[go: up one dir, main page]

KR20130068436A - 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름 및 그 제조방법 - Google Patents

탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130068436A
KR20130068436A KR1020110135598A KR20110135598A KR20130068436A KR 20130068436 A KR20130068436 A KR 20130068436A KR 1020110135598 A KR1020110135598 A KR 1020110135598A KR 20110135598 A KR20110135598 A KR 20110135598A KR 20130068436 A KR20130068436 A KR 20130068436A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon nanoparticles
epoxy resin
carbon
composite film
graphene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
KR1020110135598A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101321099B1 (ko
Inventor
정영규
안지은
이종근
Original Assignee
금오공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 금오공과대학교 산학협력단 filed Critical 금오공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020110135598A priority Critical patent/KR101321099B1/ko
Publication of KR20130068436A publication Critical patent/KR20130068436A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101321099B1 publication Critical patent/KR101321099B1/ko
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/02—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to macromolecular substances, e.g. rubber
    • B05D7/04—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to macromolecular substances, e.g. rubber to surfaces of films or sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/007—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/12—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain a coating with specific electrical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/88—Adding charges, i.e. additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • C01B32/174—Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/194—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2252/00—Sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2401/00—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like
    • B05D2401/20—Aqueous dispersion or solution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2504/00—Epoxy polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2601/00—Inorganic fillers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

본 발명은 고기능성 탄소나노입자를 에폭시화합물 및 경화제와 혼합한 후, 필름성형 및 경화공정을 통해 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름의 제조방법에 관한 것이다.
상세하게는 탄소나노튜브와 그래핀(graphene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탄소나노입자를 에폭시화합물과 혼합하여 분산시키는 탄소나노입자 혼합공정; 탄소나노입자와 에폭시화합물의 혼합물에 경화제를 첨가하여 혼합 및 분산하는 경화제 첨가공정; 탄소나노입자, 에폭시 화합물 및 경화제 혼합물을 지지체 기질 상에 필름으로 성형 및 경화시키는 복합필름 성형공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름의 제조방법을 제공한다.

