KR101582590B1 - Polymer/Hybrid conductive fillers composite with high electrical conductivity and the preparation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고분자 블렌드와 2 이상의 전기전도성 필러를 이용하여 우수한 전기적 물성을 갖는 고분자/ 하이브리드 전도성 필러의 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고분자/전도성 필러 복합재료는 폴리프로필렌과 폴리락트산을 포함하는 고분자, 전도성 필러인 탄소나노튜브 및 니켈코팅-탄소섬유 및 상용화제인 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체를 포함하여 전도성 필러의 선택적 분산효과와 상용화제에 의한 분산성 향상 및 2 이상의 전도성 필러의 첨가에 의한 시너지 효과를 통해 우수한 전기적 물성을 가진다.
본 발명에 따른 고분자/하이브리드 전도성 필러 복합재료는 펄트루젼 공정 및 이축압출기를 통해 제조된 복합체를 사출기를 통해 성형하여 이루어지며, 이에 따라 제조된 고분자/하이브리드 전도성 필러 복합재료는 탄소나노튜브의 선택적 분산효과, 상용화제에 의한 도메인(domain)의 분산효과 및 2 이상의 전도성 필러의 사용으로 인한 시너지 효과를 통해 향상된 전기전도도를 가진다.The present invention relates to a composite material of a polymer / hybrid conductive filler having excellent electrical properties using a polymer blend and two or more electrically conductive fillers, and a method for producing the same. The polymer / conductive filler composite material according to the present invention comprises a polymer comprising polypropylene and polylactic acid, carbon nanotubes as conductive fillers, and a nickel-carbon fiber and a maleic anhydride graft polypropylene copolymer as a compatibilizer, It has excellent electrical properties through selective dispersion effect, improvement of dispersibility by compatibilizing agent, and synergy effect by addition of two or more conductive fillers.
The polymer / hybrid conductive filler composite material according to the present invention is formed by molding a composite produced through a pearl trussing process and a biaxial extruder through an injection machine, and the polymer / hybrid conductive filler composite material thus prepared is a carbon nanotube- Dispersing effect, dispersion effect of the domain by compatibilizing agent, and synergistic effect by using two or more conductive fillers.
Description
본 발명은 고분자 블렌드와 2 이상의 전기전도성 필러를 이용하여 우수한 전기적 물성을 갖는 고분자/ 하이브리드 전도성 필러의 복합재료와 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명에 따른 고분자/전도성 필러 복합재료는 폴리프로필렌과 폴리락트산을 포함하는 고분자, 전도성 필러인 탄소나노튜브 및 니켈코팅-탄소섬유 및 상용화제인 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체를 포함하여 전도성 필러의 선택적 분산효과와 상용화제에 의한 분산성 향상 및 2 이상의 전도성 필러의 첨가에 의한 시너지 효과를 통해 우수한 전기적 물성을 갖는 고분자/전도성 필러 복합재료 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite material of a polymer / hybrid conductive filler having excellent electrical properties by using a polymer blend and two or more electrically conductive fillers, and a method for producing the composite material. Specifically, the polymer / conductive filler composite material according to the present invention comprises polypropylene And polylactic acid, carbon nanotubes as conductive fillers, nickel-coated carbon fibers and maleic anhydride graft polypropylene copolymer as a compatibilizer, and to improve the dispersibility by the compatibilizing agent and the selective dispersion effect of the conductive filler Conductive filler composite material having excellent electrical properties through synergistic effect by the addition of conductive filler and a method of manufacturing the same.
현대문명은 전자기기가 없으면 더 이상 존속되기 힘들만큼 전자기기와 밀접한 관련을 맺고 있다. 이러한 전자기기에 의해 필연적으로 발생 되는 정전기 및 전자파는 인체 또는 전자부품에 해로운 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다.Modern civilization is closely related to electronic devices so that it can not survive without electronic devices. Electrostatic and electromagnetic waves necessarily generated by such electronic devices are known to have harmful effects on human bodies or electronic parts.
