 블랙(Carbon Black), 케첸 블랙(Ketjen black) 및 덴카 블랙(Denka black) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    탄소 분말 콜로이드 용액 제조 방법.
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