Description

탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름 및 그 제조방법{Multiple film based on epoxy resin having carbon nanoparticles and process for producing the same}
본 발명은 고기능성 탄소나노입자를 에폭시화합물 및 경화제와 혼합한 후, 필름성형 및 경화공정을 통해 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
에폭시수지는 강한 접착성, 높은 인장강도 및 인성, 높은 화학적/열적 안정성, 형태안정성, 우수한 크리프 특성, 용매저항성 등의 탁월한 물성으로 인해 매우 중요한 가교고분자 소재 중 하나이다. 이러한 탁월한 물성과 더불어, 우수한 공정특성 및 경제적인 가격으로 인해 다양한 전기전자제품/부품, 우주항공분야, 자동차분야, 군수분야, 스포츠용품/생활용품 분야, 토목/건축분야, 기계분야에서 접착제, 코팅제, 도료, 적층품, 주형품, 성형품 등으로 다양하게 응용되고 있다.
에폭시수지는 대표적인 가교고분자로써 일반적으로 분자구조 말단에 에폭시드 그룹을 갖는 에폭시화합물을 촉매 또는 경화제의 존재 하에서 열 또는 빛에 의한 가교반응을 통해 3차원 망상 구조를 형성한다. 대표적인 에폭시화합물은 비스페놀 A 디글리시딜 에테르(diglycidyl ether of bisphenol A ; DGEBA)로써 그 구조는 화학식 1과 같이 표시된다. 화학식 1의 비스페놀 A 디글리시딜 에테르는 중합도 n이 증가함에 따라, 즉 분자량이 커짐에 따라 액상에서 고상으로 성상이 바뀐다. 따라서 분자량이 큰 고상의 에폭시화합물은 오일류 또는 알코올류 용매와 함께 사용되기도 한다.
Figure pat00001
에폭시수지는 그 분자 구조에 따라 매우 단단한 형태 또는 매우 유연한 필름으로 얻을 수 있기 때문에, 사용자가 원하는 다양한 물성이나 형태로 쉽게 얻을 수 있다는 장점이 있다. 이러한 에폭시수지를 얻기 위해서는 경화제가 사용되는데 이들은 분자구조 말단에 아민기(-NH2), 무수화물, 카르복실(-COO-) 그룹을 갖는 저분자 또는 고분자 화합물이다. 에폭시화합물과의 반응성은 아민기를 갖는 경화제가 우수하며, 아민기의 수에 따라 결정된다. 따라서 경화반응 속도 및 조건은 사용자가 원하는 조건으로 쉽게 조절이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 또한 경화 반응을 일으키기 위한 열을 이용한 열경화, 빛을 이용하는 광경화가 있다.
그래핀(graphene)은 꿈의 신소재라 불리는 탄소나노입자의 일종으로, 높은 전기 전도도, 열전도율, 높은 강도 등의 우수한 성질을 가지고 있다. 그래핀은 탄소 원자 6개가 모여서 육각형을 이룬 벌집 모양의 형태가 판상으로 연결되어 있는 구조이다. 그래핀은 단일 층으로 이루어져 있는데, 이러한 그래핀이 적층되어 이루어진 형태가 주위에서 흔히 볼 수 있는 그래파이트(graphite)이다. 흑연이라고도 불리는 그래파이트는 가격이 저렴하기 때문에 대량의 그래핀을 얻기 위한 좋은 출발 물질이다. 그래핀은 그래파이트로부터 제조되는데 가장 간단한 방법으로는 스카치 테이프로 떼어내는 방법이 있으며, 범용적으로 사용되는 방법은 화학적으로 개질 시킨 그래파이트를 열처리하여 얻는 방법이 있다. 이렇게 얻어진 그래핀은 전자재료 소재 및 복합재료 보강재로 널리 사용되고 있다.
탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)는 결함이 없고 거의 완벽에 가까운 탄소나노입자의 일종으로 그래핀과는 동소체의 관계에 있다. 탄소나노튜브는 구리와 비슷한 전기전도도를 가지고 있으며, 가장 뛰어난 열전도율을 가지는 다이아몬드와 같은 열전도율을 가지고 있다. 탄소나노튜브의 강도는 철강과 비교하여 약 100배 정도 뛰어나다. 외부의 힘에 의한 변형은 탄소섬유 보다 더 높은 변형력에서도 견딜 수 있는 매우 안정적인 물질이다. 탄소나노튜브는 형태는 판상의 그래핀 시트가 둥글게 말린 상태이며, 직경은 나노미터의 수준이다. 또한, 단일 그래핀 시트가 말린 경우, 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube : SWCNT)로 구분되며 다수의 그래핀 시트가 말려진 경우, 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube : MWCNT)로 구분한다. 이러한 높은 장점을 가지는 탄소나노튜브는 반 데르 발스 힘에 의해서 서로 뭉치려는 성질을 단점으로 가지고 있다. 이를 해결하기 위해서 화학적 표면 개질을 통해서 다른 고분자 매트릭스에서 잘 분산시키기 위한 연구들이 많이 이루어지고 있다.
