KR19990053899A - 흑연의 표면개질방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흑연의 표면개질 방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 흑연의 표면을 합성수지와 친수성 입자로 다중 피복함으로써, 친수성을 가지는 표면으로 개질된 흑연입자를 얻는 방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 흑연표면에 합성수지 5-40중량%를 피복한 후, 건조하여 수지피복물을 얻는 단계; 유기용매에 친수성입자를 투입하여 슬러리를 얻는 단계; 및 상기 수지피복물에 상기 슬러리를 분사하여 친수성입자가 수지피복물 표면에 피복되게 한 후 건조하는 단계를 포함하여 구성되는 흑연의 표면개질 방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

흑연의 표면개질 방법

본 발명은 흑연의 표면에 친수성을 갖도록 처리하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래에 흑연의 사용이 제한되어 왔던 흑연함유 부정형 내화물이나 흑연 표면의 소수성으로 활용이 어려웠던 기타 여러 분야에 흑연을 이용할 수 있게 흑연의 표면을 개질하여 친수성을 가지게 하는 방법에 관한 것이다.

흑연은 그 자체의 고유한 특성 때문에 예로부터 여러 산업분야에 많이 이용되어 왔다. 특히 흑연을 함유한 흑연함유 내화물은 내열성, 내열충격성 등의 특성이 우수하며 용선, 용강 및 용융슬래그에 젖기 어려워 우수한 내식성을 나타내기 때문에 제선, 제강에 적용하는 내화물 분야에도 널리 이용되고 있다. 그러나 흑연의 표면은 -OH, -COOH 같은 친수기가 존재하지만, 표면이 친수성이 없는 탄소원자의 육각 망목구조로 되어있고 물과의 반응성도 없어 물을 분산매로 사용하였을 때 계면에서의 제타전위의 절대값이 낮아 소수성을 가지기 때문에 분산매로 물을 주로 사용하는 부정형 내화물에는 그 사용이 제한되어 왔다. 따라서 이러한 흑연의 약점을 해결하기 위하여 흑연입자 표면에 친수처리를 하여 친수성을 높여 부정형내화물에 사용하고자 하는 노력이 계속되고 있다.

흑연입자 표면의 친수처리 방법으로는 합성수지나 계면활성제를 피복하는 방법, 산처리방법, 알루미나, 탄화규소 등의 친수성 입자를 피복하는 방법등이 있다. 하지만, 상기 합성수지를 피복하여 사용할 경우 수지자체가 소수성을 가지므로 수지피복물을 다시 계면활성제로 표면처리를 해야하는 단점이 있다. 또한, 상기 산처리방법을 적용할 경우 산 성분이 흑연의 결정층 내에 침입하여 층간화합물을 생성하여 흑연이 패창하게 되고 물과 혼합하게 되면 흑연입자 내부의 잔류 산 성분이 물에 용해되어 pH를 변화시켜 분산을 저해함으로써 고비중의 부정형내화물을 얻을 수 없다는 단점이 있다. 또한, 근래에와서 흑연과 친수성 입자를 고속으로 회전하는 공기중에서 충돌시켜 흑연표면을 친수성 입자로 피복하는 방법이 있는데, 이 방법 역시 흑연과 친수성 입자가 물리적인 힘에 의해 약하게 결합되어 있어 실제 공정상에서 흑연을 취급할 때 친수성 입자가 쉽게 분리되는 단점이 있다.

이에 본 발명자들은 상기한 바와같은 단점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 흑연의 표면을 합성수지와 친수성 입자로 다중 피복함으로써, 친수성을 가지는 표면으로 개질된 흑연입자를 얻는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 흑연표면에 합성수지 5-40중량%를 피복한 후, 건조하여 수지피복물을 얻는 단계; 유기용매에 친수성입자를 투입하여 슬러리를 얻는 단계; 및 상기 수지피복물에 상기 슬러리를 분사하여 친수성입자가 수지피복물 표면에 피복되게 한 후 건조하는 단계를 포함하여 구성되는 흑연의 표면개질방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 흑연표면에 합성수지 5-40중량%를 피복한 후, 건조하여 수지피복물을 제조한다.

상기 흑연을 피복하는 수지로서는 특별히 제한하지는 않으며, 경화 후에 물에 잘 녹지 않는 페놀수지, 프란수지, 키시렌수지, 멜라민수지, 아크릴수지 등을 들 수 있고, 잔류 탄소량이 높은 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 수지는 흑연에 대하여 5-40중량%의 함량으로 흑연 미분에 첨가하여 가압 혼합한 후 이를 건조하여 사용하는데, 수지의 양이 5중량% 미만일 경우에는 흑연표면의 완전한 피복이 어렵고, 40중량%를 초과할 경우에는 흑연입자들의 균일한 피복과 수지피복물의 입도 조절이 어렵기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 유기용매에 친수성입자를 투입하여 슬러리 형태의 분사액을 제조한다.

상기 유기용매는 알콜 등과 같이 건조에 의해 쉽게 휘발되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 친수성입자는 특별히 제한하지는 않으며, 흑연입자의 평균입경 보다 작고 친수성을 가지는 금속산화물, 금속탄화물, 금속질화물, 금속붕화물과 금속입자 등이 사용가능하고, 또 이들중 1가지 이상의 혼용도 가능하다.

상기 친수성 입자의 크기는 수지피복물 평균입경의 50% 이하가 바람직하다. 친수성 입자의 평균 입경이 수지피복물 평균입경의 50%가 초과할 경우 수지피복물 표면의 균일한 피복이 어려울 뿐만 아니라 피복효과도 저하된다.

