KR20210029333A

KR20210029333A - 전기전도성을 갖는 ptfe-cnt 복합소재

Info

Publication number: KR20210029333A
Application number: KR1020190110067A
Authority: KR
Inventors: 백철균
Original assignee: 엘에프피(주)
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-03-16

Abstract

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.

Description

전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재{Polytetra fluoroethylene-carbon nano tube composite fabrication 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 갖추도록 개선된 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재에 관한 것이다.

산업현장에서 유해 화합물을 다루는 산업군이 아주 많다.

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.

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.

이와 같은 시설관리의 핵심으로 유체 누수를 감지할 수 있는 내화학성이 뛰어난 고감도 센서가 필요하다.

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.

그런데, 우수한 전기 전도체인 금속은 산성 물질에 화학적 저항이 매우 취약하여 사용이 불가하다.

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.

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.

종래에도 금속을 대체할 수 있는 소재로서, 고분자 수지에 전기 도전성을 위한 도전 충진제를 혼합한 복합소재들이 다양하게 개발되어 각종 분야에 이용되고 있다.

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.

그러나, 이러한 도전성 충진제들이 상기 고분자에 도전성을 부여하기 위하여는 상기 충진제들이 고분자 수지 내부에서 입자끼리 연속성을 가지는 경로(pathway)의 형성이 필요하다.

즉, 금속 입자나 카본블랙 입자가 물질 속에서 아주 가까이 접촉되어 있어서 상기 전도성 입자들이 서로 전자를 연결(jumping)시켜줄 수 있어야 한다.

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.

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.

그 결과, 고분자 수지 자체 특성이 현저하게 저하되고, 마모에 의한 오염 및 전기전도성 단락 등의 문제가 발생 된다.

한편, 금속분말을 사용하는 경우, 금속분말은 카본블랙 보다 비표면적이 작아 2~3배 이상의 양만큼 배합하여야 전도성이 일어나는데, 이 경우 분산성이 나빠지고, 비중이 무거워지는 문제점이 있다.

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.

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.

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.

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.

한국공개특허공보 제10-2012-0077647호 "고분자/탄소나노튜브 복합소재 제조방법" 한국공개특허공보 제10-2011-0078154호 "유동층 다중벽 탄소나노튜브를 적용한 탄소나노튜브-고분자 나노 복합소재 및 그 제조방법"

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.

또한, 본 발명은 전기 저항이 1.00E+00Ω.㎝ ~ 1.00E-02Ω.㎝ 체적저항률이 되는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재를 제공함에 그 다른 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 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; 유기용매 제거 후 물성강화제를 분산 교반하는 단계; 물성강화제가 분산된 분산액을 저온 건조시켜 PTFE에 CNT가 합성된 복합소재를 제조하는 저온 건조단계;를 거쳐 제조된 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재에 있어서;

상기 물성강화제는 트리데실 알콜 알콜실레이트 4중량%와, 그래핀 분말 25중량%와, VF₂(Vinylidene Fluoride) 5중량%와, 2-아크릴아미노-2-메틸프로판술폰산 2.5중량%와, 디에틸히드록실아민 3.5중량와, 하이드롤라이즈드케라틴 2.5중량%와, 피로메트리산 2.5중량% 및 나머지 탈이온수로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재를 제공한다.

이때, 상기 CNT 혼합물은 5-15nm 입도를 갖는 MWCNT 50중량%와, 래핑제인 폴리프로필렌수지 40중량% 및 그라파이트(Graphite) 10중량%가 균질하게 혼합교반된 혼합물인 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 물성강화제를 구성하는 그래핀 분말은 친수성 관능기로 표면처리된 산화그래핀 분말을 사용하는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 산화그래핀 분말은 그래파이트 4g와 질산나트륨 염 2g을 진한 황산 150ml에 넣고 잘 섞은 뒤 얼음물을 이용하여 0℃로 맞춘 다음 과망간산 칼륨 12g을 천천히 분말 상태로 넣는 과정과; 혼합용액의 온도를 상온으로 맞춘 후 90분 동안 300ml 증류수를 천천히 첨가하여 반응하지 않고 남아있는 과망간산 칼륨(KMnO4)을 환원시키기 위하여 과산화수소수 10ml를 첨가하여 황화망간염으로 만들어 석출시키는 과정과; 합성된 산화 그래파이트 및 그래핀을 포함하는 혼합용액을 증류수를 이용하여 세척하고 원심분리한 후 분리된 맑은 용액의 pH가 대략 7이 될 때까지 세척 및 원심분리를 반복처리한 다음 상대적으로 탁한 용액을 따로 수집하여 건조시켜 그래핀 산화물 분말을 얻는 과정;을 거쳐 제조된 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

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.