본 발명은 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT), 그래핀(graphene) 및 이들 탄소나노입자에 다양한 기능기(알킬기, 알릴기, 카르복실기, 수산기, 아민기, 에폭시기, 우레탄기, 우레아기 등)로 표면 개질된 유도체로 이루어진 군에서 적어도 1종의 탄소나노입자를 기능성 보강재로 사용하여, 에폭시화합물 및 경화제와 혼합한 후 경화공정을 통해 만들어진 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 탄소나노튜브와 그래핀(graphene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탄소나노입자를 에폭시화합물과 혼합하여 분산시키는 탄소나노입자 혼합공정, 탄소나노입자와 에폭시화합물의 혼합물에 경화제를 첨가하여 혼합 및 분산하는 경화제 첨가공정, 탄소나노입자, 에폭시 화합물 및 경화제 혼합물을 지지체 기질 상에 필름으로 성형 및 경화시키는 복합필름 성형공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 및 이들의 표면 개질된 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 복합필름에서 탄소나노입자의 함량은 에폭시화합물의 총 중량대비 0.01~50.0 중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 탄소나노입자 혼합공정은 아세톤, 톨루엔 및 자일렌으로 이루어진 용매 군에서 선택된 1종의 용매에 탄소나노입자를 먼저 분산시킨 후 이를 에폭시화합물과 혼합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 지지체 기질은 고분자 필름, 금속판, 유리판, 직물, 편물, 부직포 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 고분자 필름, 금속판, 유리판, 직물, 편물, 부직포 중 어느 하나 지지체 기질, 상기 지지체 기질 상에 적층되어 필름상으로 이루어지는 탄소나노튜브와 그래핀(grahpene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탄소나노입자가 혼합된 경화된 에폭시수지를 포함하는 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합 필름을 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 및 이들의 표면 개질된 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름을 제공한다.
본 발명에서 제조된 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 복합필름은 매우 우수한 유연성을 가지고 있으며, 에폭시수지 단독의 필름보다 낮은 전기저항 및 우수한 전기 발열 특성을 갖는다. 또한 본 발명에서의 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름은 고분자 필름, 금속판, 유리판, 섬유(직물, 편물, 부직포), 플라스틱 기질 위에 부가하여 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름의 제조공정 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 상업용 폴리이미드 고분자 필름 기질 위에 제조된 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름의 뛰어난 유연성을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1 내지 실시예 8 및 비교예의 전기전도성을 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 9 내지 실시예 13의 전기전도성을 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1 내지 실시예 8 및 비교예의 인가전압에 따른 전기 발열 특성을 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 9 내지 실시예 13의 인가전압에 따른 전기 발열 특성을 나타낸 것이다.
본 발명에 따르면, 고기능성 탄소나노입자를 에폭시화합물 및 경화제와 혼합한 후, 필름성형 및 경화공정을 통해 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름을 제조할 수 있다.
본 발명에서 사용된 에폭시화합물은 분자사슬 말단에 에폭시드 그룹을 2개 이상 가지고 있는 화합물을 말한다.
또한, 본 발명에서 사용된 경화제는 아민기, 무수화물기, 카르복실기 등의 반응성 그룹을 가지고 있는 화합물로써 에폭시화합물과의 가교반응을 통해 3차원 망상 구조를 갖는 에폭시수지를 형성한다.
