KR20210037125A - 탄소나노튜브 번들 집합체의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전날이 구비된 믹서에서 번들형 탄소나노튜브 응집체를 번들 단위로 분산시키는 단계;를 포함하고, 상기 회전날의 회전 속도는 10,000 rpm 내지 18,000 rpm이고, 상기 분산은 9분 이하의 시간 동안 수행되는 것인 탄소나노튜브 번들 집합체의 제조방법으로, 탄소나노튜브의 번들 단위가 손상되지 않고 번들 단위를 유지한 상태로 응집된 번들형 탄소나노튜브를 분산시킬 수 있으며, 이에 따라 전도성 고분자 컴파운드의 핀홀 형태의 비균질화된 표면을 제거할 수 있어 외관 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

탄소나노튜브 번들 집합체의 제조방법 {METHOD FOR PREPARING CARBON NANOTUBE BUNDLE ASSEMBLY}
본 발명은 번들 단위로 탄소나노튜브가 분산된 탄소나노튜브 분산액의 제조방법에 관한 것이다.
탄소나노소재는 소재의 모양에 따라 퓰러렌(Fullerene), 탄소나노튜브(Carbon Nanotube; CNT), 그래핀(Graphene), 흑연 나노 플레이트(Graphite Nano Plate) 등이 있으며, 이 중 탄소나노튜브는 1개의 탄소 원자가 3개의 다른 탄소 원자와 결합한 육각형 벌집 모양의 흑연 면이 나노 크기의 직경으로 둥글게 말린 거대 분자이다.
탄소나노튜브는 속이 비어 있어 가볍고 전기 전도도는 구리만큼 좋으며, 열전도도는 다이아몬드만큼 우수하고 인장력은 철강에 못지 않다. 말려진 형태에 따라서 단층벽 탄소나노튜브(Single-Walled Carbon Nanotube; SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon Nanotube; MWCNT), 다발형 탄소나노튜브(Rope Carbon Nanotube)로 구분되기도 한다.
미세 탄소섬유의 일종인 탄소나노튜브는 1㎛ 이하의 평균직경을 갖는 튜브형 탄소로서, 그 특이적 구조에 기인한 높은 도전성, 인장 강도 및 내열성 등으로 인해 다양한 분야로의 적용 및 실용화가 기대되고 있다. 특히 고분자 컴파운드에 적용하여 전도성 필러로 사용하는 경우 고분자 컴파운드의 표면 저항을 개선하는 효과를 구현하는 데에 탁월하여 카본블랙 대비 소량만을 사용하여도 동등 수준의 전기 전도성을 나타낼 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 이와 같은 탄소나노튜브의 유용성에도 불구하고, 탄소나노튜브는 낮은 용해성과 분산성으로 인해 그 사용에 한계가 있다. 이에 탄소나노튜브를 분산매에 선분산시킨 후 분산액을 제조하여 사용하였다. 그러나, 탄소나노튜브는 서로 간의 강한 반데르발스 인력에 의해 분산매 중에 안정적인 분산 상태를 이루지 못하고 응집 현상이 일어나는 문제가 있다.
특히, 고분자 컴파운드에 적용하여 전도성 필러로 사용될 경우, 이러한 응집된 상태의 탄소나노튜브로 인하여 핀홀 형태의 비균질화된 표현이 발생하고, 이에 따라 고분자 제품의 외관 특성을 악화시키는 결정적인 요인이 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 시도가 있어 왔다. 구체적으로 초음파 처리 또는 밀링 등의 기계적 분산 처리를 통해 탄소나노튜브를 분산매 중에 분산시키는 방법이 제안된 바 있다. 그러나, 이 방법의 경우 초음파를 조사하고 있는 동안은 분산성이 우수하지만, 초음파 조사가 종료되면 탄소나노튜브의 응집이 시작되는 문제가 있고, 밀링의 경우 탄소나노튜브가 강한 힘에 의해 번들 단위가 손상되는 문제가 있다.
