KR20200011052A - Method of Manufacturing Carbonnanotube Pellet and Carbonnanotube Pellet Manufactured there by - Google Patents

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Abstract

Provided by the present invention is a carbon nanotube pellet manufacturing method including: a step (a) of producing a mixture of polymerizable thermoplastic resin and carbon nanotubes which generate PA6 (nylon 6) in a case of reaction polymerization; a step (b) of producing a masterbatch by in-situ polymerization after adding a catalyst and an activator to the mixture of the step (a); and a step (c) of producing carbon nanotube pellets by introducing polymer resin and the masterbatch of the step (b) to an extruder having a dispersing structure for dispersion of carbon nanotubes on a screw. The carbon nanotube pellet manufactured by the method of the present invention minimizes mass production cost of products by minimizing the content of carbon nanotubes and provides advantages of excellent electrical conductivity and electromagnetic shielding efficiency by exhibiting the minimum level of electrical resistance.

Description

탄소나노튜브 펠릿 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 탄소나노튜브 펠릿{Method of Manufacturing Carbonnanotube Pellet and Carbonnanotube Pellet Manufactured there by}Method of manufacturing carbon nanotube pellets and carbon nanotube pellets produced by the same method {Method of Manufacturing Carbonnanotube Pellet and Carbonnanotube Pellet Manufactured there by}

본 발명은 탄소나노튜브 펠릿 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 탄소나노튜브 펠릿에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중합 가능한 열가소성 수지 및 탄소나노튜브의 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물에 촉매제 및 활성화제를 첨가한 다음 인시츄(in-situ) 중합하여 마스터배치를 제조하는 단계 및 압출기에 상기 마스터배치 및 고분자 수지를 투입하여 탄소나노튜브 펠릿을 제조하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 펠릿 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 탄소나노튜브 펠릿에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing carbon nanotube pellets and to carbon nanotube pellets prepared by the method, and more particularly, to preparing a mixture of a polymerizable thermoplastic resin and carbon nanotubes, a catalyst and activation in the mixture. Method of preparing a carbon nanotube pellet comprising the step of preparing a master batch by adding an agent and then in-situ polymerization and preparing the carbon nanotube pellet by injecting the master batch and a polymer resin into an extruder; It relates to carbon nanotube pellets produced by the production method.

탄소나노튜브가 이지마에 의해 처음으로 발견된 이후, 이들의 우수한 물성을 이용한 고분자 수지 복합 재료에 관한 연구가 진행되었다. 복합 재료의 개발과 관련하여, 실험실 수준에서는 상기 탄소 나노튜브의 물성을 잘 발현시킨 다양한 복합 재료가 개발 및 보고되었으나, 대량 생산 및 보급에 있어서는 기대 수준에 미치지 못하고 있다.Since carbon nanotubes were first discovered by Ijima, research on polymer resin composite materials using their excellent physical properties has been conducted. Regarding the development of the composite material, various composite materials that well express the physical properties of the carbon nanotubes have been developed and reported at the laboratory level, but are not meeting the expected level in mass production and distribution.

그래핀은 기존의 다른 카본 재료와 비교하여 넓은 표면적을 가질 뿐만 아니라 기계적 강도, 열·전기적 특성이 매우 우수하고, 유연성과 투명성을 가진다. 이러한 그래핀의 우수한 기계적, 전기적 및 열적 특성으로 인하여 그래핀이 충전된 고분자 복합 재료는 물성이 크게 향상될 수 있다. 또한, 그래핀은 구조적 특이성으로 인하여 우수한 가스차단 특성 또한 나타내므로, 그래핀을 포함하는 고분자 복합재료는 전자기기 부품, 에너지 저장 매체, 유기태양전지, 방열 소재, 필름 포장재 및 생체모방 응용소자 등 다양한 분야에서 주목받고 있다.Graphene not only has a large surface area compared to other carbon materials, but also has excellent mechanical strength, thermal and electrical properties, and flexibility and transparency. Due to the excellent mechanical, electrical and thermal properties of the graphene, the graphene-filled polymer composite material may have greatly improved physical properties. In addition, graphene also exhibits excellent gas barrier properties due to its structural specificity, and thus, the polymer composite material including graphene includes various electronic devices, energy storage media, organic solar cells, heat radiation materials, film packaging materials, and biomimetic applications. It is attracting attention in the field.

한편, 최근 스마트 디바이스의 고속 성장 이후 각종 사물들은 통신을 기반으로 한 IoT(사물인터넷) 시대로의 진화, 자동차 전장 시스템의 비중 증가 등 다양한 추세에 따라 전도성 컴파운드 소재의 필요성은 더욱 증대될 것으로 전망된다. 고분자에 전도성 필러를 혼입하여 제조하는 전도성 고분자 복합소재는 표면저항 및 전기전도도 수준에 따라 다양한 응용이 가능하다.On the other hand, after the rapid growth of smart devices, the need for conductive compound materials is expected to increase according to various trends such as the evolution of the Internet of Things (IoT) based on communication and the increasing proportion of automotive electronic systems. . The conductive polymer composite material prepared by incorporating the conductive filler into the polymer may have various applications depending on the surface resistance and the electrical conductivity level.

이러한 시장상황에서 탄소나노튜브 및 그래핀 등의 나노 소재들은 기존 전도성 필러에 비해 우수한 기계적 물성, 전기전도 및 열전도도 등의 특성으로 인해 기존 전도성 고분자 복합소재를 대체하여 빠른 속도로 시장에 진입하고 있으며, 사출공정으로 저렴한 가공이 가능한 전도성 컴파운드 기술개발에 대한 수요가 끊이지 않고 있다.In such a market situation, nano materials such as carbon nanotubes and graphene are rapidly entering the market by replacing existing conductive polymer composite materials due to superior mechanical properties, electrical conductivity and thermal conductivity, compared to conventional conductive fillers. There is a constant demand for the development of conductive compound technology that enables low-cost processing by injection molding.

최근 수백톤 규모로 양산 시판되고 있는 다중벽 탄소나노튜브를 3-5 wt% 수준으로 혼입한 대전방지 컴파운드가 상용화되었으나 다양한 응용분야에 적용하기 위한 저가화가 요구되고 있다.Recently, antistatic compounds incorporating commercially available multi-walled carbon nanotubes on a scale of several hundred tons to 3-5 wt% have been commercialized, but low cost is required for various applications.

전자파 차폐 컴파운드는 대전방지 컴파운드에 비해 더 낮은 수준의 전기저항이 요구되고 필연적으로 전형적인 용융 컴파운딩 공정으로는 8-10 wt% 이상 수준의 탄소나노튜브 혼입량이 요구되며, 고단가로 인한 가격 저항으로 시장을 형성하지 못하고 있다.Electromagnetic shielding compounds require lower levels of electrical resistance than antistatic compounds and inevitably require more than 8-10 wt% of carbon nanotubes to be incorporated into typical melt compounding processes. Failed to form.

탄소나노튜브는 긴 종횡비에 의해 소량으로 복합소재의 전기전도도를 향상시킬 수 있기 때문에 시장에서 가장 주목받는 전도성 필러이며, 특히 단가가 상대적으로 저렴한 다중벽 탄소나노튜브가 많이 고려되고 있다.Carbon nanotubes are the most popular conductive fillers on the market because they can improve the electrical conductivity of composite materials in small amounts due to their long aspect ratios, and multi-walled carbon nanotubes, which are relatively inexpensive, have been considered.

다중벽 탄소나노튜브가 혼입된 전도성 컴파운드의 단가 대부분이 전도성 필러로 사용된 다중벽 탄소나노튜브의 가격에 기인하기 때문에 저가화를 달성하기 위해서는 고분산 공정을 개발하여 탄소나노튜브의 혼입량을 줄이는 것이 핵심 기술이다. Since the unit cost of conductive compounds containing multi-walled carbon nanotubes is mostly due to the price of multi-walled carbon nanotubes used as conductive fillers, it is essential to reduce the amount of carbon nanotubes mixed by developing a high dispersion process to achieve low cost. Technology.

그러나 다중벽 탄소나노튜브의 고분산을 위해 용매를 사용할 경우 긴 건조시간이 요구되어 컴파운드 단가의 상승을 유도하기 때문에 현실적으로 비용매 공정에 기반한 분산 공정 설계가 필요한 실정이다. 또한, 낮은 용융 점도의 수지를 사용함으로써 비용매 공정을 구현할 수 있으나, 컴파운드의 최종 물성을 저하시킬 수 있는 문제가 있다.However, when a solvent is used for high dispersion of multi-walled carbon nanotubes, a long drying time is required, which leads to an increase in the cost of the compound. In addition, the non-solvent process may be implemented by using a resin having a low melt viscosity, but there is a problem that may lower the final physical properties of the compound.

상술한 문제를 해결하기 위해 KR 특허출원번호 제10-2014-0043519호(발명의 명칭 : 필러 및 고분자 수지의 복합 재료 및 그 제조방법)에서는 중합 가능한 열가소성 수지에 중합 촉매를 분산 및 혼합하여 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계; 필러와 상기 열가소성 수지 조성물을 혼합하고 가열하여 인시츄 중합함으로써 필러 및 고분자 수지로 이루어진 마스터배치를 제조하는 단계; 및 상기 마스터배치 또는 상기 마스터배치에 고분자 수지를 더 첨가한 것을 컴파운딩 공정을 통하여 펠릿화하는 단계를 포함하는 필러 및 고분자 수지 복합 재료 제조 방법에 대해 개시하고 있다.In order to solve the above problems, KR Patent Application No. 10-2014-0043519 (name of the invention: a composite material of a filler and a polymer resin and a manufacturing method thereof) is a thermoplastic resin by dispersing and mixing a polymerization catalyst in a polymerizable thermoplastic resin. Preparing a composition; Preparing a masterbatch made of a filler and a polymer resin by mixing and heating the filler and the thermoplastic resin composition to in situ polymerization; And it discloses a filler and a polymer resin composite material manufacturing method comprising the step of pelletizing the addition of the polymer resin to the master batch or the master batch through a compounding process.

