KR20100086854A - Polymer composite and making method of the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A polymer composite including carbon nanotubes with different aspect ratios is provided to improve mechanical properties due to excellent dispersibility of the carbon nanotubes and to obtain superior electrical properties. CONSTITUTION: A polymer composite includes carbon nanotubes. The carbon nanotubes have a bimodal shaped distribution graph of a weight ratio to an aspect ratio. A method for manufacturing the polymer composite comprises the following steps: preparing a first carbon nanotube(A) having an average aspect ratio of 10-65; preparing a second carbon nanotube(B) having an average aspect ratio of 130-10000; and melting and mixing the firs carbon nanotube, the second carbon nanotube, and a polymer.

Description

고분자 복합재 및 그의 제조방법{POLYMER COMPOSITE AND MAKING METHOD OF THE SAME}Polymer composite and its manufacturing method {POLYMER COMPOSITE AND MAKING METHOD OF THE SAME}

본 발명은, 탄소나노튜브를 이용한 고분자 복합재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer composite using carbon nanotubes and a method of manufacturing the same.

탄소나노튜브의 우수한 기계적, 전기적, 열적 특성이 알려진 이후 탄소나노튜브를 첨가제로 사용하여 기존 재료, 대표적으로 고분자 수지와 금속의 물성을 높이려는 시도가 많이 진행되고 있다.Since the excellent mechanical, electrical and thermal properties of carbon nanotubes are known, many attempts have been made to increase the properties of existing materials, typically polymer resins and metals, using carbon nanotubes as additives.

탄소나노튜브를 이용하여 고분자 복합재의 전기적 특성을 향상시키기 위해서는 종횡비가 큰 탄소나노튜브를 사용하는 것이 유리하다. 그러나 종횡비가 크면 탄소나노튜브간의 반데르발스 결합력에 의해 탄소나노튜브의 분산성이 저하된다.In order to improve the electrical properties of the polymer composite using carbon nanotubes, it is advantageous to use carbon nanotubes having a high aspect ratio. However, when the aspect ratio is large, dispersibility of carbon nanotubes is degraded due to van der Waals bonding force between carbon nanotubes.

저하된 분산성은 고분자 복합재의 기계적 물성을 악화시키는데, 이는 탄소나노튜브가 뭉쳐져 있는 부분과 존재하지 않는 부분에 있어 지역간 물성차가 존재하기 때문이다. 동시에 전기적 특성에 있어서도 저항이 큰 부분과 작은 부분이 불규칙하게 생성됨으로 인해 전체적인 복합재의 전기적 활용이 곤란하다.The lowered dispersibility deteriorates the mechanical properties of the polymer composite because there is a difference in physical properties between regions where carbon nanotubes are aggregated and non-existent. At the same time, the electrical resistance of the entire composite is difficult due to the irregularly generated parts with large resistance and electrical properties.

이를 해결하기 위해 탄소나노튜브 표면의 결함을 생성하는 표면 처리 기술이 도입되었다. 그러나, 표면 결함을 생성하는 과정은 탄소나노튜브의 길이를 짧게 하는 과정을 동반하기에 탄소나노튜브의 고유 특성인 높은 종횡비를 저하시킨다. 종횡비가 작은 탄소나노튜브는 나노튜브간 접점을 연결하기 어려워 전기적 네트워크를 형성하기 곤란한 문제가 있다. 반면, 길이가 짧은 탄소나노튜브를 사용하면 고분자와의 상용성은 증가하여 고분자 복합재의 기계적 물성은 향상된다.In order to solve this problem, surface treatment technology has been introduced to generate defects on the surface of carbon nanotubes. However, the process of producing surface defects is accompanied by a process of shortening the length of the carbon nanotubes, thereby lowering the high aspect ratio, which is inherent to the carbon nanotubes. Carbon nanotubes having a small aspect ratio have a problem in that it is difficult to form electrical networks due to difficulty in connecting the contacts between nanotubes. On the other hand, the use of short carbon nanotubes increases the compatibility with the polymer, thereby improving the mechanical properties of the polymer composite.

한편, 고분자 수지 관련 산업계는 압출 후 사출성형 공정을 주로 사용한다. 대량생산에 용이하기 때문이다. 하지만 고분자 복합재를 종방향으로 길게 당기는 과정이 포함되는 사출 공정은 탄소나노튜브를 끊어버리는 결과를 초래한다. 따라서 표면처리된 탄소나노튜브를 사용하는 사출공정에서 탄소나노튜브의 종횡비는 더욱 감소되어 고분자 복합재의 전기적 특성은 더욱 크게 훼손된다.Meanwhile, the polymer resin-related industry mainly uses injection molding processes after extrusion. This is because it is easy to mass production. However, the injection process, which involves pulling the polymer composite in the longitudinal direction, results in breaking the carbon nanotubes. Therefore, in the injection process using the surface-treated carbon nanotubes, the aspect ratio of the carbon nanotubes is further reduced, and the electrical properties of the polymer composite are further impaired.