또, 다양한 분산제를 이용하여 탄소나노튜브를 분산 안정화(균질화)하는 방법이 제안되고 있다. 그러나, 이들 방법 역시 탄소나노튜브를 분산매 중에 고농도로 분산시킬 경우, 점도 상승으로 인해 취급이 어렵고 분산 장비에 과부하가 걸리게 되는 문제가 있다.
나아가, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0115560호에서는 초음파 분쇄기를 활용하여 탄소나노튜브 번들을 절단함으로써 번들 집합체를 제조하는 것을 제시하고 있다. 그러나, 이 경우 탄소나노튜브 번들이 매우 작게 분쇄되면서 밀링 등과 같이 번들 단위를 유지하지 못함으로 인해 다시 응집되는 현상이 발생하는 문제가 있다.
이에 따라, 응집된 상태의 번들형 탄소나노튜브를 온전한 번들 단위로 분산시킬 수 있는 방법의 제안이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0115560호
본 발명의 목적은 탄소나노튜브를 번들 단위로 분산시키되, 번들 형태가 손상되지 않도록 함으로써 고분자 컴파운드의 외관 특성을 개선할 수 있는 탄소나노튜브 번들 집합체의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 회전날이 구비된 믹서에서 탄소나노튜브 번들 응집체를 번들 단위로 분산시키는 단계;를 포함하고, 상기 회전날의 회전 속도는 10,000 rpm 내지 18,000 rpm이고, 상기 분산은 9분 이하의 시간 동안 수행되는 것인 탄소나노튜브 번들 집합체의 제조방법을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 2 이상의 개별 번들 단위를 포함하고, 수평균 입도가 1.0 내지 10.0 um이며, 부피평균 입도가 20.0 내지 60.0 um이고, 벌크 밀도는 10.0 kg/m3인 탄소나노튜브 번들 집합체를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기 제조방법에 따라 탄소나노튜브 번들 집합체를 제조하는 단계; 및 고분자 매트릭스에 상기 탄소나노튜브 번들 집합체를 혼합하는 단계;를 포함하는 전도성 고분자 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 응집된 번들형 탄소나노튜브에 적정 수준의 물리력을 가함으로써 탄소나노튜브의 번들 형태가 손상되지 않으면서 번들 단위로 분산되어 응집력이 제거된 상태의 집합체를 제공할 수 있고, 이러한 집합체를 고분자 컴파운드에 적용함으로써 핀홀 형태의 비균질화된 표면이 크게 저감되어 고분자 컴파운드의 외관 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 탄소나노튜브 번들 집합체를 촬영한 주사전자현미경(SEM) 이미지(x100)이다.
도 2는 비교예 1에 따른 탄소나노튜브 번들 응집체를 촬영한 주사전자현미경(SEM) 이미지(x100)이다.
도 3은 비교예 2에 따른 탄소나노튜브 집합체를 촬영한 주사전자현미경(SEM) 이미지(x300)이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 탄소나노튜브 번들 집합체가 적용된 고분자 컴파운드의 외관 이미지이다.
도 5는 비교예 1에 따른 탄소나노튜브 번들 응집체가 적용된 고분자 컴파운드의 외관 이미지이다.
도 6은 비교예 2에 따른 탄소나노튜브 집합체가 적용된 고분자 컴파운드의 외관 이미지이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에서 사용하는 용어 '탄소나노튜브'는 탄소나노튜브의 단위체가 전체 또는 부분적으로 번들형을 이루도록 집합되어 형성된 2차 구조물로서, 상기 탄소나노튜브의 단위체는 흑연면(graphite sheet)이 나노 크기 직경의 실린더 형태를 가지며, sp2 결합 구조를 갖는다. 이때 상기 흑연면이 말리는 각도 및 구조에 따라서 도체 또는 반도체의 특성을 나타낼 수 있다. 탄소나노튜브의 단위체는 벽을 이루고 있는 결합수에 따라서 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT, single-walled carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(DWCNT, double-walled carbon nanotube) 및 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT, multi-walled carbon nanotube)로 분류될 수 있으며, 벽 두께가 얇을수록 저항이 낮다.