그러나 상술한 특허 문헌의 경우 필러의 분산성이 떨어지기 때문에 필러의 혼입량이 높은 문제가 존재한다.However, in the above-mentioned patent document, since the dispersibility of a filler is inferior, there exists a problem that the amount of filler mixing is high.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Throughout this specification, many papers and patent documents are referenced and their citations are indicated. The disclosures of cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety, and the level of the technical field to which the present invention belongs and the contents of the present invention are more clearly described.

본 발명의 발명자들은 탄소나노튜브의 함량을 최소화하되, 최소 수준의 전기 저항성을 나타내기 때문에 전기 전도성 및 전자파 차폐 효율이 우수한 사출 또는 압출 성형용 탄소나노튜브 펠릿을 개발하기 위해 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 음이온 중합형 PA6 및 탄소나노튜브의 혼합물에 촉매제 및 활성화제를 혼합하여 중합반응을 거쳐 마스터배치를 제조한 이후, 상기 마스터배치와 고분자 수지를 혼합하여 펠릿 제조를 위한 압출과정을 진행하되, 상기 압출과정에 사용되는 압출기에 탄소나노튜브의 분산을 위한 분산용 구조체를 포함할 경우 사술한 문제를 해결할 수 있다는 사실을 발견하여 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention minimized the content of the carbon nanotubes, but because of the minimum level of electrical resistance, and tried hard to develop carbon nanotube pellets for injection or extrusion molding excellent in electrical conductivity and electromagnetic shielding efficiency. As a result, after mixing a catalyst and an activator to a mixture of anionic polymerization type PA6 and carbon nanotubes to prepare a master batch through a polymerization reaction, the extrusion process for pellet production by mixing the master batch and a polymer resin The present invention was completed by discovering that the extruder used in the extrusion process can solve the problem described above when the dispersion structure for dispersing carbon nanotubes is included.

따라서 본 발명의 목적은 탄소나노튜브 펠릿 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing carbon nanotube pellets.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법에 의해 제조된 탄소나노튜브 펠릿을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a carbon nanotube pellet prepared by the above production method.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 탄소나노튜브 펠릿을 이용하여 제조한 대전방지용 트레이를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an antistatic tray manufactured using carbon nanotube pellets.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 탄소나노튜브 펠릿을 이용하여 제조한 전자파 차폐용 휴대폰 케이스를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a cell phone case for electromagnetic shielding manufactured using carbon nanotube pellets.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description, claims and drawings.

본 발명은 펠릿 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing pellets.

본 발명의 발명자들은 탄소나노튜브의 함량을 최소화하되, 최소 수준의 전기 저항성을 나타내기 때문에 전기 전도성 및 전자파 차폐 효율이 우수한 사출 또는 압출 성형용 탄소나노튜브 펠릿을 개발하기 위해 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 음이온 중합형 PA6 및 탄소나노튜브의 혼합물에 촉매제 및 활성화제를 혼합하여 중합반응을 거쳐 마스터배치를 제조한 이후, 상기 마스터배치와 고분자 수지를 혼합하여 펠릿 제조를 위한 압출과정을 진행하되, 상기 압출과정에 사용되는 압출기에 탄소나노튜브의 분산을 위한 분산용 구조체를 포함할 경우 사술한 문제를 해결할 수 있다는 사실을 확인하였다.The inventors of the present invention minimized the content of the carbon nanotubes, but because of the minimum level of electrical resistance, and tried hard to develop carbon nanotube pellets for injection or extrusion molding excellent in electrical conductivity and electromagnetic shielding efficiency. As a result, after mixing a catalyst and an activator to a mixture of anionic polymerization type PA6 and carbon nanotubes to prepare a master batch through a polymerization reaction, the extrusion process for pellet production by mixing the master batch and a polymer resin In the extruder used in the extrusion process, it was confirmed that the problem described above could be solved by including a dispersion structure for dispersing carbon nanotubes.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 탄소나노튜브 펠릿 제조방법을 제공한다: (a) 반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지 및 탄소나노튜브의 혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 단계(a)의 혼합물에 촉매제 및 활성화제를 첨가한 다음 인시츄(in-situ) 중합하여 마스터배치를 제조하는 단계; 및 (c) 스크류에 탄소나노튜브의 분산을 위한 분산용 구조체가 장착된 압출기에 상기 단계 (b)의 마스터배치 및 고분자 수지를 투입하여 탄소나노튜브 펠릿을 제조하는 단계.According to one aspect of the present invention, the present invention provides a method for producing carbon nanotube pellets comprising the following steps: (a) a polymerizable thermoplastic resin and a carbon nanotube which produces PA6 (nylon 6) when reacting polymerization; Preparing a mixture of; (b) adding a catalyst and an activator to the mixture of step (a) and then in-situ polymerizing to prepare a masterbatch; And (c) preparing carbon nanotube pellets by injecting the masterbatch of the step (b) and a polymer resin into an extruder equipped with a dispersion structure for dispersing carbon nanotubes in a screw.

본 명세서에서 사용하는 용어‘반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지’는 가열하여 용융되면 점도가 낮아지고 계속 가열하면 중합되어 PA6(나일론 6) 수지로 되는 열가소성 수지를 의미할 수 있다.As used herein, the term 'polymerizable thermoplastic resin that produces PA6 (nylon 6) when reacting polymerization' refers to a thermoplastic resin that is lowered in viscosity when heated and melted and polymerized to become PA6 (nylon 6) resin when heated continuously. can do.

본 명세서에서 사용하는 용어‘인시츄(in-situ) 중합’은 중합 가능한 열가소성 수지가 가열에 의하여 용융되고 중합되어 고분자 수지로 되는 것을 의미할 수 있다. The term 'in-situ polymerization' used in the present specification may mean that the polymerizable thermoplastic resin is melted and polymerized by heating to form a polymer resin.

본 명세서에서 사용하는 용어‘마스터배치’는 필러와 열가소성 수지 조성물의 혼합물이 중합 과정을 거쳐 얻어진 복합 재료로서 펠릿화 과정을 거치기 전의 복합 재료를 의미할 수 있다.As used herein, the term “master batch” may refer to a composite material before a pelletization process is performed as a composite material obtained by a mixture of a filler and a thermoplastic resin composition through a polymerization process.

본 명세서에서 사용하는 용어‘분산용 구조체’는 구조체 특유의 형상에 기인하여 투입된 물질의 면분할, 상변화 또는 뒤섞임 상태를 유도할 수 있는 구조체를 의미할 수 있다.As used herein, the term “dispersion structure” may refer to a structure capable of inducing a state of division, phase change, or mixing of the injected material due to the shape peculiar to the structure.

본 명세서에서 사용하는 용어‘펠릿’필러 및 고분자 수지 등을 포함하는 재료를 용융한 상태에서 혼합 및 압출 성형한 이후, 분쇄, 절단 등의 과정을 거쳐 파우더 내지 알갱이 상태로 만든 것을 의미할 수 있다.As used herein, the term 'pellet' may refer to a powder or granulated state after mixing and extruding a material including a filler and a polymer resin in a molten state and then grinding or cutting.

본 명세서에서 사용하는 용어‘탄소나노튜브’는 크기가 나노 단위(1000nm 이하)이면서, 분자 수준에서 결합할 수 있는 일체의 탄소 기반 물질을 의미할 수 있다.As used herein, the term 'carbon nanotube' may mean any carbon-based material capable of bonding at the molecular level while being nano units (1000 nm or less) in size.

본 발명에서 반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지를 사용하는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지인 카프로락탐은 다른 중합 가능한 열가소성 수지에 비해 가격이 저렴한 것은 물론, 반응 중합된 PA6를 이용하여 완성된 제품의 기계적 물성이 매우 뛰어나기 때문이다.In the present invention, it is very important to use a polymerizable thermoplastic resin that produces PA6 (nylon 6) when reacting polymerization. This is because caprolactam, a polymerizable thermoplastic resin that produces PA6 (nylon 6) when it is reactively polymerized, is inexpensive compared to other polymerizable thermoplastic resins, and the mechanical properties of the finished product using the reactively polymerized PA6 are very high. Because it is excellent.

본 발명에서 인시츄(in-situ) 중합과정을 통해 마스터배치를 제조하는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 인시츄(in-situ) 중합과정을 통해 마스터배치를 제조할 경우 마스터배치 내부에 고농도 탄소나노튜브의 분산도를 현저히 향상시켜 탄소나노튜브 펠릿의 표면 저항성 및 전자파 차폐 효율을 현저히 높일 수 있기 때문이다.In the present invention, it is very important to prepare a master batch through the in-situ polymerization process. Because, when manufacturing the master batch through the in-situ polymerization process, it is possible to remarkably improve the dispersion of high concentration carbon nanotubes inside the master batch to significantly increase the surface resistance and electromagnetic shielding efficiency of the carbon nanotube pellets. Because.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 단계 (a)의 중합 가능한 열가소성 수지는 바람직하게는 파우더 형태일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the polymerizable thermoplastic resin of step (a) of the present invention may preferably be in powder form.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 단계 (b)의 촉매제는 바람직하게는 소듐(Sodium) 금속일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the catalyst of step (b) of the present invention may preferably be a sodium metal.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 단계 (b)의 활성화제는 바람직하게는 다이이소시아네이트(Diisocyanate)일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the activator of step (b) of the present invention may preferably be diisocyanate.