본 발명은 탄소나노튜브를 사용하는 고분자 복합재에 있어, 탄소나노튜브의 분산성이 좋아 기계적 물성이 향상되면서 탄소나노튜브로 인한 전기적 특성도 우수한 고분자 복합재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a polymer composite using carbon nanotubes, and the polymer composite having excellent electrical properties due to carbon nanotubes while improving the mechanical properties of the carbon nanotubes, and a method of manufacturing the same.

상기 본 발명의 목적은 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 복합재에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 종횡비에 대한 중량비의 분포 그래프가 적어도 두 개의 산 모양을 가지는 것에 의해 달성된다.An object of the present invention is a polymer composite comprising carbon nanotubes, wherein the carbon nanotubes are achieved by having a distribution graph of weight ratio to aspect ratio having at least two acid shapes.

상기 그래프는 두 개의 산 모양을 가지고, 어느 하나의 산의 꼭지점에 해당하는 종횡비는 10 내지 65이고, 다른 하나의 산의 꼭지점에 해당하는 종횡비는 130 내지 10000일 수 있다. The graph has two mountain shapes, an aspect ratio corresponding to a vertex of one mountain may be 10 to 65, and an aspect ratio corresponding to a vertex of another mountain may be 130 to 10000.

어느 하나의 산에 해당하는 탄소나노튜브는 다른 하나의 산에 해당하는 탄소나노튜브의 0.1배 내지 10배의 중량%을 가질 수 있다.The carbon nanotubes corresponding to any one acid may have a weight ratio of 0.1 to 10 times the carbon nanotubes corresponding to the other acid.

상기 그래프는 두 개의 산 모양을 가지고, 어느 하나의 산의 꼭지점에 해당하는 종횡비는 다른 하나의 산의 꼭지점에 해당하는 종횡비의 2배 내지 1000배일 수 있다.The graph has two mountain shapes, and an aspect ratio corresponding to a vertex of one mountain may be 2 to 1000 times an aspect ratio corresponding to a vertex of another mountain.

상기 두 개의 산 모양 중 낮은 종횡비의 산에 탄소나노튜브는 표면이 개질되어 있을 수 있다.Carbon nanotubes may be modified on the surface of the acid having a low aspect ratio among the two acid forms.

상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브 및 다중벽 탄소나노튜브 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The carbon nanotubes may include at least one of single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, and multi-walled carbon nanotubes.

상기 본 발명의 목적은 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 복합재에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 종횡비가 10 내지 65인 제1탄소나노튜브와 종횡비가 130 내지 10000인 제2탄소나노튜브를 포함하며, 상기 탄소나노튜브에서 상기 제1탄소나노튜브와 및 제2탄소나노튜브는 80중량%이상이며, 상기 제1탄소나노튜브는 상기 제2탄소나노튜브의 0.1 배 내지 10배의 중량%를 가지는 것에 의해서도 달성된다.An object of the present invention is a polymer composite comprising carbon nanotubes, wherein the carbon nanotubes include a first carbon nanotube having an aspect ratio of 10 to 65 and a second carbon nanotube having an aspect ratio of 130 to 10000, wherein In the carbon nanotubes, the first carbon nanotubes and the second carbon nanotubes are 80% by weight or more, and the first carbon nanotubes have 0.1% to 10 times the weight% of the second carbon nanotubes. Is achieved.

상기 제1탄소나노튜브는 표면이 개질되어 있을 수 있다.The first carbon nanotubes may have a modified surface.

상기 본 발명의 목적은 평균 종횡비가 10 내지 65인 제1탄소나노튜브를 준비하는 단계; 평균 종횡비가 130 내지 10000인 제2탄소나노튜브를 준비하는 단계; 상기 제1탄소나노튜브, 상기 제2탄소나노튜브 및 고분자수지를 용융하여 혼련하는 단계를 포함하며, 혼련 시 상기 제1탄소나노튜브는 상기 제2탄소나노튜브의 0.1 배 내지 10배의 중량%를 가지는 고분자 복합재의 제조방법에 의하여 달성된다.An object of the present invention is to prepare a first carbon nanotube having an average aspect ratio of 10 to 65; Preparing a second carbon nanotube having an average aspect ratio of 130 to 10000; Melting and kneading the first carbon nanotubes, the second carbon nanotubes, and the polymer resin, wherein the first carbon nanotubes are 0.1 to 10 times the weight% of the second carbon nanotubes when kneading. It is achieved by a method for producing a polymer composite having a.