이에 따라, 정전분산 및 전자파 차폐 재료에 관한 연구가 다양하게 진행되어 왔으며, 초기에 연구된 재료인 금속의 경우 우수한 전자파 차폐효율을 보이고 있으나 밀도가 매우 크고 부식이 일어난다는 단점이 있어 최근에는 가볍고 부식이 없는 플라스틱 재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 플라스틱은 전기전도성이 매우 낮고 대부분의 전자파에 대하여 투과하는 특성을 가지고 있기 때문에 전도성 충전재를 첨가하여 사용하는 것이 효과적이다.As a result, researches on electrostatic dispersion and electromagnetic shielding materials have been conducted variously. Although metals, which have been initially studied, exhibit excellent electromagnetic wave shielding efficiency, they are very dense and have a disadvantage of corrosion, Researches on plastic materials that do not have such properties are actively under way. However, since plastic has very low electrical conductivity and permeability to most electromagnetic waves, it is effective to use a conductive filler.
탄소나노튜브는 금속을 포함한 대부분의 전도성 충전재에 비해 밀도는 낮고, 인장강도와 인장탄성이 높으며, 내마모성이 뛰어날 뿐 아니라 전기적 특성이 우수하여 정전 분산 및 전자파 차폐에 매우 효과적인 물질이다. 또한, 탄소나노튜브는 높은 길이/폭 비율(aspect)을 바탕으로 하여 적은 함량으로도 높은 전기적 물성을 얻을 수 있다. 때문에 고분자에 탄소나노튜브를 전도성 필러로 사용한다면 낮은 함량에서 우수한 전기적 특성을 가지는 복합재료를 개발할 수 있을 것이다.Carbon nanotubes have lower density, higher tensile strength and tensile elasticity than most conductive fillers including metals, and are excellent in wear resistance and electrical properties, which are very effective for electrostatic dispersion and electromagnetic shielding. In addition, carbon nanotubes can achieve high electrical properties with a small content based on a high aspect ratio / length aspect. Therefore, if a carbon nanotube is used as a conductive filler in a polymer, it is possible to develop a composite material having excellent electrical properties at a low content.
하지만, 이러한 우수한 특성을 가진 탄소나노튜브를 전도성 필러로 사용하는데 큰 문제로 작용하는 것이 분산성이다. 전도성 필러를 포함하는 고분자 복합체 제조시에 첨가된 전도성 필러가 고분자 매트릭스 내에 고르게 분산되지 않는다면 우수한 전기적 특성 확보를 기대하긴 힘들다. 탄소나노튜브는 긴 길이 및 탄소나노튜브 상호 간의 강한 인력에 기인하여 고분자 재료 내에서 낮은 분산도를 가지므로 그 응용성 및 생산성 면에서 한계를 가지고 있다.However, dispersibility is a major problem in using carbon nanotubes having such excellent properties as conductive fillers. It is difficult to expect excellent electrical characteristics if the conductive filler added in the production of the polymer composite containing the conductive filler is not uniformly dispersed in the polymer matrix. Carbon nanotubes have limitations in their applicability and productivity due to their low dispersion in polymeric materials due to their long lengths and strong attraction between carbon nanotubes.
이러한 탄소나노튜브의 분산 문제를 해결하기 위해 많은 방법이 제시되고 있으며, 크게 강산을 이용하여 분산하거나 탄소나노튜브 표면에 기능기를 붙이는 등의 화학적 처리 방법과 초음파 처리, 볼밀링 처리 등의 물리적 처리 방법을 들 수 있다. 화학적 처리 방법의 경우 강산과 같은 강한 용매의 사용으로 탄소나노튜브가 손상될 수 있으며, 기능기를 붙이는 경우에도 표면기능화 과정에서 손상이 발생된다거나 탄소나노튜브 표면에 코팅이 되어 오히려 기존의 물성을 저해시킬 가능성이 있다. 또한 화학적 처리 방법은 용매를 이용한 처리 방법이기 때문에 상용화를 위한 대량생산 공정에는 적합하지 않은 단점을 가지고 있다. 이러한 이유로 현재 물리적 방법을 이용하여 탄소나노튜브의 분산성을 향상시키고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그중 하나로 전도성 필러의 선택 분산특성을 이용한 연구가 진행되고 있다(특허문헌 1).Many methods have been proposed to solve the problem of dispersion of carbon nanotubes, and chemical treatment methods such as dispersion using strong acids or attaching functional groups to the surface of carbon nanotubes and physical treatment methods such as ultrasonic treatment and ball milling . In the case of chemical treatment, carbon nanotubes can be damaged by using strong solvents such as strong acids. Even if functional groups are attached, damage occurs in surface functionalization process or coating on the surface of carbon nanotubes inhibits existing properties. . In addition, since the chemical treatment method is a treatment method using a solvent, it has disadvantages that it is not suitable for a mass production process for commercialization. For this reason, studies for improving the dispersibility of carbon nanotubes using current physical methods have been actively carried out, and studies using selective dispersion characteristics of conductive fillers have been conducted (Patent Document 1).