본 발명에서 촉매제로 소듐(Sodium) 금속 및 활성화제로 다이이소시아네이트(Diisocyanate)를 첨가하는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지와 탄소나노튜브 혼합물에 촉매제로 소듐(Sodium) 금속 및 활성화제로 다이이소시아네이트(Diisocyanate)를 첨가할 경우 촉매제 및 활성화제를 포함하지 않는 경우와 비교하여 인시츄 중합반응 시간을 현저히 줄일 수 있기 때문이다.In the present invention, it is very important to add sodium metal as a catalyst and diisocyanate as an activator. This is because the addition of diisocyanate as a catalyst and sodium metal as a catalyst to a polymerizable thermoplastic resin and a carbon nanotube mixture that produces PA6 (nylon 6) upon reaction polymerization does not include a catalyst and an activator. This is because the in situ polymerization time can be significantly reduced compared to the case.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 마스터배치는 바람직하게는 상기 중합 가능한 열가소성 수지 100 중량부, 상기 중합 가능한 열가소성 수지 100 중량부를 기준으로 상기 소듐(Sodium) 금속 0.05-0.1 중량부 및 상기 다이이소시아네이트(Diisocyanate) 0.1-2.0 중량부를 포함할 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the masterbatch of the present invention preferably is based on 100 parts by weight of the polymerizable thermoplastic resin, 0.05 to 0.1 parts by weight of the sodium metal and 100 parts by weight of the polymerizable thermoplastic resin Diisocyanate may comprise 0.1-2.0 parts by weight.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 탄소나노튜브 펠릿은 바람직하게는 상기 탄소나노튜브를 상기 탄소나노튜브 펠릿 중량 기준 0.1-3 중량% 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the carbon nanotube pellet of the present invention may preferably comprise 0.1-3% by weight of the carbon nanotubes based on the weight of the carbon nanotube pellets.

본 발명에서 상기 탄소나노튜브를 0.1-3 중량% 포함하는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 일반적인 방법으로 탄소나노튜브 펠릿을 제조할 경우 탄소나노튜브를 5-20 중량% 포함해야 목적하는 표면 저항성 및 전자파 차폐 효율을 나타낼 수 있음에 반해, 본 발명의 방법으로 탄소나노튜브 펠릿을 제조할 경우 탄소나노튜브를 0.1-3 중량% 포함하는 경우에도 탄소나노튜브를 5-10 중량% 포함하는 탄소나노튜브 펠릿과 동등한 수준의 표면 저항성 및 전자파 차폐 효율을 나타내어, 탄소나노튜브 펠릿의 제조 단가를 비약적으로 낮출 수 있기 때문이다.In the present invention, containing 0.1-3% by weight of the carbon nanotubes is a very important configuration. Because, when manufacturing carbon nanotube pellets by the general method, the carbon nanotube pellets should contain 5-20% by weight of carbon nanotube pellets to exhibit the desired surface resistance and electromagnetic shielding efficiency. In this case, even when the carbon nanotubes contain 0.1-3% by weight, the surface resistance and electromagnetic shielding efficiency are equivalent to those of the carbon nanotube pellets containing 5-10% by weight of carbon nanotubes, thereby producing carbon nanotube pellets. This can be lowered significantly.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 인시츄 중합 시 중합 온도는 바람직하게는 섭씨 130-260도일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the polymerization temperature in the in-situ polymerization of the present invention may be preferably 130-260 degrees Celsius.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 고분자 수지는 바람직하게는 PA6(나일론 6) 수지 또는 PA6 수지와 혼화 가능한 수지일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the polymer resin of the present invention may preferably be a PA6 (nylon 6) resin or a resin miscible with the PA6 resin.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 압출기는 바람직하게는 배럴, 상기 배럴의 일측 상부에 설치되어 상기 배럴 내부로 원료를 투입하는 호퍼, 상기 배럴 내부에 설치되어 상기 배럴 내부로 투입된 원료를 일 방향으로 이송하는 스크류, 상기 배럴의 내부에 설치되어 상기 스크류에 의해 이송된 용융된 원료를 분산시키는 분산용 구조체, 상기 배럴 내부에 투입된 원료를 가열하는 가열부 및 상기 배럴의 타단에 설치되어 용융된 원료를 토출하고, 상기 용융된 원료를 특정 모양으로 성형하는 금형이 설치된 토출구를 포함할 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the extruder of the present invention is preferably a barrel, a hopper installed on one side of the barrel to inject the raw material into the barrel, the raw material installed in the barrel and introduced into the barrel A screw for conveying in one direction, a dispersing structure for dispersing the molten raw material conveyed by the screw, the heating unit for heating the raw material introduced into the barrel and the other end of the barrel is melted And a discharge port provided with a mold for discharging the raw material and forming the molten raw material into a specific shape.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 분산용 구조체는 바람직하게는 상기 스크류의 중간 부분에 복수로 형성되고, 상기 분산용 구조체의 형상은 상기 배럴 내부의 용융된 원료가 혼합 및 분리가 반복되면서 유동될 수 있는 형상일 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the dispersion structure of the present invention is preferably formed in plurality in the middle portion of the screw, the shape of the dispersion structure is repeated mixing and separation of the molten raw material in the barrel It may be a shape that can be flown while.

본 발명에서 스크류에 탄소나노튜브의 분산을 위한 분산용 구조체가 장착된 압출기를 사용하여 탄소나노튜브 펠릿을 제조하는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 스크류에 탄소나노튜브의 분산을 위한 분산용 구조체가 장착된 압출기를 사용하여 탄소나노튜브 펠릿을 제조할 경우 탄소나노튜브 펠릿 내부에 고농도 탄소나노튜브의 분산도를 현저히 향상시켜 탄소나노튜브 펠릿의 표면 저항성 및 전자파 차폐 효율을 현저히 높일 수 있기 때문이다.In the present invention, manufacturing carbon nanotube pellets using an extruder equipped with a dispersion structure for dispersing carbon nanotubes on a screw is a very important configuration. When manufacturing carbon nanotube pellets using an extruder equipped with a dispersing structure for dispersing carbon nanotubes on a screw, the carbon nanotube pellets are significantly improved by significantly improving the dispersion of high concentrations of carbon nanotubes inside the carbon nanotube pellets. This is because the surface resistance and the electromagnetic wave shielding efficiency of can be significantly increased.

즉, 상술한 인시츄 중합과정을 통해 상기 마스터배치에 포함된 탄소나노튜브의 분산도를 현저히 향상시킬 수 있고, 상기 스크류에 탄소나노튜브의 분산을 위한 분산용 구조체가 장착된 압출기를 통해 상기 탄소나노튜브 펠릿에 포함된 탄소나노튜브의 분산도(정확하게는 마스터배치의 분산도)를 현저히 향상시킬 수 있다.That is, the in-situ polymerization process can significantly improve the dispersion degree of the carbon nanotubes included in the masterbatch, and through the extruder equipped with a dispersion structure for dispersing the carbon nanotubes in the screw The degree of dispersion of the carbon nanotubes (exactly the degree of dispersion of the masterbatch) contained in the nanotube pellets can be significantly improved.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 (a) 반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지 및 탄소나노튜브의 혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 단계(a)의 혼합물에 촉매제 및 활성화제를 첨가한 다음 인시츄(in-situ) 중합하여 마스터배치를 제조하는 단계; 및 (c) 스크류에 탄소나노튜브의 분산을 위한 분산용 구조체가 장착된 압출기에 상기 단계 (b)의 마스터배치 및 고분자 수지를 투입하여 탄소나노튜브 펠릿을 제조하는 단계를 포함하여 제조된 탄소나노튜브 펠릿을 포함하고, 상기 탄소나노큐브 펠릿은 상기 탄소나노튜브를 상기 탄소나노튜브 펠릿 중량 기준 0.1-1 중량% 포함하며, 상기 탄소나노튜브 펠릿의 표면저항은 100-10000 Ω/sq이고, 상기 탄소나노튜브 펠릿의 전기전도도는 0.00001-0.01 S/m인 탄소나노튜브 펠릿을 이용하여 제조된 대전방지 트레이를 제공한다.According to another aspect of the invention, the present invention comprises the steps of (a) preparing a mixture of polymerizable thermoplastic resin and carbon nanotubes to produce PA6 (nylon 6) when the reaction polymerization; (b) adding a catalyst and an activator to the mixture of step (a) and then in-situ polymerizing to prepare a masterbatch; And (c) preparing carbon nanotube pellets by inserting the masterbatch and polymer resin of step (b) into an extruder equipped with a dispersion structure for dispersing carbon nanotubes in a screw. Including a tube pellet, the carbon nanocube pellets comprises the carbon nanotubes 0.1-1% by weight based on the weight of the carbon nanotube pellet, the surface resistance of the carbon nanotube pellets is 100-10000 Ω / sq, The electrical conductivity of carbon nanotube pellets provides an antistatic tray manufactured using carbon nanotube pellets having a 0.00001-0.01 S / m.