본 발명의 탄소나노입자는 그래핀(graphene), 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 및 다양한 화학종(알킬기, 알릴기, 카르복실기, 수산기, 아민기, 에폭시기, 우레탄기, 우레아기 등을 포함하는 화합물)으로 표면 개질된 그래핀, 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 유도체를 말한다.
본 발명에서의 그래핀은 탄소 원자 6개가 모여서 육각형을 이룬 벌집 모양의 형태가 판상으로 연결되어 있는 구조의 물질로서 전기전도성, 내열성, 기계적 물성이 매우 우수하다.
다음으로 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 복합필름을 제조하는 방법을 설명한다.
탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 복합필름에서, 탄소나노입자와 에폭시수지는 0.001~99.999 : 99.999~0.001의 중량% 범위에서 다양하게 조합할 수 있지만, 탄소나노입자 함량은 에폭시화합물 총 중량대비 0.01~50.0 중량%인 것이 바람직하다.
탄소나노입자 함량이 0.01 중량% 미만인 경우는 복합필름의 전기적 물성 향상을 기대할 수 없으며, 탄소나노입자 함량이 50.0 중량% 초과인 경우에는 상업적으로 중요한 제조공정인 에폭시화합물과 경화제와의 혼합이 어려워 복합필름 제조가 불가능하다.
탄소나노입자와 에폭시화합물의 용액혼합방법은 탄소나노입자의 분산 효율성 및 필름성형의 편리성을 높일 수 있다. 상기 용액혼합에서 아세톤, 톨루엔 및 자일렌과 같은 용매를 이용하여 실시하는 것이 바람직하다. 특히 용액혼합 시 탄소나노입자의 분산성을 극대화하기 위하여 초음파 처리를 병행하여 실시하는 것이 바람직하다. 혼합을 위한 초음파 처리는 0~150℃의 온도범위에서 1 Hz~500 kHz에서 실시하는 것이 바람직하다.
이하에서 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하지만, 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~13 및 비교예 1
본 발명의 실시예를 위해 에폭시수지 합성을 위한 에폭시화합물와 경화제는 국도화학(주)에서 제공하는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르(DGEBA)계 에폭시화합물(모델명: YD-128)과 아민계 경화제(모델명: G-0331)를 사용하였다. 탄소나노입자의 하나로써 그래핀은 시그마알드리치(주)에서 제공하는 천연그라파이트를 이용하여 산처리 및 열팽창(1050℃, 30초) 공정을 통해 직접 제조하였다. 탄소나노입자의 또 다른 하나로써 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)는 한화나노텍의 CM-250을 사용하였다.
탄소나노입자와 에폭시화합물 및 경화제와의 용액 혼합시 용매는 톨루엔을 사용하였다.
탄소나노입자로써 그래핀이 도입된 에폭시수지기반 복합필름에서 그래핀의 함량은 표 1에서와 같이 다양한 중량%로 혼합하였다(실시예 1~8 및 비교예1). 매트릭스인 에폭시수지의 효율적인 경화를 위해서 에폭시화합물(YD-128)과 경화제(G-0331)는 70:30의 중량비로 고정하였다.
그래핀과 다중벽 탄소나노튜브의 혼합 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 복합필름에서 탄소나노입자의 함량은 5.0 중량%로 고정하였다. 한편 5.0 중량%의 혼합 탄소나노입자에서 그래핀과 다중벽 탄소나노튜브의 상대적인 중량비는 표 2에서와 같이 다양하게 조절하였다(실시예 9~13). 매트릭스인 에폭시수지의 효율적인 경화를 위해서 에폭시화합물과 경화제는 70:30의 중량비로 고정하였다.
에폭시화합물+경화제 (중량%) 그래핀 (중량%)
비교예 1 100.0 0.0
실시예 1 99.7 0.3
실시예 2 99.3 0.7
실시예 3 99.0 1.0
실시예 4 98.0 2.0
실시예 5 97.0 3.0
실시예 6 95.0 5.0
실시예 7 93.0 7.0
실시예 8 90.0 10.0
에폭시화합물+경화제 (중량%) 그래핀+MWCNT (중량%) 그래핀:MWCNT
(중량 비율)
실시예 9 95.0 5.0 100 : 0
실시예 10 95.0 5.0 90 : 10
실시예 11 95.0 5.0 70 : 30
실시예 12 95.0 5.0 50 : 50
실시예 13 95.0 5.0 30 : 70