본 발명의 탄소나노튜브는 단일벽, 이중벽 및 다중벽의 탄소나노튜브 단위체 중 1 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 용어 '번들형(bundle type)'이란 달리 언급되지 않는 한, 복수 개의 탄소나노튜브의 단위체가 단위체 길이 방향의 축이 실질적으로 동일한 배향으로 나란하게 배열되거나, 배열된 후 꼬여있거나 또는 뒤엉켜있는, 다발(bundle) 혹은 로프(rope) 형태의 2차 형상을 지칭한다. '비-번들형(non-bundle type) 또는 인탱글형(entangled type)'이란 탄소나노튜브의 단위체가 다발 혹은 로프 형태와 같은 일정한 형상이 없이 뒤엉켜 있는 형태를 지칭한다.
본 발명에서 사용하는 용어 '응집체(agglomerate)'는 탄소나노튜브 개별 번들이 2 이상 뭉쳐진 상태로 개별 번들 상호간 응집력이 작용하여 하나의 구조체를 이루고 있는 덩어리 형태를 지칭하며, 수평균 입도(DMN)가 약 30 um 이상이고, 부피평균 입도(DMV)가 약 100 um 이상인 입도 분포를 가지는 것을 의미할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 용어 '집합체(assembly)'는 탄소나노튜브 개별 번들 사이에 응집력 없이 분산 상태로 모여 있는 형태를 지칭하며, 수평균 입도(DMN)가 약 30 um 이하이고, 부피평균 입도(DMV)가 100 um 이하인 입도 분포를 가지는 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 번들 집합체의 제조방법은 회전날이 구비된 믹서에서 탄소나노튜브 번들 응집체를 번들 단위로 분산시키는 단계;를 포함하고, 상기 회전날의 회전 속도는 10,000 rpm 내지 18,000 rpm이고, 상기 분산은 9분 이하의 시간 동안 수행되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄소나노튜브 번들 응집체가 출발 물질로써 활용된다. 상기 응집체를 회전날이 구비된 믹서에서 분산 처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 번들 응집체는 주촉매 성분 및 조촉매 성분을 포함하는 활성 성분이 지지체에 담지된 담지촉매와 베드용 탄소나노튜브를 유동층 반응기에 주입하는 단계; 및 상기 유동층 반응기에 탄소원 가스와 유동 가스를 공급하고 반응시키는 단계를 포함하는 제조 과정에 의해 제조된 것일 수 있다.
상기 번들 응집체는 번들형 탄소나노튜브를 합성한 직후 특별한 처리가 수행되지 않은 상태의 것일 수 있으나, 분산 처리를 한 후에라도 다시 재응집된 상태의 것일 수도 있다. 상기 번들 응집체는 수평균 입도 및 부피평균 입도에 의해 정의될 수 있으며, 수평균 입도가 30 um 이상이고, 부피평균 입도가 100 um 이상인 것으로서, 합성된 직후의 번들형 탄소나노튜브 또는 분산 처리 후 다시 재응집된 상태의 번들형 탄소나노튜브일 수 있다.
기존에는 상기와 같은 번들 응집체를 분산시키기 위하여 볼이 구비된 밀링 장비가 이용되는 것이 일반적인데, 구체적으로, 볼 밀(ball mill), 비드 밀(bead mill), 바스켓 밀(basket mill), 또는 어트리션 밀(attrition mill)이 적용될 수 있다. 이러한 밀링 공정을 통해 번들 응집체를 분산시키는 경우, 번들 응집체에 너무 강한 힘이 가해져 번들 단위가 모두 파손되는 문제가 발생한다. 개별 번들 단위가 파손되면서 파손된 개별 입자들은 응집력이 강함에 따라 다시 응집 현상이 발생하여 파우더가 뭉친 형상을 나타내기 때문에 오히려 수평균 입도가 증가할 수 있다.