본 발명에서 상기 탄소나노튜브 펠릿의 제조방법과 관련된 사항은 상술한 탄소나노튜브 펠릿 제조방법과 중복되므로, 본 명세서가 과도하게 복잡해지는 것을 방지하기 위해 자세한 기재를 생략한다.In the present invention, the matters related to the manufacturing method of the carbon nanotube pellets are overlapped with the above-described method for producing the carbon nanotube pellets, and thus, detailed descriptions thereof will be omitted in order to prevent the present specification from being excessively complicated.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 (a) 반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지 및 탄소나노튜브의 혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 단계(a)의 혼합물에 촉매제 및 활성화제를 첨가한 다음 인시츄(in-situ) 중합하여 마스터배치를 제조하는 단계; 및 (c) 스크류에 탄소나노튜브의 분산을 위한 분산용 구조체가 장착된 압출기에 상기 단계 (b)의 마스터배치 및 고분자 수지를 투입하여 탄소나노튜브 펠릿을 제조하는 단계를 포함하여 제조된 탄소나노튜브 펠릿을 포함하고, 상기 탄소나노큐브 펠릿은 상기 탄소나노튜브를 상기 탄소나노튜브 펠릿 중량 기준 2.0-3.0 중량% 포함하며, 상기 탄소나노튜브 펠릿의 표면저항은 10-100 Ω/sq이고, 상기 탄소나노튜브 펠릿의 전기전도도는 10-1000 S/m인 탄소나노튜브 펠릿을 이용하여 제조된 전자파차폐 핸드폰 케이스를 제공한다.According to another aspect of the invention, the present invention comprises the steps of (a) preparing a mixture of a polymerizable thermoplastic resin and carbon nanotubes to produce PA6 (nylon 6) when the reaction polymerization; (b) adding a catalyst and an activator to the mixture of step (a) and then in-situ polymerizing to prepare a masterbatch; And (c) preparing carbon nanotube pellets by inserting the masterbatch and polymer resin of step (b) into an extruder equipped with a dispersion structure for dispersing carbon nanotubes in a screw. Including a tube pellet, the carbon nanocube pellets include the carbon nanotubes 2.0-3.0 wt% based on the weight of the carbon nanotube pellet, the surface resistance of the carbon nanotube pellet is 10-100 Ω / sq, The electrical conductivity of carbon nanotube pellets provides an electromagnetic shielding cell phone case manufactured using carbon nanotube pellets of 10-1000 S / m.

본 발명에서 상기 탄소나노튜브 펠릿의 제조방법과 관련된 사항은 상술한 탄소나노튜브 펠릿 제조방법과 중복되므로, 본 명세서가 과도하게 복잡해지는 것을 방지하기 위해 자세한 기재를 생략한다.In the present invention, the matters related to the manufacturing method of the carbon nanotube pellets are overlapped with the above-described method for producing the carbon nanotube pellets, and thus, detailed descriptions thereof will be omitted in order to prevent the present specification from being excessively complicated.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 탄소나노튜브와 열가소성수지를 반응시켜 제조되는 탄소나노큐브 펠릿에 있어서, 상기 탄소나노튜브 펠릿은 반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지 및 탄소나노튜브 파우더를 반응시켜 제조되고, 상기 탄소나노큐브 펠릿은 상기 탄소나노튜브를 상기 탄소나노튜브 펠릿 중량 기준 0.1-3.0 중량% 포함하며, 상기 탄소나노튜브 펠릿의 표면저항은 10-10000 Ω/sq이고, 상기 탄소나노튜브 펠릿의 전기전도도는 0.00001-1000 S/m인 탄소나노튜브 펠릿을 제공한다.According to another aspect of the present invention, in the carbon nanocube pellets prepared by reacting carbon nanotubes and thermoplastic resins, the carbon nanotube pellets are polymerizable to produce PA6 (nylon 6) when the reaction polymerization is carried out. The carbon nanocube pellets are prepared by reacting a thermoplastic resin and a carbon nanotube powder. The carbon nanocube pellets contain 0.1-3.0 wt% of the carbon nanotubes based on the weight of the carbon nanotube pellets, and the surface resistance of the carbon nanotube pellets is 10-. 10000 Ω / sq, and the carbon nanotube pellets have an electrical conductivity of 0.00001-1000 S / m.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 탄소나노튜브 펠릿은 바람직하게는 (a) 반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지 및 탄소나노튜브의 혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 단계(a)의 혼합물에 촉매제 및 활성화제를 첨가한 다음 인시츄(in-situ) 중합하여 마스터배치를 제조하는 단계; 및 (c) 스크류에 탄소나노튜브의 분산을 위한 분산용 구조체가 장착된 압출기에 상기 단계 (b)의 마스터배치 및 고분자 수지를 투입하여 탄소나노튜브 펠릿을 제조하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the carbon nanotube pellet of the present invention preferably comprises the steps of (a) preparing a mixture of a polymerizable thermoplastic resin and a carbon nanotube which produces PA6 (nylon 6) upon reaction polymerization; (b) adding a catalyst and an activator to the mixture of step (a) and then in-situ polymerizing to prepare a masterbatch; And (c) preparing a carbon nanotube pellet by injecting the masterbatch of the step (b) and a polymer resin into an extruder equipped with a dispersing structure for dispersing carbon nanotubes in a screw. .

본 발명에서 상기 탄소나노튜브 펠릿의 제조방법과 관련된 사항은 상술한 탄소나노튜브 펠릿 제조방법과 중복되므로, 본 명세서가 과도하게 복잡해지는 것을 방지하기 위해 자세한 기재를 생략한다.In the present invention, the matters related to the manufacturing method of the carbon nanotube pellets are overlapped with the above-described method for producing the carbon nanotube pellets, and thus, detailed descriptions thereof will be omitted in order to prevent the present specification from being excessively complicated.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다: The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(1) 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 탄소나노튜브 펠릿 제조방법을 제공한다: (a) 반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지 및 탄소나노튜브의 혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 단계(a)의 혼합물에 촉매제 및 활성화제를 첨가한 다음 인시츄(in-situ) 중합하여 마스터배치를 제조하는 단계; 및 (c) 스크류에 탄소나노튜브의 분산을 위한 분산용 구조체가 장착된 압출기에 상기 단계 (b)의 마스터배치 및 고분자 수지를 투입하여 탄소나노튜브 펠릿을 제조하는 단계.(1) The present invention provides a method for preparing carbon nanotube pellets comprising the following steps: (a) preparing a mixture of a polymerizable thermoplastic resin and carbon nanotubes that produces PA6 (nylon 6) upon reaction polymerization; step; (b) adding a catalyst and an activator to the mixture of step (a) and then in-situ polymerizing to prepare a masterbatch; And (c) preparing carbon nanotube pellets by injecting the masterbatch of the step (b) and a polymer resin into an extruder equipped with a dispersion structure for dispersing carbon nanotubes in a screw.

(2) 본 발명의 방법으로 제조한 탄소나노튜브 펠렛은 탄소나노튜브의 함량을 최소화하여 제품의 양산 단가를 최소화할 수 있는 것은 물론, 최소 수준의 전기 저항성을 나타내기 때문에 전기 전도성 및 전자파 차폐 효율이 현저히 우수한 장점을 제공한다.(2) The carbon nanotube pellets prepared by the method of the present invention can minimize the mass production cost of the product by minimizing the content of carbon nanotubes, as well as exhibit a minimum level of electrical resistance, so that electrical conductivity and electromagnetic shielding efficiency This offers remarkably superior advantages.

도 1은 탄소나노튜브 함량에 따른 탄소나노튜브 펠릿의 전기전도도 및 전자파차폐율 변화를 나타낸다.
도 2는 PA6의 음이온 중합 반응 중 이미드 다이머의 생성반응을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 펠릿의 제조방법의 순서도를 나타낸다.
도 4는 촉매 및 활성화제 유무에 따른 음이온 반응중합형 PA6의 반응시간 차이를 나타낸다.
도 5는 탄소나노튜브 함량과 공정 방법에 따른 표면저항의 차이를 나타낸다.
도 6은 압출기에 포함된 스크류 및 탄소나노튜브의 분산을 위한 분산용 구조체의 모습을 나타낸다.
1 shows the electrical conductivity and the shielding rate of the carbon nanotube pellets according to the carbon nanotube content.
Figure 2 shows the formation reaction of the imide dimer during the anionic polymerization of PA6.
Figure 3 shows a flow chart of the carbon nanotube pellet manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the difference in the reaction time of the anionic polymerization type PA6 with or without a catalyst and activator.
Figure 5 shows the difference in surface resistance according to the carbon nanotube content and processing method.
Figure 6 shows the appearance of the dispersion structure for the dispersion of the screw and carbon nanotubes included in the extruder.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들이 참부된 도면을 참고로 설명되었으나 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, this will be described for the purpose of illustration, and the technical concept and construction and operation of the present invention are not limited thereto.

본 발명의 실시예들에서는 중합 촉매와 중합 가능한 열가소성 수지를 일차적으로 분산, 혼합한 조성물(바람직하게는 파우더 형태의 조성물)에, 필러(바람직하게는 파우더 형태의 필러)를 혼합(mixing)하고 인시츄(in-situ) 중합하여 마스터배치를 제조하고, 또한 이를 압출 공정을 통하여 펠릿화한다.In the embodiments of the present invention, a filler (preferably a powder-type filler) is mixed with a composition (preferably a powder-type composition) in which a polymerization catalyst and a polymerizable thermoplastic resin are dispersed and mixed. Master batches are prepared by in-situ polymerization and are also pelletized via an extrusion process.