먼저 에폭시화합물과 그래핀 단독의 탄소나노입자 또는 그래핀과 다중벽 탄소나노튜브의 혼합 탄소나노입자를 톨루엔 용매를 먼저 용액혼합한 후, bath-형 초음파 처리기(50~60 Hz)를 통해 약 1시간동안 균일하게 분산시키고 Probe-형 초음파 처리기(20 kHz)를 통해 약 5분간 분산시킨다. 분산용액에 경화제를 혼합한 후, Bath-형의 초음파 처리기를 통해 추가적으로 균일하게 분산 및 혼합한다. 적절한 양의 혼합용액을 ~50 ㎛ 두께의 폴리이미드 고분자필름 기질위에 부가한 후 60~120℃의 온도에서 건조를 통해 용매를 제거함과 동시에 경화반응을 완료시킴으로써 그래핀 단독의 탄소나노입자 또는 그래핀과 다중벽 탄소나노튜브의 혼합 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 복합필름을 제조하였다. 도 1은 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 복합필름의 제조공정을 나타낸 모식도이며, 도 2는 제조된 최종 에폭시수지기반 복합필름의 유연성을 보인 것이다.
실험예 1-전기전도성 측정
그래핀 단독의 탄소나노입자 또는 그래핀과 다중벽 탄소나노튜브의 혼합 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 복합필름의 전기저항을 측정하기 위하여 전기저항측정기(Keithley 6517A, 8009 resistivity test fixture)를 이용하였다. 도 3에 나타난 바와 같이, 에폭시수지 단독필름의 전기저항은 ~1012 Ω를 나타낸다. 그래핀 2.0 중량%가 도입된 에폭시수지기반 복합필름의 전기저항 값은 ~105 Ω으로 급격하게 낮아지며, 그래핀의 함량이 5.0 중량% 이상에서는 ~104 Ω의 전기저항 값을 나타낸다. 이러한 결과로부터 그래핀 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 복합필름은 전기부도체인 에폭시수지기반 단독필름과는 달리 2.0 중량% 정도의 낮은 그래핀 함량으로도 매우 낮은 전기저항을 가질 수 있음을 발견하였다.
도 4는 다양한 중량비율의 그래핀과 다중벽 탄소나노튜브가 혼합된 탄소나노입자 5.0 중량%가 도입된 에폭시수지기반 복합필름의 전기저항을 나타낸 것이다. 혼합 탄소나노입자에서 다중벽 탄소나노튜브의 중량비율 변화에 따라 복합필름이 전기저항 값이 달라지는 결과로부터, 에폭시수지기반 복합필름의 전기전도성은 혼합된 탄소나노입자의 조성비 변화를 통해 쉽게 제어할 수 있음을 발견하였다. 또한 도 3과 도 4의 결과비교를 통해 그래핀과 다중벽 탄소나노튜브의 혼합 탄소나노입자로 도입된 에폭시수지기반 복합필름은 그래핀 단독의 탄소나노입자가 도입된 복합필름과 비교하여 상대적으로 낮은 전기저항을 가지고 있음을 발견하였다.
실험예 2-전기발열특성 측정
탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 복합필름의 전기 발열 특성을 전압인가장치와 적외선 열화상카메라를 사용하여 측정하였다.
도 5는 0.0~7.0 중량%의 그래핀 단독의 탄소나노입자로 도입된 에폭시수지기반 복합필름에 대해서 1~60V의 다양한 인가전압에서의 시간에 따른 온도상승을 나타낸 것이다. 그래핀이 도입되지 않은 에폭시수지 단독의 필름의 경우 60V의 높은 인가전압에서도 온도상승은 일어나지 않았다. 한편 5.0 중량% 이상의 그래핀이 도입된 에폭시수지기반 복합필름의 경우에서 효과적으로 인가전압에 의한 온도상승, 즉 전기 발열이 일어나게 되는 것을 발견하였다. 한편 7.0 중량%의 그래핀이 도입된 복합필름의 경우 60V의 인가전압에서 약 60oC 이상의 온도상승이 발생하는 것을 발견하였다.
도 6은 다양한 중량비율의 그래핀과 다중벽 탄소나노튜브가 혼합된 탄소나노입자 5.0 중량%가 도입된 에폭시수지기반 복합필름에 대해서 1~60V의 다양한 인가전압에서의 시간에 따른 온도상승을 나타낸 것이다. 결과에서와 같이 그래핀과 다중벽 탄소나노튜브의 혼합 탄소나노입자 5.0 중량%가 도입된 에폭시수지기반 복합필름(실시예 10~13)은 그래핀 단독의 탄소나노입자 5.0 중량%가 도입된 에폭시기반 복합필름(실시예 9)과 비교하여 우수한 전기 발열 특성을 나타냄을 발견하였다. 예를 들어, 그래핀이 단독으로 도입된 에폭시수지기반 복합필름의 경우에는 약 10℃ 정도의 온도상승을 보이지만, 그래핀과 다중벽 탄소나노튜브가 혼합된 탄소나노입자가 도입된 복합필름의 경우 최대 약 90℃ 정도의 우수한 온도상승을 보여 준다.
본 발명에서 따라 제조된 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 복합필름 상기 실험예의 결과로 입증되듯이 에폭시수지 단독의 고분자보다 낮은 전기저항 및 우수한 전기 발열 특성을 가진다. 따라서 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 복합필름은 고분자 필름, 유리판, 금속판, 섬유(직물, 편물, 부직포), 플라스틱 등의 다양한 기질위에 제조되어 전기발열소재로써 유용하게 적용될 수 있으며, 본 발명은 이들 구체적인 예에 한정되는 것은 아니다.