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.

세째, 낮은 전기적 저항대인(1.0E+00Ω.㎝~1.0E-02Ω.㎝의 Volume Resistivity) 전기적 저항 특성을 실현할 수 있다.

네째, PTFE-CNT 복합소재를 이용한 전기, 전자, 통신, 자동차, 의료, 항공 등등의 여러 분야에서 적용이 가능하게 되어 높은 품질의 제품 생산이 가능하다.

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.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

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.

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.

본 발명은 PTFE(polytetrafluoroethylene)에 전기전도성 부여를 위한 탄소나노튜브(CNT)를 결합한 전기전도성 기능을 갖는 PTFE-CNT 복합소재 제조방법을 제공한다.

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.

따라서, 본 발명은 PTFE의 기본 성질을 유지하면서 금속과 같은 우수한 전기 전도도를 갖는 복합소재를 제공할 수 있다.

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.

한편, 금속을 대체하려면 전기 저항이 낮아야 한다(<1.0E+00Ω.㎝ Volume Resistivity).

도 1은 고분자 수지에 전기전도성을 부여한 조성물의 전기 저항에 대한 분류 비교도이다.

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.

여기에서, 일반적인 PTFE수지의 전기 저항은 (1.0E+15Ω.㎝ ↑) 특성을 보인다.

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.

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.

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.

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.

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.

또한, 다른 회사로는 다이네온 사가 있는데 물질의 형태가 카본블랙(Carbon Black)을 사용한 잉크(INK) 형태이기 때문에 내구성과 적용에 제한이 있다.

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.

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.

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.

여기서, 탄소나노튜브(CNT)는 단일벽 탄소나노튜브를 사용할 수도 있고, 다중벽 탄소나노튜브를 사용할 수도 있으나, 가성비 측면에서 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 사용하였다.

또한, 그라프트 반응이란 하나의 선상(線狀) 고분자에 다른 종류의 고분자를 가지상태로 공중합시키는 것을 말하며, 이때 생긴 폴리머를 그라프트중합물이라고 한다.

보다 구체적으로, 상용성이 어려운 PTFE의 C-F 결합에서 F를 떼어내고 CNT(즉, C)를 그라프트 반응시켜 영구적으로 고착시키기 위해서는 PTFE를 개질하여야 한다.

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.

이때, 그라프트 반응을 촉진시키기 위해 첨가제와 촉매가 사용될 수 있다.

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.

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.

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.

이를 위해 사용되는 극성유기용매는 리튬브로마이드가 첨가된 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)를 사용한다.

이때, 리튬브로마이드는 0.5:9.5의 중량비로 NMP에 첨가되며, NMP는 극성용매로서, 이들은 PTFE의 입자에서 pore의 분해능을 증대시켜 입자의 사이즈를 작아지게 커팅하게 된다.

그리고, 상기 입자 사이즈를 지속적으로 유지하면서 그라프트 반응을 촉진하기 위해 상기 압력과 온도를 유지해야 한다.

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.

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.

이러한 CNT는 외벽수에 따라 Sing Walled CNT(SWCNT), Double Walled CNT(DWCNT), Multi Walled CNT(MWCNT), Nanotube Rope 등으로 구분된다.

본 발명은 이 중에서도 우수한 전기전도 특성을 구현시킬 수 있으면서 상대적으로 가격이 저렴한 MWCNT를 활용함이 바람직하다.

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.

이와 같은 CNT 분산 방법으로는 초음파법, 화학처리법, 계면활성제처리법, 고분자래핑(Wrapping)법 등을 들 수 있다.

여기에서, 초음파법은 초음파장치로 CNT 희석용액을 균일분사하여 분산시키는 방식으로서 편리하지만 나노튜브의 손상, 재응집 발생 등의 문제가 있다.

또한, 화학처리법은 황산 혹은 질산 등으로 표면에 표면관능기를 도입시키는 산용액처리방식이지만 CNT 입자의 절단, 낮은 분산안정성 때문에 많이 활용되지는 않는다.

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.

이와 달리, 고분자래핑법은 모노머수준에서 CNT를 혼합하여 복합체를 제조하기 때문에 분산효율성이 매우 높고, 균일성을 유지할 수 있으므로 본 발명에 적합하다.

이러한 고분자래핑법에 사용될 수 있는 고분자수지로는 PP(polypropylene)가 바람직하다.

이때, 고분자래핑을 위해 MWCNT, 즉 CNT를 얼마만큼 분산시킬 것인가가 매우 중요한 요소가 된다. 왜냐하면, CNT의 분산정도에 따라 전기전도성이 달라지기 때문이다.