상기 제1탄소나노튜브는 볼밀링 등의 기계적 교반과정을 거쳐 준비될 수 있다. The first carbon nanotubes may be prepared through mechanical stirring, such as ball milling.

상기 제1탄소나노튜브의 표면개질은 열처리, 산처리 및 기능화처리 중 적어도 어느 하나의처리를 거쳐 준비될 수 있다.Surface modification of the first carbon nanotubes may be prepared through at least one of heat treatment, acid treatment, and functionalization treatment.

이상의 본 발명에 따르면 기계적 물성과 전기적 특성이 우수한 고분자 복합재 및 그 제조방법이 제공된다.According to the present invention, a polymer composite having excellent mechanical and electrical properties and a method of manufacturing the same are provided.

본 발명에 따른 고분자 복합재는 도 1과 같이 종횡비가 큰 탄소나노튜브(이하 탄소나노튜브A, 제2탄소나노튜브)와 종횡비가 작은 탄소나노튜브(이하 탄소나노튜브 B, 제1탄소나노튜브)를 함께 사용한다.The polymer composite according to the present invention is a carbon nanotube (hereinafter referred to as carbon nanotube A, second carbon nanotube) having a high aspect ratio and a carbon nanotube having a small aspect ratio (hereinafter referred to as carbon nanotube B and first carbon nanotube) as shown in FIG. 1. Use together.

이에 의해 종횡비가 작은 탄소나노튜브 B의 우수한 분산성 및 종횡비가 큰 탄소나노튜브 A의 전기적 특성이 동시에 발현된다.As a result, excellent dispersibility of carbon nanotubes B having a small aspect ratio and electrical characteristics of carbon nanotubes A having a large aspect ratio are simultaneously expressed.

따라서 도 2와 같이 사출공정을 거쳐도 탄소나노튜브의 파열을 방지할 수 있어 사출 이전의 전기적 네트워크를 유지할 수 있다. 전기적 네트워크는 도 3과 같이 주로 종횡비가 큰 탄소나노튜브를 중심으로 이루어진다. 도 3에서 점으로 표시한 부분은 전기적 접점이 이루어지는 위치이다.Therefore, even through the injection process as shown in Figure 2 it is possible to prevent the burst of the carbon nanotubes to maintain the electrical network before injection. The electrical network mainly consists of carbon nanotubes having a large aspect ratio as shown in FIG. 3. In FIG. 3, the part indicated by a dot is a position at which an electrical contact is made.

탄소나노튜브 A 및 탄소나노튜브 B는 각각 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어 질 수 있다.Carbon nanotube A and carbon nanotube B may each comprise at least one of single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes.

탄소나노튜브 B는 종횡비가 큰 탄소나노튜브를 표면개질하고 볼밀링 등의 기계적 교반처리를 함으로써 얻을 수도 있다. 특히 탄소나노튜브 B는 탄소나노튜브 A로부터 얻어질 수도 있다. 표면개질의 방법은 통상의 산처리, 열처리 방법 그리고 카르복실기나 아민기, 실란기 등의 작용기를 붙이는 기능화 처리를 포함할 수 있다.Carbon nanotubes B can also be obtained by surface modification of carbon nanotubes having a high aspect ratio and mechanical agitation such as ball milling. In particular, carbon nanotubes B may be obtained from carbon nanotubes A. The surface modification method may include a conventional acid treatment, a heat treatment method, and a functionalization treatment to which functional groups such as carboxyl groups, amine groups, and silane groups are attached.

일실시예에서 고분자 복합재 내에 포함되어 있는 탄소나노튜브를 종횡비에 따른 중량비로 나타내면 도 4와 같은 분포 그래프를 얻을 수 있다.In one embodiment, when the carbon nanotubes included in the polymer composite are represented by weight ratio according to aspect ratio, a distribution graph as shown in FIG. 4 may be obtained.

도 4에서 어떤 특정한 종횡비에 해당하는 중량비는 전체 탄소나노튜브에서 그 종횡비에 해당하는 탄소나노튜브가 차지하는 중량비를 나타낸다.  In FIG. 4, a weight ratio corresponding to a specific aspect ratio represents a weight ratio of carbon nanotubes corresponding to the aspect ratio of the entire carbon nanotubes.