Claims (7)

  1. 탄소나노튜브와 그래핀(graphene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탄소나노입자를 에폭시화합물과 혼합하여 분산시키는 탄소나노입자 혼합공정;
    탄소나노입자와 에폭시화합물의 혼합물에 경화제를 첨가하여 혼합 및 분산하는 경화제 첨가공정; 및
    탄소나노입자, 에폭시 화합물 및 경화제 혼합물을 지지체 기질 상에 필름으로 성형 및 경화시키는 복합필름 성형공정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 및 이들의 표면 개질된 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복합필름에서 탄소나노입자의 함량은 에폭시화합물의 총 중량대비 0.01~50.0 중량%인 것을 특징으로 하는 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소나노입자 혼합공정은 아세톤, 톨루엔 및 자일렌으로 이루어진 용매 군에서 선택된 1종의 용매에 탄소나노입자와 에폭시화합물을 혼합하는 것을 특징으로 하는 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 지지체 기질은 고분자 필름, 금속판, 유리판, 직물, 편물, 부직포 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름의 제조방법.
  6. 고분자 필름, 금속판, 유리판, 직물, 편물, 부직포 중 어느 하나의 지지체 기질; 및
    상기 지지체 기질 상에 적층되어 필름상으로 이루어지는 탄소나노튜브와 그래핀(grahpene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탄소나노입자가 혼합된 경화된 에폭시수지;
    를 포함하는 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합 필름.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 및 이들의 표면 개질된 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름.
KR1020110135598A 2011-12-15 2011-12-15 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름 및 그 제조방법 Expired - Fee Related KR101321099B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110135598A KR101321099B1 (ko) 2011-12-15 2011-12-15 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110135598A KR101321099B1 (ko) 2011-12-15 2011-12-15 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130068436A true KR20130068436A (ko) 2013-06-26
KR101321099B1 KR101321099B1 (ko) 2013-10-23