이에 따라 상기 필러 및 고분자 수지의 복합 재료를 제조 특히 대량 생산으로 제조하는 경우에도, 해당 필러 함량을 복합를 3 중량% 이하인 저함량으로 포함하도록 할 수 있다. 뿐만 아니라, 상술한 바와 같이 저함량으로 함유하더라도 기계적 특성, 열적 특성 및 전기적 특성 등의 제반 물성 특히 전기적 특성이 크게 향상된 고분자 수지의 복합 재료를 얻을 수 있다.Accordingly, even when the composite material of the filler and the polymer resin is manufactured, in particular, in mass production, the filler content may be included in a low content of 3 wt% or less of the composite. In addition, as described above, even if the content is low, a composite material of a polymer resin having greatly improved physical properties such as mechanical properties, thermal properties, and electrical properties, in particular, electrical properties can be obtained.

본 발명의 실시예들에 따른 필러 및 고분자 수지 복합 재료 제조 방법은, 중합 가능한 열가소성 수지에 중합 촉매를 분산 및 혼합하여 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계, 필러와 상기 열가소성 수지 조성물을 혼합하고 가열하여 인시츄 중합함으로써 필러 및 고분자 수지로 이루어진 마스터배치를 제조하는 단계 및 상기 마스터배치 또는 상기 마스터배치에 고분자 수지를 더 첨가한 것을 용융하고 용융 상태에서 혼합한 후 압출 성형하여 펠릿화하는 단계를 포함한다.In the method of preparing a filler and a polymer resin composite material according to the embodiments of the present invention, preparing a thermoplastic resin composition by dispersing and mixing a polymerization catalyst in a polymerizable thermoplastic resin, and mixing and heating a filler and the thermoplastic resin composition Preparing a master batch composed of a filler and a polymer resin by in situ polymerization, and melting the mixture of the polymer resin further added to the master batch or the master batch, mixing the mixture in a molten state, and extruding the pellets.

이하, 각 단계 별로 설명한다. 필러 중 탄소나노튜브는 특히 고분산을 유도하기가 상대적으로 더 어렵기 때문에 본 발명의 실시예들이 유용하게 적용될 수 있다는 점에서, 이하에서는 필러 중 특히 탄소나노튜브를 중심으로 설명한다. 그러나, 다른 필러들 예컨대 탄소 기반이 아닌 다른 재질의 필러(예컨대 금속 필러나 세라믹 필러들 등)와 나노 사이즈가 아닌 마이크로 사이즈의 필러 등 모든 종류의 필러를 고분자 수지 복합 재료 내에서 고분산하는데 본 발명의 실시예들이 적합하게 사용될 수 있다. 또한, 상기 필러 들은 하나 또는 그 이상의 조합을 사용할 수 있다.Hereinafter, each step will be described. Since carbon nanotubes among fillers are particularly difficult to induce high dispersion, embodiments of the present invention may be usefully applied. Hereinafter, carbon nanotubes among fillers will be described below. However, all kinds of fillers, such as other fillers such as fillers of non-carbon based materials (such as metal fillers or ceramic fillers) and non-nano size micro fillers, are highly dispersed in the polymer resin composite material. Embodiments of may be suitably used. In addition, the fillers may use one or more combinations.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 필러인 탄소나노튜브 및 고분자 수지 복합 재료 제조 과정을 개략적으로 보여주는 도면이다.3 is a view schematically showing a process for preparing a carbon nanotube and a polymer resin composite material filler according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서는 우선 중합 가능한 열가소성 수지 및 탄소나노튜브를 믹서 등을 이용하여 분산 혼합하여 혼합물을 제조한다.Referring to FIG. 3, in an embodiment of the present invention, a polymerizable thermoplastic resin and carbon nanotubes are first dispersed and mixed by using a mixer to prepare a mixture.

상기 중합 가능한 열가소성 수지는 이후 마스터배치 제조 단계에서 나노 탄소나노튜브에 침투 및 함침이 용이하도록 저용융 점도를 가지는 것을 사용하도록 한다.The polymerizable thermoplastic resin is then used to have a low melt viscosity to facilitate penetration and impregnation into the nano carbon nanotubes in the master batch manufacturing step.

즉, 상기 중합 가능한 열가소성 수지는 용융 점도가 예컨대, 수십에서 수백 cps의 저 용융 점도를 가지는 것으로서, 예컨대 CBT(Cyclic Butylene Terephthalate), 카프로락탐(Caprolactam) 또는 올리고머(Oligomer) 수지일 수 있다. 상기 CBT는 중합 후 PBT(Polybutylene Terephtalate)가 될 수 있고, 상기 카프로락탐은 중합 후 폴리아미드 수지(나일론 6)가 될 수 있으며, 상기 올리고머 수지는 중합 후 고분자 수지가 될 수 있다. 특히 카프롤락탐 수지는 내열성과 기계적 강도가 우수한 것은 물론, 가격이 저렴하여 복합 재료로서 적합하다.That is, the polymerizable thermoplastic resin has a low melt viscosity of, for example, several tens to several hundred cps, and may be, for example, a cyclic butylene terephthalate (CBT), a caprolactam, or an oligomer resin. The CBT may be polybutylene terephtalate (PBT) after polymerization, the caprolactam may be a polyamide resin (nylon 6) after polymerization, and the oligomer resin may be a polymer resin after polymerization. In particular, caprolactam resin is not only excellent in heat resistance and mechanical strength, but also inexpensive and suitable as a composite material.

이 중, 음이온 중합형 PA6(나일론6)는 CBT 및 열가소성 DCPD 등에 비해 소재 단가가 절반 이하로 저렴하여 사출제품에 적용하기 위한 최적의 반응 중합형 열가소성 수지이다.Among these, anion polymerization type PA6 (nylon 6) is an optimal reactive polymerization type thermoplastic resin for applying to injection products because the unit cost is less than half as low as CBT and thermoplastic DCPD.

PA6는 아미드 결합을 가지는 지방족 폴리아미드 수지로 1939년 DuPont 사의 Carothers에 의해서 PA6.6라는 합성 섬유가 최초로 발명되었다. 또한, PA6는 독일의 I.G. Farben 사의 Schlack에 의하여 1942년에 최초로 합성 섬유에 이용되었으며, 현재는 다양한 부분에 상업화가 되었으며, 그 종류도 PA 4, 11, 12, 610 등 다양한 종류로 발전되어 왔다.PA6 is an aliphatic polyamide resin with amide bonds. In 1939, DuPont Carothers first invented a synthetic fiber called PA6.6. In addition, PA6 is a German I.G. It was first used in synthetic fibers in 1942 by Schlack of Farben, and is now commercialized in various parts, and has been developed into various types such as PA 4, 11, 12 and 610.

이 중 PA6의 일반적인 중합 방법은 고리형 단량체인 락탐(Lactam)의 축합 중합법과 음이온 중합 방법이 있다.Among them, a general polymerization method of PA6 is a condensation polymerization method and an anion polymerization method of lactam which is a cyclic monomer.

상업화된 보편적인 방법인 축합 중합법인 경우에는 아래 그림과 같이 락탐을 가수분해 시켜 개환시킨 후, 고온에서 일정 시간 반응시켜 개환된 단량체들끼리 축합 반응이 되어 고분자를 생성하게 된다. 최초 단량체를 가수 분해하여 반응을 진행하기 때문에 가수분해 중합이라고도 불린다.In the case of the condensation polymerization method, which is a common commercial method, the lactam is hydrolyzed and ring-opened as shown in the following figure, and then reacted at a high temperature for a certain time to produce condensation reaction between the ring-opened monomers. It is also called hydrolysis polymerization because the reaction proceeds by hydrolyzing the first monomer.

PA6 축합 중합의 경우에는 반응이 간단하여 공정비용이 적고 손쉽게 중합반응을 진행할 수 있으나, 반응시간이 길고, 중합도를 높게 올릴 수 없다는 단점이 있다.In the case of PA6 condensation polymerization, the reaction is simple, the process cost is low, and the polymerization can be easily carried out, but the reaction time is long, and the degree of polymerization cannot be increased.

본 발명에 적용된 음이온 중합의 경우에는 음이온성 촉매에 의해서 락타메이트(Lactamate)를 형성하면서 시작되며 여기서 사용되는 음이온성 촉매에는 alkyl lithium, Grgnard reagent, sodium hydride, sodium metal, organo-metallic compound 등이 있다.In the case of anionic polymerization applied to the present invention, it begins by forming Lactamate by an anionic catalyst, and the anionic catalyst used here includes alkyl lithium, Grgnard reagent, sodium hydride, sodium metal, organo-metallic compound, etc. .

본래 PA6 음이온 중합에서 개시된 락타메이트는 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 락탐의 카보닐을 공격함과 동시에 고리를 열면서 이미드 이량체(Imide Dimer)를 생성하면서 반응이 진행되어야 하지만, PA6는 음이온 중합 특성상 락타메이트에 의해서 카보닐을 공격당한 락탐이 Sodium 등에 의해서 수소를 잃어버리기 때문에 음이온화 된 락탐이 매우 불안정흐여 이미드 이량체를 만들기 어려운 특징을 가지고 있다.The lactamate originally disclosed in PA6 anion polymerization should proceed with the reaction of carbonyl of lactam and the formation of imide dimers while opening the ring, as shown in FIG. Due to the polymerization characteristics, lactams attacked with carbonyl by lactamate lose hydrogen by sodium, and thus anionized lactams are very unstable, making it difficult to form imide dimers.