니켈코팅-탄소 섬유의 경우 탄소섬유 표면에 니켈을 코팅한 전기전도성 필러로서 일반 탄소섬유보다 우수한 전기적 특성을 가진다. 하지만 공정비용으로 인해 가격이 비싸고, 어느 기준함량 이상에서는 필러 사이의 마찰에 의해 물성이 감소하는 특성이 나타날 수 있는 단점이 있다.Nickel Coating - In the case of carbon fiber, it is an electrically conductive filler coated with nickel on the surface of carbon fiber and has better electrical characteristics than ordinary carbon fiber. However, it is disadvantageous in that the price is expensive due to the process cost, and the physical property is reduced by friction between pillars at a certain amount or more.
폴리프로필렌은 현재 자동차, 건축, 건설자재, 식품포장 등 다양한 분야에서 사용되는 범용 수지이며, 폴리락트산은 내열성이 우수하고, 자연상태에서 100% 분해가 된다는 장점이 있다.Polypropylene is a general-purpose resin used in various fields such as automobile, building, construction materials, food packaging, etc. Polylactic acid has excellent heat resistance and 100% decomposition in a natural state.
본 발명은 폴리프로필렌 및 폴리락트산을 포함하는 고분자와 탄소나노튜브 및 니켈코팅-탄소섬유를 포함하는 전도성 필러와, 상용화제인 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체가 포함된 전기적 물성이 우수한 복합재료를 제조하고자 한다.The present invention relates to a composite material having excellent electrical properties including a polymer including polypropylene and polylactic acid, a conductive filler comprising carbon nanotubes and nickel coating-carbon fibers, and a maleic anhydride graft polypropylene copolymer as a compatibilizer I want to.
본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 정전기 및 대전현상에 의한 인적, 기계적 피해를 방지하기 위해, 전자파 차폐율을 비롯한 우수한 전기적 물성을 가지는 고분자/하이브리드 전도성 필러 복합재료를 제공하는 것이다.The first problem to be solved by the present invention is to provide a polymer / hybrid conductive filler composite material having excellent electrical properties including electromagnetic wave shielding ratio in order to prevent human and mechanical damage due to static electricity and electrification phenomenon.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기의 고분자/하이브리드 전도성 필러 복합재료의 제조방법을 제공하는 것이다. A second object of the present invention is to provide a method for producing the polymer / hybrid conductive filler composite material.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여,In order to solve the first problem,
폴리프로필렌 및 폴리락트산을 포함하는 고분자, 탄소나노튜브 및 니켈코팅-탄소섬유를 포함하는 전도성 필러 및 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체를 포함하고, 상기 폴리프로필렌과 상기 폴리락트산의 중량비는 7:3 내지 8:2인 것을 특징으로 하는 고분자/전도성 필러 복합재료를 제공한다.A conductive filler comprising a polypropylene and a polylactic acid, a conductive filler comprising carbon nanotubes and a nickel coating-carbon fiber, and a maleic anhydride graft polypropylene copolymer, wherein the weight ratio of the polypropylene to the polylactic acid is 7: 3 To 8: 2. ≪ RTI ID = 0.0 > [10] < / RTI >
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 폴리프로필렌 및 폴리락트산의 혼합물 100 중량부를 기준으로, 상기 탄소나노튜브는 0.1-10 중량부, 상기 니켈코팅-탄소섬유는 5-35 중량부, 상기 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체는 1-5 중량부를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, 0.1 to 10 parts by weight of the carbon nanotubes, 5-35 parts by weight of the nickel coating-carbon fibers, and 0.1 to 10 parts by weight of the maleic acid The anhydride grafted polypropylene copolymer may comprise 1-5 parts by weight.