Family

ID=48864057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110135598A Expired - Fee Related KR101321099B1 (ko) 2011-12-15 2011-12-15 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101321099B1 (ko)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150050657A (ko) * 2013-10-29 2015-05-11 (주)엘지하우시스 개질 탄소나노튜브를 포함하는 면상 발열 시트 및 개질 탄소나노튜브를 제조하는 방법
KR101869799B1 (ko) * 2016-11-30 2018-07-20 금오공과대학교 산학협력단 탄소나노소재가 적용된 정삼투 복합 필터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소나노소재가 적용된 정삼투 복합 필터
WO2019054799A1 (ko) * 2017-09-15 2019-03-21 주식회사 엘지화학 복합재
WO2019054818A1 (ko) * 2017-09-15 2019-03-21 주식회사 엘지화학 복합재
WO2019059730A1 (ko) * 2017-09-22 2019-03-28 주식회사 엘지화학 복합재
CN110330769A (zh) * 2019-07-23 2019-10-15 南京林业大学 纳米碳材料/纳米纤维素/环氧树脂抗静电薄膜制备法
CN110996412A (zh) * 2019-12-18 2020-04-10 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种碳晶电热膜及其制备方法、应用
KR20210146759A (ko) * 2020-05-27 2021-12-06 (주) 대호아이앤티 실리콘-탄소계 세라믹 섬유 로프형 발열체의 제조방법 및 그에 의해 제조된 실리콘-탄소계 세라믹 섬유 로프형 발열체
KR20220129793A (ko) * 2021-03-17 2022-09-26 한국생산기술연구원 연속적 골격을 가지는 필름형 탄소재료 및 이의 제조방법
CN117488561A (zh) * 2023-10-08 2024-02-02 湖南步升取暖科技股份有限公司 一种基于石墨烯的复合面料及电发热桌布
WO2024143850A1 (ko) * 2022-12-28 2024-07-04 재단법인 한국섬유기계융합연구원 유도가열 방식을 이용한 고분자 복합재의 성형방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101588231B1 (ko) 2014-06-27 2016-01-25 주식회사 한국화이어텍 탄소나노튜브를 이용한 원적외선방열 세라믹 코팅재
CN105648772A (zh) * 2016-02-26 2016-06-08 苏州尚德安耐新材料科技有限公司 水性纳米电热涂层液及其电热材料的制备方法与应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4076280B2 (ja) * 1998-08-12 2008-04-16 株式会社タイカ 薄膜抵抗発熱体及びそれを用いたトナーの加熱定着用部材
KR101131162B1 (ko) * 2008-12-11 2012-03-28 제일모직주식회사 저온 속경화형 이방 전도성 필름용 조성물 및 이를 이용한 저온 속경화형 이방 전도성 필름

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150050657A (ko) * 2013-10-29 2015-05-11 (주)엘지하우시스 개질 탄소나노튜브를 포함하는 면상 발열 시트 및 개질 탄소나노튜브를 제조하는 방법
KR101869799B1 (ko) * 2016-11-30 2018-07-20 금오공과대학교 산학협력단 탄소나노소재가 적용된 정삼투 복합 필터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소나노소재가 적용된 정삼투 복합 필터
WO2019054799A1 (ko) * 2017-09-15 2019-03-21 주식회사 엘지화학 복합재
WO2019054818A1 (ko) * 2017-09-15 2019-03-21 주식회사 엘지화학 복합재
US12018351B2 (en) 2017-09-15 2024-06-25 Lg Chem, Ltd. Composite material
US11685851B2 (en) 2017-09-15 2023-06-27 Lg Chem, Ltd. Composite material
US11603481B2 (en) 2017-09-22 2023-03-14 Lg Chem, Ltd. Composite material
KR20190033875A (ko) * 2017-09-22 2019-04-01 주식회사 엘지화학 복합재
WO2019059730A1 (ko) * 2017-09-22 2019-03-28 주식회사 엘지화학 복합재
CN110330769B (zh) * 2019-07-23 2022-04-05 南京林业大学 纳米碳材料/纳米纤维素/环氧树脂抗静电薄膜制备法
CN110330769A (zh) * 2019-07-23 2019-10-15 南京林业大学 纳米碳材料/纳米纤维素/环氧树脂抗静电薄膜制备法
CN110996412A (zh) * 2019-12-18 2020-04-10 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种碳晶电热膜及其制备方法、应用
CN110996412B (zh) * 2019-12-18 2022-02-01 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种碳晶电热膜及其制备方法、应用
KR20210146759A (ko) * 2020-05-27 2021-12-06 (주) 대호아이앤티 실리콘-탄소계 세라믹 섬유 로프형 발열체의 제조방법 및 그에 의해 제조된 실리콘-탄소계 세라믹 섬유 로프형 발열체
KR20220129793A (ko) * 2021-03-17 2022-09-26 한국생산기술연구원 연속적 골격을 가지는 필름형 탄소재료 및 이의 제조방법
WO2024143850A1 (ko) * 2022-12-28 2024-07-04 재단법인 한국섬유기계융합연구원 유도가열 방식을 이용한 고분자 복합재의 성형방법
CN117488561A (zh) * 2023-10-08 2024-02-02 湖南步升取暖科技股份有限公司 一种基于石墨烯的复合面料及电发热桌布

