KR20180096388A - 기계적 강도가 향상된 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재에 관한 것으로, 폴리우레탄 폼에 대하여 다중벽 탄소나노튜브를 적정량 첨가함으로써 대부분의 온도 대역에서 기존 폴리우레탄폼 대비 기계적 강도는 향상되고 셀 크기는 감소되도록 한 것이다.

Description

기계적 강도가 향상된 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재{MWNT-PUF MATERIAL WITH IMPROVED MECHANICAL STRENGTH}

본 발명은 파우더형 소재 압축 시험용 지그에 관한 것으로, 특히 폴리우레탄 폼에 대하여 다중벽 탄소나노튜브를 적정량 첨가함으로써 대부분의 온도 대역에서 기존 폴리우레탄폼 대비 기계적 강도는 향상되고 셀 크기는 감소되도록 한 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재에 관한 것이다.

일반적으로 LNG 운반선의 액화화물 탱크 단열재는 선박의 6자유도 운동으로 말미암아 야기되는 영하 163도의 LNG 유동으로 인한 충격하중과 내부 유체의 자중으로 인한 압축하중을 받기 때문에 충격 에너지를 흡수하고 다양한 하중에도 잘 견딜 수 있어야 한다.

이러한 이유로 폴리우레탄 폼이 뛰어난 기계적 성질, 우수한 단열성능, 가벼운 무게 등의 장점으로 여러 산업분야에서 적용되고 있으며, 육상 극저온 저장 용기와는 달리 유리섬유 Graphite와 같은 강화제를 첨가하여 외력 저항성을 높인 단열재를 선박 저장탱크에 사용하고 있는 상황이다.

그러나 이같은 종래기술에 의한 폴리우레탄 폼은 기계적 강도 충분하지 못한 관계로 슬로링 하중으로 인해 방열시스템에 충격하중이 발생되는 원인이 되었다.

한국공개특허공보 제2013-0069221호(2013.06.26)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 폴리우레탄 폼에 대하여 다중벽 탄소나노튜브를 적정량 첨가함으로써 대부분의 온도 대역에서 기존 폴리우레탄폼 대비 기계적 강도는 향상되고 셀 크기는 감소되도록 한 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재는, 폴리우레탄 폼에 0.02wt%의 다중벽 탄소나노튜브가 첨가되어 합성된 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

본 발명에 의한 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재는, 폴리우레탄 폼에 대하여 다중벽 탄소나노튜브를 적정량 첨가함으로써 대부분의 온도 대역에서 기존 폴리우레탄폼 대비 기계적 강도는 향상되고 셀 크기는 감소되는 효과를 갖는다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 의한 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재에 있어서 온도 및 CNT wt%에 따른 기계적 거동을 나타낸 그래프
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 의한 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재에 있어서 CNT wt%에 따른 미세구조 분석 결과를 나타낸 사진
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재의 제조방볍을 설명하기 위한 참조도

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 파우더형 소재 압축 시험용 지그에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 의한 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재에 있어서 온도 및 CNT wt%에 따른 기계적 거동을 나타낸 그래프이며, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 의한 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재에 있어서 CNT wt%에 따른 미세구조 분석 결과를 나타낸 사진이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재의 제조방볍을 설명하기 위한 참조도이다.

본 발명의 실시예는 폴리우레탄 폼의 기계적 강도향상을 위한 연구의 일환으로 탄소 나노소재와의 물리, 화학적 합성을 통한 단열재를 개발한 것이다.

이를 위해 폴리올과 이소시아네이트의 중합반응으로 인해 생성되는 폴리우레탄폼의 합성과정 중 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)의 중량비를 조절하여 합성을 수행하였다.

이같은 합성 시 5000rpm의 교반속도를 고려하였으며, 초음파 분산장비를 이용하여 약 15분간의 분산처리를 수행하였다.

제작이 완료된 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 샘플을 이용하여 FESEM 장비를 활용한 미세구조 분석을 수행 하였고, wt%에 의존한 기계적 성능을 분석하였다.

최종적으로 극저온 온도를 포함한 온도, 중량비, 밀도에 의존한 기계적 거동을 정량적으로 분석 하였으며, 종래의 폴리우레탄 폼(pure PUF)과의 성능비교를 한 결과 본 발명의 실시예에 의한 폴리우레탄 폼의 우수성을 확인할 수 있었다.

연구 결과에 따르면 , 본 발명의 실시예에 의한 폴리우레탄 폼에 다중벽 탄소나노튜브 0.02wt%가 첨가되었을 때 도 1a 내지 도 1c에 나타난 것처럼 종래의 폴리우레탄 폼(pure PUF) 대비 기계적 성능이 향상되었고 도 2a 내지 도 2c에 비교된 것처럼 셀 크기가 감소된 것을 확인할 수 있었다.

하지만 본 발명의 다중벽 탄소나노튜브의 중량비가 특정 값 이상이 되면 폴리우레탄 폼의 셀 벽이 깨어지는 현상을 관찰 하였고 그 결과 기계적 성능 또한 감소되는 경향을 보였다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 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 (1)

1. 폴리우레탄 폼에 0.02wt%의 다중벽 탄소나노튜브가 첨가되어 합성된 것을 특징으로 하는 다중벽 탄소나노튜브 폴리우레탄 폼 소재.

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