KR20200074606A - Polytetra fluoroethylene-carbon nano tube composite with good electronic property - Google Patents

Polytetra fluoroethylene-carbon nano tube composite with good electronic property Download PDF

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KR20200074606A
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Abstract

The present invention relates to a method of manufacturing a polytetrafluoroethylene (PTFE)-carbon nanotube (CNT) composite material having electrical conductivity. The present invention, more specifically, relates to a method of manufacturing a PTFE-CNT composite material having electrical conductivity, wherein the PTFE-CNT composite material has been improved to have electrical conductivity capable of replacing metals by incorporating CNT among carbon-based materials with a PTFE resin having excellent chemical resistance.

Description

전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재{Polytetra fluoroethylene-carbon nano tube composite with good electronic property}PTFE-CNT composite material with electrical conductivity{Polytetra fluoroethylene-carbon nano tube composite with good electronic property}

본 발명은 전기전도성을 갖는 PTFE(Polytetrafluoroethylene)-CNT(Carbon Nano Tube) 복합소재에 관한 것으로, 화학적 저항이 우수한 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 수지에 탄소계열 소재중에서 특히 탄소나노튜브(CNT)를 병합하여 금속을 대체할 수 있는 전기전도성을 갖출 수 있도록 개선된 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재에 관한 것이다.The present invention relates to a composite material of PTFE (Polytetrafluoroethylene)-CNT (Carbon Nano Tube) having electrical conductivity, and carbon nanotubes (CNT) are incorporated in a carbon-based material to a PTFE (Polytetrafluoroethylene) resin having excellent chemical resistance. The present invention relates to a PTFE-CNT composite material having improved electrical conductivity to have replaceable electrical conductivity.

산업현장에서 유해 화합물을 다루는 산업군이 아주 많다. There are many industrial groups dealing with hazardous compounds at industrial sites.

이때, 유해 화합물이란 염산, 질산, 황산 등 강산, 강알카리, 독성을 가진 물질을 말하며, 이는 반도체 유해 화합물을 만드는 케미컬 제조 공장 PCB, 도금 공장 등에서 많이 확인된다.At this time, the harmful compound refers to a strong acid, strong alkali, and toxic substances such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, etc., which are found in many chemical manufacturing factories, PCBs, plating factories, etc. that make semiconductor harmful compounds.

그런데, 최근 들어 급속히 유해 화합물 유출 사고가 증가하여 환경오염, 이로 인한 화재 등으로 인한 2차 사고, 사고로 인한 재산적 손실이 증가하고 있고, 이러한 사고를 분석하여 보면 작업자의 부주의가 가장 크고, 다음이 시설 관리의 미흡이다.However, in recent years, incidents of hazardous compound spills have increased rapidly, and secondary accidents due to environmental pollution, fires, etc., and property loss due to accidents have increased. This is a lack of facility management.

이와 같은 시설관리의 핵심으로 유체 누수를 감지할 수 있는 내화학성이 뛰어난 고감도 센서가 필요하다.As the core of such facility management, a high-sensitivity sensor with excellent chemical resistance to detect fluid leakage is required.

예를 들어, 반도체 산업에서 산성용액으로 세척하는 공정에서의 용액 유출 사고를 감지하는 장치 즉, 고감도 센서(sensor)가 필요하며 빠른 신호의 전달을 위하여 우수한 전기전도성이 필요하다. For example, in the semiconductor industry, a device that detects a solution leakage accident in the process of washing with an acidic solution, that is, a high-sensitivity sensor is required, and excellent electrical conductivity is required for fast signal transmission.

그런데, 우수한 전기 전도체인 금속은 산성 물질에 화학적 저항이 매우 취약하여 사용이 불가하다.However, the metal, which is an excellent electrical conductor, is very chemically resistant to acidic substances and cannot be used.

이와 같이 센서의 소재로 부식의 문제 때문에 금속을 사용하지 못하고, 또한 반도체 등의 고청정 관리 구역에서는 소재에서 파티클(Particle)이 발생되지 않아야 되기 때문에 이를 만족시키는 센서의 소재는 전무한 실정이다.As such, since a metal cannot be used due to corrosion problems as a material for the sensor, and particles must not be generated in the material in a high-cleanliness management area such as a semiconductor, there is no sensor material satisfying this.

때문에, 이를 해결 할 수 있는 방법은 이에 적합한 센서의 신소재가 필요하고, 신소재는 파티클(Particle)이 발생되지 않아야 하며, 부식이 되지 않는 내화학성을 가져야 되고, 고온에서 견디고 특히, 고효율 센서의 기능을 하는 금속을 대체 할 수 있어야 한다.Therefore, a method capable of solving this requires a new material of the sensor suitable for this, and the new material should not have particles and should have chemical resistance that does not corrode, endure at high temperatures, and in particular, function as a high-efficiency sensor. It should be possible to replace the metal.

종래에도 금속을 대체할 수 있는 소재로서, 고분자 수지에 전기 도전성을 위한 도전 충진제를 혼합한 복합소재들이 다양하게 개발되어 각종 분야에 이용되고 있다. Conventionally, as a material that can replace metal, a composite material in which a polymer resin is mixed with a conductive filler for electrical conductivity has been developed and used in various fields.

고분자 수지의 제조시 도전성 충진제로서, 공지의 카본블랙(carbon black), 그라파이트(graphite), 은(silver), 구리(copper), 니켈(nikel), 알루미늄(aluminum) 등과 같은 미세한 금속성 분말을 균일하게 분산시키는 방법이 있다.As a conductive filler in the production of polymer resins, well-known fine metallic powders such as carbon black, graphite, silver, copper, nickel, aluminum, etc. are uniformly used. There is a way to disperse.

그러나, 이러한 도전성 충진제들이 상기 고분자에 도전성을 부여하기 위하여는 상기 충진제들이 고분자 수지 내부에서 입자끼리 연속성을 가지는 경로(pathway)의 형성이 필요하다.However, in order for these conductive fillers to impart conductivity to the polymer, it is necessary to form a pathway in which the fillers have continuity between particles in the polymer resin.

즉, 금속 입자나 카본블랙 입자가 물질 속에서 아주 가까이 접촉되어 있어서 상기 전도성 입자들이 서로 전자를 연결(jumping)시켜줄 수 있어야 한다.That is, the metal particles or the carbon black particles are in close contact with each other in the material so that the conductive particles must be able to connect electrons to each other.

이를 테면, 카본블랙을 우레탄 수지에 배합하여 전기전도성을 부여하고자 하는 경우, 수지의 중량에 대하여 대체로 15~30 중량% 정도의 카본 블랙이 사용되지만, 보다 좋은 전도성을 얻기 위하여는 40 중량% 이상 사용될 것이 요구된다.For example, when carbon black is added to a urethane resin to impart electrical conductivity, approximately 15 to 30% by weight of carbon black is used relative to the weight of the resin, but 40% by weight or more is used to obtain better conductivity. Is required.

그러나, 이러한 다량의 카본블랙의 투입은 그 입자가 균일하게 분산되는 것을 어렵게 하고, 수지의 용융 점도탄성(melt viscoelasticity)을 감소시키며, 상기 충진제 입자들이 서로 응집하여 점도가 극도로 상승하는 원인이 된다. However, the introduction of such a large amount of carbon black makes it difficult for the particles to be uniformly dispersed, reduces the melt viscoelasticity of the resin, and causes the filler particles to aggregate with each other, resulting in an extremely high viscosity. .

그 결과, 고분자 수지 자체 특성이 현저하게 저하되고, 마모에 의한 오염 및 전기전도성 단락 등의 문제가 발생 된다. As a result, the properties of the polymer resin itself are significantly lowered, and problems such as contamination due to abrasion and short circuit of electrical conductivity occur.

한편, 금속분말을 사용하는 경우, 금속분말은 카본블랙 보다 비표면적이 작아 2~3배 이상의 양만큼 배합하여야 전도성이 일어나는데, 이 경우 분산성이 나빠지고, 비중이 무거워지는 문제점이 있다.On the other hand, in the case of using a metal powder, the metal powder has a specific surface area smaller than that of carbon black, so that it has to be blended in an amount of 2 to 3 times or more to generate conductivity.

다른 한편, 고분자 수지 또는 탄성체에 도전성을 부여하기 위한 방법을 개시하고 있는 구체적인 예로 일본특개평 9-000816호, 일본특개평 2000-077891호, 미국특허 6,768,524호, 미국특허 6,784,363호 및 미국특허 4,548,862호 등을 들 수 있다.On the other hand, as a specific example that discloses a method for imparting conductivity to a polymer resin or an elastic body, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-000816, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-077891, U.S. Patent No. 6,768,524, U.S. Patent No. 6,784,363 and U.S. Patent No. 4,548,862 And the like.

또한, 고분자 수지와 탄소나노튜브를 이용한 전도성 복합소재로는 한국공개특허공보 제10-2012-0077647호 "고분자/탄소나노튜브 복합소재 제조방법"과, 한국공개특허공보 제10-2011-0078154호 "유동층 다중벽 탄소나노튜브를 적용한 탄소나노튜브-고분자 나노 복합소재 및 그 제조방법" 등이 있다.In addition, as a conductive composite material using a polymer resin and carbon nanotubes, Korean Patent Publication No. 10-2012-0077647, “Method for Manufacturing Polymer/Carbon Nanotube Composite Materials”, and Korean Patent Publication No. 10-2011-0078154 And a carbon nanotube-polymer nanocomposite material to which a fluidized layer multi-walled carbon nanotube is applied and a method of manufacturing the same.

그런데, 상기한 선행 문헌의 기술들은 상기와 같이 유해 화학물질의 누출을 감지하기 위한 센서 소재와 같이 아주 높은 내화학성을 요구하면서도 금속을 충분히 대신할 만큼의 전기 전도도가 요구되며, 다양한 특성을 요구하는 화학공정에서의 용액누출 고감도 감지센서의 소재로는 적합하다고 할 수 없었다.However, the above-mentioned prior art techniques require a very high chemical resistance, such as a sensor material for detecting the leakage of harmful chemicals, while requiring sufficient electrical conductivity to sufficiently replace the metal, and requiring various characteristics. It could not be said that it is suitable as a material for high-sensitivity sensor for leaking solution in chemical process.