이때, 상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브 또는 단일벽 탄소나노튜브일 수 있다.At this time, the carbon nanotubes may be multi-wall carbon nanotubes or single wall carbon nanotubes.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여,In order to solve the second problem,
(a) 펄트루젼 공정을 이용하여 폴리프로필렌/니켈코팅-탄소섬유 마스터 배치를 제조하는 단계, (b) 폴리락트산, 탄소나노튜브 및 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체를 이축 압출기에 공급하여 용융 압출을 통해 복합체를 제조하는 단계 및 (c) 상기 마스터 배치와 상기 복합체를 사출기로 공급하여 원하는 형상으로 사출하는 단계를 포함하는 고분자/전도성 필러 복합재료의 제조방법을 제공한다.(a) preparing a polypropylene / nickel coating-carbon fiber masterbatch using a pearl truing process, (b) feeding polylactic acid, a carbon nanotube, and a maleic anhydride grafted polypropylene copolymer to a twin- And (c) injecting the master batch and the composite into a desired shape by feeding the composite to an injection machine. The present invention also provides a method for producing a polymer / conductive filler composite material.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기의 제조방법을 통해 제조된 고분자/전도성 필러 복합재료는 상기 폴리프로필렌과 폴리락트산의 중량비 7:3 내지 8:2의 혼합물 100 중량부를 기준으로, 상기 탄소나노튜브는 0.1-10 중량부, 상기 니켈코팅-탄소섬유는 5-35 중량부, 상기 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체는 1-5 중량부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the polymer / conductive filler composite material produced through the above-described manufacturing method is prepared by mixing 100 parts by weight of the mixture of polypropylene and polylactic acid in a weight ratio of 7: 3 to 8: The tube may contain 0.1-10 parts by weight, the nickel coating-carbon fibers 5-35 parts by weight, and the maleic anhydride graft polypropylene copolymer 1-5 parts by weight.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 (b) 단계는 이축 압출기를 호퍼에서 노즐 방향으로 길이가 균등하게 8개 구간으로 나누어 각 구간의 온도를 160-180 ℃, 170-190 ℃, 175-185℃, 180-200 ℃, 180-200 ℃, 180-200 ℃, 180-200 ℃, 180-200 ℃로 유지하는 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, in the step (b), the twin-screw extruder is divided into eight sections equally in length from the hopper toward the nozzle, and the temperature of each section is set to 160-180 ° C, 170-190 ° C, 180-200 占 폚, 180-200 占 폚, 180-200 占 폚, 180-200 占 폚, 180-200 占 폚.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 상기 8개 구간의 온도를 각각 170 ℃, 180 ℃, 185 ℃, 190 ℃, 190 ℃, 190 ℃, 190 ℃, 190 ℃로 유지하는 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the temperatures of the eight sections may be maintained at 170 ° C, 180 ° C, 185 ° C, 190 ° C, 190 ° C, 190 ° C, 190 ° C and 190 ° C, respectively.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 이축 압출기는 동방향 이축 압출기일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the biaxial extruder may be a biaxial extruder in the same direction.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 이축 압출기는 내경이 16 ㎜이고, 스크류의 길이/스크류의 지름이 25이며, 100 rpm으로 작동될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the biaxial extruder has an inner diameter of 16 mm, a length of the screw / the diameter of the screw is 25, and can be operated at 100 rpm.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 상기 (a) 단계는 220-250 ℃, 상기 (c) 단계는 210-240 ℃의 온도에서 진행될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the step (a) may be performed at a temperature of 220-250 ° C, and the step (c) may be performed at a temperature of 210-240 ° C.
본 발명에 따른 고분자/하이브리드 전도성 필러 복합재료는 탄소나노튜브의 선택적 분산효과, 상용화제에 의한 도메인(domain)의 분산효과 및 2 이상의 전도성 필러의 사용으로 인한 시너지 효과를 통해 향상된 전기전도도를 제공한다. The polymer / hybrid conductive filler composite material according to the present invention provides improved electrical conductivity through selective dispersion of carbon nanotubes, dispersion effect of a domain by a compatibilizing agent, and synergy by using two or more conductive fillers .