따라서 반응속도가 느리고 반응이 완전히 진행되지 못하는데, 이를 유도기간(Induction Period)이라고 한다. 이러한 긴 유도기간 때문에 단량체만으로는 상업적으로 이용하기 어렵고 상업적인 음이온 중합을 이용하기 위해 필요한 물질이 활성화제(Activator)이다.Therefore, the reaction rate is slow and the reaction does not proceed completely. This is called the induction period. Due to this long induction period, the monomer alone is not commercially available, and an activator is a material required for commercial anionic polymerization.

활성화제는 일반적으로 N-아실(N-acyl), 아이소시아네이트(Isocyanate) 등이 결합된 락탐 화합물을 주로 사용하거나, 카르보이미드(Carboimide)를 직접 사용하기도 하며, 이러한 활성화제는 락탐의 아실치환 반응 혹은 아이소시아네이트와의 우레탄(Urethane) 반응에 의해서 이미드 이량체를 외부에서 만든 후, 중합에 첨가되어 단량체로부터 시작되는 반응 메커니즘(유도기)을 제거하는 역할을 한다.The activator generally uses lactam compounds in which N-acyl, isocyanate, etc. are bound, or carboimide is used directly, and such activator is acyl substitution of lactam. The imide dimer is made externally by reaction or urethane reaction with isocyanate, and then added to the polymerization to remove the reaction mechanism (derivative group) starting from the monomer.

즉, 본 발명은 촉매와 활성화제를 최적화하고 중합 공정에 있어 반응 조건을 최적화함으로써 우수한 음이온 PA6 중합체를 제조할 수 있는 기술이다.That is, the present invention is a technology capable of producing an excellent anionic PA6 polymer by optimizing the catalyst and the activator and optimizing the reaction conditions in the polymerization process.

반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지는 파우더 또는 펠릿 형태를 사용할 수 있지만, 후술하는 마스터배치 제조 시 파우더 혼합(powder mixing) 후 인시츄 중합을 하는 것이 탄소나노튜브를 고분산시키는 것에 바람직하다는 관점에서, 열가소성 수지는 파우더(Powder) 형태인 것이 바람직하다.The polymerizable thermoplastic resin that produces PA6 (nylon 6) in the case of reaction polymerization may be in the form of powder or pellets.However, in-situ polymerization after powder mixing in the preparation of the masterbatch described later may lead to carbon nanotubes. From the viewpoint of being preferred for dispersing, the thermoplastic resin is preferably in the form of a powder.

상기 촉매는 반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지와 혼합되어 PA6 수지 조성물을 구성하게 되는 것으로서, 열가소성 수지의 중합 반응을 유도 및 촉진할 수 있는 것이다.The catalyst is to be mixed with a polymerizable thermoplastic resin that produces PA6 (nylon 6) when the reaction polymerization to form a PA6 resin composition, which can induce and promote the polymerization reaction of the thermoplastic resin.

촉매로서 alkyl lithium, Grgnard reagent, sodium hydride, sodium metal 또는 organo-metallic compound 등을 사용할 수 있으며, 특히 sodium metal을 사용할 수 있다.Alkyl lithium, Grgnard reagent, sodium hydride, sodium metal or organo-metallic compound, etc. may be used as the catalyst, in particular sodium metal.

반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지 및 촉매의 혼합물은 탄소나노튜브와 씽키 믹서(thinky mixer) 등을 이용하여 혼합된다.In the reaction polymerization, a mixture of a polymerizable thermoplastic resin and a catalyst that produces PA6 (nylon 6) is mixed using a carbon nanotube and a thinky mixer.

탄소나노튜브와 혼합된 반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지 및 촉매의 혼합물의 중합 가능한 열가소성 수지는 용융 시 점도가 현저히 떨어지면서 탄소나노튜브 사이로 함침되어 고른 분산을 가능하게 하면서 중합되어 마스터배치를 제조하게 된다. 이에 따라 탄소나노튜브는 탄소나노튜브 펠릿 중 3 중량% 이하의 저함량으로 함유되는 경우에도 높은 전기전도도 및 전자파 차폐효율을 향상시킬 수 있어 탄소나노튜브 펠릿의 물성을 향상시킬 수 있다.The polymerizable thermoplastic resin of a mixture of a polymerizable thermoplastic resin and a catalyst which produces PA6 (nylon 6) when reacted and mixed with carbon nanotubes is impregnated between the carbon nanotubes with a significant drop in viscosity during melting to enable even dispersion. While polymerizing to prepare a masterbatch. Accordingly, even when the carbon nanotubes are contained in a low content of 3 wt% or less of the carbon nanotube pellets, it is possible to improve high electrical conductivity and electromagnetic shielding efficiency, thereby improving physical properties of the carbon nanotube pellets.

반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지 및 촉매의 혼합물과 탄소나노튜브를 혼합하는 방법은 열가소성 수지 조성물과 탄소나노튜브가 균일하게 혼합될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.The method of mixing the carbon nanotubes with the mixture of the polymerizable thermoplastic resin and the catalyst which produces PA6 (nylon 6) when reacting polymerization is not particularly limited as long as the thermoplastic resin composition and the carbon nanotubes can be uniformly mixed.

예시적인 실시예에서 상기 혼합 과정은 씽키 믹서(Thinky mixer) 또는 볼 밀(Ball mill) 등을 이용하여 이루어 질 수 있다.In an exemplary embodiment, the mixing process may be performed using a thinky mixer or a ball mill.

상기 혼합 후, 인시츄 중합을 진행한다. 즉, 열가소성 수지 조성물과 촉매를 혼합한 혼합물 및 탄소나노튜브를 혼합한 혼합물을 중합기에 제공하고 인시츄 중합하여 탄소나노튜브 및 고분자 수지로 이루어진 마스터배치를 제조한다. 이와 같이 인시츄 중합 과정을 거치면, 전술한 바와 같이 탄소나노튜브 사이에 고분자 수지가 고르게 침투, 함침됨으로써 탄소나노튜브가 고르게 분산된 마스터배치를 제조할 수 있다.After the mixing, in situ polymerization is performed. That is, a mixture of a thermoplastic resin composition and a catalyst and a mixture of carbon nanotubes are provided to a polymerizer and in situ polymerized to prepare a masterbatch made of carbon nanotubes and a polymer resin. As described above, through the in-situ polymerization process, the polymer resin is uniformly infiltrated and impregnated between the carbon nanotubes as described above, thereby producing a master batch in which the carbon nanotubes are evenly dispersed.

중합 가능한 열가소성 수지는 고온에서 중합이 빨리 진행되고 저온에서 중합이 느리게 진행된다. 따라서, 해당 열가소성 수지의 중합 시작 온도 이상 열 분해 전 온도의 범위로 가열하도록 한다. 또한 중합 가능한 열가소성 수지는 단 시간 내에 중합 시작 온도로 가열하고, 중합 시작 온도 내지 열분해 전 온도에서 일정 시간 유지한 후, 급속 냉각하는 것이 바람직하다.Polymerizable thermoplastic resins undergo rapid polymerization at high temperatures and slow polymerization at low temperatures. Therefore, it is made to heat in the range of the temperature before thermal decomposition more than the polymerization start temperature of the said thermoplastic resin. In addition, it is preferable that the polymerizable thermoplastic resin is heated to a polymerization start temperature within a short time, maintained at a polymerization start temperature to a temperature before pyrolysis, and then rapidly cooled.

예컨대 반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지는 130℃ 부근에서 용융되고 150℃ 이상에서 중합이 진행되기 시작하여 고온일수록 빨리 진행되지만 260℃를 초과하는 경우 열분해 될 수 있으므로, 단 시간(예컨대 0초 초과 30초 이하의 시간)내에 해당 온도 범위(예컨대 150℃ 내지 260℃)로 가열하고, 일정 시간 유지(예컨대, 1분 내지 24시간, 가능한 유지 시간은 작도록 하는 것이 바람직하다)한 후, 급속(예컨대, 0초 내지 60 초 이하의 시간)으로 냉각하도록 한다.For example, a polymerizable thermoplastic resin that produces PA6 (nylon 6) when reacting polymerization is melted at about 130 ° C and polymerization starts at 150 ° C or higher and proceeds faster at higher temperatures, but may be pyrolyzed when it exceeds 260 ° C. It is desirable to heat to the temperature range (eg 150 ° C. to 260 ° C.) within a short time (eg more than 0 seconds and up to 30 seconds), and to maintain a constant time (eg 1 minute to 24 hours, possible holding time is small). Then cool rapidly (e.g., 0 seconds to 60 seconds or less).

