KR20220030766A - Filler for polymer composites and the process for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고분자 복합체 필러 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그래핀과 탄소나노튜브가 고분산되어, 전기적 물성이 우수한 고분자 복합체 필러 및 고분자 복합체 필러를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer composite filler and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a polymer composite filler in which graphene and carbon nanotubes are highly dispersed, and excellent in electrical properties, and to a method for manufacturing a polymer composite filler.
고분자 나노복합체(nanocomposite)는 열가소성 수지, 열경화성 수지 등의 고분자 재료에 무기/금속입자를 나노 스케일로 박리, 분산시킴으로써 기계적 물성이 개선된, 즉 내충격성, 인성 및 투명성의 손상 없이 ① 강도 및 강성도, ② 가스 및 액체 투과억제성능, ③ 난연성 및 방염성, ④ 내마모성, ⑤ 고온안정성이 대폭 향상된, 신개념의 차세대 복합소재이다. Polymer nanocomposite has improved mechanical properties by peeling and dispersing inorganic/metal particles on a nano-scale in polymer materials such as thermoplastic resins and thermosetting resins, that is, without damage to impact resistance, toughness and transparency ① strength and rigidity, ② Gas and liquid permeation inhibitory performance, ③ Flame retardant and flame retardant, ④ Abrasion resistance, ⑤ High temperature stability is greatly improved.
이러한 고분자 나노복합체에 관한 종래기술로서, 공개특허공보 제10-2013-0139003호(공개일: 2013.12.20)에서는 선형저밀도폴리에틸렌 고분자에 그래핀과 탄소나노튜브가 용융혼합되어 제조된 선형저밀도폴리에틸렌 복합체가 개시되어 있고, 또한, 공개특허공보 제10-2017-0098083호(공개일: 2017.08.29)에서는 탄소나노튜브 및 제1 올레핀계 고분자 수지를 압출하여 마스터배치를 제조하는 단계 및 제조된 마스터배치와 제2 올레핀계 고분자 수지를 혼합하여 전도성 수지 조성물을 제조하는 방법에 관한 기술이 기재되어 있다.As a prior art related to such a polymer nanocomposite, in Korean Patent Publication No. 10-2013-0139003 (published on December 20, 2013), a linear low-density polyethylene composite prepared by melt-mixing graphene and carbon nanotubes in a linear low-density polyethylene polymer In addition, in Patent Publication No. 10-2017-0098083 (published on August 29, 2017), the steps of preparing a master batch by extruding carbon nanotubes and a first olefin-based polymer resin and the prepared master batch A technology for preparing a conductive resin composition by mixing a second olefinic polymer resin with the second olefinic polymer resin is described.
한편, 고분자 물성을 개선하기 위해 첨가되는 2차원 소재로서 자주 사용되는 탄소나노튜브는 그 물성이 우수하여 새로운 나노 소재로서 다양한 분야에서 각광받고 있는 소재 중 하나이다. 구체적으로, 탄소나노튜브는 지름이 나노미터 수준인 섬유상의 물질로서, 길이/지름 비가 수천에 이르고 수백 m2/g의 넓은 표면적을 가지며 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라 열 전도성 및 전기 전도성이 우수한 특징을 갖는다. On the other hand, carbon nanotubes, which are frequently used as a two-dimensional material added to improve polymer properties, have excellent properties and are one of the materials that are spotlighted as a new nano material in various fields. Specifically, carbon nanotubes are fibrous materials with a diameter of nanometers, a length/diameter ratio of several thousand, a large surface area of several hundred m 2 /g, and excellent mechanical properties as well as excellent thermal and electrical conductivity. has
한편, 고분자 복합체의 다른 첨가제로서 그래핀(Graphene)은 탄소 원자들의 sp2 결합으로 이루어진 벌집모양의 2차원 평면 구조 탄소 동소체이다. 탄소 원자에 있는 4개의 최외각전자들 중에 3개의 전자는 육각형의 구조를 이루기 위해 s-결합을 형성하고, 남은 1개의 전자들이 이루는 긴 범위의 p-공액구조(p-conjugation)로 인해 그래핀은 우수한 물리적, 전기적 특성을 가지게 된다. On the other hand, graphene as another additive in the polymer composite is a honeycomb-shaped two-dimensional planar carbon allotrope composed of sp2 bonds of carbon atoms. Of the four outermost electrons in the carbon atom, three electrons form an s-bond to form a hexagonal structure, and graphene due to the long-range p-conjugation formed by the remaining one electrons has excellent physical and electrical properties.
또한, 그래핀은 반도체 소재의 주원료인 실리콘보다 100배 이상의 높은 전자 이동도와, 구리보다 100배 이상의 전기전도도를 갖는다. 인장 강도는 강철의 200배 이상이며, 신축성이 좋아 10% 이상 면적을 늘리거나 구부려도 전기전도도가 감소하지 않는다. 또한, 현존하는 물질 중 가장 높은 열전도도를 가지는 다이아몬드보다 2배 이상 높은 열전도성을 지닌다.In addition, graphene has 100 times higher electron mobility than silicon, which is a main raw material for semiconductor materials, and 100 times higher electrical conductivity than copper. The tensile strength is more than 200 times that of steel, and the electrical conductivity does not decrease even if the area is increased or bent by more than 10% due to good elasticity. In addition, it has more than twice the thermal conductivity of diamond, which has the highest thermal conductivity among existing materials.
그래핀 합성 공정은 물리ㅇ화학적 박리 법(Exforliation), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition), 에피택셜 성장법(Epitaxial growth) 등의 방법으로 만들어지고 있다.The graphene synthesis process is made by methods such as physical and chemical exfoliation, chemical vapor deposition, and epitaxial growth.
그러나 탄소나노튜브나 그래핀을 포함하는 고분자 복합재료 제조 시, 혼합(mixing) 과정에서, 고분자 수지의 점도가 급격히 상승하는 등의 문제점이 있어 고분자 수지 내에서 균일한 분산을 이루기 어려운 문제점이 있다. 따라서 해당 복합 재료에 기대되는 우수한 물성을 실제 발현하는데 어려움이 존재한다.However, when manufacturing a polymer composite material containing carbon nanotubes or graphene, there is a problem such as a rapid increase in the viscosity of the polymer resin during the mixing process, so that it is difficult to achieve uniform dispersion in the polymer resin. Therefore, there is a difficulty in actual expression of the excellent physical properties expected of the composite material.
구체적으로, 고분자 수지 내에서 탄소나노튜브와 그래핀이 균일한 분산상을 형성하지 못하고 계면에서 수지와 결합을 형성하지 못하면 그래핀이 뭉치게 되고, 결과적으로 복합재료에 크랙(crack), 기공 또는 핀홀(pin hole) 등이 발생하여 복합 재료의 제반 물성이 오히려 크게 감소하게 된다.Specifically, if carbon nanotubes and graphene do not form a uniform dispersed phase in the polymer resin and do not form a bond with the resin at the interface, the graphene aggregates, and as a result, cracks, pores, or pinholes in the composite material. (pin hole), etc. are generated, and the overall physical properties of the composite material are rather greatly reduced.