도 1은 비교예 3에 따라 제조된 복합재료의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진이다.
도 2는 비교예 4에 따라 제조된 복합재료의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 폴리프로필렌(PP)의 표면에너지를 측정하는 사진이다.
도 4는 폴리락트산(PLA)의 표면에너지를 측정하는 사진이다.
도 5는 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 복합재료의 전기전도도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 비교예 4, 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 복합재료의 NCCF 함량에 따른 전기전도도 및 전자파 차폐성능을 나타낸 그래프이다.
도 7은 비교예 3 및 비교예 4에 따라 제조된 복합재료의 인장강도(Tensile Strength) 및 굴곡강도(Flexsural Strength)를 나타낸 그래프이다.
도 8은 비교예 4, 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 복합재료의 NCCF 함량에 따른 인장강도(Tensile Strength)를 나타낸 그래프이다.
도 9는 비교예 4, 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 복합재료의 NCCF 함량에 따른 굴곡강도(Flexsural Strength)를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 사용된 원리를 나타내는 그림이다.
도 11은 실시예 4에 따라 제조된 복합재료의 주사전자현미경 사진이다.FIG. 1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a composite material prepared according to Comparative Example 3. FIG.
2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the composite material produced according to Comparative Example 4. Fig.
3 is a photograph for measuring the surface energy of polypropylene (PP).
4 is a photograph for measuring the surface energy of polylactic acid (PLA).
5 is a graph showing the electrical conductivities of the composite materials prepared according to Comparative Examples 1 to 4.
6 is a graph showing electric conductivity and electromagnetic wave shielding performance according to the NCCF content of the composite material produced according to Comparative Example 4 and Examples 1 to 4. FIG.
7 is a graph showing the tensile strength and the flexural strength of the composite material produced according to Comparative Example 3 and Comparative Example 4. FIG.
8 is a graph showing the tensile strength according to the NCCF content of the composite material prepared according to Comparative Example 4 and Examples 1 to 4.
FIG. 9 is a graph showing the flexural strength according to the NCCF content of the composite material produced according to Comparative Example 4 and Examples 1 to 4. FIG.
10 is a diagram showing the principle used in the present invention.
11 is a scanning electron microscope (SEM) image of a composite material prepared according to Example 4;
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 폴리프로필렌 및 폴리락트산을 포함하는 고분자와 탄소나노튜브 및 니켈코팅-탄소섬유를 포함하는 전도성 필러, 상용화제인 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체가 포함된 전기적 물성이 우수한 복합재료를 제조하고자 한다.The present invention relates to a composite material comprising a polymer containing polypropylene and polylactic acid, a conductive filler comprising carbon nanotube and nickel coating-carbon fiber, and a maleic anhydride graft polypropylene copolymer as a compatibilizer, do.
이를 위해, 본 발명은 폴리프로필렌 및 폴리락트산을 포함하는 고분자, 탄소나노튜브 및 니켈코팅-탄소섬유를 포함하는 전도성 필러 및 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체를 포함하고, 상기 폴리프로필렌과 상기 폴리락트산의 중량비는 7:3 내지 8:2인 것을 특징으로 하는 고분자/전도성 필러 복합재료를 제공한다.To this end, the invention relates to a polymer comprising polypropylene and polylactic acid, a conductive filler comprising a carbon nanotube and a nickel coating-carbon fiber, and a maleic anhydride graft polypropylene copolymer, wherein the polypropylene and the polylactic acid Is in the range of 7: 3 to 8: 2.