도 4의 그래프를 보면 2개의 산이 있다. 비교적 높은 종횡비를 가지며 종횡비 a에서 꼭지점을 가지는 산은 탄소나노튜브 A에 해당한다. 비교적 낮은 종횡비를 가지며 종횡비 b에서 꼭지점을 가지는 산은 탄소나노튜브 B에 해당한다.Looking at the graph of Figure 4 there are two mountains. An acid having a relatively high aspect ratio and having a vertex at the aspect ratio a corresponds to carbon nanotube A. An acid having a relatively low aspect ratio and having a vertex at the aspect ratio b corresponds to carbon nanotube B.

종횡비 a/종회비 b는 2 내지 1000일 수 있다. 구체적으로, 종횡비 a는 130 내지 1000 또는 130 내지 10000이며, 종횡비 b는 10 내지 65일 수 있다. Aspect ratio a / aspect ratio b may be between 2 and 1000. Specifically, the aspect ratio a may be 130 to 1000 or 130 to 10000, and the aspect ratio b may be 10 to 65.

다른 실시예에서 탄소나노튜브 A의 종횡비는 130 내지 1000 또는 130 내지 10000일 수 있으며, 탄소나노튜브 B의 종횡비는 10 내지 65일 수 있다. 또 다른 실시예에서 탄소나노튜브 A의 평균종횡비는 130 내지 1000 또는 130 내지 10000이고, 탄소나노튜브 B의 평균종횡비는 10 내지 65일 수 있다. 본 발명에서 평균종횡비는 무게평균이 아닌 수평균 종횡비이다.In another embodiment, the aspect ratio of carbon nanotubes A may be 130 to 1000 or 130 to 10000, and the aspect ratio of carbon nanotubes B may be 10 to 65. In another embodiment, the average aspect ratio of carbon nanotubes A may be 130 to 1000 or 130 to 10000, and the average aspect ratio of carbon nanotubes B may be 10 to 65. In the present invention, the average aspect ratio is not the weight average but the number average aspect ratio.

탄소나노튜브A가 너무 길면 불균일한 분산에 따른 기계적 물성 저하가 나타날 수 있으며, 반면, 탄소나노튜브 B가 너무 짧으면 전기적 네트워크 형성을 위해 탄소나노튜브의 총함량이 과도하게 높아져야 하는 문제가 발생한다.If the carbon nanotube A is too long, mechanical properties may decrease due to uneven dispersion. On the other hand, if the carbon nanotube B is too short, the total content of the carbon nanotube may be excessively increased to form an electrical network.

종횡비-중량비의 그래프는 다양하게 변형될 수 있는데, 산 모양을 이루는 탄소나노튜브 A 및 탄소나노튜브 B는 전체 탄소나노튜브의 80중량%이상 100중량%일 수 있다. 종횡비-중량비 그래프에서 서로 구별되는 산이 2개 이상 있다면 본 발명에 해당하며, 각 산에는 숄더가 형성되어 있을 수도 있다. 종횡비-중량비 그래프에서 서로 구별되는 산이 2개 이상 있다는 것은 제조과정에서 서로 구별되는 종횡비 를 가지는 탄소나노튜브를 2종류 이상 사용한 것을 의미한다.The graph of the aspect ratio-weight ratio may be variously modified, and the acid-shaped carbon nanotubes A and C may be 80 wt% or more and 100 wt% of the total carbon nanotubes. If there are two or more acids distinguished from each other in the aspect ratio-weight ratio graph, this corresponds to the present invention, and each acid may have a shoulder formed thereon. In the aspect ratio-weight ratio graph, the presence of two or more distinct acids means that two or more types of carbon nanotubes having different aspect ratios are used in the manufacturing process.

두 탄소나노튜브의 상대량은 탄소나노튜브의 성상에 따라 달라진다. 그러나 탄소나노튜브A가 너무 많으면 복합재 내 탄소나노튜브의 불균일한 분산에 따른 기계적 물성 저하가 나타날 수 있다. 반면, 탄소나노튜브 B가 너무 많으면 전기적 네트워크 형성을 위해 탄소나노튜브의 총함량이 과도하게 높아져야 하는 문제가 발생한다.The relative amount of the two carbon nanotubes depends on the properties of the carbon nanotubes. However, too much carbon nanotubes A may cause mechanical properties to decrease due to non-uniform dispersion of carbon nanotubes in the composite. On the other hand, if there are too many carbon nanotubes B, a problem arises in that the total content of carbon nanotubes must be excessively increased in order to form an electrical network.

그러나 탄소나노튜브 A와 탄소나노튜브 B의 중량비는 탄소나노튜브 고유의 성상에 따라, 또한 기계적 물성 및 전기적 특성 중 어느 것을 우선시할 것인가 등에 따라 당업자에 의하여 용이하게 결정될 수 있으므로, 특별히 제한되지 않는다. 탄소나노튜브 A/탄소나노튜브 B의 중량비는 0.1 내지 10일 수 있다.However, the weight ratio of carbon nanotube A and carbon nanotube B can be easily determined by those skilled in the art according to the intrinsic properties of carbon nanotubes, and which of the mechanical and electrical properties is to be prioritized, and is not particularly limited. The weight ratio of carbon nanotubes A / carbon nanotubes B may be 0.1 to 10.