따라서, 화학물질에 강한 내화학성과 낮은 전기저항, 클린(Clean) 공정 등의 오염방지가 요구되는 특정한 장소 및 환경에서는 사용할 수 있는 새로운 소재의 개발이 여전히 요구되고 있다.Therefore, there is still a need to develop a new material that can be used in certain places and environments where strong chemical resistance to chemicals, low electrical resistance, and pollution prevention, such as a clean process, are required.

한국공개특허공보 제10-2012-0077647호 "고분자/탄소나노튜브 복합소재 제조방법"Korean Patent Publication No. 10-2012-0077647 "Method for manufacturing polymer/carbon nanotube composite materials" 한국공개특허공보 제10-2011-0078154호 "유동층 다중벽 탄소나노튜브를 적용한 탄소나노튜브-고분자 나노 복합소재 및 그 제조방법"Korean Patent Publication No. 10-2011-0078154 "Carbon nanotube-polymer nanocomposite material applied with multi-walled carbon nanotubes of fluidized layer and method for manufacturing the same"

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하고, 현재 요구되는 시장 상황에 부응할 수 있도록 창출된 것으로, 화학물질에 강한 내화학성과 낮은 전기저항, 클린(Clean) 공정 등의 오염방지가 요구되는 특정한 장소 및 환경에서 사용할 수 있는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재를 제공함에 그 주된 목적이 있다.The present invention was created in consideration of various problems in the prior art as described above, and is prepared to meet the current market conditions, and has strong chemical resistance to chemicals, low electrical resistance, and prevention of contamination such as a clean process. The main purpose is to provide a PTFE-CNT composite material having electrical conductivity that can be used in specific places and environments where is required.

또한, 본 발명은 전기 저항이 1.00E+00Ω.㎝ ~ 1.00E-02Ω.㎝ 체적저항률이 되는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재를 제공함에 그 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a PTFE-CNT composite material having electrical conductivity with an electrical resistance of 1.00E+00Ω.cm to 1.00E-02Ω.cm volume resistivity.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 교반 챔버 온도를 30~60℃ 가열하는 준비단계;The present invention as a means for achieving the above object, a preparation step of heating the stirring chamber temperature 30 ~ 60 ℃;

교반 챔버에 100중량%를 기준으로 PTFE 파우더 10~30중량%, CNT 혼합물 1~10중량% 및 나머지로 극성유기용매인 리튬브로마이드가 혼합된 NMP를 투입하는 원료 투입단계Raw material input step of introducing NMP mixed with 10-30% by weight of PTFE powder, 1-10% by weight of CNT mixture and lithium bromide as a polar organic solvent into the stirring chamber based on 100% by weight

교반 챔버의 온도와 압력을 미리 설정한 범위 내로 조절하면서 투입된 총 원료량에 비례하는 교반시간동안 교반하는 1차 교반단계;A first stirring step of stirring for a stirring time proportional to the total amount of raw material input while controlling the temperature and pressure of the stirring chamber within a preset range;

교반 챔버 내부의 점도(Viscosity)가 3,000~5,000 CPS가 되면 상기 극성유기용매 100중량부를 기준으로 불화비닐리덴과 퍼플루오로-1,3-디옥솔이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 0.1-0.2중량부와; C18H24N2 0.2-0.3중량부 및 C60H123O15P3Ti 0.3-0.6중량부를 투입하는 기능조절제 투입단계;When the viscosity (Viscosity) inside the stirring chamber is 3,000 to 5,000 CPS, a mixture of vinylidene fluoride and perfluoro-1,3-dioxole in a weight ratio of 1:1 based on 100 parts by weight of the polar organic solvent 0.1-0.2 Parts by weight; C 18 H 24 N 2 0.2-0.3 parts by weight and C 60 H 123 O 15 P 3 Ti 0.3-0.6 parts by weight of functional control agent input step;

기능조절제를 투입한 후 30~60분간 반응 교반시켜 정지하는 2차 교반단계;Secondary stirring step to stop by reacting and stirring for 30 to 60 minutes after adding the functional regulator;

2차 교반 후 액상의 유기용매를 제거하는 유기용매 제거단계;An organic solvent removal step of removing the liquid organic solvent after the second stirring;

액상의 유기용매를 제거한 조성물을 저온 건조시켜 PTFE에 CNT가 합성된 복합소재를 제조하는 저온 건조단계;를 포함하는 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재를 제공한다.Provided PTFE-CNT composite material having electrical conductivity, characterized in that produced by a manufacturing method comprising; low-temperature drying step of manufacturing a composition obtained by removing the organic solvent in the liquid at a low temperature to synthesize CNT composite material on PTFE. do.

이때, 상기 저온 건조단계에서 제조된 결과물을 분쇄 가공하여 파우더(Powder), 시트(Sheet), 필름(Film) 또는 바(Bar) 중 어느 하나의 제품으로 제품화하는 것에도 특징이 있다.At this time, it is also characterized in that the product produced in the low-temperature drying step is pulverized to commercialize it as one of powder, sheet, film, or bar products.

또한, 상기 원료투입 단계에서 투입하는 CNT 혼합물은 5-15nm 입도를 갖는 MWCNT 50중량%와, 래핑제인 폴리프로필렌수지 40중량% 및 그라파이트(Graphite) 10중량%로 이루어진 혼합물을 사용한 것에도 그 특징이 있다.In addition, the CNT mixture introduced in the raw material injection step is characterized by using a mixture consisting of 50% by weight of MWCNT having a particle size of 5-15nm, 40% by weight of polypropylene resin as a wrapping agent, and 10% by weight of graphite. have.

뿐만 아니라, 상기 1차 및 2차 교반단계는, In addition, the primary and secondary agitation steps,

교반 챔버 내에 삽입된 혼합 스크류를 회전시키는 혼합 스크류 회전단계와,Mixing screw rotating step of rotating the mixing screw inserted into the stirring chamber,

교반 챔버를 상기 혼합 스크류와 반대방향으로 회전시키는 교반 챔버 회전단계를 동시에 진행하는 것에도 그 특징이 있다.It is also characterized in that the stirring chamber rotates at the same time to rotate the stirring chamber in the opposite direction to the mixing screw.

또한, 상기 1차 및 2차 교반단계는,In addition, the primary and secondary stirring steps,

상기 혼합 스크류는 5,000~1,5000 RPM의 회전속도로 고속 회전시키고, 상기 교반 챔버는 1~200 RPM으로 저속 회전시키는 것에도 그 특징이 있다.The mixing screw is rotated at a high speed of 5,000 to 1,5000 RPM, and the stirring chamber is also characterized by rotating at a low speed of 1 to 200 RPM.

또한, 상기 1차 및 2차 교반단계는,In addition, the primary and secondary stirring steps,

혼합 스크류의 회전 및 교반 챔버의 회전 속도를 가변시키면서 교반시키는 것에도 그 특징이 있다.It is also characterized by stirring while varying the rotation speed of the mixing screw and the stirring chamber.

또한, 상기 교반 챔버 회전단계는, 간헐적 회전방식으로 온/오프를 반복하여 제어하는 것에도 그 특징이 있다.In addition, the stirring chamber rotating step is characterized by repeatedly controlling on/off by an intermittent rotation method.

또한, 상기 원료투입단계에서 극성유기용매는 리튬브로마이드와 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)가 0.5:9.5의 중량비로 혼합된 솔벤트인 것에도 그 특징이 있다.In addition, the polar organic solvent in the raw material injection step is characterized in that the lithium bromide and NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone) is a solvent mixed in a weight ratio of 0.5:9.5.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, the following effects can be obtained.

첫째, 고분자 소재 중에서 화학적 저항이 가장 우수하다고 알려진 PTFE 수지에 도전 충진제로서 CNT를 첨가하여 합성한 전기전도성 기능이 있는 PTFE-CNT 복합소재를 제공할 수 있다.First, a PTFE-CNT composite material having an electrical conductivity function synthesized by adding CNT as a conductive filler to a PTFE resin known to have the best chemical resistance among polymer materials can be provided.

둘째, PTFE-CNT 복합소재는 PTFE 자체의 특성은 그대로 유지하면서 전도성 기능을 갖는 복합소재를 제공할 수 있어 화학물질에 강한 내화학성과 낮은 전기저항, 클린 공정 등의 오염방지가 요구되는 특정한 장소 및 환경에서는 사용이 가능한 장점이 있다.Second, the PTFE-CNT composite material can provide a composite material having a conductive function while maintaining the characteristics of the PTFE itself, so it is possible to provide a specific place where strong chemical resistance to chemicals, low electrical resistance, and pollution prevention such as clean processes are required. There is an advantage that can be used in the environment.

세째, 낮은 전기적 저항대인(1.0E+00Ω.㎝~1.0E-02Ω.㎝의 Volume Resistivity) 전기적 저항 특성을 실현할 수 있다.Third, it is possible to realize low electrical resistance characteristics (Volume Resistivity of 1.0E+00Ω.cm~1.0E-02Ω.cm).

네째, PTFE-CNT 복합소재를 이용한 전기, 전자, 통신, 자동차, 의료, 항공 등등의 여러 분야에서 적용이 가능하게 되어 높은 품질의 제품 생산이 가능하다.Fourth, it can be applied in various fields such as electricity, electronics, telecommunications, automobile, medical, aviation, etc. using PTFE-CNT composite material, and it is possible to produce high quality products.

