일반기술

비닐계 고분자가 그래프팅된 탄소나노튜브의 제조방법

본 발명은 탄소 나노튜브 표면에 고분자 중합반응에 참여할 수 있는 비닐기를 도입하여 전구체를 만든 후, 이를 이용하여 고분자가 그래프팅된 탄소 나노튜브를 제조하는 것에 관한 것으로서, 더욱 자세히 설명하면 탄소 나노튜브를 산으로 처리한 후 생성된 작용기에 비닐기를 도입한 후 이를 고분자 중합에 있어서 비닐계 단량체와 혼합하여 중합을 실시하여 탄소 나노튜브 표면에 고분자가 그래프팅되어, 탄소 나노튜브와 고분자의 복합체 제조에 있어서 탄소 나노튜브의 강한 반데르 발스 인력을 감소시켜 탄소 나노튜브를 고분자에 균일하게 분산시켜, 우수한 물성을 지닌 복합체 제조를 위하여 고분자를 탄소 나노튜브 표면에서 그래프팅 시키는 제조과정에 관한 것이다.고분자/탄소나노튜브 나노복합재료를 제조하기 위한 핵심 기술은 탄소나노튜브의 종횡비를 손상시키지 않으면서 탄소나노튜브를 고분자에 응집이 없이 균일하게 분산시키는 것과 탄소나노튜브 매트릭스인 고분자간 계면의 상호인력을 증가시켜 젖음성 및 접착력을 항상시키는 것이다. 일반적으로 탄소나노튜브는 고유의 반데르 발스 인력이 높으며 표면적과 종횡비가 매우 큼으로 인하여 자체적인 응집이 발생하여 탄소 나노튜브 만의 우수한 물성이 매트릭스에 균일하게 전달되지 못하는 문제점이 해결되지 못하고 있다.이러한 문제점을 해결하기 위하여 기존 국내외의 연구는 탄소 나노튜브전처리, 용융혼합, in-situ 중합, 용액처리법이 사용되고 있다.탄소 나노튜브의 전처리는 초음파나 플라즈마 또는 ball-mill을 통해서 자체가 응집된 부분을 풀어주거나 표면처리 하는방법이다. 하지만 이 방법은 전처리 과정동안 탄소나노튜브 가 파괴되는 문제점이 있다. 용융혼합법은 압출, 사출성형, INTERNAL MIXING 등과 같은 고분자의 범용 가공기술에 쉽게 적용할 수 있기 때문에 공정상 간단하고 환경상 유해한 유기용매가 사용되지 않는 장점을 지니고 있어 다양한 플라스틱과 고무소재를 매트릭스로 사용할 수 있다. 하지만 탄소나노튜브의 응집된 형태가 그대로 잔존하게 되어 이상적으로 분산된 구조를 얻기가 어렵다는 단점이 있다. in-situ 중합법은 탄소나노튜브 매트릭스로 사용하고자 하는 액체 상태인 고분자의 단량체와 혼합하여 초음파를 가한 후 괴상중합을 시키는 방법으로 괴상중합시 중합이 진행됨에 따라 상승하는 반응열 및 점도를 조절하기 용이하지 않다. 용액처리법은 고분자를 유기용매에 녹인후 탄소나노튜브를 이 용액에 분산시킨 후 물과 같은 고분자에 불용인 액체에 이 용액을 섞어 침전을 시켜 고분자에 탄소나노튜브를 균일하게 분산시키는 방법으로 미국의 펜실베니아대학 연구팀이 고안한 방법은 탄소나노튜브에 고분자를 중합시키면서 동시에 직접 분산시키는 것과는 거리가 먼 기술이다. 최근 미국 애크론대학 연구팀은 초음파를 고분자 가공법인 압출과정에 적용하여 탄소나노튜브를 고분자에 분산시키는 방법을 계발할 계획을 세웠으나 이 방법 또한 고분자 자체의 물성이 저하되는 문제점이 예상된다.