한편, 이상 설명한 탄소나노튜브의 종횡비-중량비 그래프는 다양한 형태를 가질 수 있다. 도 5를 보면 그래프는 3개의 산을 가지고 있으며, 도 6을 보면 그래프는 탄소나노튜브 B가 탄소나노튜브 A보다 큰 중량비를 가지고 있으며, 산 간의 구분이 도 4보다 분명하지 않다.Meanwhile, the aspect ratio-weight ratio graph of the carbon nanotubes described above may have various forms. Referring to FIG. 5, the graph has three acids, and in FIG. 6, the graph shows that carbon nanotubes B have a larger weight ratio than carbon nanotubes A, and the distinction between acids is not clearer than that of FIG. 4.

이하 고분자 복합재의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the polymer composite material will be described.

먼저, 종횡비가 큰 탄소나노튜브 A 및 종횡비가 작은 탄소나노튜브 B를 준비한다. 탄소나노튜브 A의 평균 종횡비는 130 내지 10000이고, 탄소나노튜브 B의 평균 종횡비는 10 내지 65일 수 있다. First, carbon nanotubes A having a large aspect ratio and carbon nanotubes B having a small aspect ratio are prepared. The average aspect ratio of carbon nanotubes A may be 130 to 10000, and the average aspect ratio of carbon nanotubes B may be 10 to 65.

이후 탄소나노튜브 A, 탄소나노튜브 B 및 고분자 수지를 용융하여 혼합시킨다. Thereafter, the carbon nanotubes A, carbon nanotubes B, and the polymer resin are melted and mixed.

탄소나노튜브와 고분자 수지의 혼합과정은, 예를 들면, 인텐시브 인터널 믹서(intensive internal mixer), 압출기(extruder)와 같은 통상적인 혼합장치를 이용하여 수행될 수 있다.The mixing process of the carbon nanotubes and the polymer resin may be performed by using a conventional mixing apparatus such as an intensive internal mixer or an extruder.

탄소나노튜브와 고분자의 혼합과정에 있어, 탄소나노튜브의 총함량은 작을수록 바람직하다. 그러나 총함량이 너무 적으면 제조된 복합재의 전기적 물성이 불충분할 수 있고, 너무 크면 복합재의 기계적 물성의 저하를 초래할 수 있다. 탄소나노튜브의 함량은 0.1~20중량%일 수 있으며, 바람직하게는 0.1~10중량%일 수 있다. 이때 고분자는 폴리페닐렌 설파이드, 폴리페닐렌 옥시드, 액정 폴리머, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리비닐화 불소 또는 폴리올레핀을 포함하며 상기 폴리머가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.In the process of mixing carbon nanotubes and polymers, the smaller the total content of carbon nanotubes, the better. However, if the total content is too small, the electrical properties of the manufactured composite may be insufficient, and if the total content is too large, the mechanical properties of the composite may be reduced. The content of the carbon nanotubes may be 0.1 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight. The polymers include polyphenylene sulfides, polyphenylene oxides, liquid crystal polymers, polyamides, polycarbonates, polyesters, polyvinylated fluorine or polyolefins and the polymers do not limit the scope of the invention.

이하 본 발명을 실험결과를 통해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through experimental results.

실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 1 및 비교예 2Examples 1 to 3, comparative example 1 and comparative example 2

삼양사의 폴리카보네이트 3017PJ를 기재로 하고, 평균 종횡비가 150인 탄소나노튜브 A와 평균 종횡비가 50인 표면개질된 탄소나노튜브 B의 상대 중량비를 달리하여 실험하였다.Based on Samyang's polycarbonate 3017PJ, the experiment was performed by varying the relative weight ratios of carbon nanotubes A having an average aspect ratio of 150 and surface modified carbon nanotubes B having an average aspect ratio of 50.

탄소나노튜브와 고분자 수지의 혼합과정은 압출기(twin screw extruder)를 사용하였으며, 압출과정에서 180?로 가열하여 만들어진 펠렛을 150?, 3000 psi 하에서 2.4mm 두께의 시편으로 사출성형함으로써, 고강도 전기전도성 복합재를 제조하였다.The mixing process of carbon nanotubes and polymer resins was carried out using a twin screw extruder, and the pellets made by heating at 180 ° during the extrusion process were injection molded into specimens of 2.4 mm thickness under 150 ° and 3000 psi. Composites were prepared.