또한, 밀링 시간을 길게 하는 경우 수평균 입도는 작아질 수 있으나, 이는 번들 단위를 유지하지 못하고 있음으로 인해 고분자 컴파운드 제조시 번들 단위와 같은 분산력을 가질 수 없고, 이에 따라, 분산되지 않고 뭉친 입자들로 인해서 핀홀 발생 빈도나 크기가 증가할 수 있어, 번들 응집체인 경우 보다도 고분자 컴파운드의 외관 특성을 더 악화시킬 수 있는 문제가 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 처리는 회전날이 구비된 믹서에서 분산을 수행함으로써 상기의 문제를 해결할 수 있다. 상기 믹서는 내부에서 회전 운동하는 회전날에 의해 분산액에 전단력이 가해질 수 있는 것일 수 있고, 이 때 상기 회전날이 회전하는 속도는 10,000 rpm 내지 18,000 rpm이며, 바람직하게는 11,000 rpm 내지 16,000 rpm일 수 있으며, 더 바람직하게는 12,000 내지 15,000 rpm일 수 있다. 상기 회전날의 회전 속도가 10,000 rpm 보다 느린 경우, 번들 단위의 응집 상태를 해체하지 못할 가능성이 커 최종 번들 집합체가 적절한 수평균 입도를 가질 수 없고, 18,000 rpm 보다 빠른 경우, 번들 단위가 파손되어 번들 구조가 사라질 수 있다.
또한, 상기 회전날이 구비된 믹서에 의한 분산은 9분 이하의 시간 동안 수행되며, 분산 시간의 경우 응집된 상태를 해체하기 위한 최소 시간으로서, 9분을 초과하여 분산을 더 시키는 경우 번들 단위를 파손시킬 가능성만 높아질뿐 더 이상의 응집체의 분산이 발생되지는 않는 것일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 상기 분산 시간은 2분 내지 8분, 더 바람직하게는 2분 내지 6분이 적용될 수 있고, 보다 더 최적화 될 수 있다는 장점이 있다.
상기 분산은 용매에 탄소나노튜브 번들 응집체를 혼합한 상태로서 습식으로 수행될 수 있다. 이 때 유기용매와 탄소나노튜브 번들 응집체를 혼합하는 비율은 특별히 제한되지는 않으나, 1:1 내지 9:1의 비율로 혼합되는 것이 바람직할 수 있다. 유기용매 비율이 너무 작은 경우에는 점도가 높아 회전날에 의해 적절한 전단력이 가해지지 않을 수 있고, 너무 큰 경우에는 효율이 열악할 수 있으므로, 적정 수준에서의 중량비 적용이 필요할 수 있다.