도 1은 고분자 수지에 전기전도성을 부여한 조성물의 전기 저항에 대한 분류 비교도.
도 2는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 제조공정도.
도 3은 본 발명에 의한 탄소나노투브 투입량에 따른 전기 저항 변화 그래프.
도 4는 본 발명에 의한 표면의 광택 및 오염도 측정 비교 사진도면.
도 5는 본 발명에 의한 PTFE+MWCNT 복합재료의 전기 체적 저항 측정 설명도.
1 is a classification comparison of the electrical resistance of the composition to impart electrical conductivity to the polymer resin.
Figure 2 is a manufacturing process diagram for explaining an embodiment of the present invention.
3 is a graph of electrical resistance change according to the carbon nanotube input amount according to the present invention.
Figure 4 is a comparative photograph of the gloss and contamination measurement of the surface according to the present invention.
Figure 5 is an explanatory diagram for measuring the electrical volume resistance of the PTFE+MWCNT composite according to the present invention.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Prior to the description of the present invention, the following specific structures or functional descriptions are merely exemplified for the purpose of illustrating the embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms, It should not be construed as being limited to the embodiments described herein.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, embodiments according to the concept of the present invention can be applied to various changes and may have various forms, so specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail herein. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific disclosure form, and it should be understood that it includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명은 PTFE(polytetrafluoroethylene)에 전기전도성 부여를 위한 탄소나노튜브(CNT)를 결합한 전기전도성 기능을 갖는 PTFE-CNT 복합소재 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a PTFE-CNT composite material having an electrical conductivity function by combining carbon nanotubes (CNT) for imparting electrical conductivity to PTFE (polytetrafluoroethylene).

이때, PTFE는 (C2F4)n과 같은 분자식을 가지며, 내화학성, 비점착성, 방오성, 내열성, 마찰특성이 우수한 소재이고, CNT는 PTFE에서 부족한 전기전도성을 부여하기 것으로서 복합소재 전체가 전기전도성을 가지도록 한다.At this time, PTFE has a molecular formula such as (C 2 F 4 )n, and is a material having excellent chemical resistance, non-adhesiveness, antifouling properties, heat resistance, and friction characteristics, and CNT imparts insufficient electrical conductivity in PTFE. Make it conductive.

따라서, 본 발명은 PTFE의 기본 성질을 유지하면서 금속과 같은 우수한 전기 전도도를 갖는 복합소재를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention can provide a composite material having excellent electrical conductivity such as metal while maintaining the basic properties of PTFE.

그런데, PTFE는 결정성 수지로서 내화학성이 가장 뛰어나고 파티클도 생기지 않는 수지이기 때문에 다른 물질과의 상용성이 매우 어렵고, 전기절연성이 매우 뛰어나므로 여기에 전기전도성을 부여하기란 쉽지 않은 단점이 있다.However, since PTFE is a crystalline resin having the best chemical resistance and no particles, compatibility with other materials is very difficult, and electrical insulation is very excellent, so it is not easy to impart electrical conductivity to it.

한편, 금속을 대체하려면 전기 저항이 낮아야 한다(<1.0E+00Ω.㎝ Volume Resistivity).On the other hand, to replace metal, the electrical resistance must be low (<1.0E+00Ω.㎝ Volume Resistivity).

도 1은 고분자 수지에 전기전도성을 부여한 조성물의 전기 저항에 대한 분류 비교도이다.1 is a classification comparison of the electrical resistance of the composition to impart electrical conductivity to the polymer resin.

일반적인 고분자 수지는 절연체로서 체적 저항률(Volume Resistivity; 이하, '전기 저항'이라 혼용함)(<1.00E+13Ω.㎝~1.00E+14Ω.㎝↑)이고, 고분자 수지에 도전성 충진제를 투입하여 전기 저항(1.00E+07Ω.㎝~1.00E+12Ω.㎝)의 대전체(Antisatic), 전기 저항(l.00E+04Ω.㎝~1.00E+06Ω.㎝)의 산일체(Dissipative), 전기 저항(1.00E+01Ω.㎝~1.00E+3Ω.㎝ )의 전도체(Conductive)의 용도로 분류되고 있으며, 고분자 수지에 도전성 충진제를 투입한 기존 조성물들이 이에 해당된다. A typical polymer resin is a volume resistivity (hereinafter referred to as ``electrical resistance'') as an insulator (<1.00E+13Ω.cm~1.00E+14Ω.cm↑), and is charged with an electrically conductive filler to the polymer resin. Dissipative, electrical resistance of electrical resistance (l.00E+04Ω.cm~1.00E+06Ω.cm), electrical resistance of resistance (1.00E+07Ω.cm~1.00E+12Ω.cm) (1.00E+01Ω.㎝~1.00E+3Ω.㎝) is classified as a use of a conductor, and existing compositions in which a conductive filler is added to a polymer resin correspond to this.

여기에서, 일반적인 PTFE수지의 전기 저항은 (1.0E+15Ω.㎝ ↑) 특성을 보인다.Here, the electrical resistance of a typical PTFE resin shows (1.0E+15Ω.cm ↑) characteristics.

그런데, 금속을 대체할 전기 저항은 1.00E+00Ω.㎝ 이하를 요구하고 있으므로 현재까지 낮은 전기적 저항대인 (1.0E+00Ω.㎝~1.0E-02Ω.㎝의 Volume Resistivity) 불가능 하였으나, 본 발명에 의한 PTFE-CNT 복합소재 제조방법에 따라 제조된 복합소재는 (1.00E-01Ω.㎝~1.00E-02Ω.㎝ Volume Resistivity)의 전기 저항을 실현하였다.However, since the electric resistance to replace the metal requires 1.00E+00Ω.cm or less, it has been impossible to achieve low electrical resistance (Volume Resistivity of 1.0E+00Ω.cm~1.0E-02Ω.cm). The composite material produced according to the PTFE-CNT composite material manufacturing method by (1.00E-01Ω.㎝~1.00E-02Ω.㎝ Volume Resistivity) realized electrical resistance.

상기 저항의 표식에서 (1.0E+00Ω.㎝ ~ 1.0E-02 ohm):1.0은 정수이며, +는 가 아님을 나타내며 00~은 10의0승 이고, -02 10의 마이너스 2승을 의미한다.(1.0E+00Ω.cm ~ 1.0E-02 ohm):1.0 is an integer in the above-mentioned resistance mark, + indicates not, 00~ is 10 to 0 power, -02 to 10 minus 2 power. .

일반적인 고분자 수지에 전기전도성을 부여하기 위한 방법을 응용하여 PTFE(Polytetra fluoroethylene)고분자 물질에 전기전도성 기능을 부여하기 위해서는, 탄소계열의 카본블랙, 카본나노튜브, 그래핀, 흑연 등을 하나 또는 하나 이상을 첨가하여야 하는데 합성이 매우 어려운 것이 현실이며, 국내의 소재 생산업체는 전무하다.In order to impart electrical conductivity to PTFE (Polytetra fluoroethylene) polymer materials by applying a method for imparting electrical conductivity to general polymer resins, one or more carbon-based carbon black, carbon nanotubes, graphene, graphite, etc. However, it is a reality that synthesis is very difficult, and there are no domestic material producers.

경쟁 현황을 보면 세계적으로 아직 PTFE와 CNT를 합성한 복합 소재가 없어서 직접적으로 비교를 할 수 없으나, 현재 가장 이 분야에서 앞서가는 회사는 프랑스의 세인트 고바인 사로 볼 수 있다. In terms of competition, there is no composite material made of PTFE and CNT in the world yet, so it cannot be compared directly, but the most leading company in this field can be seen as Saint Gobain, France.

세인트 고바인 사는 전도성 물질로 카본 블랙(Carbon Black)을 사용하고 있어서 파티클(Particle) 때문에 고청정 지역에서 사용하는데 문제가 있다. 고바인사의 전도성 PTFE 제품의 Spec은 전기저항에서 3승 옴으로 금속 대체재로 사용할 수 있는 -2승 옴과는 많은 차이를 보이고 있다. St. Gobain uses Carbon Black as its conductive material, which is problematic for use in high-clean areas due to particles. The specification of the conductive PTFE product of Govine is 3 times ohm in electrical resistance, showing a lot of difference from -2 ohm which can be used as a metal substitute.

또한, 다른 회사로는 다이네온 사가 있는데 물질의 형태가 카본블랙(Carbon Black)을 사용한 잉크(INK) 형태이기 때문에 내구성과 적용에 제한이 있다.In addition, other companies include Dyneon, which has durability and application limitations because the material is in the form of ink (INK) using carbon black.

뿐만 아니라, 그래핀, 카본블랙, 흑연, 카본 파이버 등은, 전기 전도도 면에서 탄소나노튜브에 비해 떨어지고, 전도성 입자가 서로 전자를 연결(jumping)시키기 위해서는 많은 량이 투입되어야 하므로, PTFE의 기본 특성이 떨어지고, 마모나 오염 등의 문제점이 발생하며, 전기전도성 영역에서는 탄소나노튜브와 하나 이상의 물질을 혼합 사용이 좋은 효과가 있으나 혼합 사용시 단락에 의한 오염이 발생되는 결과가 발생한다.In addition, graphene, carbon black, graphite, carbon fiber, etc. are inferior to carbon nanotubes in terms of electrical conductivity, and a large amount of conductive particles must be injected to connect electrons to each other, so the basic properties of PTFE are Falling, problems such as abrasion and contamination occur, and in the electrically conductive region, carbon nanotubes and one or more substances have a good effect of mixing, but when mixing is used, contamination by short circuit occurs.

또한, 상기 고바인사의 PTFE 제품은 (<1.0E+03Ω.㎝ Volume Resistivity) 이상으로서 금속을 대체할 정도의 전기전도도를 가지지 못하여 민감도를 요구하는 센서분야의 소재와 같은 곳에는 사용하기 어렵고, 사용분야에 제한이 많다.In addition, the PTFE product of Gobine Corporation is (<1.0E+03Ω.㎝ Volume Resistivity) or more, so it does not have electrical conductivity enough to replace metal, so it is difficult to use in places such as materials in the sensor field that require sensitivity. There are many limitations in the field.

따라서, 본 발명은 마모 등에 의한 오염 문제를 해결하는 방법으로 도전성 충진제로서 탄소나노튜브를 단독으로 투입하는 것을 선정하여 해결하고, 전기전도성 문제는 탄소나노튜브와 PTFE를 그라프트(Graft) 반응시켜 매트릭스(Matrix) 상에서 PTFE와 결합되는 CNT, 특히 MWCNT에 의한 전기전도성을 극대화시킴과 동시에 단락에 의한 오염 문제를 해결하도록 구성된 것이다.Therefore, the present invention solves the contamination problem caused by abrasion, etc. by selecting carbon nanotubes alone as a conductive filler, and solving the electrical conductivity problem by grafting the carbon nanotubes and PTFE into a matrix. It is configured to solve the contamination problem caused by short circuit while maximizing the electrical conductivity by CNT, especially MWCNT, which is combined with PTFE on (Matrix).