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.

이때, 폴리프로필렌수지는 CNT의 분산유도를 위한 것이고, 그라파이트는 전기전도성을 강화시키기 위한 것이다.

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.

이러한 불화비닐리덴과 퍼플루오로-1,3-디옥솔은 PTFE의 피블릴화를 억제하여 재응집되지 않도록 방지하게 된다.

또한, 열에 의해 산화되는 것을 방지하기 위해 C₁₈H₂₄N₂(N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine)를 더 첨가할 수 있다.

열에 의한 산화를 품질을 저하시키므로 이를 방지하여 균일한 품질을 유지할 수 있다.

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.

이때, 상기 첨가제 C₆₀H₁₂₃O₁₅P₃Ti는 평균분자량(Average mass):1225.398 Da이며, 구조식은 아래와 같다.

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.

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.

특히, 유기용매 제거 후 물성강화제를 투입 교반 분산한 후 저온 건조하여 복합소재를 제조함이 더욱 바람직하다.

도 2는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 제조공정도이다. 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 제조방법을 구체적인 실시예 형태로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 PTFE-MWCNT 복합소재 제조방법은 100 중량%를 기준으로 다음과 같이 진행된다.

(1) 교반 챔버 온도를 30~60℃ 가열하는 준비단계(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).

여기에서, MWCNT 혼합물은 5-15nm 입도를 갖는 MWCNT 50중량%와, 래핑제인 폴리프로필렌수지 40중량% 및 그라파이트(Graphite) 10중량%가 균질하게 혼합교반된 혼합물이다.

(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).

(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).

(5) 기능조절제를 투입한 후 30~60분간 반응 교반시켜 정지하는 2차 교반단계(S50).

(6) 교반 챔버에서 원심분리기로 이송하여 액상의 유기 용매 제거하는 유기용매제거단계(S60).

(7) 액상 유기용매가 제거된 복합소재 조성물 혹은 후술하는 바와 같이 유기용매가 제거된 복합소재 조성물에 물성강화제를 혼합 교반한 교반물의 잔존 가스를(<50PPM) 관리하는 저온건조 단계(S70).

(8) 상기 저온건조단계(S70)에서 완성된 복합소재를 제품화하기 위하여 적정 사이즈로 분쇄한 후 파우더로 제품화하거나 파우더를 이용하여 시트, 바 등으로 제품화 할 수 있다.

이때, 본 발명은 유기용매제거 후 물성강화제를 투입 교반하여 분산시키는 단계를 더 수행할 수 있으며, 이렇게 물성강화제가 교반 분산된 분산액을 저온 건조하여 복합소재로 제조함이 더욱 바람직하다.

즉, S60과 S70 사이에 하나의 단계가 더 수행되는 것이다.

그럼, 각 단계별로 순차 설명하기로 한다.

준비단계(S10)는 PTFE파우더와, MWCNT 혼합물과, 극성유기용매를 원료로 준비한다.

이때, MWCNT는 단일벽 탄소나노튜브를 사용할 수도 있고, 바람직하게는 다중벽 탄소나노튜브를 사용한다.

또한, 탄소나노튜브는 자체적인 뭉침 현상이 있는 소재로서 분산처리를 거친 MWCNT를 사용한다.

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.

그리고, 교반챔버를 적당한 온도가 되도록 조절하는데 본 발명의 실험에서는 30 - 60℃로 조절하는 것을 예로 하였고, 초기에 30℃정도로 온도를 조절한다.

원료투입단계(S20)는 PTFE파우더와, MWCNT 혼합물과, 극성유기용매를 적정 비율로 교반 챔버에 투입한다.

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.

CNT는 분산처리된 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 5 ~ 15nm 크기를 사용한다.

1차 교반단계(S30)는 교반챔버 내에 삽입 설치되는 회전스크류와, 교반챔버 자체를 회전시켜 교반시킨다.

이때, 교반 챔버 내부 온도와 압력을 적절히 조절해야 한다.

온도는 준비단계에서 설정된 약 10℃이상에서 교반을 시작하며, 압력은 약 1기압 즉, 10N/㎠의 압력으로 교반을 시작한다.

다시 말해, 초기시작단계에서는 압력과 온도를 별도 조절하지 않고 통상의 실온 및 대기압하에서 교반을 시작할 수 있다.

다만, 교반 중에는 온도상승과 압력이 상승 되므로 실험적으로 구해진 온도와 압력 범위를 유지하도록 조절해야 한다.

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.