이와 같이, 종래에 마이크로미터 단위 또는 나노 미터 단위의 미세 필러 예컨대, 금속 필러나 세라믹 필러 또는 카본 필러 특히 탄소나노튜브 또는 그래핀 등의 나노 카본을 고분자 수지와 함께 컴파운딩 과정을 거쳐 복합화하는 경우, 해당 필러를 고함량으로 함유하면서도 분산시키는 것 자체가 한계가 있었다.As described above, in the case of conventionally complexing fine fillers in micrometers or nanometers, for example, metal fillers, ceramic fillers, or carbon fillers, in particular, nano-carbons such as carbon nanotubes or graphene with a polymer resin through a compounding process, There was a limit to dispersing while containing the filler in a high content.
실험실 수준에서는 반데르발스 인력에 의해 서로 뭉치려고 하는 탄소나노튜브의 분산 특성이 화학및 물리적인 방법들에 잘 통제된다. 그러나, 이를 대량 양산하고자 하는 경우 공정 소요 비용이 매우 크게되고, 시간 등의 여러 제약에 의해 탄소나노튜브의 분산이 잘 통제되지 않으며, 그 결과 상기 탄소나노튜브들 간에 불완전한 접촉이 발생하게 된다.At the laboratory level, the dispersion properties of carbon nanotubes that try to stick together by van der Waals attraction are well controlled by chemical and physical methods. However, in the case of mass-production, the process cost is very high, the dispersion of carbon nanotubes is not well controlled due to various constraints such as time, and as a result, incomplete contact between the carbon nanotubes occurs.
이와 같이, 탄소나노튜브 및/또는 그래핀을 포함하는 고분자 수지 복합 재료를 대량 생산하는 경우, 탄소나노튜브들의 분산 특성이 잘 통제되지 않으며, 이에 따라 탄소나노튜브의 물성이 완전히 발현되지 않아, 제조되는 복합 재료는 기계적, 전기적, 열적성능 등 제반 특성 향상을 담보하기 어렵다.As such, when a polymer resin composite material containing carbon nanotubes and/or graphene is mass-produced, the dispersion characteristics of the carbon nanotubes are not well controlled, and accordingly, the physical properties of the carbon nanotubes are not fully expressed. It is difficult to guarantee improvement of various properties such as mechanical, electrical, and thermal performance of composite materials.
따라서, 이러한 문제점을 개선하고 종래의 고분자 복합체의 단점으로서 지적된 낮은 전기전도도를 개선하기 위하여 고분자 복합체 필러로서 첨가되는 나노소재의 물성을 개선하기 위한 연구가 필요하다.Therefore, research is needed to improve the physical properties of the nanomaterial added as a polymer composite filler in order to improve these problems and improve the low electrical conductivity pointed out as a disadvantage of the conventional polymer composite.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 고분산된 그래핀 및 탄소나노튜브를 포함하여 물리적 및 전기적 성질이 우수한 고분자 복합체 필러를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a polymer composite filler having excellent physical and electrical properties, including highly dispersed graphene and carbon nanotubes.
또한, 본 발명은 그래핀 및 탄소나노튜브를 박리하는데 있어서, 비교적 낮은 에너지를 이용함으로써 그래핀 및 탄소나노튜브의 고유의 물성을 유지할뿐만 아니라, 고분산되어 높은 전기전도도 특성을 나타내는 고분자 복합체 필러를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention not only maintains the intrinsic physical properties of graphene and carbon nanotubes by using relatively low energy in peeling graphene and carbon nanotubes, but also is highly dispersed to provide a polymer composite filler exhibiting high electrical conductivity. An object of the present invention is to provide a manufacturing method.
상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 상기 고분자 복합체 필러는 그래핀과 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 그래핀과 탄소나노튜브의 질량비는 8:2 내지 2:8의 범위이며, 상기 고분자 복합체 필러의 비표면적은 10 ~500 m2/g 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체 필러를 제공한다.In the present invention to solve the above problems, the polymer composite filler includes graphene and carbon nanotubes, and the mass ratio of the graphene and carbon nanotubes is in the range of 8:2 to 2:8, and the polymer composite The specific surface area of the filler provides a polymer composite filler, characterized in that in the range of 10 ~ 500 m2 / g.
상기 그래핀의 평균입경은 0.2 내지 20 μm이고, 그래핀의 비표면적은 50 내지 600 m2/g일 수 있다.The average particle diameter of the graphene may be 0.2 to 20 μm, and the specific surface area of the graphene may be 50 to 600 m 2 /g.
상기 탄소나노튜브의 평균입경은 5 내지 25 nm이고, 탄소나노튜브의 비표면적은 120 내지 600 m2/g일 수 있다.The average particle diameter of the carbon nanotubes may be 5 to 25 nm, and the specific surface area of the carbon nanotubes may be 120 to 600 m 2 /g.
상기 고분자는 열경화성, 열가소성 또는 엘라스토머일 수 있다.The polymer may be thermosetting, thermoplastic or elastomer.
또한, 본 발명은 a) 그래핀과 탄소나노튜브를 2:8 내지 8:2의 질량비 범위로 준비하는 단계; 및 b) 상기 그래핀와 탄소나노튜브를 소재 박리 장치에 투입하여 200 내지 500rpm 범위로 속도로 밀링하여 고분자 복합체 필러를 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 복합체 필러의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of: a) preparing graphene and carbon nanotubes in a mass ratio of 2:8 to 8:2; and b) putting the graphene and carbon nanotubes into a material peeling device and milling them at a speed in the range of 200 to 500 rpm to obtain a polymer composite filler; provides a method for producing a polymer composite filler comprising: a.
상기 소재 박리 장치의 속도는 350 내지 400rpm 범위일 수 있다.The speed of the material peeling device may be in the range of 350 to 400 rpm.
상기 탄소나노튜브의 평균입경은 5 내지 25 nm이고, 탄소나노튜브의 비표면적은 120 내지 600 m2/g일 수 있다.The average particle diameter of the carbon nanotubes may be 5 to 25 nm, and the specific surface area of the carbon nanotubes may be 120 to 600 m 2 /g.
상기 그래핀의 평균입경은 0.2 내지 20 μm이고, 그래핀의 비표면적은 50 내지 600 m2/g일 수 있다.The average particle diameter of the graphene may be 0.2 to 20 μm, and the specific surface area of the graphene may be 50 to 600 m 2 /g.