여기서, 탄소나노튜브(CNT)는 단일벽 탄소나노튜브를 사용할 수도 있고, 다중벽 탄소나노튜브를 사용할 수도 있으나, 가성비 측면에서 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 사용하였다.Here, the carbon nanotube (CNT) may be a single-walled carbon nanotube or a multi-walled carbon nanotube, but a multi-walled carbon nanotube (MWCNT) was used in terms of cost-effectiveness.

또한, 그라프트 반응이란 하나의 선상(線狀) 고분자에 다른 종류의 고분자를 가지상태로 공중합시키는 것을 말하며, 이때 생긴 폴리머를 그라프트중합물이라고 한다.In addition, the graft reaction refers to copolymerization of one linear polymer with another type of polymer in a branched state, and the resulting polymer is called a graft polymerization product.

보다 구체적으로, 상용성이 어려운 PTFE의 C-F 결합에서 F를 떼어내고 CNT(즉, C)를 그라프트 반응시켜 영구적으로 고착시키기 위해서는 PTFE를 개질하여야 한다.More specifically, PTFE must be modified to remove F from the C-F bond of PTFE, which is difficult to use, and to permanently fix CNT (ie, C) by grafting.

즉, 반응할 수 있는 상태로 만들어야 하는데, 그 상태란 PTFE의 입자 사이즈를 일정 크기 이하로 만들어야 하고, 또한 주변환경(온도와 압력)을 일정하게 유지한 상태에서 일정시간 동안 교반하여 그라프트 반응 시킴으로써 본 발명이 목적하는 PTFE-CNT, 더 바람직하게는 PTFE-MWCNT 복합소재를 얻을 수 있게 된다.In other words, it should be made to be able to react, and the state should be made to make the particle size of the PTFE less than or equal to the size, and also, by maintaining the surrounding environment (temperature and pressure) constant, stirring for a certain period of time to perform graft reaction. It is possible to obtain the desired PTFE-CNT, more preferably a PTFE-MWCNT composite material.

이때, 그라프트 반응을 촉진시키기 위해 첨가제와 촉매가 사용될 수 있다.At this time, additives and catalysts may be used to promote the graft reaction.

그런데, 반응할 수 있는 상태, 즉 특정 조건에 맞지 않게 되면 PTFE의 특성상 온도에 민감하여 서로 뭉치기 때문에 품질의 편차가 심하고 불량이 발생되므로 주의하여야 한다.However, if it does not meet a specific condition, that is, it is sensitive to temperature due to the characteristics of PTFE, so it must be careful because the quality deviation is severe and defects occur.

여기에서, 상기 반응할 수 있는 상태로 PTFE를 개질하는 조건은 입자 사이즈를 0.5㎛ 이하로 만들어야 하고, 반응시 압력은 10-20N/㎠, 온도는 50-100℃를 유지해야 한다.Here, the condition for modifying PTFE to the state in which the reaction can be made is to make the particle size 0.5 µm or less, and the pressure during the reaction should be 10-20 N/cm 2 and the temperature should be maintained at 50-100°C.

이 경우, 상기 PTFE 입자 사이즈를 0.5㎛ 이하로 만드는 방법은 통상 10-50㎛의 사이즈를 갖는 PTFE 입자를 극성유기용매(솔벤트)로 커팅하여 만들어지게 되는데, 이것은 용기에 넣고 교반함으로써 자연스럽게 이루어진다.In this case, the method of making the PTFE particle size to 0.5 µm or less is usually made by cutting PTFE particles having a size of 10-50 µm with a polar organic solvent (solvent), which is naturally made by stirring in a container.

이를 위해 사용되는 극성유기용매는 리튬브로마이드가 첨가된 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)를 사용한다.Polar organic solvents used for this use N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) with lithium bromide added.

이때, 리튬브로마이드는 0.5:9.5의 중량비로 NMP에 첨가되며, NMP는 극성용매로서, 이들은 PTFE의 입자에서 pore의 분해능을 증대시켜 입자의 사이즈를 작아지게 커팅하게 된다.At this time, lithium bromide is added to NMP in a weight ratio of 0.5:9.5, and NMP is a polar solvent, which increases the resolution of pores in the particles of PTFE, thereby cutting the particle size to be small.

그리고, 상기 입자 사이즈를 지속적으로 유지하면서 그라프트 반응을 촉진하기 위해 상기 압력과 온도를 유지해야 한다.In addition, the pressure and temperature must be maintained to promote the graft reaction while continuously maintaining the particle size.

뿐만 아니라, 본 발명에서 PTFE에 전기전도성을 부여하기 위한 CNT, 특히 MWCNT는 특정 분산도를 가져야 한다. 예컨대, 본 발명의 경우 5-15nm로 분산된 CNT를 사용해야 원하는 전기전도 특성을 얻을 수 있다.In addition, CNTs for imparting electrical conductivity to PTFE in the present invention, especially MWCNTs, must have a specific degree of dispersion. For example, in the case of the present invention, CNTs dispersed at 5-15 nm should be used to obtain desired electrical conductivity characteristics.

그런데, CNT는 육각형의 벌집모양으로 이루어진 그라펜시트가 직경이 수 나노미터 크기로 둥글게 말려 튜브 형태를 이루고 있으며, 말린 방향 및 형태에 따라 서로 다른 성질을 갖는다.By the way, CNT has a hexagonal honeycomb-shaped graphene sheet, which is rounded to a size of several nanometers in diameter to form a tube, and has different properties according to the dried direction and shape.

이러한 CNT는 외벽수에 따라 Sing Walled CNT(SWCNT), Double Walled CNT(DWCNT), Multi Walled CNT(MWCNT), Nanotube Rope 등으로 구분된다.These CNTs are divided into Sing Walled CNT (SWCNT), Double Walled CNT (DWCNT), Multi Walled CNT (MWCNT), and Nanotube Rope according to the number of external walls.

본 발명은 이 중에서도 우수한 전기전도 특성을 구현시킬 수 있으면서 상대적으로 가격이 저렴한 MWCNT를 활용함이 바람직하다.In the present invention, it is preferable to utilize MWCNT, which is relatively inexpensive while being able to realize excellent electrical conductivity characteristics.

그런데, CNT(MWCNT 포함)는 매우 낮은 분산특성 때문에 쉽게 잘 뭉치므로 단순 첨가시에는 원하는 특성을 얻을 수 있다. 따라서, CNT를 첨가했을 때 응집 또는 침전되지 않고 안정된 상태로 균일하게 분산시키기 위해서는 CNT와 PTFE의 매트릭스와의 동시 친화력을 부여할 수 있도록 해야 한다.However, CNTs (including MWCNTs) easily agglomerate easily due to their very low dispersion characteristics, and thus, when added simply, desired properties can be obtained. Therefore, in order to uniformly disperse in a stable state without aggregation or precipitation when CNT is added, it is necessary to provide a simultaneous affinity of the matrix of CNT and PTFE.

이와 같은 CNT 분산 방법으로는 초음파법, 화학처리법, 계면활성제처리법, 고분자래핑(Wrapping)법 등을 들 수 있다.Examples of the CNT dispersion method include an ultrasonic method, a chemical treatment method, a surfactant treatment method, and a polymer wrapping method.

여기에서, 초음파법은 초음파장치로 CNT 희석용액을 균일분사하여 분산시키는 방식으로서 편리하지만 나노튜브의 손상, 재응집 발생 등의 문제가 있다.Here, the ultrasonic method is a method of uniformly dispersing and dispersing the CNT dilution solution with an ultrasonic device, but there is a problem of damage to the nanotube, occurrence of reaggregation, and the like.

또한, 화학처리법은 황산 혹은 질산 등으로 표면에 표면관능기를 도입시키는 산용액처리방식이지만 CNT 입자의 절단, 낮은 분산안정성 때문에 많이 활용되지는 않는다.In addition, the chemical treatment method is an acid solution treatment method in which a surface functional group is introduced on the surface with sulfuric acid or nitric acid, but is not widely used due to the cutting and low dispersion stability of CNT particles.

그리고, 계면활성제처리법은 CNT 표면 코팅 후 정전기적 반발력이나 입체(Steric) 반발력을 유도하여 분산시키는 방식으로서 CNT 고유특성유지가 가능하고 분산안정성이 좋지만, 후속 공정시 표면계면활성제를 제거해야 하는 단점을 갖는다.In addition, the surfactant treatment method is a method of inducing and dispersing an electrostatic repulsive force or a steric repulsive force after coating the CNT surface, so it is possible to maintain CNT intrinsic properties and has good dispersion stability, but it has a disadvantage of removing the surface surfactant in subsequent processes. Have

이와 달리, 고분자래핑법은 모노머수준에서 CNT를 혼합하여 복합체를 제조하기 때문에 분산효율성이 매우 높고, 균일성을 유지할 수 있으므로 본 발명에 적합하다.On the other hand, the polymer lapping method is suitable for the present invention because the dispersion efficiency is very high and the uniformity can be maintained because the CNT is mixed at the monomer level to produce a composite.

이러한 고분자래핑법에 사용될 수 있는 고분자수지로는 PP(polypropylene)가 바람직하다.PP (polypropylene) is preferable as a polymer resin that can be used in such a polymer wrapping method.

이때, 고분자래핑을 위해 MWCNT, 즉 CNT를 얼마만큼 분산시킬 것인가가 매우 중요한 요소가 된다. 왜냐하면, CNT의 분산정도에 따라 전기전도성이 달라지기 때문이다.At this time, how much to disperse MWCNT, that is, CNT for polymer wrapping is a very important factor. This is because the electrical conductivity varies depending on the degree of dispersion of CNTs.