상기 탄소나노튜브 번들 응집체는 상기 믹서의 단위 부피당 5 내지 50 g을 투입하는 것일 수 있다. 분산 처리에 투입된 번들 응집체의 양에 따라서도 분산 정도가 영향을 받을 수 있다. 즉 적정량을 투입하는 경우, 목표하는 수평균 입도 및 부피평균 입도를 달성할 수 있고, 그에 따른 벌크 밀도 구현도 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회전날이 탄소나노튜브 번들 응집체에 가하는 힘은 탄소나노튜브 개별 번들의 충격 강도보다 작은 것일 수 있다. 상기 회전날이 회전하면서, 탄소나노튜브 번들 응집체를 타격할 수 있고, 이 타격에 의해 응집체가 번들 단위로 분산될 수 있는데, 이 때 회전날이 응집체를 타격하는 힘이 탄소나노튜브 개별 번들의 충격 강도보다 큰 경우에는 번들 단위를 파손시킬 수 있으므로, 상기 탄소나노튜브 개별 번들이 절단되거나, 가닥별로 분해되지 않도록 회전날을 선정할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄소나노튜브 개별 번들이 절단 또는 가닥 분해되지 않기 위해서는 상기 회전날이 회전하는 속도의 제어가 필요할 수 있고, 회전날의 두께 및 강도 등이 영향을 줄 수 있는데, 일반적으로 절단을 목적으로 하는 커터기에 적용되는 것과 같이 날카롭지 않은 것이면 적용 가능하며, 혼합을 목적으로 하여 분산액에 전단력만을 가하기 위한 장비라면 적용이 가능할 수 있다,
이러한 회전날이 구비된 믹서를 사용하여 번들 응집체를 번들 집합체로 분산시키는 경우에는 개별 번들 단위로 분산이 가능하고, 수평균 입도를 작게 제어할 수 있음으로 인해 고분자 컴파운드의 외관 특성을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제조방법은 유기용매와 탄소나노튜브 번들 응집체를 혼합하여 분산 처리를 수행하는 것으로서 별도의 분산제를 사용하지 않는 것일 수 있다. 분산제의 사용 없이도 충분히 응집 상태를 해체할 수 있기 때문에, 추가적인 분산 작용을 위한 첨가제 투입이 불필요하며, 이에 따르는 경제성 및 공정성이 개선될 수 있고, 고분자 컴파운드에 전도성 필러로 사용할 경우 잔류하는 분산제는 불순물로 작용할 수 있기 때문에, 이를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 2 이상의 개별 번들 단위를 포함하고, 수평균 입도가 1.0 내지 10.0 um이며, 부피평균 입도가 20.0 내지 60.0 um이고, 벌크 밀도는 10.0 kg/m3 이하인 탄소나노튜브 번들 집합체가 제공된다.
상기 수평균 입도가 1.0 um 보다 작아지는 경우는 번들 단위가 가닥별로 분해되는 경우로서, 바람직하지 않고, 10.0 um 보다 커지는 경우는 ___인 경우일 수 있으며, 번들 단위가 완전히 분쇄된 경우로서, 이 경우에는 수평균 입도는 10.0 um을 초과하나 부피평균 입도는 20.0 내지 60.0 um의 범위에 포함될 수 있다. 그러나, 이 경우 수평균 입도가 큼으로 인해 고분자 컴파운드의 외관 특성은 열악할 수 있다.
상기 탄소나노튜브 번들 집합체는 전술한 제조방법에 의해 제조된 것으로서, 수평균 입도가 1.0 내지 10.0 um, 바람직하게 1.5 내지 7.0 um, 더 바람직하게 2.0 내지 5.0 um의 범위를 만족하고, 이와 동시에 벌크 밀도가 10 kg/m3 이하이며, 부피평균 입도가 15.0 내지 60.0 um, 바람직하게 20.0 내지 50.0 um인 경우를 만족함으로써, 고분자 컴파운드의 표면에 존재하는 핀홀의 수와 크기를 감소시켜 외관 특성을 개선할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 제1항의 제조방법에 따라 탄소나노튜브 번들 집합체를 제조하는 단계; 및 고분자 매트릭스에 상기 탄소나노튜브 번들 집합체를 혼합하는 단계;를 포함하는 전도성 고분자 조성물의 제조방법이 제공된다.
상기 고분자 매트릭스는 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 폴리실리콘 수지 및 이들 2종 이상의 블렌드 중에서 선택되는 것일 수 있으나, 상기 탄소나노튜브 번들 집합체가 전도성 필러로써 기능할 수 있는 어플리케이션에 적용되는 고분자라면 특별히 제한 없이 적용될 수 있고, 용도에 따라 적절히 선택될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
비교예 1
분산 처리 하지 않은 수평균 입도가 69.91 um이고, 부피평균 입도가 533.2 um인 탄소나노튜브 번들 응집체를 비교예 1로 하였다.
실시예 1
비교예 1의 탄소나노튜브 번들 응집체 20 g을 고속 블레이드 믹서(KPLS-2K, KMTECH)에 넣고 블레이드의 회전속도를 14,000 rpm으로 하여 2분간 분산 처리함으로써 탄소나노튜브 번들 집합체를 얻었다.