상기 고분자는 열경화성, 열가소성 또는 엘라스토머일 수 있다.The polymer may be thermosetting, thermoplastic or elastomer.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 고분자 복합체 필러를 제공한다.In addition, the present invention provides a polymer composite filler prepared by the above manufacturing method.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 고분자 복합체 필러는 그래핀 및 탄소나노튜브가 고분산되고, 비표면적이 매우 높으며, 물리적 특성 및 전기전도도 특성이 매우 우수하다.As described above, in the polymer composite filler according to the present invention, graphene and carbon nanotubes are highly dispersed, the specific surface area is very high, and the physical properties and electrical conductivity properties are very excellent.
또한, 본 발명에 따라 제조된 고분자 복합체 필러는 낮은 물리적 전단력에 의하여 그래핀 및 탄소나노튜브의 외관이 훼손되지 않고 고분산됨으로써, 물리적 성질 및 전기적 물성이 매우 우수하여 고분자 복합체를 제조하는데 유용하게 사용될 수 있다.In addition, the polymer composite filler prepared according to the present invention is highly dispersed without damaging the appearance of graphene and carbon nanotubes due to low physical shearing force, and thus has excellent physical and electrical properties to be usefully used in manufacturing a polymer composite can
또한, 본 발명에 따른 고분자 복합체는 필러를 저함량으로 함유하더라도 필러들이 고유의 물성을 유지하고, 고분산되어 기계적 특성 및 전기적 특성 등이 크게 향상될 수 있다.In addition, in the polymer composite according to the present invention, even if the filler is contained in a low content, the fillers maintain their intrinsic physical properties and are highly dispersed, so that mechanical properties and electrical properties can be greatly improved.
도 1은 본원 발명에 따른 고분자 복합체 필러의 제조시 탄소나노튜브 및 그래핀이 박리되는 형태를 나타내는 모식도이다.
도 2는 실시예 4 내지 실시예 11, 비교예 10, 비교예 11 및 비교예 13에 따른 고분자 복합체 필러를 이용하여 제조된 고분자 복합체 필러의 굴곡강도와 굴곡 탄성계수를 측정한 결과이다.
도 3은 실시예 4 내지 실시예 11, 비교예 10, 비교예 11 및 비교예 13에 따른 고분자 복합체 필러를 이용하여 제조된 고분자 복합체 필러의 인장강도와 인장 탄성계수를 측정한 결과이다.
도 4는 실시예 14 내지 실시예 17, 비교예 14 내지 비교예 17에 따른 고분자 복합체 필러를 이용하여 제조된 고분자 복합체 필러의 표면 전기저항을 측정한 결과이다.1 is a schematic diagram showing a form in which carbon nanotubes and graphene are peeled off during the preparation of a polymer composite filler according to the present invention.
2 is a result of measuring the flexural strength and flexural modulus of the polymer composite filler prepared by using the polymer composite filler according to Examples 4 to 11, Comparative Example 10, Comparative Example 11 and Comparative Example 13;
3 is a result of measuring the tensile strength and tensile modulus of a polymer composite filler prepared by using the polymer composite filler according to Examples 4 to 11, Comparative Example 10, Comparative Example 11, and Comparative Example 13;
4 is a result of measuring the surface electrical resistance of the polymer composite filler prepared by using the polymer composite filler according to Examples 14 to 17 and Comparative Examples 14 to 17.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the present embodiment does not limit the scope of the present invention, but is presented only as an example, and various changes are possible within the scope without departing from the technical gist of the present invention.
본 발명에 적용되는 "고분자 복합체"는 고분자에 탄소나노튜브 및 그래핀을 포함하는 고분자 복합체 필러를 복합하여 제조된 물질을 지칭한다."Polymer composite" applied to the present invention refers to a material prepared by compounding a polymer composite filler including carbon nanotubes and graphene with a polymer.
본 발명에 따른 고분자 복합체 필러는 상기 고분자 복합체 필러는 그래핀과 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 그래핀과 탄소나노튜브의 질량비는 2:8 내지 8:2의 범위이며, 상기 고분자 복합체 필러의 비표면적은 10 내지 500 m2/g 범위인 것을 특징으로 한다.In the polymer composite filler according to the present invention, the polymer composite filler includes graphene and carbon nanotubes, and the mass ratio of the graphene and carbon nanotubes is in the range of 2:8 to 8:2, and the ratio of the polymer composite filler is in the range of 2:8 to 8:2. It is characterized in that the surface area is in the range from 10 to 500 m 2 /g.
이때, 본 발명에 따른 고분자 복합체 필러는 그래핀과 탄소나노튜브를 2:8 내지 8:2의 질량 범위로 포함하는 것이 바람직하며, 그래핀의 함량이 20% 미만으로 포함될 경우에는 탄소나노튜브의 분산성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 그래핀의 함량이 80%를 초과하면 고분자 복합체의 전기적, 열적 특성 개선을 위한 추가적인 필러의 함유를 필요로 한다.At this time, the polymer composite filler according to the present invention preferably includes graphene and carbon nanotubes in a mass range of 2:8 to 8:2, and when the content of graphene is included in less than 20%, the amount of carbon nanotubes is Dispersibility may be deteriorated, and if the content of graphene exceeds 80%, it is necessary to contain an additional filler to improve the electrical and thermal properties of the polymer composite.
또한, 본 발명에 따른 고분자 복합체 필러는 그래핀과 탄소나노튜브가 일정 질량비로 포함될 뿐만 아니라, 탄소나노튜브 번들 및 개별적으로 박리된 그래핀을 다수 포함함으로써, 비표면적이 매우 높으며 고분산되는 특징을 보유함으로써 고분자 복합체 제조 시 우수한 물리적, 전기적 특성을 가지는 것으로 여겨진다.In addition, the polymer composite filler according to the present invention not only contains graphene and carbon nanotubes in a certain mass ratio, but also contains a large number of carbon nanotube bundles and individually exfoliated graphene, so that the specific surface area is very high and highly dispersed. It is considered to have excellent physical and electrical properties when manufacturing a polymer composite by retaining it.
상기 그래핀(graphene)은 sp2 탄소원자들이 6각형의 벌집(honeycomb) 격자를 이룬 형태의 2차원 나노시트(2D nanosheet) 단일층의 탄소 구조체를 의미하며, 본 발명에 따른 고분자 복합체 필러에서의 그래핀의 평균입경은 0.2 내지 20 μm이고, 그래핀의 비표면적은 50 내지 600 m2/g일 수 있다. 이때, 그래핀의 비표면적이 50 m2/g미만으로 포함될 경우에는 분리된 탄소나노튜브 번들이나 단일 탄소나노튜브 사이에 충분히 위치하지 못하기 때문에 탄소나노튜브의 분산성 향상에 큰 도움이 되지 않으며, 또한 분산공정 이후에 탄소나노튜브가 재응집되는 문제점이 발생할 수 있다.The graphene (graphene) refers to a carbon structure of a single-layered two-dimensional nanosheet in the form of sp2 carbon atoms forming a hexagonal honeycomb lattice, and graphene in the polymer composite filler according to the present invention The average particle diameter of the pin may be 0.2 to 20 μm, and the specific surface area of the graphene may be 50 to 600 m 2 /g. At this time, when the specific surface area of graphene is contained less than 50 m 2 /g, it is not sufficiently located between the separated carbon nanotube bundles or single carbon nanotubes, so it is not very helpful in improving the dispersibility of carbon nanotubes. , and also may cause a problem in that carbon nanotubes are re-agglomerated after the dispersion process.