각 실험의 조성은 표1에 요약하였으며, 탄소나노튜브의 총함량은 복합재의 3 중량% 였으며, [표1]의 조성비는 사용된 탄소나노튜브의 중량비를 나타낸 것이다.The composition of each experiment is summarized in Table 1, the total content of carbon nanotubes was 3% by weight of the composite, the composition ratio of Table 1 represents the weight ratio of the carbon nanotubes used.

[표 1] TABLE 1

구분division 조성비Creation costs 탄소나노튜브 ACarbon Nanotubes A 탄소나노튜브 BCarbon Nanotubes B 실시예 1Example 1 77 33 실시예 2Example 2 55 55 실시예 3Example 3 33 77 비교예 1Comparative Example 1 1010 00 비교예 2Comparative Example 2 00 1010

물성평가Property evaluation

실시예 1 내지 실시예 3에서 얻은 고분자 복합재에 대하여 전기전도도, 인장강도, 충격강도를 평가하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 전기전도도는 4점 탐침법에 의하여 측정하였고, 인장강도는 ASTM D638, 충격강도는 ASTM D256에 의하여 측정되었다.The electrical conductivity, tensile strength, and impact strength of the polymer composites obtained in Examples 1 to 3 were evaluated, and the results are shown in Table 2. Electrical conductivity was measured by four-point probe method, tensile strength was measured by ASTM D638, impact strength was measured by ASTM D256.

[표 2]TABLE 2

구분division 표면저항
[Ω/cm2]Surface resistance
[Ω / cm 2 ] 인장강도
[kgf/cm2]The tensile strength
[kg f / cm 2 ] 충격강도
[kg·cm/cm]Impact strength
[kgcm / cm] 실시예1Example 1 104 10 4 510510 7.507.50 실시예2Example 2 105 10 5 570570 8.108.10 실시예3Example 3 108 10 8 610610 9.059.05 비교예1Comparative Example 1 107 10 7 9090 4.104.10 비교예2Comparative Example 2 1010 10 10 650650 9.189.18

표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 고분자 복합재는 104~108 Ω/cm2의 비교적 낮은 표면저항을 가지는데, 이러한 수치는 전자파차폐 및 정전기방지를 위한 요구치를 충분히 만족시킬 정도의 표면저항을 가지고 있다.As shown in Table 2, the polymer composites of Examples 1 to 3 have relatively low surface resistances of 10 4 to 10 8 Ω / cm 2 , which are sufficient to satisfy the requirements for electromagnetic shielding and antistatic. It has a surface resistance of.

종횡비가 다른 두 가지 탄소나노튜브를 함께 사용한 실시예 1 내지 실시예 3 의 고분자 복합재는 표면저항이 작은 값을 갖고 우수한 기계적 물성을 나타내고 있다. The polymer composites of Examples 1 to 3 using two carbon nanotubes having different aspect ratios have a low surface resistance and exhibit excellent mechanical properties.

탄소나노튜브 A만을 사용한 비교예 1의 고분자 복합재와 종횡비가 작고 표면개질된 탄소나노튜브 B을 사용한 비교예 2를 살펴보면 다음과 같다.Looking at the polymer composite of Comparative Example 1 using only carbon nanotube A and Comparative Example 2 using a small surface aspect-modified carbon nanotube B as follows.

비교예 1은 상대적으로 전기전도도가 우수하지만 인장강도와 충격강도 등 기계적 물성은 열악한 것으로 나타났다. 이는 종횡비가 작은 탄소나노튜브에 비해 종횡비가 큰 탄소나노튜브의 전기적 네트워크 형성이 용이하나, 낮은 분산성으로 인해 기계적 물성이 저하된 것으로 추정된다. Comparative Example 1 was relatively excellent in electrical conductivity, but mechanical properties such as tensile strength and impact strength was poor. It is easy to form an electrical network of carbon nanotubes having a large aspect ratio compared to carbon nanotubes having a small aspect ratio, but it is estimated that mechanical properties are degraded due to low dispersibility.