예시적인 실시예에서, 상기한 인 시츄 중합을 위한 가열 및 냉각 과정을 금형의 온도 조절을 이용하여 수행할 수 있다. 즉, 상기 열가소성 수지 조성물과 나노카본을 혼합하여 혼합물을 제조한 뒤, 이를 금형에 투입하고, 상기 금형을 0초 초과 내지 30초 이하의 단시간 동안 150℃ 내지 260℃ 범위의 온도를 가지도록 급속 가열한 후, 상기 온도 범위 내에서 1분 내지 24시간 유지한다. 상기 유지 과정 이후, 상기 금형을 상온으로 0초 초과 내지 60초 이하의 시간 동안 급속 냉각시킬 수 있다. 상기 가열 속도 또는 냉각 속도는 예를 들어, 초당 40℃ 내지 50℃일 수 있다.In an exemplary embodiment, the heating and cooling process for the in situ polymerization may be performed using temperature control of the mold. That is, after preparing a mixture by mixing the thermoplastic resin composition and nanocarbon, it is put into a mold, and the mold is rapidly heated to have a temperature in the range of 150 ℃ to 260 ℃ for a short time of more than 0 seconds to 30 seconds or less After that, it is maintained for 1 minute to 24 hours within the above temperature range. After the holding process, the mold may be rapidly cooled to room temperature for more than 0 seconds to 60 seconds or less. The heating rate or cooling rate may be, for example, 40 ° C to 50 ° C per second.

예시적인 실시예에서, 상기 금형을 250 내지 260℃의 온도로 가열하고, 해당 가열 온도에서 1분 내지 2분 동안 유지하도록 하는 것이 바람직하다.In an exemplary embodiment, it is desirable to heat the mold to a temperature of 250 to 260 ° C. and hold at that heating temperature for 1 to 2 minutes.

상기와 같이 급속히 금형을 가열하고, 일정 시간 유지한 후 단시간에 냉각하는 경우, 고분자 복합재료를 고속 제조할 수 있게 되므로 탄소나노튜브 및 고분자 수지의 복합 재료를 대량 생산하는데 유리하다. 또한, 금형만이 급속 냉각되기 때문에 제품 물성에 영향을 줄 수 있는 요인들을 차단할 수 있어 균일한 물성의 복합 재료를 제조하는 것이 유리하다.When the mold is rapidly heated as described above, and then cooled for a short time after maintaining a predetermined time, it is advantageous to mass-produce a composite material of carbon nanotubes and a polymer resin because the polymer composite material can be manufactured at high speed. In addition, since only the mold is rapidly cooled, it is possible to block factors that may affect the product properties, thereby producing a composite material having a uniform physical property.

예시적인 실시예에서, 상기 마스터배치 제조 시 가열과 더불어 압력을 가하여 열 압착(hot pressing)을 수행할 수 있다. 이러한 열 압착은 열압 성형 금형 내에서 이루어질 수 있다.In an exemplary embodiment, hot pressing may be performed by applying pressure in addition to heating when the master batch is manufactured. Such thermocompression may be made in a thermoforming mold.

상술한 바와 같이 제조되는 마스터배치는 탄소나노튜브의 함량이 저함량인 경우에도(예컨대 3 중량% 이하) 탄소나노튜브를 마스터배치 내에 고르게 분산시킬 수 있다. 특히 파우더 형태의 탄소나노튜브 및 파우더 형태의 혼합물(반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지 및 촉매가 분산 및 혼합된 조성물)을 혼합 즉 파우더 혼합한 후, 이를 인시츄 중합하는 것에 의하면 탄소나노튜브의 함량이 저함량인 경우에도 마스터배치 내에서 매우 고른 분산을 유도하는 것에 특히 바람직하다. 이와 같이 탄소나노튜브를 제조하는 과정을 거침에 따라 최종 제조되는 탄소나노튜브 펠릿의 물성 향상에 기여하게 된다. 특히 전기 전도성, 표면 저항성 및 전자파 차폐율 면에 있어서 월등한 효과를 가지도록 할 수 있다.The masterbatch prepared as described above can distribute the carbon nanotubes evenly in the masterbatch even when the content of the carbon nanotubes is low (for example, 3 wt% or less). In particular, powder carbon nanotubes and powdery mixtures (composition polymerizable thermoplastic resin and catalyst are dispersed and mixed to produce PA6 (nylon 6) when reacting polymerization) are mixed or powder mixed and then in situ polymerization It is particularly preferable to induce very even dispersion in the masterbatch even when the content of carbon nanotubes is low. As such, as the carbon nanotubes are manufactured, they contribute to the improvement of physical properties of the final carbon nanotube pellets. In particular, it can be made to have an excellent effect in terms of electrical conductivity, surface resistance and electromagnetic shielding rate.

다음으로 상기 마스터배치 형태의 탄소나노튜브 및 고분자 수지의 복합 재료는 압출 공정을 통하여 펠릿화 된다(도 3 참조).Next, the composite material of the carbon nanotubes and the polymer resin in the masterbatch form is pelletized through an extrusion process (see FIG. 3).

예시적인 실시예에서, 상기 펠릿 제조 단계는 압출 장비의 호퍼에 상기 제조된 마스터배치 또는 해당 마스터배치와 추가 고분자 수지를 혼입함으로써 시작된다. 상기 추가로 사용되는 고분자 수지는 상기 마스터배치 형태의 복합 재료를 제조하는데 사용되었던 열가소성 수지와 혼화성이 있는 수지를 사용하는 것이 바람직하다.In an exemplary embodiment, the pellet manufacturing step begins by incorporating the prepared masterbatch or the masterbatch with additional polymer resin in the hopper of the extrusion equipment. The polymer resin further used preferably uses a resin that is miscible with the thermoplastic resin that was used to prepare the composite material in the masterbatch form.

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

제조예 : 탄소나노튜브 펠릿의 제조Preparation Example: Preparation of Carbon Nanotube Pellets

제조예 1 : 실시예 탄소나노튜브 펠릿의 제조Preparation Example 1 Preparation of Carbon Nanotube Pellets

제조예 1-1 : 열가소성 수지 혼합물 제조Preparation Example 1-1 Preparation of Thermoplastic Resin Mixture

본 실시예에 따른 탄소나노튜브 펠릿의 제조를 위해서, 한화 나노텍에서 공급받아 특별한 전처리 과정을 거치지 않은 다중벽 탄소나노튜브를 준비하고, 열가소성 수지로 카프로락탐에 중합 촉매인 소듐 금속 및 활성화제인 다이이소시아네이트를 분산 혼합하여 열가소성 수지 혼합물을 제조하였다. In order to prepare carbon nanotube pellets according to the present embodiment, multi-walled carbon nanotubes prepared by Hanwha Nanotech and not subjected to a special pretreatment process are prepared. Was dispersed and mixed to prepare a thermoplastic resin mixture.

제조예 1-2 : 마스터배치 제조Preparation Example 1-2 Preparation of Masterbatch

상기 탄소나노튜브과 상기 열가소성 수지 혼합물을 균일하게 혼합하고, 250℃로 가열한 후, 20 MPa 압착 압력에서 2 분간 압착 성형하여 중합 반응을 유도(인시츄 중합)하여 진행하여 마스터배치를 제조하였다. 상기 반응으로 제조되는 탄소나노튜브 및 열가소성 수지 혼합물로 이루어지는 마스터배치는 2mm 두께다. The carbon nanotubes and the thermoplastic resin mixture were uniformly mixed, heated to 250 ° C., and then press-molded at 20 MPa compression pressure for 2 minutes to induce a polymerization reaction (in situ polymerization) to prepare a master batch. The master batch made of the carbon nanotube and the thermoplastic resin mixture prepared by the reaction is 2mm thick.

제조예 1-3 : 펠릿화Preparation Example 1-3 Pelletization

상기 마스터배치 중 탄소나노튜브의 함량비가 30 wt%로 제조된 마스터배치에 고분자 수지를 다양한 조성으로 첨가하고 압출하여 펠릿화를 수행하였다. 구체적으로, PA6 수지를 압출기 호퍼에 상기 마스터배치와 함께 혼입한 후 압출과정을 진행하였다. 사용된 이축 압출 장비는 복수의 분산용 구조체가 장착된 스크류를 포함하고 있는 모델(하기 도 6 참조)이고, 공정 조건은 다음과 같다. 배럴에서 노즐까지의 온도는 260, 250, 250, 250, 240, 200, 180℃ 이고, 스크류와 혼입 속도는 각각 300과 24 rpm 이었다. 최종 제조된 펠릿 형태의 탄소나노튜브 및 고분자 수지 복합 재료 내에 탄소나노튜브 함량은 각각 1.0 wt%, 2.0 wt%, 3.0 wt%, 4.0 wt%, 5.0 wt%, 6.0 wt%, 7.0 wt%, 8.0 wt%, 9.0 wt% 및 10.0 wt%이었다(실시예 1 내지 실시예 10). In the masterbatch, the content ratio of carbon nanotubes was 30 wt%, and the polymer resin was added to the masterbatch in various compositions and extruded to pelletize. Specifically, PA6 resin was mixed with the masterbatch in an extruder hopper and then extruded. The biaxial extrusion equipment used is a model including a screw equipped with a plurality of distributing structures (see FIG. 6 below), and the process conditions are as follows. The temperatures from the barrel to the nozzles were 260, 250, 250, 250, 240, 200 and 180 ° C., and the screw and mixing speeds were 300 and 24 rpm, respectively. The carbon nanotube content in the prepared carbon nanotube and polymer resin composite material was 1.0 wt%, 2.0 wt%, 3.0 wt%, 4.0 wt%, 5.0 wt%, 6.0 wt%, 7.0 wt%, 8.0 wt%, 9.0 wt% and 10.0 wt% (Examples 1-10).