Also Published As

Publication number Publication date
KR101321099B1 (ko) 2013-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101321099B1 (ko) 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름 및 그 제조방법
Rafique et al. Exploration of epoxy resins, hardening systems, and epoxy/carbon nanotube composite designed for high performance materials: A review
Yoonessi et al. Graphene polyimide nanocomposites; thermal, mechanical, and high-temperature shape memory effects
Gu et al. Epoxy resin nanosuspensions and reinforced nanocomposites from polyaniline stabilized multi-walled carbon nanotubes
JP4945888B2 (ja) 複合体およびその製造方法
JP4412052B2 (ja) 複合材およびその製造方法
JP5279053B2 (ja) 改良された導電率の樹脂材料及び複合材料
Kang et al. Thermal, impact and toughness behaviors of expanded graphite/graphite oxide-filled epoxy composites
Feng et al. Synthesis of carbon nanotube/epoxy composite films with a high nanotube loading by a mixed-curing-agent assisted layer-by-layer method and their electrical conductivity
KR101140196B1 (ko) 폴리이미드 나노복합체 및 그 제조방법
Du et al. Urethane-functionalized graphene oxide for improving compatibility and thermal conductivity of waterborne polyurethane composites
Liu et al. Ultralow-carbon nanotube-toughened epoxy: the critical role of a double-layer interface
Choi et al. Flexible and high thermal conductivity thin films based on polymer: aminated multi-walled carbon nanotubes/micro-aluminum nitride hybrid composites
KR101436594B1 (ko) 면상 발열체 및 이의 제조방법
Khan et al. Diels-Alder based epoxy matrix and interfacial healing of bismaleimide grafted GNP infused hybrid nanocomposites
CN104262588A (zh) 氧化石墨烯基固化剂及其制备方法和用途
CN106167602A (zh) 传导性制剂以及其制备方法
CN110256808B (zh) 碳纳米管-聚亚胺复合材料及其制备方法与应用
Wang et al. 3D graphene foams/epoxy composites with double-sided binder polyaniline interlayers for maintaining excellent electrical conductivities and mechanical properties
CN104672445A (zh) 一种多壁碳纳米管/聚苯胺纳米复合材料制备方法
Wang et al. Nanocomposites based on vapor-grown carbon nanofibers and an epoxy: Functionalization, preparation and characterization
CN102171307A (zh) 耐热性高导热性粘接剂
KR101073639B1 (ko) 폴리우레탄 코팅 수지의 제조 방법
JP4951478B2 (ja) カーボンナノチューブ含有マトリクス樹脂の製造方法
Liu et al. Synthesis and properties of sandwiched films of epoxy resin and graphene/cellulose nanowhiskers paper

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

D13-X000 Search requested

St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000

D14-X000 Search report completed

St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

E13-X000 Pre-grant limitation requested

St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

Fee payment year number: 1

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301

P14-X000 Amendment of ip right document requested

St.27 status event code: A-5-5-P10-P14-nap-X000

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161010

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 4

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170810

Year of fee payment: 5

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 5

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 6

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191224

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 7

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

PC1903 Unpaid annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U13-oth-PC1903

Not in force date: 20201017

Payment event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

PC1903 Unpaid annual fee

St.27 status event code: N-4-6-H10-H13-oth-PC1903

Ip right cessation event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE

Not in force date: 20201017

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301