일반기술

팽창흑연/에폭시 나노복합재 조성물

*원리 및 구성본 발명은 열적 및 기계적 특성이 향상된 팽창흑연/에폭시 나노복합재료에 관한 것으로 보다 상세하게는 나노 크기를 갖는 팽창흑연과 이관능성 에폭시 수지를 용융 혼합법을 이용하여 팽창흑연/에폭시 나노복합재료의 제조 방법에 관한 것이다. 에폭시 수지의 열적 및 기계적 특성의 향상을 위하여 충전재로 사용된 흑연을 산처리 및 열처리하여 팽창흑연을 제조한 후 에폭시와 용융 혼합하여 고분자 나노복합재료를 제작하였다. 그 결과 제조된 팽창흑연/에폭시 나노복합재료는 높은 열안정성을 갖는 팽창흑연의 첨가에 의하여 열적 특성이 향상되었으며, 흑연의 산처리와 열처리에 의한 산성 관능기와 향상된 분산성 및 반응 비표면적에 의하여 팽창흑연과 에폭시 수지와의 높은 상호작용으로 인해 향상된 기계적 특성을 나타내었다. 본 발명은 이러한 특성을 가지는 고분자 나노복합재료의 제조 방법 및 활용에 관한 것을 제공한다.*배경나노복합재료의 제조시 충전재로 사용되는 층상 실리카 및 점토와 같은 나노 크기의 층상 물질들은 매우 높은 종횡비를 가지며, 고분자 매트릭스 내에 균일하게 분산될 경우 고분자의 기계적 및 열적 특성, 기체 투과성 및 난연성 등의 물성들은 크게 향상시키는 반면, 전기 전도성, 광학적 및 유전적 특성과 같은 물성은 저하시킨다는 문제점이 있다. 또한, 고분자 복합재료의 제조를 위한 충전재로서 사용되는 카본블랙 및 금속분말은 전도성 향상을 위해 과량의 사용이 요구될 뿐만 아니라 고분자 복합재료의 기계적 물성을 저하시킨다는 단점이 있다. 따라서, 최근에는 자연에 풍부하게 존재하는 물질로서 층상 구조로 구성되어 있으며, 소량으로도 뛰어난 전도성 (104 S/m)을 나타내는 흑연에 대한 관심이 집중되고 있다. 흑연은 각 층이 약한 반데르발스(van der Waals) 힘으로 결합되어 있어 다양한 원자, 분자 및 이온이 층간에 삽입될 수 있어 층상화합물을 쉽게 생성할 수 있으며, 층상화합물의 빠른 열처리에 의하여 향상된 분산성과 반응 비표면적을 가지게 되는 특성이 있다.1)충전재로 사용된 흑연(14.22Å)의 산처리와 열처리에 의한 층간 간격이 22.92Å로 증가된 팽창흑연을 사용하여 제조한 팽창흑연/에폭시 나노복합재료의 열안정성은 팽창흑연의 첨가에 의하여 증가.2)나노복합재료의 기계적 특성은 팽창흑연 표면의 산처리에 의한 산성관능기와 에폭시 수지와의 상호작용과 열처리에 의한 흑연의 비중의 감소와 함께 에폭시 수지내에서 증가된 분산성과 반응 비표면적에 의하여 KIC 값은 증가. 3)흑연의 산처리와 열처리에 의한 팽창흑연을 사용한 나노복합재료를 제조하는 방법은 제조공정이 비교적 간단함.4)소량의 충전재의 첨가로서 향상된 물성을 보임.5)흑연은 자연에서 풍부하게 존재하는 물질로서 에폭시 수지의 물성 향상을 위하여 사용되는 타 충전재에 비하여 경제적.6)나노복합재료의 제작비 절감 및 성능 향상에 크게 기여할 수 있음.7)이러한 산처리와 열처리를 통한 팽창흑연을 충전재로서 사용한 팽창흑연/에폭시 나노복합재료는 기존의 에폭시 수지에 비하여 물성 향상이 가능하여 에폭시 복합재료를 만드는데 매우 효율적이라 할 수 있음.