교반방법은 교반챔버 내부의 회전스크류는 5,000~15,000RPM의 범위에서 속도를 가변시키면서 회전시키고, 교반챔버는 10~200 RPM 범위에서 속도를 가변시키면서 회전시킨다.

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.

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.

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.

이 경우, 교반 챔버 내부에서 교반되는 물질의 점도를 측정하기 어렵다.

따라서, 원료 투입 총량에 대응하여 교반되는 원료의 점도(Viscosity)가 3,000~5,000 CPS가 되는 1차 교반시간을 실험적으로 구하여 1차 교반시간을 결정한다.

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.

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.

유기용매 제거단계(S60)는 상기 교반단계에 의해 생성된 페이스트 상태의 중간 결과물을 원심분리기로 옮겨 액체와 가스를 분리 제거한다.

아울러, 본 발명에 따라 추가된 물성강화제 분산단계는 유기용매가 제거된 제거물에 물성강화제를 첨가 분산시켜 복합소재의 내열성과 내마모성을 더욱 강화시키기 위한 단계이다.

이를 위해 사양되는 물성강화제는 트리데실 알콜 알콜실레이트 4중량%와, 그래핀 분말 25중량%와, VF₂(Vinylidene Fluoride) 5중량%와, 2-아크릴아미노-2-메틸프로판술폰산 2.5중량%와, 디에틸히드록실아민 3.5중량와, 하이드롤라이즈드케라틴 2.5중량%와, 피로메트리산 2.5중량% 및 나머지 탈이온수로 이루어진다.

이때, 상기 VF₂(Vinylidene Fluoride)는 불소를 함유한 성분으로 내압축변형특성, 즉 내충격성과 내화학성을 높이기 위해 첨가되며, 상기 2-아크릴아미노-2-메틸프로판술폰산(2-Acrylamino-2-methyl propane sulfonic acid)은 신율을 조절하는 유화제로서의 기능을 수행한다.

또한, 상기 디에틸히드록실아민은 가류성과 고정력, 내구성을 증대시키기 위해 첨가되며, 상기 하이드롤라이즈드케라틴은 피막 형성으로 슬립성을 높이고 유해물질 탈리 특성을 높이기 위해 첨가되고, 상기 피로메트리산은 열수축성을 억제하고 슬립성을 유지시키기 위해 첨가된다.

특히, 상기 트리데실 알콜 알콜실레이트는 분산성과 내마모성 윤활특성을 강화시키기 위해 첨가되며, 상기 그래핀 분말은 전기전도성을 강화시키기 위해 첨가된다.

이 경우, 상기 그래핀 분말은 친수성 관능기로 표면처리된 산화그래핀 분말을 사용해야 하며, 이 산화그래핀 분말은 그래파이트 4g와 질산나트륨 염 2g을 진한 황산 150ml에 넣고 잘 섞은 뒤 얼음물을 이용하여 0℃로 맞춘 다음 과망간산 칼륨 12g을 천천히 분말 상태로 넣고, 혼합용액의 온도를 상온으로 맞춘 후 90분 동안 300ml 증류수를 천천히 첨가하여 반응하지 않고 남아있는 과망간산 칼륨(KMnO4)을 환원시키기 위하여 과산화수소수 10ml를 첨가하여 황화망간염으로 만들어 석출시킨다.

그런 다음, 합성된 산화 그래파이트 및 그래핀을 포함하는 혼합용액을 증류수를 이용하여 세척하고 원심분리한 후 분리된 맑은 용액의 pH가 대략 7이 될 때까지 세척 및 원심분리를 반복처리한 다음 상대적으로 탁한 용액을 따로 수집하여 건조시켜 그래핀 산화물 분말을 얻는다.

이렇게 얻어진 것을 사용함으로써 본 발명이 원하는 전도 특성을 확보하면서 내구성, 내열성을 더욱 더 강화시킬 수 있다.

그리고, 저온 건조단계(S70)는 물성강화제가 혼합 교반된 교반물을 제습과 함께 저온 건조시킨다.

이와 같이 저온 건조에 의해 굳어진(bake) 상태로 만들면 원하는 조성물을 얻을 수 있다.

이후, 이렇게 얻어진 조성물을 사용 용도에 맞게 제품화 한다.

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.

이하에서는 본 발명에 따라 수득된 복합소재의 특성을 확인한 예에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 탄소나노투브 투입량에 따른 전기 저항 변화 그래프이다.

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.

실험의 목표치는 CNT 혼합물의 투입량을 증가시키는 것과 비례하여 저항치가 감소될 것을 기대하였으나, 실질적으로 저항의 변화가 없는 수렴구간이 있음을 알 수 있었다.