본 발명에서는 5-15nm로 분산된 CNT를 요구하기 때문에 전기전도 특성을 더 높일 수 있도록 5-15nm 입도를 갖는 CNT, 특히 MWCNT 50중량%와, 래핑제인 폴리프로필렌수지 40중량% 및 그라파이트(Graphite) 10중량%로 이루어진 혼합물을 사용한다.In the present invention, since CNTs dispersed at 5-15 nm are required, CNTs having a particle size of 5-15 nm, in particular, 50% by weight of MWCNT, 40% by weight of polypropylene resin as a lapping agent and graphite (Graphite) to further increase the electrical conductivity properties A mixture consisting of 10% by weight is used.

이때, 폴리프로필렌수지는 CNT의 분산유도를 위한 것이고, 그라파이트는 전기전도성을 강화시키기 위한 것이다.At this time, the polypropylene resin is for dispersive induction of CNTs, and graphite is for enhancing electrical conductivity.

아울러, 그라프트 반응을 진행하면서 PTFE가 재응집되는 것을 막기 위해 응집방지제를 첨가해야 하며, 바람직한 응집방지제로는 불화비닐리덴과 퍼플루오로-1,3-디옥솔이 1:1의 중량비로 혼합된 것을 사용한다.In addition, an anti-agglomeration agent should be added to prevent re-agglomeration of PTFE during the grafting reaction. As a preferred anti-aggregation agent, vinylidene fluoride and perfluoro-1,3-dioxole are mixed in a weight ratio of 1:1. Use that.

이러한 불화비닐리덴과 퍼플루오로-1,3-디옥솔은 PTFE의 피블릴화를 억제하여 재응집되지 않도록 방지하게 된다.These vinylidene fluoride and perfluoro-1,3-dioxole inhibit fibrillation of PTFE and prevent it from reagglomerating.

또한, 열에 의해 산화되는 것을 방지하기 위해 C18H24N2(N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine)를 더 첨가할 수 있다.In addition, C 18 H 24 N 2 (N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine) may be further added to prevent oxidation by heat.

열에 의한 산화를 품질을 저하시키므로 이를 방지하여 균일한 품질을 유지할 수 있다.Since the oxidation by heat reduces the quality, it can be prevented to maintain a uniform quality.

뿐만 아니라, 반응 촉진을 위해 첨가제 C60H123O15P3Ti(Titanium(4+) dioctyl phosphate 2,2-bis[(allyloxy)methyl]-1-butanolate(1:3:1))를 더 첨가할 수 있다.In addition, the additive C 60 H 123 O 15 P 3 Ti(Titanium(4+) dioctyl phosphate 2,2-bis[(allyloxy)methyl]-1-butanolate(1:3:1)) is added to accelerate the reaction. Can be added.

이때, 상기 첨가제 C60H123O15P3Ti는 평균분자량(Average mass):1225.398 Da이며, 구조식은 아래와 같다.At this time, the additive C 60 H 123 O 15 P 3 Ti is the average molecular weight (Average mass): 1225.398 Da, the structural formula is as follows.

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정리하자면, 본 발명에 따른 제조방법은 PTFE와, MWCNT 및 유기용매를 교반 챔버에 넣고 교반하다가 첨가제인 C60H123O15P3Ti를 포함하는 기능조절제(응집방지, 산화방지, 첨가제)를 투입해 교반한 후, 원심분리기를 이용해 유기용매를 제거하여 복합소재를 제조한다.In summary, the manufacturing method according to the present invention includes PTFE, MWCNT and an organic solvent in a stirring chamber and stirred, and then a functional regulator (anti-agglomeration, anti-oxidation, additive) containing C 60 H 123 O 15 P 3 Ti as an additive. After input and stirring, the organic solvent is removed using a centrifuge to prepare a composite material.

이때, 특수 열가압 교반장치를 이용하며, 금속을 대체할 수 있는 저항(<1.0E+00Ω.㎝~1.0E-2Ω.㎝ Volume Resistivity)인 전기 전도도를 갖도록 고분자 물질 PTFE(Polytetra fluoroethylene)에 다중벽탄소나노튜브(MWCNT)를 합성하여 전기전도성이 금속을 대체하기에 충분하면서도 PTFE의 내화학성, 내마모성, 고내열성, 고광택 등의 특성을 그대로 유지시키는 전기전도성 기능을 갖는 PTFE-CNT, 더 바람직하게는 PTFE-MWCNT 복합소재를 제공할 수 있게 된다.At this time, a special heat-pressing stirrer is used, and the polymer material PTFE (Polytetra fluoroethylene) is multiplied to have electrical conductivity, which is a metal replacement resistance (<1.0E+00Ω.㎝~1.0E-2Ω.㎝ Volume Resistivity). PTFE-CNT having an electrical conductivity function that maintains the properties such as chemical resistance, abrasion resistance, high heat resistance, and high gloss of PTFE while synthesizing wall carbon nanotubes (MWCNT) is sufficient to replace metal, more preferably Will be able to provide PTFE-MWCNT composites.

도 2는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 제조공정도이다. 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 제조방법을 구체적인 실시예 형태로 설명하면 다음과 같다.2 is a manufacturing process diagram for explaining an embodiment of the present invention. The manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2 as follows.

본 발명에 따른 PTFE-MWCNT 복합소재 제조방법은 100 중량%를 기준으로 다음과 같이 진행된다.The PTFE-MWCNT composite material manufacturing method according to the present invention proceeds as follows based on 100% by weight.

(1) 교반 챔버 온도를 30~60℃ 가열하는 준비단계(S10).(1) Preparation step of heating the stirring chamber temperature 30 ~ 60 ℃ (S10).

(2) 교반 챔버에 PTFE 파우더(10um~250um)를 10~30중량% 투입하고, 교반 챔버에 MWCNT 혼합물 1~10중량% 투입하며, 나머지는 극성유기용매인 리튬브로마이드가 혼합된 NMP를 투입하는 원료 투입단계(S20).(2) 10-30% by weight of PTFE powder (10um~250um) is added to the stirring chamber, 1-10% by weight of the MWCNT mixture is added to the stirring chamber, and the rest is charged with NMP mixed with lithium bromide, a polar organic solvent. Raw material input step (S20).

여기에서, MWCNT 혼합물은 5-15nm 입도를 갖는 MWCNT 50중량%와, 래핑제인 폴리프로필렌수지 40중량% 및 그라파이트(Graphite) 10중량%가 균질하게 혼합교반된 혼합물이다.Here, the MWCNT mixture is a mixture of 50% by weight of MWCNT having a particle size of 5-15 nm, 40% by weight of a polypropylene resin as a lapping agent, and 10% by weight of graphite.

(3) 교반기 압력(10~20N/㎠)을 조절하면서 교반기 혼합 스크류를 5,000~15,000rpm으로 변환 구동하고, 교반 챔버는 혼합 스크류의 회전방향과 반대방향으로 10-200rpm으로 변환 구동하여 교반하는 1차교반단계(S30).(3) while controlling the stirrer pressure (10 to 20 N/cm 2) while controlling and driving the stirrer mixing screw to 5,000 to 15,000 rpm, and the stirring chamber to convert and drive 10-200 rpm in the opposite direction to the rotation direction of the mixing screw to stir 1 Next stirring step (S30).

(4) 교반 챔버 내부의 점도(Viscosity)가 3,000~5,000 CPS가 되면 상기 극성유기용매 100중량부를 기준으로 불화비닐리덴과 퍼플루오로-1,3-디옥솔이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 0.1-0.2중량부와; C18H24N2 0.2-0.3중량부 및 C60H123O15P3Ti 0.3-0.6중량부를 투입하는 기능조절제 투입단계(S40).(4) When the viscosity (Viscosity) inside the stirring chamber is 3,000 ~ 5,000 CPS, a mixture of vinylidene fluoride and perfluoro-1,3-dioxole in a weight ratio of 1:1 based on 100 parts by weight of the polar organic solvent 0.1-0.2 parts by weight; C 18 H 24 N 2 0.2-0.3 parts by weight and C 60 H 123 O 15 P 3 Ti 0.3-0.6 parts by weight of the functional control agent input step (S40).

(5) 기능조절제를 투입한 후 30~60분간 반응 교반시켜 정지하는 2차 교반단계(S50).(5) A second stirring step (S50) in which the functional control agent is added and then stopped by reacting and stirring for 30 to 60 minutes.

(6) 교반 챔버에서 원심분리기로 이송하여 액상의 유기 용매 제거하는 유기용매제거단계(S60).(6) The organic solvent removal step of removing the organic solvent in the liquid phase by transferring it from the stirring chamber to a centrifuge (S60).

(7) 액상 유기용매가 제거된 복합소재 조성물의 잔존 가스를(<50PPM) 관리하는 저온건조 단계(S70).(7) Low temperature drying step (S70) of managing the residual gas (<50PPM) of the composite material composition from which the liquid organic solvent is removed.

(8) 상기 저온건조단계(S70)에서 완성된 복합소재를 제품화하기 위하여 적정 사이즈로 분쇄한 후 파우더로 제품화하거나 파우더를 이용하여 시트, 바 등으로 제품화 할 수 있다.(8) In order to commercialize the composite material completed in the low-temperature drying step (S70), it may be pulverized to an appropriate size and commercialized as a powder, or may be commercialized as a sheet or a bar using powder.

여기에서, 준비단계(S10)는 PTFE파우더와, MWCNT 혼합물과, 극성유기용매를 원료로 준비한다. Here, in the preparation step (S10), a PTFE powder, a MWCNT mixture, and a polar organic solvent are prepared as raw materials.

이때, MWCNT는 단일벽 탄소나노튜브를 사용할 수도 있고, 바람직하게는 다중벽 탄소나노튜브를 사용한다. In this case, MWCNT may use single-walled carbon nanotubes, and preferably, multi-walled carbon nanotubes.

또한, 탄소나노튜브는 자체적인 뭉침 현상이 있는 소재로서 분산처리를 거친 MWCNT를 사용한다. In addition, carbon nanotubes use MWCNT that has undergone dispersion treatment as a material having its own aggregation phenomenon.

즉, 반데르 바알스 힘(van der Waals force)을 약화시켜 주변 온도에 의한 뭉침 현상을 제거한 분산 처리된 MWCNT를 준비해야 하는데 이는 앞서 설명한 바와 같다. That is, a dispersion-treated MWCNT having a weakened van der Waals force and eliminating agglomeration due to ambient temperature must be prepared, as described above.