본 발명에서 사용되는 폴리프로필렌은 베이스 고분자로서 산업 전반에 걸쳐 다양하게 사용되고 있으며, 폴리락트산은 생분해성을 가지며, 기계적 강도가 우수한 특성이 있다. 본 발명에 포함된 탄소나노튜브 및 니켈코팅-탄소섬유는 전도성 충진제로서 복합재료가 전기 전도성을 가지도록 하고, 기계적 강도를 향상시키는 역할을 한다. 또한, 본 발명에 포함된 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체는 폴리프로필렌과 폴리락트산의 계면 간 장력을 감소시키는 상용화제로서, 두 고분자 간의 상용성을 증대시키는 역할을 한다.Polypropylene used in the present invention is widely used as a base polymer throughout the industry, and polylactic acid has biodegradability and excellent mechanical strength. The carbon nanotubes and nickel coating-carbon fibers included in the present invention serve as conductive fillers to make the composite material have electrical conductivity and to improve the mechanical strength. Also, the maleic anhydride grafted polypropylene copolymer included in the present invention is a compatibilizer that reduces the interfacial tension between polypropylene and polylactic acid, and serves to increase the compatibility between two polymers.
도 10은 본 발명의 원리를 나타내는 도면이다. 도 10과 같이 두 고분자를 블렌드 할 경우, 필러는 두 고분자에 골고루 분산되는 것이 아니라, 어느 한 고분자에 선택적으로 분산이 이루어지게 된다. 이때, 고분자-고분자 블렌드는 2가지의 구조로 나뉠 수 있는데, 하나는 한 종류의 고분자가 다른 고분자에 소량 첨가될 경우에 연속상과 분산상이 공존하는 matrix-domain 구조이며, 다른 하나는 두 고분자가 비슷한 양으로 블렌드되어 상호 연속하게 되는 co-continuous 구조이다. 본 발명에 사용된 폴리프로필렌과 폴리락트산의 중량비는 7:3 내지 8:2인 것을 특징으로 하는바, 본 발명에 따른 고분자 블렌드는 폴리프로필렌이 연속상 구조를 가지고, 폴리락트산이 분산상을 가지는 matrix-domain 구조를 가진다. 이때, 본 발명에 사용되는 전도성 필러중 하나인 탄소나노튜브는 주로 분산상인 폴리락트산에 위치하게 된다.10 is a diagram showing the principle of the present invention. As shown in FIG. 10, when the two polymers are blended, the filler is not dispersed uniformly in the two polymers, but is dispersed selectively in one polymer. In this case, the polymer-polymer blend can be divided into two structures. One is a matrix-domain structure in which a continuous phase and a dispersed phase coexist when a single polymer is added to a small amount of another polymer, and the other is a two- It is a co-continuous structure in which similar amounts are blended and interconnected. The weight ratio of the polypropylene to the polylactic acid used in the present invention is in the range of 7: 3 to 8: 2. The polymer blend according to the present invention is characterized in that the polypropylene has a continuous phase structure and the polylactic acid has a matrix -domain structure. At this time, carbon nanotubes, which are one of the conductive fillers used in the present invention, are mainly located in polylactic acid which is a dispersed phase.
본 발명에 사용되는 폴리프로필렌은 비극성이며, 폴리락트산은 극성을 띄기 때문에 이들의 계면간 장력을 감소시켜 분산상의 액적(domain) 크기를 감소시키고 그 분포도를 증가시키기 위하여 상용화제로서 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체를 포함한다. 이를 통해 결과적으로 폴리락트산 내부에 주로 위치하게 되는 탄소나노튜브의 분산성이 향상되며 전도성 필러 사이에 electrical pathway가 더 많이 형성되어 전기적 물성이 향상된다.Since the polypropylene used in the present invention is nonpolar and polylactic acid is polarized, in order to decrease the interfacial tension of the polylactic acid thereby to reduce the domain size of the dispersed phase and increase the distribution thereof, the maleic anhydride graft poly Propylene copolymer. As a result, the dispersibility of the carbon nanotubes mainly located in the polylactic acid is improved, and the electrical property is improved by forming more electrical pathways between the conductive fillers.