또한, 본 발명에서의 상기 탄소나노튜브의 평균입경은 5 내지 25 nm이고, 탄소나노튜브의 비표면적은 120 내지 600 m2/g일 수 있다.In addition, in the present invention, the average particle diameter of the carbon nanotubes is 5 to 25 nm, and the specific surface area of the carbon nanotubes is 120 to 600 m 2 /g.
또한, 본 발명에 따른 고분자 복합체 필러는 열경화성 고분자, 열가소성 고분자 또는 엘라스토머에 나노 스케일로 고분산시킴으로써 고분자 복합체의 기계적 물성 및 전기적 특성이 개선시킬 수 있다.In addition, the polymer composite filler according to the present invention can improve the mechanical properties and electrical properties of the polymer composite by high dispersion in a nano-scale in a thermosetting polymer, a thermoplastic polymer, or an elastomer.
실시예로서, 본 발명에서 사용될 수 있는 고분자 모재는 해당 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 알려진 것이라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 열가소성 고분자로는 에틸렌계 수지, 프로필렌계 수지, 폴리스티렌계수지, 폴리카보네이트, 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌 등의 스티렌계 공중합체, 폴리비닐계 수지, 폴리에틸렌 데레프탈레이트, 폴리아크릴계 수지, 폴리아마이드계 수지, 열가소성 폴리우레탄계 수지등을 포함한 다양한 범용수지와 폴리페닐렌 술파이드, 폴리케톤, 폴리아세탈, 폴리페닐렌 옥사이드, 이오노머, 폴리 부틸렌 테레프탈레이트, 폴리이미드계 수지, 폴리술폰계수지, 불소수지등 엔지니어링 플라스틱 및 특수 수지 등을 사용할 수 있고, 열경화성 고분자로는 페놀 수지, 에폭시 수지, 실리콘수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지 등을 사용할 수 있다.As an example, the polymer base material that can be used in the present invention may be used without limitation as long as it is known to be generally used in the art. For example, as the thermoplastic polymer, ethylene-based resin, propylene-based resin, polystyrene-based resin, polycarbonate, styrene-based copolymer such as acrylonitrile-butadiene-styrene, polyvinyl-based resin, polyethylene derephthalate, polyacrylic resin , polyamide-based resins, thermoplastic polyurethane-based resins, and various general-purpose resins, polyphenylene sulfide, polyketone, polyacetal, polyphenylene oxide, ionomer, polybutylene terephthalate, polyimide-based resin, polysulfone-based resin Engineering plastics such as paper and fluororesin and special resins can be used, and thermosetting polymers include phenol resin, epoxy resin, silicone resin, urea resin, melamine resin, urea resin, polyester resin, polyurethane resin, etc. .
또한, 이러한 우수한 물성을 가지는 고분자 복합체 필러는 기본적으로 일정 수준의 기계적 물성과 우수한 전기적 특성을 가지기 위하여 필러를 제조하는 공정에 있어서, 소재의 물리적 훼손을 최소화시키면서 고분산된 형태로 가공하는 것이 필요하다.In addition, the polymer composite filler having such excellent physical properties is basically required to be processed in a highly dispersed form while minimizing physical damage to the material in the process of manufacturing the filler in order to have a certain level of mechanical properties and excellent electrical properties. .
따라서, 본 발명에 따른 고분자 복합체 필러의 제조방법은 a) 그래핀과 탄소나노튜브를 2:8 내지 8:2의 질량비 범위로 준비하는 단계; 및 b) 상기 그래핀와 탄소나노튜브를 소재 박리 장치에 투입하여 200 내지 500 rpm 범위의 속도로 밀링하여 고분자 복합체 필러를 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Therefore, the method for producing a polymer composite filler according to the present invention comprises: a) preparing graphene and carbon nanotubes in a mass ratio of 2:8 to 8:2; and b) adding the graphene and carbon nanotubes to a material peeling device and milling them at a speed in the range of 200 to 500 rpm to obtain a polymer composite filler.
이와 관련하여, 상기 a) 단계에서는 기계적 물성 및 전기적 특성이 우수한 그래핀과 탄소나노튜브를 3:7 내지 4:6의 질량 범위로 준비하며, 이때 그래핀과 탄소나노튜브의 함량비에 따른 효과는 상기에서 기재한 바와 같다.In this regard, in step a), graphene and carbon nanotubes having excellent mechanical and electrical properties are prepared in a mass range of 3:7 to 4:6, and in this case, the effect according to the content ratio of graphene and carbon nanotubes is as described above.
또한, 상기 a) 단계에서 사용되는 그래핀의 평균입경은 0.2 내지 20 μm이고, 그래핀의 비표면적은 50 내지 600 m2/g일 수 있으며, 또한 상기 탄소나노튜브의 평균입경은 5 내지 25 nm이고, 탄소나노튜브의 비표면적은 120 내지 600 m2/g일 수 있다.In addition, the average particle diameter of the graphene used in step a) is 0.2 to 20 μm, the specific surface area of the graphene may be 50 to 600 m 2 /g, and the average particle diameter of the carbon nanotubes is 5 to 25 nm, and the specific surface area of the carbon nanotubes may be 120 to 600 m 2 /g.
상기 b) 단계에서 사용되는 소재 박리 장치는 편심 운동(eccentric motion) 및 각 운동(angular motion)시켜 발생하는 전단력을 이용하여 장치 내부의 물질을 개별적으로 박리시키는 장치를 사용할 수 있으며, 이때 소재 박리 장치의 속도는 200 내지 500 rpm 범위인 것이 바람직하다.The material peeling device used in step b) may use a device that separates the material inside the device by using a shear force generated by eccentric motion and angular motion, in which case the material peeling device The speed is preferably in the range of 200 to 500 rpm.
하기 도 1에서 도시한 바와 같이, 본원 발명에 따른 200 내지 500 rpm 범위의 낮은 속도에 의해 발생되는 낮은 전단력은 그래핀 또는 탄소나노튜브 표면의 물리적인 훼손을 최소화하면서, 두꺼운 탄소나노튜브 번들(thick CNT bundle)을 얇은 탄소나노튜브 번들(thin CNT bundle), 짧은 탄소나노튜브 번들 (shortened CNT bundle) 또는 단일 탄소나노뷰트(individual CNT), 짧은 단일 탄소나노튜브 (shortened individual CNT) 로 분리하거나, 또한 그래핀 집합체(agglomerated graphene)를 단일 그래핀(individual graphene)으로 효과적으로 분리할 수 있다. As shown in FIG. 1 below, the low shear force generated by the low speed in the range of 200 to 500 rpm according to the present invention minimizes physical damage to the graphene or carbon nanotube surface, while the thick carbon nanotube bundle (thick) CNT bundle) into thin CNT bundles, short carbon nanotube bundles or single carbon nanobutes (individual CNT), short single carbon nanotubes (shortened individual CNT), or It is possible to effectively separate agglomerated graphene into a single graphene (individual graphene).