실시예 2
분산 시간을 4분으로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 탄소나노튜브 번들 집합체를 얻었다.
실시예 3
분산 시간을 6분으로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 탄소나노튜브 번들 집합체를 얻었다.
실시예 4
회전 속도를 10,000 rpm으로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 탄소나노튜브 번들 집합체를 얻었다.
실시예 5
회전 속도를 18,000 rpm으로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 탄소나노튜브 번들 집합체를 얻었다.
비교예 2
비교예 1의 탄소나노튜브 응집체 20 g을 어트리션 밀(KMA-5, KMTECH)에 넣고 볼의 회전속도를 400 rpm으로 하여 20분간 분산 처리함으로써 탄소나노튜브 집합체를 얻었다.
실험예 1. 탄소나노튜브 번들 집합체의 분석
상기 실시예 1 내지 3과 비교예 1 및 2의 응집체 또는 집합체에 대하여 수평균 입도 및 부피평균 입도, 그리고 벌크 밀도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
1) 수평균 입도 및 부피평균 입도: 제조된 담지체의 수평균 입도 및 부피평균 입도를 입도 분석기(Microtrac, bluewave)를 활용하여 측정하였다.
2) 벌크 밀도: 무게를 알고 있는 25㎖ 용기에 파우더를 채우고 무게를 측정한 후, 하기 수학식 1에 따라 밀도를 환산하였다.
[수학식 1]
벌크 밀도(㎏/㎥)=탄소나노튜브 중량(㎏)/탄소나노튜브 부피(㎥)
3) 분산 상태 확인: 주사전자현미경(SEM, S-4800, Hitachi)으로 5kV, 100배율 및 300배율로 촬영하였다.
수평균 입도
(DMN, um)		 부피평균 입도
(DMV, um)		 벌크 밀도
(kg/m3)
실시예 1 4.2 42.1 7.4
실시예 2 3.0 25.5 6.7
실시예 3 2.9 22.8 7.2
실시예 4 4.3 45 8.2
실시예 5 2.9 26 7.1
비교예 1 69.9 533.2 25.4
비교예 2 14.1 45.7 95
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 3의 경우 수평균 입도가 매우 작게 제어되었음을 확인할 수 있고, 그에 따라 벌크 밀도 역시 매우 작은 수준을 달성할 수 있음을 확인할 수 있어, 번들 단위로 잘 분산되었음을 유추할 수 있다. 그러나, 상기 비교예 2의 경우 밀링 처리를 하여 분쇄 수준으로 응집체를 분산시킨 결과, 부피평균 입도는 실시예 수준이나, 수평균 입도가 상대적으로 매우 크게 나타났고, 이를 통해 번들 단위가 유지되지 않았음을 확인할 수 있다. 이는 벌크 밀도가 95 kg/m3 수준으로 매우 높게 나타난 것을 통해서도 확인 가능하다.
또한, 도 1 내지 3을 참조하면, 도 2에 나타난 아무런 처리도 하지 않은 응집체가, 도 1에 나타난 것과 같이, 본 발명에 따른 처리를 통해 제조된 실시예 1의 집합체로 탄소나노튜브 번들이 개별 단위로 응집력 없이 흩어져 있음을 확인할 수 있다. 반면, 밀링을 통해 분산시킨 비교예 2의 경우 300 배율로 촬영하여야 확인 할 수 있을 정도로 매우 잘게 부서진 형태로써, 이 부서진 입자들끼리 서로 뭉쳐있는 형상을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
이를 통해서, 본 발명에서 제안하는 것과 같은 방법을 적용한다면 탄소나노튜브 번들 응집체를 번들 단위의 손상 없이 번들 단위로 분산시킬 수 있음을 알 수 있다.