그리고, 교반챔버를 적당한 온도가 되도록 조절하는데 본 발명의 실험에서는 30 - 60℃로 조절하는 것을 예로 하였고, 초기에 30℃정도로 온도를 조절한다.In addition, in order to adjust the stirring chamber to a suitable temperature, in the experiment of the present invention, it was exemplified to adjust to 30-60°C, and the temperature was initially adjusted to about 30°C.

원료투입단계(S20)는 PTFE파우더와, MWCNT 혼합물과, 극성유기용매를 적정 비율로 교반 챔버에 투입한다. In the step of introducing the raw material (S20), a PTFE powder, a MWCNT mixture, and a polar organic solvent are introduced into the stirring chamber at an appropriate ratio.

극성유기용매는 앞서 설명한 바와 같고, PTFE는 10-50㎛ 크기를 투입하게 되고, 극성유기용매를 투입하여 교반시킴으로써 0.5㎛ 이하 크기로 만들면서 PTFE의 반데르바알스 힘을 약화시켜 1차적으로 응집을 방지한다. The polar organic solvent is the same as described above, and the PTFE is introduced in a size of 10-50 µm, and the polar organic solvent is introduced and stirred to make the size less than 0.5 µm while weakening the van der Waals force of PTFE to primarily agglomerate. To prevent.

CNT는 분산처리된 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 5 ~ 15nm 크기를 사용한다.CNT uses a dispersion-treated multi-walled carbon nanotube (MWCNT) 5 to 15 nm in size.

1차 교반단계(S30)는 교반챔버 내에 삽입 설치되는 회전스크류와, 교반챔버 자체를 회전시켜 교반시킨다. In the first stirring step (S30), the rotating screw inserted into the stirring chamber and the stirring chamber itself are rotated to stir.

이때, 교반 챔버 내부 온도와 압력을 적절히 조절해야 한다. At this time, the temperature and pressure inside the stirring chamber should be properly adjusted.

온도는 준비단계에서 설정된 약 10℃이상에서 교반을 시작하며, 압력은 약 1기압 즉, 10N/㎠의 압력으로 교반을 시작한다. The temperature starts stirring at about 10°C or higher set in the preparation step, and the pressure starts stirring at a pressure of about 1 atmosphere, that is, 10 N/cm 2.

다시 말해, 초기시작단계에서는 압력과 온도를 별도 조절하지 않고 통상의 실온 및 대기압하에서 교반을 시작할 수 있다. In other words, in the initial start-up phase, stirring can be started under normal room temperature and atmospheric pressure without separately controlling pressure and temperature.

다만, 교반 중에는 온도상승과 압력이 상승 되므로 실험적으로 구해진 온도와 압력 범위를 유지하도록 조절해야 한다. However, since the temperature rise and the pressure rise during stirring, it must be adjusted to maintain the experimentally determined temperature and pressure range.

바람직하게는 교반 시작시 온도를 10~30℃로 상승시키되, 교반중 100℃를 넘지 않도록 조절하고, 시작단계에서 10N/㎠ 압력으로 교반을 시작하고, 교반시 압력을 조절하여 교반 종료단계에서 20N/㎠를 추종하도록 압력을 조절하여 교반한다.Preferably, the temperature is increased to 10 to 30°C at the start of stirring, controlled so as not to exceed 100°C during stirring, and starts to be stirred at a pressure of 10N/cm 2 in the starting step, and the pressure at the time of stirring is adjusted to 20N at the end of stirring. Adjust the pressure to follow /cm2 and stir.

교반방법은 교반챔버 내부의 회전스크류는 5,000~15,000RPM의 범위에서 속도를 가변시키면서 회전시키고, 교반챔버는 10~200 RPM 범위에서 속도를 가변시키면서 회전시킨다.In the stirring method, the rotating screw inside the stirring chamber is rotated while varying the speed in the range of 5,000 to 15,000 RPM, and the stirring chamber is rotated while varying the speed in the range of 10 to 200 RPM.

이때, 교반기 내부의 회전스크류와, 교반챔버는 서로 반대방향으로 회전시켜 이중 역회전이 가해지도록 함으로써 내부 교반되는 물질들이 받는 회전 압력이 더 배가되어 좀 더 교반이 잘되게 한다. At this time, the rotating screw inside the stirrer and the stirring chamber are rotated in opposite directions so that double reverse rotation is applied, so that the rotational pressure received by the substances being stirred inside is doubled, so that agitation is better.

고속회전 교반으로 인해 내부 압력과 온도가 상승 되는데, 압력은 10N/㎠~20N/㎠정도로 제한하고, 온도는 100℃를 넘지 않도록 한다. 온도 및 압력은 교반챔버에 온도조절수단과 압력조절수단을 설치해 조절함과 아울러 교반되는 회전속도를 제어하여 연동시킬 수도 있다.The internal pressure and temperature are increased due to high-speed rotational agitation. The temperature and pressure can be adjusted by installing a temperature control means and a pressure control means in the stirring chamber, and controlling the stirring rotational speed.

기능조절제 투입단계(S40)는 교반 물질의 점도가 미리 설정된 점도일때 재응집, 즉 2차 응집을 방지하는 응집방지제, 열에 의해 산화되는 것을 억제하는 산화방지제 및 그라프트 반응을 촉진하는 첨가제 각각을 정해진 레시피에 따른 용량을 투입한다. In the step of introducing the functional control agent (S40), when the viscosity of the stirring material is a predetermined viscosity, re-agglomeration, that is, an anti-agglomeration agent that prevents secondary aggregation, an antioxidant that inhibits oxidation by heat, and an additive that promotes a graft reaction are respectively determined. Add the dose according to the recipe.

이 경우, 교반 챔버 내부에서 교반되는 물질의 점도를 측정하기 어렵다. In this case, it is difficult to measure the viscosity of the substance being stirred inside the stirring chamber.

따라서, 원료 투입 총량에 대응하여 교반되는 원료의 점도(Viscosity)가 3,000~5,000 CPS가 되는 1차 교반시간을 실험적으로 구하여 1차 교반시간을 결정한다.Therefore, the primary agitation time is determined by experimentally obtaining the primary agitation time in which the viscosity of the agitated raw material becomes 3,000 to 5,000 CPS corresponding to the total amount of the raw material input.

이에 따라, 투입 원료 총량에 대응되는 1차 교반시간이 경과되면 교반되는 내부 물질의 점도는 3,000~5,000 CPS의 범위에 있을 것으로 예측되며, 이에 따라 1차교반 시간이 경과되면 기능조절제를 투입한다.Accordingly, when the first stirring time corresponding to the total amount of the input raw material has elapsed, the viscosity of the agitated internal material is expected to be in the range of 3,000 to 5,000 CPS, and accordingly, when the first stirring time has elapsed, a functional control agent is added.

2차 교반단계(S50)는 기능조절제를 투입하여 교반 반응시키는 단계로서, 온도와 압력 및 시간을 실험적으로 구하여 정해둔 레시피에 따라 2차 교반단계를 실행한다. 2차 교반을 하게 되면, 고체가 가스 및 액체를 흡수하여 80중량%의 페이스트 상태 중간 결과물이 형성된다.The second agitation step (S50) is a step of injecting a functional modulator to perform agitation reaction, and performs a second agitation step according to a recipe determined by experimentally obtaining temperature, pressure, and time. When the second agitation is performed, the solid absorbs gas and liquid to form an intermediate result in an 80% by weight paste state.

유기용매 제거단계(S60)는 상기 교반단계에 의해 생성된 페이스트 상태의 중간 결과물을 원심분리기로 옮겨 액체와 가스를 분리 제거한다.In the organic solvent removal step (S60), the intermediate product in the paste state produced by the stirring step is transferred to a centrifuge to separate and remove liquid and gas.

저온 건조단계(S70)는 중간 결과물에서 액체 상태의 유기용매를 제거하고 난 페이스트상태의 중간 결과물을 제습과 함께 저온 건조시킨다. In the low temperature drying step (S70), the intermediate organic product in a liquid state is removed from the intermediate product, and the intermediate product in the paste state is dried at low temperature with dehumidification.

이와 같이 저온 건조에 의해 굳어진(bake) 상태로 만들면 원하는 조성물을 얻을 수 있다.In this way, a desired composition can be obtained by making it in a bake state by drying at a low temperature.

이후, 이렇게 얻어진 조성물을 사용 용도에 맞게 제품화 한다. Thereafter, the composition thus obtained is commercialized for use.

예컨대, 베이크 상태로 덩어리진 조성물을 분쇄하여 분말화 한 파우더나, 분쇄하여 분말을 시트로 압착시킨 시트 또는 로드로 압출하거나 기타 원하는 형태로 제품화하는 것을 예시할 수 있다.For example, it may be exemplified to pulverize the lumped composition in a bake state, or to extrude the powder into a sheet or rod compressed by crushing the powder into a sheet, or to commercialize the product in a desired shape.

이하에서는 본 발명에 따라 수득된 복합소재의 특성을 확인한 예에 대하여 설명한다.Hereinafter, an example in which the characteristics of the composite material obtained according to the present invention is confirmed will be described.

도 3은 본 발명에 의한 탄소나노투브 투입량에 따른 전기 저항 변화 그래프이다.3 is a graph of electrical resistance change according to the amount of carbon nanotube input according to the present invention.

낮은 저항값을 얻기 위하여 100% 중량당비에서 CNT 혼합물의 중량%는 전기적 저항 체적 저항률(Volume Resistivity) 1.0E+00Ω.㎝은 3~4중량%이며, 전기적 저항 체적 저항률(Volume Resistivity) 1.0E-02Ω.㎝은 4~6%의 중량이 바람직하며, 더욱 더 낮은 저항값을 얻기 위하여 7~10중량%를 첨가하였으나 전기적 저항 체적 저항률(Volume Resistivity) 1.0E-02Ω.㎝은 변하지 않았다. In order to obtain a low resistance value, the weight percentage of the CNT mixture at a weight ratio of 100% is the electrical resistance volume resistivity 1.0E+00Ω.cm is 3-4% by weight, and the electrical resistance volume resistivity 1.0E- 02Ω.㎝ is preferably 4 to 6% by weight, and 7 to 10% by weight was added to obtain a lower resistance value, but the electrical resistance volume resistivity (1.0V) was not changed.