상기 친수성 입자의 첨가량은 특별히 제한하지는 않지만, 수비피복물에 대하여 5-50중량%가 적당하다.

또한, 본 발명에서는 얻어진 수지피복물에 상기 슬러리형태의 분사액을 분사하여 수지피복물의 표면에 피복시킨후 건조한다.

알콜 등의 유기용매를 사용하여 친수성 입자의 슬러리를 만들어 이를 제조된 수지피복물의 표면에 스프레이를 이용하여 분사하면, 수지피복물의 표면이 유기용매에 의해 녹으면서 친수성 입자들이 피복되고 이를 다시 건조하면 녹은 수지가 경화되며 친수성 입자들을 수지피복물의 표면에 결합되게 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

평균입경이 100㎛인 천연흑연 표면에 페놀수지를 하기 표1에 나타낸 함량으로 피복시킨후 건조하여 수지피복물을 얻었다. 또한, 평균입경이 40㎛인 친수성 입자를 상기 수지피복물의 함량에 대하여, 각각 하기 표1과 같은 함량을 취하여 알콜과 혼합하여 슬러리를 얻었다. 얻어진 수지피복물에 상기 슬러리를 분사한후, 건조하여 표면이 개질된 흑연분체를 얻었다.

흑연표면의 친수성을 평가하기 위하여 상기 표면개질된 흑연분체를 25℃, pH 11에서 콜로이드 진동전위법으로 제타전위를 측정하여 하기 표1에 나타내었다.

	1	2	3	4	1	2	3	4	5
수지피복물(평균150㎛)	천연흑연(평균100㎛)	80	80	80	80	99	50	80	100	100
	페놀수지	20	20	20	20	1	50	20	-	-
친수성입자(평균40㎛)	알루미나	10	-	-	-	-	-	-	-	-
	실리카	-	10	-	-	-	-	-	-	-
	탄화규소	-	-	10	20	10	10	-	10	-
	탄화규소(평균 80㎛)	-	-	-	-	-	-	10	-	-
제타전위(mV)	-4.3	-5.4	-7.7	-8.2	-5.7	-6.0	-3.8	-5.5	-0.4

상기 표 1에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 조건 범위내인 발명예(1-4)가 표면처리되지 않은 흑연이나 수지만 피복된 흑연보다 제타전위의 절대값이 동등이상의 값을 나타내었다. 이는 친수성 향상을 위해 제타전위의 절대값을 높이려는 본 발명의 목적이 달성되었음을 의미한다.

상기에서 얻어진 표면개질의 흑연분체를 통상의 캐스타블 내화조성물에 하기 표 2와 같은 함량으로 첨가하여 물과 혼련한 후 주도(flow값) 150mm일때의 수분량을 측정하여 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

	발 명 재	비 교 재
	1	2	3	4	1	2	3	4	5
배합비(중량%)	흑연분체	10	10	10	10	10	10	10	10	10
	마그네시아(<5mm)	73	73	73	73	73	73	73	73	73
	알루미나시멘트	5	5	5	5	5	5	5	5	5
	하소알루미나	10	10	10	10	10	10	10	10	10
	실리카플라워	2	2	2	2	2	2	2	2	2
	헥사메타인산소다	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05
첨가수량(%)	8.6	8.3	7.4	6.9	8.7	9.2	9.8	11.0	12.6

상기 표2에 나타난 바와같이 본 발명의 조건을 만족하는 발명재(1-4)는 처리되지 않은 흑연이나 수지만 피복된 흑연보다 낮은 수분함량을 나타내어 제타전위의 측정결과와 일치함을 알 수 있다. 특히 친수성 입자를 일반적인 혼합을 통해 흑연의 표면에 피복시킨 비교재(4)의 경우 제타전위의 값은 발명재의 경우와 비슷한 값을 나타내었지만, 내화물에 사용하는 등 실제 적용시 결합력이 약해 흑연과 쉽게 분리되어 혼련을 거치는 경우 유동도 등의 향상에 크게 기여하지 못하는 것으로 나타났다.

상술한 바와같이, 본 발명은 친수성이 없는 흑연의 표면을 합성수지와 친수성 입자로 다중 피복하여 친수성을 가지는 표면개질된 흑연입자를 제조함으로써, 흑연의 소수성 때문에 사용이 제한되어 왔던 부정형내화물 분야 등 물을 분산매로 사용하는 분야로 흑연의 응용범위를 확장시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (4)

1. 흑연표면에 합성수지 5-40중량%를 피복한 후, 건조하여 수지피복물을 얻는 단계;

   유기용매에 친수성입자를 투입하여 슬러리를 얻는 단계; 및

   상기 수지피복물에 상기 슬러리를 분사하여 친수성입자가 수지피복물 표면에 피복되게 한 후 건조하는 단계를 포함하여 구성되는 흑연의 표면개질방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 합성수지는 페놀수지, 프란수지, 키시렌수지, 멜라민수지, 아크릴수지중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 흑연의 표면개질방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 친수성 입자는 금속산화물, 금속탄화물, 금속질화물, 금속붕화물, 금속으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상의 입자인 것을 특징으로 하는 흑연의 표면개질방법.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 친수성입자의 평균입경은 상기 수지피복물의 평균입경의 50% 이하인 것을 특징으로 하는 흑연입자의 표면개질방법.