이러한 본 발명에 따른 고분자 복합체 필러내 포함된 얇은 탄소나노튜브 번들(thin CNT bundle), 짧은 탄소나노튜브 번들 (shortened CNT bundle), 단일 탄소나노뷰트(individual CNT), 짧은 탄소나노튜브 (shortened individual CNT), 단일 그래핀(individual graphene)은 고분자 복합체내에서 고분산되어 고분자 복합체의 물성을 효과적으로 개선시킬 수 있다. The thin carbon nanotube bundle (thin CNT bundle), the short carbon nanotube bundle (shortened CNT bundle), the single carbon nanobuty (individual CNT), the short carbon nanotube (shortened individual CNT) contained in the polymer composite filler according to the present invention ), single graphene (individual graphene) can be highly dispersed in the polymer composite to effectively improve the physical properties of the polymer composite.
또한, 일예로서, 본원 발명에 따른 소재 박리 장치의 속도는 200 내지 500rpm 범위인 것이 바람직하며, 또한 350 내지 400 rpm 범위인 것이 더욱 바람직하다. 이때, 소재 박리 장치의 속도가 200 rpm 미만인 경우에는 두꺼운 탄소나노튜브 번들(thick CNT bundle) 또는 그래핀 집합체(agglomerated graphene)가 충분히 분리되지 못하여 비표면적이 낮아지며, 낮은 속도에서 제조된 필러는 고분자 복합체 내에서 분산이 어려우며 목표하는 물성개선에 도달할 수 없다. 또한 소재 박리 장치의 속도가 600 rpm 초과인 경우에는 탄소나노튜브 또는 그래핀의 상당한 량이 부러지거나 깨져서 탄소나노튜브 또는 그래핀의 고유의 물성이 저하 될 수 있다.In addition, as an example, the speed of the material peeling device according to the present invention is preferably in the range of 200 to 500 rpm, and more preferably in the range of 350 to 400 rpm. At this time, when the speed of the material peeling device is less than 200 rpm, the thick CNT bundle or agglomerated graphene is not sufficiently separated and the specific surface area is lowered, and the filler prepared at a low speed is a polymer composite It is difficult to disperse in the interior and the target property improvement cannot be reached. In addition, when the speed of the material peeling device exceeds 600 rpm, a significant amount of carbon nanotubes or graphene may be broken or broken, thereby deteriorating the intrinsic physical properties of carbon nanotubes or graphene.
또한, 상기 소재 박리 장치내에서 200 내지 500rpm 범위의 속도로 그래핀과 탄소나노튜브를 분산시킬 때, 소재 박리 장치의 작동 시간은 5 내지 60분인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10 내지 40분 동안 그래핀과 탄소나노튜브를 밀링하여 고분자 복합체 필러를 제조하는 것이 탄소나노튜브의 분산성을 향상시키는데 적합하다.In addition, when the graphene and carbon nanotubes are dispersed in the material peeling device at a speed in the range of 200 to 500 rpm, the operating time of the material peeling device is preferably 5 to 60 minutes, more preferably for 10 to 40 minutes Milling graphene and carbon nanotubes to prepare a polymer composite filler is suitable for improving the dispersibility of carbon nanotubes.
또한, 본 발명에 따른 고분자 복합체 필러를 이용하여 강화하고자 하는 목적 대상물인 고분자는 열경화성 고분자, 열가소성 고분자 또는 엘라스토머일 수 있으며, 또한 본 발명에 따른 고분자 복합체 필러를 상기 고분자에 혼합하여 제조된 고분자 복합체는 물리적 및 전기적 성질이 매우 우수하다.In addition, the polymer that is the target object to be strengthened using the polymer composite filler according to the present invention may be a thermosetting polymer, a thermoplastic polymer or an elastomer, and the polymer composite prepared by mixing the polymer composite filler according to the present invention to the polymer is It has very good physical and electrical properties.
이에 따라 상기 필러 및 고분자 복합체를 제조하는 경우에, 본 발명에 따른 고분자 복합체 필러 함량을 고분자 복합체 재료 중 0.05 내지 20중량%으로 함유하도록 할 수 있다. 이와 같이 저함량으로 함유하더라도 필러의 고유의 물성을 유지하면서, 필러들이 고분산되어 기계적 특성 및 전기적 특성 등이 크게 향상된 고분자 복합체 재료를 얻을 수 있다.Accordingly, in the case of manufacturing the filler and the polymer composite, the polymer composite filler content according to the present invention may be contained in an amount of 0.05 to 20% by weight of the polymer composite material. Even if it contains such a low content, it is possible to obtain a polymer composite material with significantly improved mechanical properties and electrical properties because the fillers are highly dispersed while maintaining the intrinsic properties of the filler.
또한, 본 발명에 따른 고분자 복합체 재료 제조 방법은 다음과 같다.In addition, the method for manufacturing a polymer composite material according to the present invention is as follows.
먼저, 고분자 재료 및 상기 필러를 이축 압출기에 공급하여 용융 압출을 통해 고분자/필러 마스터배치(일종의 펠릿)을 제조한다.First, a polymer material and the filler are supplied to a twin-screw extruder to prepare a polymer/filler masterbatch (a kind of pellet) through melt extrusion.
상기 압출 성형은 혼합, 분쇄, 가열, 성형 및 건조와 같은 단위 조작이 단시간에 일어나는 단일공정으로, 압출성형은 압출성형기에서 수행되는데, 피딩 섹션 (feeding section)으로 재료를 공급하고 호퍼 (hopper)를 통해 투입된 재료는 배럴 (barrel) 내부로 이동하여 스크류 (screw)에 의해 분산, 분배, 혼합 및 전단력을 받으며, 배럴 내부 온도 및 압력을 조절할 수 있고, 스크류에 의해 이동된 재료는 최종적으로 다이 (die)를 통해 외부로 배출되는 과정으로 수행되는 것을 의미하나, 이에 제한되지 않는다.The extrusion molding is a single process in which unit operations such as mixing, grinding, heating, molding and drying occur in a short time. The material introduced through the barrel moves into the barrel and is dispersed, distributed, mixed and sheared by a screw, and the temperature and pressure inside the barrel can be controlled, and the material moved by the screw is finally transferred to a die. ) means to be discharged to the outside through the process, but is not limited thereto.