제조예 2 : 비교예 탄소나노튜브 펠릿의 제조Preparation Example 2 Preparation of Comparative Example Carbon Nanotube Pellets

PA6 수지를 압출기 호퍼에 탄소나노튜브 파우더와 함께 혼입한 후 압출과정을 진행하였다. 사용된 이축 압출 장비는 한국의 SM PLATEK 사의 TEK20 모델이고 공정 조건은 다음과 같다. 배럴에서 노즐까지의 온도는 260, 250, 250, 250, 240, 200, 180℃ 이고, 스크류와 혼입 속도는 각각 300과 24 rpm 이었다. 최종 제조된 비교예 탄소나노튜브 펠릿 내에 탄소나노튜브 함량은 각각 1.0 wt%, 2.0 wt%, 3.0 wt%, 4.0 wt%, 5.0 wt%, 6.0 wt%, 7.0 wt%, 8.0 wt%, 9.0 wt% 및 10.0 wt%이었다(비교예 1 내지 비교예 10).PA6 resin was mixed with the carbon nanotube powder in the extruder hopper and the extrusion process was performed. The twin screw extrusion equipment used is TEK20 model of SM PLATEK of Korea and the process conditions are as follows. The temperatures from the barrel to the nozzles were 260, 250, 250, 250, 240, 200 and 180 ° C., and the screw and mixing speeds were 300 and 24 rpm, respectively. The carbon nanotube content in the final prepared carbon nanotube pellet was 1.0 wt%, 2.0 wt%, 3.0 wt%, 4.0 wt%, 5.0 wt%, 6.0 wt%, 7.0 wt%, 8.0 wt%, 9.0 wt % And 10.0 wt% (Comparative Examples 1 to 10).

실험예Experimental Example

실험예 1 : 촉매 및 활성화제 유무에 따른 인시츄 중합 반응시간 측정Experimental Example 1 Measurement of In Situ Polymerization Reaction Time According to the Presence of Catalyst and Activator

상술한 제조예 1의 방법과 동일한 방법으로 탄소나노튜브 펠릿을 제조하되, 촉매 및 활성화제를 첨가하지 않고 인시츄 중합반응을 진행하여 마스터배치를 제조하였고, 반응 시간을 측정하여 상기 제조예 1의 방법으로 제조한 마스터비치의 제조에 소요되는 반응시간을 비교하였고, 그 결과는 도 4와 같다.Preparation of carbon nanotube pellets in the same manner as in Preparation Example 1 described above, but proceeding in-situ polymerization without the addition of a catalyst and an activator to prepare a master batch, the reaction time was measured to measure the The reaction time for preparing the master beach prepared by the method was compared, and the results are shown in FIG. 4.

실험예 2 : 제조공정에 따른 탄소나노튜브 펠릿의 표면 저항 측정Experimental Example 2 Measurement of Surface Resistance of Carbon Nanotube Pellets According to Manufacturing Process

상기 실시예 1 내지 실시예 10의 방법으로 제조한 탄소나노튜브 펠릿 및 상기 제조예 1 내지 제조예 10의 방법으로 제조한 탄소나노튜브 펠릿의 표면 저항을 측정하였고, 그 결과는 도 5와 같다. 여기서, 상기 탄소나노튜브 펠릿의 표면 저항 측정환경은 충분히 전자 차폐되는 곳으로 하였다. 또한, 측정 조건은 원칙적으로 온도 섭씨 25±1도, 상대습도 60% 이하의 상태로 유지하도록 하였다. 시료를 측정 환경에 30분 이상 방치하여 정온에 도달하고 나서 표면 저항을 측정하였다. The surface resistance of the carbon nanotube pellets prepared by the method of Example 1 to Example 10 and the carbon nanotube pellets prepared by the method of Preparation Examples 1 to 10 was measured, and the results are shown in FIG. 5. Here, the surface resistance measurement environment of the carbon nanotube pellets was a place where the electromagnetic shielding is sufficiently. In addition, the measurement conditions were in principle maintained at a temperature of 25 ± 1 ° C and a relative humidity of 60% or less. After leaving the sample in the measurement environment for 30 minutes or more to reach a constant temperature, the surface resistance was measured.

Claims (10)

다음의 단계를 포함하는 탄소나노튜브 펠릿 제조방법:
(a) 반응 중합할 경우 PA6(나일론 6)를 생성하는 중합 가능한 열가소성 수지 및 탄소나노튜브의 혼합물을 제조하는 단계;
(b) 상기 단계(a)의 혼합물에 촉매제 및 활성화제를 첨가한 다음 인시츄(in-situ) 중합하여 마스터배치를 제조하는 단계; 및
(c) 스크류에 탄소나노튜브의 분산을 위한 분산용 구조체가 장착된 압출기에 상기 단계 (b)의 마스터배치 및 고분자 수지를 투입하여 탄소나노튜브 펠릿을 제조하는 단계.
Carbon nanotube pellet manufacturing method comprising the following steps:
(a) preparing a mixture of polymerizable thermoplastic resin and carbon nanotubes that when reacted polymerize produces PA6 (nylon 6);
(b) adding a catalyst and an activator to the mixture of step (a) and then in-situ polymerizing to prepare a masterbatch; And
(c) preparing a carbon nanotube pellet by injecting the master batch of the step (b) and a polymer resin into an extruder equipped with a dispersion structure for dispersing carbon nanotubes in a screw.
제 1 항에 있어서,
상기 단계 (a)의 중합 가능한 열가소성 수지는 파우더 형태인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 펠릿 제조방법.
The method of claim 1,
The polymerizable thermoplastic resin of step (a) is a carbon nanotube pellet manufacturing method, characterized in that the powder form.
제 2 항에 있어서,
상기 단계 (b)의 촉매제는 소듐(Sodium) 금속인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 펠릿 제조방법.
The method of claim 2,
The catalyst of step (b) is a carbon nanotube pellet manufacturing method, characterized in that the sodium (Sodium) metal.
제 3 항에 있어서,
상기 단계 (b)의 활성화제는 다이이소시아네이트(Diisocyanate)인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 펠릿 제조방법.
The method of claim 3, wherein
Carbon nanotube pellet manufacturing method, characterized in that the activator of step (b) is diisocyanate.
제 4 항에 있어서,
상기 마스터배치는 상기 중합 가능한 열가소성 수지 100 중량부, 상기 중합 가능한 열가소성 수지 100 중량부를 기준으로 상기 소듐(Sodium) 금속 0.05-0.1 중량부 및 상기 다이이소시아네이트(Diisocyanate) 0.1-2.0 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 펠릿 제조방법.
The method of claim 4, wherein
The masterbatch may include 100 parts by weight of the polymerizable thermoplastic resin, 0.05-0.1 parts by weight of the sodium metal and 0.1-2.0 parts by weight of the diisocyanate based on 100 parts by weight of the polymerizable thermoplastic resin. Carbon nanotube pellet manufacturing method.
제 5 항에 있어서,
상기 탄소나노튜브 펠릿은 상기 탄소나노튜브를 상기 탄소나노튜브 펠릿 중량 기준 0.1-3 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 펠릿 제조방법.
The method of claim 5, wherein
The carbon nanotube pellet is a carbon nanotube pellet manufacturing method comprising 0.1-3% by weight of the carbon nanotube pellet based on the weight of the carbon nanotube pellet.
제 6 항에 있어서,
상기 인시츄 중합 시 중합 온도는 섭씨 130-260도인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 펠릿 제조방법.
The method of claim 6,
In the in-situ polymerization, the polymerization temperature is carbon nanotube pellet manufacturing method, characterized in that 130 to 260 degrees Celsius.
제 7 항에 있어서,
상기 고분자 수지는 PA6(나일론 6) 수지 또는 PA6 수지와 혼화 가능한 수지인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 펠릿 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The polymer resin is a carbon nanotube pellet manufacturing method characterized in that the resin is miscible with PA6 (nylon 6) resin or PA6 resin.
제 8 항에 있어서,
상기 압출기는 배럴, 상기 배럴의 일측 상부에 설치되어 상기 배럴 내부로 원료를 투입하는 호퍼, 상기 배럴 내부에 설치되어 상기 배럴 내부로 투입된 원료를 일 방향으로 이송하는 스크류, 상기 배럴의 내부에 설치되어 상기 스크류에 의해 이송된 용융된 원료를 분산시키는 분산용 구조체, 상기 배럴 내부에 투입된 원료를 가열하는 가열부 및 상기 배럴의 타단에 설치되어 용융된 원료를 토출하고, 상기 용융된 원료를 특정 모양으로 성형하는 금형이 설치된 토출구를 포함하는 탄소나노튜브 펠릿 제조방법.
The method of claim 8,
The extruder is installed in the barrel, a hopper installed on one side of the barrel to inject the raw material into the barrel, a screw installed in the barrel to transfer the raw material introduced into the barrel in one direction, and installed in the barrel. A dispersing structure for dispersing the molten raw material conveyed by the screw, a heating unit for heating the raw material introduced into the barrel and the other end of the barrel to discharge the molten raw material, the molten raw material in a specific shape Carbon nanotube pellet manufacturing method comprising a discharge port provided with a molding die.
제 9 항에 있어서,
상기 분산용 구조체는 상기 스크류의 중간 부분에 복수로 형성되고, 상기 분산용 구조체의 형상은 상기 배럴 내부의 용융된 원료가 혼합 및 분리가 반복되면서 유동될 수 있는 형상인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 펠릿 제조방법.
The method of claim 9,
The dispersion structure is formed in plurality in the middle portion of the screw, the shape of the dispersion structure is carbon nanotubes, characterized in that the molten raw material in the barrel can be flowed while mixing and separation is repeated Pellet production method.
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