이에 반해 비교예 2는 종횡비가 작고 표면개질된 탄소나노튜브가 복합재에서 높은 분산성을 보임과 동시에 향상된 고분자와의 상용성에 의해 우수한 기계적 물성을 보이나, 전기적 네트워크를 형성하기에는 부적합함을 보여준다.On the contrary, Comparative Example 2 shows that the carbon nanotubes having a small aspect ratio and surface-modified carbon nanotubes exhibit high dispersibility in the composite and exhibit excellent mechanical properties due to compatibility with the improved polymer, but are not suitable for forming an electrical network.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 종횡비가 다른 탄소나노튜브를 이용함으로써 기계적 물성까지 향상시킨 탄소나노튜브를 이용한 고분자 복합재를 제조할 수 있는 효과가 있으며, 이는 압출 및 사출 공정을 거쳐 탄소나노튜브 A의 종횡비가 다소 감소되어도 마찬가지 효과가 예상된다.As described above, according to the present invention, by using carbon nanotubes having different aspect ratios, there is an effect that a polymer composite using carbon nanotubes having improved mechanical properties can be manufactured, which is subjected to carbon nanotubes A through an extrusion and injection process. The same effect is expected even if the aspect ratio of is slightly reduced.

또한, 본 발명은 종횡비가 작은 탄소나노튜브가 복합재 내에서 거시적으로 고르게 분산되기에 기계적 물성의 균질성을 가져올 수 있다는 점과 표면처리된 탄소나노튜브가 고분자 수지와의 상용성이 증대되기에 기계적 물성의 증대를 가져올 수 있다는 점에서 고분자 복합재의 기계적 물성을 균일하게 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention is that the carbon nanotubes having a small aspect ratio are uniformly dispersed in the composite material, which can bring about the homogeneity of mechanical properties, and the surface-treated carbon nanotubes have increased mechanical compatibility with the polymer resin. In this regard, the mechanical properties of the polymer composite may be uniformly improved in that it may lead to an increase.

또한, 본 발명은 고분자 수지 내 탄소나노튜브의 균일한 분산을 위한 혼합과 정을 단축시킬 수 있어 이에 필요한 공정비용을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한 서로 다른 종횡비의 탄소나노튜브를 사용함으로써 고분자 수지 내 탄소나노튜브의 미시적, 거시적 분산성을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can shorten the mixing process for uniform dispersion of the carbon nanotubes in the polymer resin has the effect of reducing the required process cost. In addition, by using carbon nanotubes having different aspect ratios, it is possible to increase the microscopic and macroscopic dispersibility of the carbon nanotubes in the polymer resin.

또한, 본 발명은 탄소나노튜브의 종횡비가 작을 때는 전기적 네트워크 형성을 위해 필요한 탄소나노튜브의 함량이 증대하나, 서로 다른 종횡비의 탄소나노튜브를 사용함으로써 적은 양의 탄소나노튜브 만으로 우수한 전기적 특성을 얻을 수 있는 기술적, 경제적 효과가 있다.In addition, in the present invention, when the aspect ratio of the carbon nanotubes is small, the content of carbon nanotubes required for the formation of the electrical network increases, but by using carbon nanotubes having different aspect ratios, excellent electrical properties can be obtained with only a small amount of carbon nanotubes. There is a technical and economic effect.

도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 고분자 복합재 개념도이고,1 is a conceptual diagram of a polymer composite using carbon nanotubes according to the present invention;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고분자 복합재의 개념도로서 사출공정 이전과 이후의 모습이고,2 is a conceptual diagram of a polymer composite according to an embodiment of the present invention before and after the injection process,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고분자 복합재에서 전기적 연결을 설명하기 위한 도면이고,3 is a view for explaining the electrical connection in the polymer composite according to an embodiment of the present invention,

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 고분자 복합재에서 탄소나노튜브의 종횡비-중량비를 나타낸 그래프이다.4 to 6 is a graph showing the aspect ratio-weight ratio of carbon nanotubes in the polymer composite according to the present invention.

Claims (11)