이축 압출기에 의한 용융 블렌드를 거쳐 제조된 고분자/필러 마스터배치와 고분자 수지를 사출 성형(injection molding), 압축성형(compression molding), 트랜스퍼 성형(transfer molding), 취입 성형(blow molding]) 및 캘린더 가공법(calender molding) 등이 추가적으로 시행됨으로써 원하는 형상의 제품을 성형하게 된다.Injection molding, compression molding, transfer molding, blow molding) and calendering method of polymer/filler masterbatch and polymer resin manufactured through melt blending by twin screw extruder (calender molding) is additionally performed to mold a product of a desired shape.
따라서, 본 발명에 따른 고분자 복합체 필러를 함유하는 고분자 복합체는 위와 같이 필러가 균일하게 분산될 수 있고 또한 필러들 사이의 접촉 불량의 문제점을 해결할 수 있으며, 이에 따라 제반 물성 특히 전기 전도도 특성이 우수하게 될 수 있다.Therefore, in the polymer composite containing the polymer composite filler according to the present invention, the filler can be uniformly dispersed as described above, and the problem of poor contact between the fillers can be solved, and thus the overall physical properties, especially the electrical conductivity properties, are excellent. can be
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
실시예 1~3 및 비교예 1~3 : TPU (Thermoplastic polyurethane)Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3: TPU (Thermoplastic polyurethane)
실시예 1 ~ 3Examples 1-3
그래핀과 탄소나노튜브 혼합비를 4:6 혹은 3:7으로 하여 390rpm 에서 20분동안 혼련 박리 과정을 통해 제조된 MBT3146 (비표면적: 250-270m2/g), MBT3137 (비표면적: 220-250m2/g)을 압출성형하여 4 wt.% 와 7 wt.% 함량이 되는 쇼오에이 경도가 95인 열가소성 폴리우레탄(98A TPU: 동아케미칼 ACE Thane EP-98A) 펠렛을 제조하고, 사출성형을 통해 필러의 함량이 4wt.%, 7wt.%, 되는 시편을 제조하였다. MBT3146 (specific surface area: 250-270 m2/g), MBT3137 (specific surface area: 220-250 m2/g) prepared through a kneading exfoliation process at 390 rpm for 20 minutes at a mixing ratio of graphene and carbon nanotubes of 4:6 or 3:7 g) was extruded to manufacture thermoplastic polyurethane (98A TPU: Dong-A Chemicals ACE Thane EP-98A) pellets having a Shoei hardness of 95, with 4 wt.% and 7 wt.% content, and injection molding of the filler Specimens having a content of 4 wt.%, 7 wt.%, were prepared.
비교예 1 ~ 3Comparative Examples 1 to 3
실시예 1~3에서 사용한 동일한 그래핀과 탄소나노튜브 혼합비를 4:6으로 하여 850rpm 에서 20분 동안 혼련 박리 과정을 통해 제조된 MBT3146 (비표면적: 330-360m2/g), MBT3137 (비표면적: 290-310m2/g)을 압출성형하여 4 wt.% 와 7 wt.% 함량이 되는 95A TPU 압출성형하고, 사출성형을 통해 필러의 함량이 4wt.%, 7wt.% 되는 시편을 제조하였다.MBT3146 (specific surface area: 330-360m2/g), MBT3137 (specific surface area: 290-310 m2/g) was extruded to form 95A TPU having a content of 4 wt.% and 7 wt.%, and a specimen having a filler content of 4 wt.% and 7 wt.% was prepared through injection molding.
실시예 4 ~ 11 및 비교예 4 ~ 7 : PPExamples 4 to 11 and Comparative Examples 4 to 7: PP
실시예 4~ 7 Examples 4-7
그래핀과 탄소나노튜브 혼합비를 3:7으로 하여 390rpm 에서 20분 동안 혼련 박리 과정을 통해 제조된 MBT2137 (비표면적: 200~220m2/g)을 이용하여 압출성형을 통해 10wt.% 함량이 되는 폴리에틸렌 마스터배치를 제조하였다. 10wt.% 폴리프로필렌 마스터배치를 base 폴리프로필렌과 5%, 10%, 50%, 100% 혼합하여 사출성형을 통해 필러의 함량이 0.5wt.%, 1wt.%, 5wt.%, 10wt.% 되는 사출시편을 제조하여 전기전도성 및 기계적 물성 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Polyethylene with a content of 10 wt.% through extrusion molding using MBT2137 (specific surface area: 200-220 m2/g) prepared through a kneading exfoliation process at 390 rpm for 20 minutes at a mixing ratio of graphene and carbon nanotubes of 3:7 A masterbatch was prepared. 10wt.% polypropylene masterbatch is mixed with
실시예 8 ~11 Examples 8-11
그래핀과 탄소나노튜브 혼합비를 4:6으로 하여 390rpm 에서 20분동안 혼련 박리 과정을 통해 제조된 MBT2146 (비표면적: 200~220m2/g) 을 이용하여 압출성형을 통해 10wt.% 함량이 되는 폴리에틸렌 마스터배치를 제조하였다. 10wt.% 폴리프로필렌 마스트배치를 base 폴리프로필렌과 5%, 10%, 50%, 100% 혼합하여 사출성형을 통해 필러의 함량이 0.5wt.%, 1wt.%, 5wt.%, 10wt.% 되는 사출시편을 제조하여 전기전도성 및 기계적 물성 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Using MBT2146 (specific surface area: 200-220 m2/g) prepared through a kneading exfoliation process at 390 rpm for 20 minutes at a mixing ratio of graphene and carbon nanotubes of 4:6 A polyethylene masterbatch having a content of 10 wt.% was prepared through extrusion molding. 10wt.% polypropylene mastbatch is mixed with
비교예 4 ~ 5 Comparative Examples 4 to 5
그래핀과 탄소나노튜브 혼합비를 3:7으로 하여 850rpm 에서 20분동안 혼련 박리 과정을 통해 제조된 MBT2137 (비표면적: 290-320m2/g) 을 이용하여 압출성형을 통해 10wt.% 함량이 되는 폴리에틸렌 마스터배치를 제조하였다. 10wt.% 폴리프로필렌 마스트배치를 base 폴리프로필렌과 50%, 100% 혼합하여 사출성형을 통해 필러의 함량이 5wt.% 및 10wt.% 되는 사출시편을 제조하여 전기전도성 및 기계적 물성 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Polyethylene with a content of 10 wt.% through extrusion molding using MBT2137 (specific surface area: 290-320 m2/g) prepared through a kneading exfoliation process at 850 rpm for 20 minutes at a mixing ratio of graphene and carbon nanotubes of 3:7 A masterbatch was prepared. A 10 wt.% polypropylene mastbatch is mixed with a base polypropylene 50% and 100% to prepare an injection specimen having a filler content of 5 wt.% and 10 wt.% through injection molding, and the results of electrical conductivity and mechanical properties are measured below. Table 1 shows.