실험의 목표치는 CNT 혼합물의 투입량을 증가시키는 것과 비례하여 저항치가 감소될 것을 기대하였으나, 실질적으로 저항의 변화가 없는 수렴구간이 있음을 알 수 있었다.The target value of the experiment was expected to decrease the resistance value in proportion to increasing the input amount of the CNT mixture, but it was found that there was a convergence section with virtually no change in resistance.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, PTFE에 CNT 혼합물이 첨가되지 않을시 전기 저항은 1.0E+14Ω.㎝으로 절연체이고, CNT 혼합물 5중량% 첨가시 전기저항 1.0E-01Ω.㎝을 보이고, CNT 혼합물 6중량% 첨가시 전기저항 1.0E-02Ω.㎝를 얻을 수 있었으며, CNT 혼합물 7중량% 첨가시 전기저항 1.0E-02Ω.㎝로서 투입량이 증가되어도 전기 저항치는 변화되지 않는 것을 알 수 있었다.That is, as shown in FIG. 3, when the CNT mixture is not added to the PTFE, the electrical resistance is 1.0E+14Ω.cm, and when the 5% by weight of the CNT mixture is added, the electrical resistance is 1.0E-01Ω.cm. When adding 6% by weight of CNT mixture, it was found that the electrical resistance was 1.0E-02Ω.cm, and when adding 7% by weight of CNT mixture, it was found that the electrical resistance value did not change even though the input amount increased as the electrical resistance was 1.0E-02Ω.cm. .

본 실험에서 CNT 혼합물은 6~7중량% 함량이 1.0E-02Ω.㎝의 최대 영역이며, 그 첨가량이 늘어나도 전기적 저항이 변하지 않는 수렴 구간이 확인되었다.In this experiment, the CNT mixture had a maximum area of 6 to 7% by weight of 1.0E-02Ω.cm, and a convergence section in which electrical resistance did not change even when the addition amount increased was confirmed.

아울러, 교반 챔버 내부의 점도(Viscosity)가 3,000 CPS를 넘었을 때 극성유기용매 100중량부를 기준으로 불화비닐리덴과 퍼플루오로-1,3-디옥솔이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 0.15중량부와; C18H24N2 0.25중량부를 더 첨가하여 PTFE의 재응집과 열에 의한 산화를 방지하도록 하였다.In addition, when the viscosity (Viscosity) inside the stirring chamber exceeds 3,000 CPS, a mixture of vinylidene fluoride and perfluoro-1,3-dioxole in a weight ratio of 1:1 based on 100 parts by weight of a polar organic solvent is 0.15 weight Wealth; 0.25 parts by weight of C 18 H 24 N 2 was further added to prevent re-agglomeration of PTFE and oxidation by heat.

이와 함께, PTFE와 CNT 혼합물의 계면간 친화력 및 반응성을 높이기 위하여 반응, 즉 커플링을 촉진하는 첨가제인 C60H123O15P3Ti를 극성유기용매 100중량부를 기준으로 0.4중량부를 첨가하였으며, 챔버 온도 65℃를 유지하며 압력 10~20N/㎠, 혼합스크류 7,000RPM, 시간 45분 동안 그라프트(Graft) 중합물을 제작하여 기존 외국사의 전도성 PTFE(polytetrafluoroethylene)와의 기계적 물성, 물리적 물성을 상대비교 하였다.At the same time, in order to increase the affinity and reactivity between the interfaces of the PTFE and CNT mixture, 0.4 parts by weight of C 60 H 123 O 15 P 3 Ti, an additive that promotes reaction, that is, coupling, was added based on 100 parts by weight of a polar organic solvent, By maintaining the chamber temperature at 65°C and preparing a graft polymer for 10~20N/cm2 pressure, mixed screw 7,000RPM, and 45 minutes, the mechanical properties and physical properties of the existing foreign company's conductive PTFE (polytetrafluoroethylene) were compared. .


구분

division

인장강도
kgf/㎠
ASTM D638

The tensile strength
kgf/㎠
ASTM D638

굴곡탄성
kgf/㎠
ASTM D790

Flexural elasticity
kgf/㎠
ASTM D790

충격강도
kqf/㎠
ASTM D256

Impact strength
kqf/㎠
ASTM D256

비중
ASTM D792

importance
ASTM D792

외관

Exterior

저 항
Ω.㎝
ASTM D257

resistance
Ω.㎝
ASTM D257

기존
제품

existing
product

250 ~ 350

250 ~ 350

4,650

4,650

10 ~ 12

10-12

2.0 ~ 2.2

2.0 ~ 2.2

우수

Great

1.0E+02 ~ 03

1.0E+02 ~ 03

본발명
제품

The present invention
product

400 ~ 500

400 ~ 500

5,800

5,800

11 ~ 13

11-13

2.0 ~ 2.2

2.0 ~ 2.2

매우
우수

Extremely
Great

1.0E-01 ~ -02

1.0E-01 ~ -02

여기서, 기존제품은 프랑스 세인트 고바인사의 전도성 PTFE 제품이고, 이 기존 제품과 본 발명에 의해 제조된 본 발명 제품을 비교하였다. Here, the existing product is a conductive PTFE product of St. Gobain, France, and the present product manufactured by the present invention is compared with this existing product.

기존의 카본 블랙을 첨가한 제품에 비해 본원발명에 의한 제품은 거의 대부분 측정 분야에서 향상되었고, 특히 금속 대체가 가능한 낮은 전기 저항을 가진 것을 알 수 있었다.Compared to the product to which the conventional carbon black is added, the product according to the present invention has been improved in almost all measurement fields, and it has been found that, in particular, it has a low electrical resistance capable of metal replacement.

본 발명은 조성물을 0.3mm의 두께로 시트를 제작하여 통상의 실험방법으로 시편을 제작하여 인장강도, 굴곡탄성, 충격강도 및 비중을 실험하여 측정비교하고, 외관은 시각적으로 판단하였으며, 저항은 시편을 제작해 측정장치를 통해 측정한 결과이다. In the present invention, the composition was prepared with a sheet having a thickness of 0.3 mm, and a specimen was prepared by a conventional test method to test and compare tensile strength, flexural elasticity, impact strength and specific gravity, and visually judged the appearance and resistance of the specimen. It is the result of manufacturing and measuring through a measuring device.

실험하여 기존제품과 본원발명제품을 비교해본 결과, 인장강도, 굴곡탄성, 충격강도는 기존제품보다 우수하고, 비중은 같으며, 외관은 매우 우수하고, 특히나 저항은 기존제품과 비교할 수 없는 정도의 큰 특성차이를 나타내고 있으며, 금속을 대체하기 위한 목적의 저항치를 충분히 구현한 것임을 알 수 있었다.As a result of experiment and comparison of the existing product with the present invention product, the tensile strength, flexural elasticity, and impact strength are superior to the existing product, the specific gravity is the same, the appearance is very excellent, and the resistance is especially incomparable to the existing product. It shows a large characteristic difference, and it was found that the resistance value for the purpose of replacing the metal was sufficiently implemented.

도 4는 본 발명에 의한 표면의 광택 및 오염도 측정 비교 사진도면이고, 도 5는 본 발명에 의한 PTFE-MWCNT 복합재료의 전기 체적 저항 측정 설명도이다.Figure 4 is a comparative photograph drawing of the gloss and contamination of the surface according to the present invention, Figure 5 is an explanatory diagram for measuring the electrical volume resistance of the PTFE-MWCNT composite material according to the present invention.

본 발명에 따라 수득된 복합소재로 0.3mm의 필름을 만들어 표면의 상태와 오염도를 측정하여 검증 기록하였다.A 0.3 mm film was made of the composite material obtained according to the present invention, and the surface condition and the degree of contamination were measured and verified.

도 4의 사진 도면에서 좌측 첫번째 사진 (가)의 1.일반 전도성 PTFE는, 기존 외국사의 카본블랙을 첨가한 전도성 PTFE를 샘플로 하였고, 이는 마모로 인한 슬러지 발생과, 전기 전도도의 단락이 발생 되었다. 가운데 사진 (나)의 2. CNT 5%+PTFE는, PTFE에 5중량%의 CNT를 첨가하여 합성한 복합재료에 대한 것으로서, 표면 상태에 흰색의 얼룩 반점 및 핀홀이 나타나는 등 표면 상태가 불량하였다. In the photo drawing of FIG. 4, the first conductive left PTFE in the first picture (A) was sampled with a conductive PTFE to which carbon black of an existing foreign company was added, which caused sludge caused by abrasion and short circuit of electrical conductivity. . In the middle photo (B), 2. CNT 5%+PTFE is a composite material synthesized by adding 5% by weight of CNT to PTFE. The surface condition was poor, such as white spots and pinholes appearing on the surface. .

우측 사진 (다)의 3.CNT5%+PTFE+C.A는, PTFE에 5중량%의 CNT 혼합물과 기능조절제 중 불화비닐리덴과 퍼플루오로-1,3-디옥솔이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 0.15중량부와, C18H24N2 0.25중량부 및 첨가제인 C60H123O15P3Ti를 투입하여 합성한 결과를 보인 것으로서, 표면 조도, 분산 오염 상태에서 우수한 결과를 보였다. 3.CNT5%+PTFE+CA in the right photo (c) is 5% by weight of CNT mixture in PTFE and vinylidene fluoride and perfluoro-1,3-dioxole in a weight ratio of 1:1 in a functional control agent. 0.15 parts by weight of the mixture, 0.25 parts by weight of C 18 H 24 N 2 and C 60 H 123 O 15 P 3 Ti as an additive were added to show the result of synthesis, and showed excellent results in surface roughness and dispersion contamination.

즉, PTFE에 CNT 혼합물을 5중량%를 투입 합성할 때 기능조절제를 설정량만큼 첨가하여 교반 합성한 결과가 가장 좋은 결과물을 얻을 수 있었다.That is, when 5 wt% of the CNT mixture was added to the PTFE and synthesized, a functional modifier was added in a set amount, and the result of stirring and synthesis was able to obtain the best result.