탄소나노튜브를 포함하는 고분자 복합재에 있어서,In the polymer composite containing carbon nanotubes, 상기 탄소나노튜브는 종횡비에 대한 중량비의 분포 그래프가 적어도 두 개의 산 모양을 가지는 고분자 복합재.The carbon nanotubes are polymer composites having a distribution ratio of weight ratio to aspect ratio of at least two acid shapes. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 그래프는 두 개의 산 모양을 가지고,The graph has two mountain shapes, 어느 하나의 산의 꼭지점에 해당하는 종횡비는 10 내지 65이고,The aspect ratio corresponding to the vertex of any one mountain is 10 to 65, 다른 하나의 산의 꼭지점에 해당하는 종횡비는 130 내지 10000인 것을 특징으로 하는 고분자 복합재.Aspect ratio corresponding to the vertex of the other acid is a polymer composite, characterized in that 130 to 10000. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 어느 하나의 산에 해당하는 탄소나노튜브는 다른 하나의 산에 해당하는 탄소나노튜브의 0.1배 내지 10배의 중량%을 가지는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재.Carbon nanotubes corresponding to any one acid has a polymer composite of 0.1 to 10 times the weight percent of the carbon nanotubes corresponding to the other acid. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 그래프는 두 개의 산 모양을 가지고,The graph has two mountain shapes, 어느 하나의 산의 꼭지점에 해당하는 종횡비는 다른 하나의 산의 꼭지점에 해당하는 종횡비의 2배 내지 1000배인 것을 특징으로 하는 고분자 복합재.The aspect ratio corresponding to the vertex of one acid is a polymer composite, characterized in that 2 to 1000 times the aspect ratio corresponding to the vertex of the other acid. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 두 개의 산 모양 중 낮은 종횡비의 산에 탄소나노튜브는 표면이 개질되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재.The polymer composite, characterized in that the surface of the carbon nanotubes in the acid having a low aspect ratio of the two acid shape is modified. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브 및 다중벽 탄소나노튜브 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고분자 복합재.The carbon nanotube is a polymer composite using carbon nanotubes, characterized in that it comprises at least one of single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes. 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 복합재에 있어서,In the polymer composite containing carbon nanotubes, 상기 탄소나노튜브는 종횡비가 10 내지 65인 제1탄소나노튜브와 종횡비가 130 내지 10000인 제2탄소나노튜브를 포함하며,The carbon nanotubes include a first carbon nanotube having an aspect ratio of 10 to 65 and a second carbon nanotube having an aspect ratio of 130 to 10000, 상기 탄소나노튜브에서 상기 제1탄소나노튜브와 및 제2탄소나노튜브는 80중량%이상이며,In the carbon nanotubes, the first carbon nanotubes and the second carbon nanotubes are 80% by weight or more, 상기 제1탄소나노튜브는 상기 제2탄소나노튜브의 0.1 배 내지 10배의 중량%를 가지는 고분자 복합재.The first carbon nanotubes are polymer composite having 0.1 to 10 times the weight percent of the second carbon nanotubes. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제1탄소나노튜브는 표면이 개질되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재.The first carbon nanotubes are polymer composite, characterized in that the surface is modified. 평균 종횡비가 10 내지 65인 제1탄소나노튜브를 준비하는 단계;Preparing a first carbon nanotube having an average aspect ratio of 10 to 65; 평균 종횡비가 130 내지 10000인 제2탄소나노튜브를 준비하는 단계;Preparing a second carbon nanotube having an average aspect ratio of 130 to 10000; 상기 제1탄소나노튜브, 상기 제2탄소나노튜브 및 고분자수지를 용융하여 혼련하는 단계를 포함하며,Melting and kneading the first carbon nanotubes, the second carbon nanotubes, and a polymer resin; 혼련 시 상기 제1탄소나노튜브는 상기 제2탄소나노튜브의 0.1 배 내지 10배의 중량%를 가지는 고분자 복합재의 제조방법.The first carbon nanotube when kneading the method of manufacturing a polymer composite having a weight ratio of 0.1 times to 10 times the second carbon nanotubes. 제9항에 있어서The method of claim 9 상기 제1탄소나노튜브는 볼밀링 등의 기계적 교반과정을 거쳐 준비되는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재의 제조방법. The first carbon nanotube is a method for producing a polymer composite, characterized in that prepared through a mechanical stirring process, such as ball milling. 청구항 9에 있어서 The method according to claim 9 상기 제1탄소나노튜브의 표면개질은 열처리, 산처리 및 기능화처리 중 적어도 어느 하나의처리를 거쳐 준비되는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재의 제조방법.Surface modification of the first carbon nanotubes is a method for producing a polymer composite, characterized in that prepared through at least one treatment of heat treatment, acid treatment and functionalization treatment.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013105757A1 (en) * 2012-01-12 2013-07-18 Hanwha Chemical Corporation Resin composition for emi shielding, comprising carbon hydride composite
US20140264187A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Carla Lake Composite Powders For Laser Sintering

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013105757A1 (en) * 2012-01-12 2013-07-18 Hanwha Chemical Corporation Resin composition for emi shielding, comprising carbon hydride composite
KR101329974B1 (en) * 2012-01-12 2013-11-13 한화케미칼 주식회사 A resin composition for EMI shielding, comprising carbon hydride composite
CN104093787A (en) * 2012-01-12 2014-10-08 韩华石油化学株式会社 Resin composition for emi shielding, comprising carbon hydride composite
CN104093787B (en) * 2012-01-12 2016-10-26 韩华石油化学株式会社 The resin combination comprising hydrogenated carbon complex for electromagnetic interference shield
US9505903B2 (en) 2012-01-12 2016-11-29 Hanwha Chemical Corporation Resin composition for EMI shielding, comprising carbon hydride composite
US20140264187A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Carla Lake Composite Powders For Laser Sintering

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