비교예 6 ~ 7 Comparative Examples 6 to 7
그래핀과 탄소나노튜브 혼합비를 4:6으로 하여 850rpm 에서 20분동안 혼련 박리 과정을 통해 제조된 MBT2146 (비표면적: 290-320 m2g) 을 이용하여 압출성형을 통해 10wt.% 함량이 되는 폴리에틸렌 마스터배치를 제조하였다. 10wt.% 폴리프로필렌 마스터배치를 base 폴리프로필렌과 50%, 100% 혼합하여 사출성형을 통해 필러의 함량이 5wt.% 및 10wt.% 되는 사출시편을 제조하여 전기전도성 및 기계적 물성 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Polyethylene master having a content of 10 wt.% through extrusion molding using MBT2146 (specific surface area: 290-320 m2g) prepared through a kneading exfoliation process at 850 rpm for 20 minutes at a mixing ratio of graphene and carbon nanotubes of 4:6 A batch was prepared. By mixing 10 wt.% polypropylene masterbatch with base polypropylene 50% and 100%, injection molding with filler content of 5 wt.% and 10 wt.% was prepared, and electrical conductivity and mechanical properties were measured. Table 1 shows.
비교예comparative example 8 ~ 9 : 8 to 9: GrapheneGraphene
비표면적이 300 ~ 450 m2/g 이고, 입자크기가 0.5 ~ 3 um 인 그래핀을 이축압출기를 이용한 압출성형을 통해 10wt.% 함량이 되는 폴리프로필렌 마스터배치를 제조하였다. 10wt.% 폴리프로필렌 마스트배치를 base 폴리프로필렌과 50wt.%, 100% 혼합하여 사출성형을 통해 필러의 함량이 5wt.%, 10wt.% 되는 사출시편을 제조하여 전기전도성 및 기계적 물성 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. A polypropylene masterbatch having a content of 10 wt.% was prepared by extrusion molding graphene having a specific surface area of 300 to 450 m2/g and a particle size of 0.5 to 3 um using a twin-screw extruder. A 10wt.% polypropylene mastbatch was mixed with a base polypropylene 50wt.%, 100%, and an injection specimen having a filler content of 5wt.%, 10wt.% was prepared through injection molding, and the results of electrical conductivity and mechanical properties were measured. It is shown in Table 1 below.
비교예comparative example 10 ~ 10 ~ 13 : CNT13: CNT
입경이 6~12nm, 길이가 100~ 200um, 비표면적이 250~350m2/g 인 다중벽탄소나노튜브를 압출성형을 통해 10wt.% 함량이 되는 폴리프로필렌 마스터배치를 제조하였다. 10wt.% 폴리프로필렌 마스트배치를 base 폴리프로필렌과 1%, 10%, 50%, 100% 혼합하여 사출성형을 통해 필러의 함량이 0.1wt.%, 1wt.%, 5wt.%, 10wt.% 되는 사출시편을 제조하여 전기전도성 및 기계적 물성 측정한 결과를 하기 표 1과 도 2 및 도3에 나타내었다. A polypropylene masterbatch having a content of 10 wt.% was prepared through extrusion molding of multi-wall carbon nanotubes having a particle diameter of 6-12 nm, a length of 100-200 μm, and a specific surface area of 250-350 m2/g. 10wt.% polypropylene mastbatch is mixed with base polypropylene 1%, 10%, 50%, 100%, and the filler content is 0.1wt.%, 1wt.%, 5wt.%, 10wt.% through injection molding. The results of manufacturing injection specimens and measuring electrical conductivity and mechanical properties are shown in Table 1 and FIGS. 2 and 3 below.
(rpm)Kneading Peeling Speed
(rpm)
상기 표 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 고분자 복합체 필러는 낮은 물리적 전단력에 의하여 그래핀 및 탄소나노튜브의 외관이 크게 훼손되지 않고 고분산됨으로써, 실시예 1 내지 실시예 3 에서 본 발명의 복합체 필러를 열가소성 폴리우레탄과 복합체를 형성하는 경우에는 높은 속도로 제조된 필러를 사용한 비교예 1 ~ 3 에 비하여 동일한 필러 함량에서 훨씬 낮은 전기 저항성을 나타내었으며, 또한 실시예 4 ~ 11 에서 본 발명의 복합체 필러를 폴리프로필렌 복합체를 형성하면, 높은 속도로 제조된 필러를 사용한 비교예 4 ~ 7 및 입자크기가 0.2 ~ 4um 이고 비표면적이 50 ~ 600 m2/g 인 그래핀 단독 필러를 사용한 비교예 8 및 9보다 낮은 표면 전기저항을 나타내었습니다. 또한, 실시예 4 ~ 11는 순도 98%, 길이 100~200um, 입경 6 ~ 9nm, 비표면적 400-600 m2/g 인 탄소나노튜브 단독 필러를 사용한 비교예 12 및 13과는 유사하거나 좀더 낮은 표면전기저항을 나타내었습니다.As shown in Table 1, the polymer composite filler prepared according to the present invention was highly dispersed without significantly damaging the appearance of graphene and carbon nanotubes due to low physical shearing force, and thus, as shown in Examples 1 to 3, When the composite filler of the present invention was formed into a composite with a thermoplastic polyurethane, compared to Comparative Examples 1 to 3 using a filler prepared at a high rate, much lower electrical resistance was exhibited at the same filler content, and in Examples 4 to 11, When the composite filler of the present invention forms a polypropylene composite, Comparative Examples 4 to 7 using a filler prepared at a high speed and a graphene-only filler having a particle size of 0.2 to 4um and a specific surface area of 50 to 600 m2/g are used. It showed a lower surface electrical resistance than Examples 8 and 9. In addition, Examples 4 to 11 have a similar or lower surface to Comparative Examples 12 and 13 using a carbon nanotube sole filler having a purity of 98%, a length of 100 to 200 μm, a particle size of 6 to 9 nm, and a specific surface area of 400-600 m2/g. Shows electrical resistance.
실시예Example 14 ~ 17 14 to 17
그래핀과 탄소나노튜브 혼합비를 3:7으로 하여 390rpm 에서 20분 동안 혼련 박리 과정을 통해 제조된 MBT3237 (비표면적: 270-300 m2/g) 을 이용하여 압출성형을 통해 10wt.% 함량이 되는 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌 (ABS) 마스터배치를 제조하였다. 10wt.% ABS 마스트배치를 폴리카보네이트 (PC)와 30, 45%, 65%, 90% 혼합하여 사출성형을 통해 필러의 함량이 3wt.%, 4.5wt.%, 6.5wt.%, 9wt.% 사출시편을 제조하여 표면저항을 측정한 결과를 하기 표 2 및 그림 4에 나타내었다. 390rpm with the graphene and carbon nanotube mixing ratio 3:7 Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) masterbatch with a content of 10 wt.% through extrusion molding using MBT3237 (specific surface area: 270-300 m2/g) prepared through kneading and peeling process for 20 minutes in prepared. A 10wt.% ABS mastbatch is mixed with polycarbonate (PC) with 30, 45%, 65%, and 90%, and the filler content is 3wt.%, 4.5wt.%, 6.5wt.%, 9wt.% through injection molding. The results of measuring the surface resistance by preparing the injection specimen are shown in Table 2 and Figure 4 below.