구분

division

▶기존전도성 PTFE

▶Existing Conductive PTFE

▶CNT 5%
▶PTFE

▶CNT 5%
▶PTFE

▶CNT 5%
▶PTFE
▶기능조절제

▶CNT 5%
▶PTFE
▶Functional regulator

▶CNT 8%
▶PTFE
▶기능조절제

▶CNT 8%
▶PTFE
▶Functional regulator

조성물
외관 조도

Composition
Appearance roughness









조성물
내부 단면

Composition
Internal cross section









조성물
조도,오염성

Composition
Roughness, pollution








-조성물 평가 비교(◎ : 매우 좋음, ○ : 좋음, △ : 보통, X : 나쁨)-Composition evaluation comparison (◎: very good, ○: good, △: normal, X: bad)

여기서, 기존 전도성 PFTE는 고바인사의 카본블록을 첨가한 전도성 PTFE를 샘플로 하였다. Here, the existing conductive PFTE is a sample of conductive PTFE added with carbon block of Govine.

외관조도는 각 샘플 시트의 외관을 시각적으로 살펴보았으며, 내부 단면을 절단된 단면을 확인하였고, 조도 및 오염도는 조도는 조명 반사도를 살펴본 것이고, 오염도는 표면을 문질렀을 때 오염물질이 묻어나는지를 검사하였다. The exterior roughness visually inspected the external appearance of each sample sheet, the internal cross-section was checked, and the roughness and contamination level were the lighting reflectance, and the contamination level was when the surface was rubbed to see if there was contamination. Was tested.

또한, 표에는 표시되지 않았으나 단락 오염도 즉, 전기 전도도가 균일한지의 여부는 도 5의 (다와 같이 측정접점을 이용하여 시트의 전 면적의 각 위치에서 전기전도도를 측정하여 실험하였다. In addition, although not indicated in the table, whether the short circuit contamination, that is, the electrical conductivity is uniform, was tested by measuring the electrical conductivity at each position of the entire area of the sheet using the measuring contact as shown in FIG.

본 발명에 의한 PTFE-CNT 복합 재료의 전기 체적 저항 측정은 도 5의 (가)와 같이 0.3mm 두께의 시트를 제작하고, 폭 1인치 즉, 15㎝ X 10㎝ X 0.3mm로 시편을 준비하고, 표면의 이물질 등을 제거한다. 이후 (나)의 두번째 사진과 같은 저저항계측기(HIOKI M-3548)을 사용하고, ASTM D257 측정방법에 준하여 1인치/sq 구간내의 체적 저항을 측정하였다, 측정대의 저항은 1.0E+14Ω.㎝ 이상의 조건을 유지하였다. To measure the electrical volume resistance of the PTFE-CNT composite material according to the present invention, a sheet having a thickness of 0.3 mm was prepared as shown in Fig. 5(A), and a specimen was prepared with a width of 1 inch, that is, 15 cm X 10 cm X 0.3 mm, , Remove foreign substances on the surface. Subsequently, a low-resistance meter (HIOKI M-3548) as in the second photo of (B) was used, and the volume resistance within 1 inch/sq was measured according to the ASTM D257 measurement method. The resistance of the measuring table was 1.0E+14Ω.㎝ The above conditions were maintained.

본 발명에 의해 제조된 시편, 즉, PTFE에 5중량%의 CNT와 기능조절제를 투입해 교반하여 제조된 복합 소재의 시편을 위의 측정방법으로 측정한 결과, 1.0E-02Ω.㎝의 결과를 얻었다.Specimens prepared by the present invention, that is, 5% by weight of CNT and functional control agent added to the PTFE, the results of measuring the specimens of the composite material prepared by stirring with the above measuring method, the results of 1.0E-02Ω.cm Got.

S10 : 준비단계 S20 : 원료투입단계
S30 : 1차교반단계 S40 : 기능조절제 투입단계
S50 : 2차교반단계 S60 : 유기용매 제거단계
S70 : 건조단계
S10: Preparation stage S20: Raw material input stage
S30: 1st stir step S40: Function modulator input step
S50: 2nd stirring step S60: Organic solvent removal step
S70: drying step

Claims (8)

교반 챔버 온도를 30~60℃ 가열하는 준비단계;
교반 챔버에 100중량%를 기준으로 PTFE 파우더 10~30중량%, CNT 혼합물 1~10중량% 및 나머지로 극성유기용매인 리튬브로마이드가 혼합된 NMP를 투입하는 원료 투입단계;
교반 챔버의 온도와 압력을 미리 설정한 범위 내로 조절하면서 투입된 총 원료량에 비례하는 교반시간동안 교반하는 1차 교반단계;
교반 챔버 내부의 점도(Viscosity)가 3,000~5,000 CPS가 되면 상기 극성유기용매 100중량부를 기준으로 불화비닐리덴과 퍼플루오로-1,3-디옥솔이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 0.1-0.2중량부와; C18H24N2 0.2-0.3중량부 및 C60H123O15P3Ti 0.3-0.6중량부를 투입하는 기능조절제 투입단계;
기능조절제를 투입한 후 30~60분간 반응 교반시켜 정지하는 2차 교반단계;
2차 교반 후 액상의 유기용매를 제거하는 유기용매 제거단계;
액상의 유기용매를 제거한 조성물을 저온 건조시켜 PTFE에 CNT가 합성된 복합소재를 제조하는 저온 건조단계;를 포함하는 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재.
Preparation step of heating the stirring chamber temperature 30 ~ 60 ℃;
A raw material input step of adding 10 to 30% by weight of PTFE powder, 1 to 10% by weight of CNT mixture, and NMP mixed with lithium bromide as a polar organic solvent to the stirring chamber based on 100% by weight;
A first stirring step of stirring for a stirring time proportional to the total amount of raw material input while controlling the temperature and pressure of the stirring chamber within a preset range;
When the viscosity (Viscosity) inside the stirring chamber is 3,000 to 5,000 CPS, a mixture of vinylidene fluoride and perfluoro-1,3-dioxole in a weight ratio of 1:1 based on 100 parts by weight of the polar organic solvent 0.1-0.2 Parts by weight; C 18 H 24 N 2 0.2-0.3 parts by weight and C 60 H 123 O 15 P 3 Ti 0.3-0.6 parts by weight of functional control agent input step;
Secondary stirring step to stop by reacting and stirring for 30 to 60 minutes after adding the functional regulator;
An organic solvent removal step of removing the liquid organic solvent after the second stirring;
PTFE-CNT composite material having electrical conductivity, characterized in that produced by a manufacturing method comprising; low-temperature drying step of preparing a composite material is CNT-synthesized to PTFE by drying the composition with the liquid organic solvent removed at a low temperature.
제1항에 있어서,
상기 저온 건조단계에서 제조된 결과물을 분쇄 가공하여 파우더(Powder), 시트(Sheet), 필름(Film) 또는 바(Bar) 중 어느 하나의 제품으로 제품화하는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재.
According to claim 1,
PTFE-CNT having electrical conductivity, characterized in that the resultant produced in the low-temperature drying step is pulverized to produce a product of any one of powder, sheet, film, or bar. Composite material.
제1항에 있어서,
상기 원료투입 단계에서 투입하는 CNT 혼합물은 5-15nm 입도를 갖는 MWCNT 50중량%와, 래핑제인 폴리프로필렌수지 40중량% 및 그라파이트(Graphite) 10중량%로 이루어진 혼합물을 사용한 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재.
According to claim 1,
The CNT mixture introduced in the raw material injection step is 50% by weight of MWCNT having a particle size of 5-15nm, and electrical conductivity characterized by using a mixture consisting of 40% by weight of a polypropylene resin as a wrapping agent and 10% by weight of graphite. Having PTFE-CNT composite material.
제1항에 있어서,
상기 1차 및 2차 교반단계는,
교반 챔버 내에 삽입된 혼합 스크류를 회전시키는 혼합 스크류 회전단계와,
교반 챔버를 상기 혼합 스크류와 반대방향으로 회전시키는 교반 챔버 회전단계를 동시에 진행하는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재.
According to claim 1,
The primary and secondary stirring steps,
Mixing screw rotating step of rotating the mixing screw inserted into the stirring chamber,
PTFE-CNT composite material having electrical conductivity, characterized in that the stirring chamber rotating step of rotating the stirring chamber in the opposite direction to the mixing screw at the same time.
제4항에 있어서,
상기 1차 및 2차 교반단계는,
상기 혼합 스크류는 5,000~1,5000 RPM의 회전속도로 고속 회전시키고, 상기 교반 챔버는 1~200 RPM으로 저속 회전시키는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재.
According to claim 4,
The primary and secondary stirring steps,
The mixing screw is rotated at a high speed of 5,000 ~ 1,5000 RPM, the stirring chamber is PTFE-CNT composite material having electrical conductivity, characterized in that rotating at a low speed of 1 ~ 200 RPM.
제4항에 있어서,
상기 1차 및 2차 교반단계는,
혼합 스크류의 회전 및 교반 챔버의 회전 속도를 가변시키면서 교반시키는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재.
According to claim 4,
The primary and secondary stirring steps,
PTFE-CNT composite material having electrical conductivity, characterized in that the rotation of the mixing screw and the rotation speed of the stirring chamber are varied while stirring.
제4항에 있어서,
상기 교반 챔버 회전단계는, 간헐적 회전방식으로 온/오프를 반복하여 제어하는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재.
According to claim 4,
The stirring chamber rotating step, PTFE-CNT composite material having electrical conductivity, characterized in that the on/off is repeatedly controlled by an intermittent rotation method.
제1항에 있어서,
상기 원료투입단계에서 극성유기용매는 리튬브로마이드와 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)가 0.5:9.5의 중량비로 혼합된 솔벤트인 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재.
According to claim 1,
In the raw material injection step, the polar organic solvent is a lithium-bromide and NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone) is a PTFE-CNT composite material having electrical conductivity, characterized in that the solvent is mixed in a weight ratio of 0.5:9.5.
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