실험예 2. 고분자 컴파운드의 외관 특성 분석
상기 실시예 1과 비교예 1 및 2의 응집체 또는 집합체를 폴리카보네이트 투입량 대비 1.5 중량%로 투입하여 290℃ 및 15 kg/hr 생산량 조건에서 압출하고, 사출 온도 290℃ 및 사출 속도 30 mm/s로 사출하여 고분자 컴파운드 시편을 제조하였고, 이 고분자 컴파운드의 외관 이미지를 촬영하여 도 4 내지 6에 나타내었다.
외관 이미지 촬영
고분자 컴파운드 시편을 광학 현미경(TH4-200, Olympus)을 사용하여 100배율로 1.1mm x 0.9mm의 면적을 스캔하여 하나의 이미지로 표현하였다.
도 4 내지 6을 참조하면, 도 5에서 볼 수 있는 것과 같이 아무런 처리를 하지 않은 응집체를 사용하여 컴파운드를 제조하는 경우에는 핀홀이 발생하여 외관 특성을 악화시키고 있음을 확인할 수 있다. 반면, 실시예 1의 경우 번들 단위로 우수하게 분산됨으로 인해 고분자 컴파운드의 외관에 핀홀의 개수나 그 크기가 크게 저감되었음을 도 4로부터 확인할 수 있으나, 이와는 반대로 도 6을 보면, 번들 단위 구조체가 파손됨으로 인해 핀홀의 개수와 그 크기가 오히려 더 크게 증가하였음을 확인할 수 있다.

Claims (10)

  1. 회전날이 구비된 믹서에서 탄소나노튜브 번들 응집체를 번들 단위로 분산시키는 단계;를 포함하고,
    상기 회전날의 회전 속도는 10,000 rpm 내지 18,000 rpm이고,
    상기 분산은 9분 이하의 시간 동안 수행되는 것인 탄소나노튜브 번들 집합체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 번들 응집체는 상기 믹서의 단위 부피당 5 내지 50 g을 투입하는 것인 탄소나노튜브 번들 집합체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전날의 회전 속도는 12,000 내지 16,000 rpm인 것인 탄소나노튜브 번들 집합체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분산은 2분 내지 7분 동안 수행되는 것인 탄소나노튜브 번들 집합체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전날이 탄소나노튜브 번들 응집체에 가하는 힘은 탄소나노튜브 개별 번들의 충격 강도보다 작은 것인 탄소나노튜브 번들 집합체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 번들 응집체는, 탄소나노튜브 개별 번들 단위가 물리력에 의해 응집된 상태인 것인 탄소나노튜브 번들 집합체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 번들 응집체는,
    주촉매 성분 및 조촉매 성분을 포함하는 활성 성분이 지지체에 담지된 담지촉매와 베드용 탄소나노튜브를 유동층 반응기에 주입하는 단계; 및 상기 유동층 반응기에 탄소원 가스와 유동 가스를 공급하고 반응시키는 단계를 포함하는 제조 과정에 의해 제조된 것인 탄소나노튜브 번들 집합체의 제조방법.
  8. 2 이상의 개별 번들 단위를 포함하고,
    수평균 입도가 1.0 내지 10.0 um이며,
    부피평균 입도가 15.0 내지 60.0 um이고,
    벌크 밀도는 10.0 kg/m3인 탄소나노튜브 번들 집합체.
  9. 제1항의 제조방법에 따라 탄소나노튜브 번들 집합체를 제조하는 단계; 및
    고분자 매트릭스에 상기 탄소나노튜브 번들 집합체를 혼합하는 단계;를 포함하는 전도성 고분자 조성물의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스는 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 폴리실리콘 수지 및 이들 2종 이상의 블렌드 중에서 선택되는 것인 전도성 고분자 조성물의 제조방법.
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KR20110115560A (ko) 2011-09-30 2011-10-21 (주)월드튜브 나노카본 분산액의 제조방법, 이를 이용한 나노카본 분산액, 나노카본의 평가방법, 나노카본 소재의 제조방법

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