비교예 14~ 17Comparative Examples 14 to 17
일본 Ketjen 사의 EC300J(카본블랙)을 압출성형을 통해 10wt.% 함량이 되는 ABS 마스터배치를 제조하였다. 10wt.% ABS 마스트배치를 폴리카보네이트 (PC)와 30, 45%, 65%, 90% 혼합하여 사출성형을 통해 필러의 함량이 3wt.%, 4.5wt.%, 6.5wt.%, 9wt.% PC/ABS 사출시편을 제조하여 표면전기저항 측정한 결과를 하기 표 2 및 그림 4에 나타내었다.An ABS masterbatch having a content of 10 wt.% was prepared by extrusion molding EC300J (carbon black) of Ketjen of Japan. A 10wt.% ABS mastbatch is mixed with polycarbonate (PC) with 30, 45%, 65%, and 90%, and the filler content is 3wt.%, 4.5wt.%, 6.5wt.%, 9wt.% through injection molding. Table 2 and Figure 4 show the results of surface electrical resistance measurement by preparing PC/ABS injection specimens.
배치 고분자master
batch polymer
(rpm)Kneading Peeling Speed
(rpm)
하기 그림 4 에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 고분자 복합체 필러에 해당하는 실시예 14 내지 실시예 17은 카본블랙을 복합체 필러로 사용한 비교예 14 및 비교예 17보다 낮은 전기 저항성을 나타내는 것을 확인하였다. As shown in Figure 4 below, Examples 14 to 17 corresponding to the polymer composite filler prepared according to the present invention exhibited lower electrical resistance than Comparative Examples 14 and 17 using carbon black as a composite filler. Confirmed.
실험예 1: 인장시험 및 굴곡시험Experimental Example 1: Tensile test and flexural test
기계식 만능시험기(Salt, ST-1002-50kN, universal testing machine, UTM)를 이용하여 인장특성은 dog-bone 형태의 ASTM D638 규격의 사출 시편을 cross head speed 5 mm/ min으로 측정하였다. Using a mechanical universal testing machine (Salt, ST-1002-50kN, universal testing machine, UTM), the tensile properties were measured with a dog-bone type ASTM D638 injection specimen at a cross head speed of 5 mm/min.
굴곡시험은 ASTM D790 규격의 사출시편을 3점 굽힘시험방법으로 cross head speed 2 mm/min으로 측정하여 도 2에 나타내었다.The bending test is shown in FIG. 2 by measuring an injection specimen conforming to ASTM D790 standard with a three-point bending test method at a cross head speed of 2 mm/min.
하기 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 고분자 복합체(실시예 4 내지 실시예 11)는 탄소나노뷰트만을 필러로서 포함하는 고분자 복합체(비교예 10, 비교예 11 및 비교예 13)에 비하여 굴곡강도, 탄성계수, 인장간도, 인장탄성계수가 훨씬 개선되는 것을 확인하였습니다.As shown in Figures 2 and 3 below, the polymer composites (Examples 4 to 11) prepared according to the present invention are polymer composites (Comparative Example 10, Comparative Example 11, and Comparative Example 10) including only carbon nanobute as a filler. Compared to Example 13), it was confirmed that the flexural strength, elastic modulus, tensile strength, and tensile modulus of elasticity were significantly improved.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하지만, 첨부 특허청구의 범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to specific embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims. If so, anyone can easily figure it out.
Claims (10)
상기 고분자 복합체 필러는 그래핀과 탄소나노튜브를 포함하고,
상기 그래핀과 탄소나노튜브의 질량비는 8:2 내지 2:8의 범위이며,
상기 고분자 복합체 필러의 비표면적은 10 ~500 m2/g 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체 필러.
In the polymer composite filler,
The polymer composite filler includes graphene and carbon nanotubes,
The mass ratio of the graphene and carbon nanotubes is in the range of 8:2 to 2:8,
Polymer composite filler, characterized in that the specific surface area of the polymer composite filler is in the range of 10 ~ 500 m2 / g.
상기 그래핀의 평균입경은 0.2 내지 20 μm이고, 그래핀의 비표면적은 50 내지 600 m2/g인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체 필러.
According to claim 1,
The average particle diameter of the graphene is 0.2 to 20 μm, and the specific surface area of the graphene is 50 to 600 m 2 /g Polymer composite filler.
상기 탄소나노튜브의 평균입경은 5 내지 25 nm이고, 탄소나노튜브의 비표면적은 120 내지 600 m2/g인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체 필러.
According to claim 1,
The average particle diameter of the carbon nanotubes is 5 to 25 nm, and the specific surface area of the carbon nanotubes is 120 to 600 m 2 /g Polymer composite filler, characterized in that.
상기 고분자는 열경화성, 열가소성 또는 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체 필러.
The method of claim 1,
The polymer is a polymer composite filler, characterized in that the thermosetting, thermoplastic or elastomer.
a) 그래핀과 탄소나노튜브를 2:8 내지 8:2의 질량비 범위로 준비하는 단계; 및
b) 상기 그래핀와 탄소나노튜브를 소재 박리 장치에 투입하여 200 내지 500rpm 범위로 속도로 밀링하여 고분자 복합체 필러를 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 복합체 필러의 제조방법.
In the method for producing a polymer composite filler,
a) preparing graphene and carbon nanotubes in a mass ratio range of 2:8 to 8:2; and
b) adding the graphene and carbon nanotubes to a material peeling device and milling at a speed in the range of 200 to 500 rpm to obtain a polymer composite filler; Method for producing a polymer composite filler comprising a.
상기 소재 박리 장치의 속도는 350 내지 400rpm 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체 필러의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The speed of the material peeling device is a method of manufacturing a polymer composite filler, characterized in that in the range of 350 to 400rpm.
상기 탄소나노튜브의 평균입경은 5 내지 25 nm이고, 탄소나노튜브의 비표면적은 150 내지 600 m2/g인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체 필러의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The carbon nanotube has an average particle diameter of 5 to 25 nm, and the specific surface area of the carbon nanotube is 150 to 600 m 2 /g.
상기 그래핀의 평균입경은 0.2 내지 20 μm이고, 그래핀의 비표면적은 50 내지 600 m2/g인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체 필러의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The average particle diameter of the graphene is 0.2 to 20 μm, and the specific surface area of the graphene is 50 to 600 m 2 /g.
상기 고분자는 열경화성, 열가소성 또는 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체 필러의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The polymer is a method for producing a polymer composite filler, characterized in that the thermosetting, thermoplastic or elastomer.
A polymer composite filler prepared by any one of the manufacturing methods according to any one of claims 5 to 9.
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