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.

본 실험에서 CNT 혼합물은 6~7중량% 함량이 1.0E-02Ω.㎝의 최대 영역이며, 그 첨가량이 늘어나도 전기적 저항이 변하지 않는 수렴 구간이 확인되었다.

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.

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.

구분	인장강도 kgf/㎠ ASTM D638	굴곡탄성 kgf/㎠ ASTM D790	충격강도 kqf/㎠ ASTM D256	비중 ASTM D792	외관	저 항 Ω.㎝ ASTM D257
기존 제품	250 ~ 350	4,650	10 ~ 12	2.0 ~ 2.2	우수	1.0E+02 ~ 03
본발명 제품	400 ~ 500	5,800	11 ~ 13	2.0 ~ 2.2	매우 우수	1.0E-01 ~ -02

여기서, 기존제품은 프랑스 세인트 고바인사의 전도성 PTFE 제품이고, 이 기존 제품과 본 발명에 의해 제조된 본 발명 제품을 비교하였다.

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.

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.

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.

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.

본 발명에 따라 수득된 복합소재로 0.3mm의 필름을 만들어 표면의 상태와 오염도를 측정하여 검증 기록하였다.

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.

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.

즉, PTFE에 CNT 혼합물을 5중량%를 투입 합성할 때 기능조절제를 설정량만큼 첨가하여 교반 합성한 결과가 가장 좋은 결과물을 얻을 수 있었다.

구분	▶기존전도성 PTFE	▶CNT 5% ▶PTFE	▶CNT 5% ▶PTFE ▶기능조절제	▶CNT 8% ▶PTFE ▶기능조절제
조성물 외관 조도	○	Ｘ	◎	△
조성물 내부 단면	○	Ｘ	◎	△
조성물 조도,오염성	Ｘ	△	◎	△

-조성물 평가 비교(◎ : 매우 좋음, ○ : 좋음, △ : 보통, Ｘ : 나쁨)

여기서, 기존 전도성 PFTE는 고바인사의 카본블록을 첨가한 전도성 PTFE를 샘플로 하였다.

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.

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.

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.

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.

S10 : 준비단계 S20 : 원료투입단계
S30 : 1차교반단계 S40 : 기능조절제 투입단계
S50 : 2차교반단계 S60 : 유기용매 제거단계
S70 : 건조단계

Claims

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; 유기용매 제거 후 물성강화제를 분산 교반하는 단계; 물성강화제가 분산된 분산액을 저온 건조시켜 PTFE에 CNT가 합성된 복합소재를 제조하는 저온 건조단계;를 거쳐 제조된 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재에 있어서;
상기 물성강화제는 트리데실 알콜 알콜실레이트 4중량%와, 그래핀 분말 25중량%와, VF₂(Vinylidene Fluoride) 5중량%와, 2-아크릴아미노-2-메틸프로판술폰산 2.5중량%와, 디에틸히드록실아민 3.5중량와, 하이드롤라이즈드케라틴 2.5중량%와, 피로메트리산 2.5중량% 및 나머지 탈이온수로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재.
제1항에 있어서,
상기 CNT 혼합물은 5-15nm 입도를 갖는 MWCNT 50중량%와, 래핑제인 폴리프로필렌수지 40중량% 및 그라파이트(Graphite) 10중량%가 균질하게 혼합교반된 혼합물인 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재.
제1항에 있어서,
상기 물성강화제를 구성하는 그래핀 분말은 친수성 관능기로 표면처리된 산화그래핀 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재.
제3항에 있어서,
상기 산화그래핀 분말은 그래파이트 4g와 질산나트륨 염 2g을 진한 황산 150ml에 넣고 잘 섞은 뒤 얼음물을 이용하여 0℃로 맞춘 다음 과망간산 칼륨 12g을 천천히 분말 상태로 넣는 과정과;
혼합용액의 온도를 상온으로 맞춘 후 90분 동안 300ml 증류수를 천천히 첨가하여 반응하지 않고 남아있는 과망간산 칼륨(KMnO4)을 환원시키기 위하여 과산화수소수 10ml를 첨가하여 황화망간염으로 만들어 석출시키는 과정과;
합성된 산화 그래파이트 및 그래핀을 포함하는 혼합용액을 증류수를 이용하여 세척하고 원심분리한 후 분리된 맑은 용액의 pH가 대략 7이 될 때까지 세척 및 원심분리를 반복처리한 다음 상대적으로 탁한 용액을 따로 수집하여 건조시켜 그래핀 산화물 분말을 얻는 과정;을 거쳐 제조된 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 PTFE-CNT 복합소재.