또한, 본 발명은 전기전도성의 향상을 위하여 전도성 필러로서, 탄소나노튜브 외에 니켈코팅-탄소섬유를 더 포함한다. 이를 통해 앞에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 폴리락트산에 주로 위치하게 되는 탄소나노튜브가 상용화제로 인해 고르게 분산되는 것과 동시에 니켈코팅-탄소섬유가 함께 electrical pathway를 형성하게 되어 상호보완 효과를 통해 전기전도성의 향상을 가져온다.In addition, the present invention further includes a nickel-carbon fiber in addition to carbon nanotubes as a conductive filler for improving electrical conductivity. As described above, according to the present invention, carbon nanotubes mainly located in polylactic acid are uniformly dispersed due to a compatibilizer, and at the same time, nickel coating and carbon fibers form an electrical pathway, thereby improving electrical conductivity Lt; / RTI >
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명의 고분자/전도성 필러 복합재료는 폴리프로필렌 및 폴리락트산의 혼합물 100 중량부를 기준으로, 탄소나노튜브 0.1-10 중량부, 니켈코팅-탄소섬유 5-35 중량부, 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체 1-5 중량부를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the polymer / conductive filler composite material of the present invention comprises 0.1-10 parts by weight of carbon nanotubes, 5-35 parts by weight of nickel coating-carbon fibers , And maleic anhydride graft polypropylene copolymer in an amount of 1 to 5 parts by weight.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 본 발명에 사용된 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브 또는 단일벽 탄소나노튜브일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the carbon nanotubes used in the present invention may be multi-wall carbon nanotubes or single-wall carbon nanotubes.
또한, 본 발명은 (a) 펄트루젼 공정을 이용하여 폴리프로필렌/니켈코팅-탄소섬유 마스터 배치를 제조하는 단계, (b) 폴리락트산, 탄소나노튜브 및 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체를 이축 압출기에 공급하여 용융 압출을 통해 복합체를 제조하는 단계 및 (c) 상기 마스터 배치와 상기 복합체를 사출기로 공급하여 원하는 형상으로 사출하는 단계를 포함하는 고분자/전도성 필러 복합재료의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a process for preparing a polypropylene / nickel coated carbon fiber masterbatch comprising: (a) preparing a polypropylene / nickel coating-carbon fiber masterbatch using a pearl truing process, (b) blending polylactic acid, carbon nanotubes, and maleic anhydride grafted polypropylene copolymer And (c) feeding the master batch and the composite to an injection machine to inject the mixture into a desired shape. The present invention also provides a method for producing a polymer / conductive filler composite material.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 제조방법에 따라 제조된 고분자/전도성 필러 복합재료는 폴리프로필렌과 폴리락트산의 중량비 7:3 내지 8:2의 혼합물 100 중량부를 기준으로, 탄소나노튜브는 0.1-10 중량부, 니켈코팅-탄소섬유는 5-35 중량부, 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체 1-5 중량부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the polymer / conductive filler composite material produced according to the manufacturing method of the present invention is a mixture of carbon nanotubes and carbon nanotubes, based on 100 parts by weight of a mixture of polypropylene and polylactic acid in a weight ratio of 7: The tube may comprise 0.1-10 parts by weight, the nickel coating-carbon fibers 5-35 parts by weight, and the maleic anhydride grafted polypropylene copolymer 1-5 parts by weight.
본 발명에서 사용되는 이축 압출기는 원료가 공급되는 호퍼, 공급된 원료를 용융혼합하고 이동시키는 스크류 및 용융혼합된 원료를 일정 형상으로 배출시키는 노즐로 이루어진다. 본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 (b) 단계의 이축 압출기는 호퍼에서 노즐까지의 거리가 소정의 구간으로 분류되고, 본 발명에 사용되는 고분자의 용융온도를 고려할 때, 각 구간의 온도는 160-190 ℃로 설정되는 것이 바람직하다.The twin-screw extruder used in the present invention comprises a hopper to which a raw material is fed, a screw for melt-mixing and feeding the supplied raw material, and a nozzle for discharging the molten and mixed raw material in a predetermined shape. According to another embodiment of the present invention, in the biaxial extruder of the step (b), the distance from the hopper to the nozzle is classified into a predetermined section, and in consideration of the melting temperature of the polymer used in the present invention, Lt; RTI ID = 0.0 > 160-190 C. < / RTI >
구체적으로, 탄소나노튜브가 포함된 고분자 재료가 공급되는 처기 구간에서는 온도를 서서히 높이게 되고, 노즐과 가까운 곳은 고분자의 용융점도가 일정한 온도인 190 ℃를 유지하여 용융액 속에 탄소나노튜브가 분산될 충분한 시간을 주는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 본 발명은 상기 호퍼에서 노즐까지이 구간이 8 개의 구간으로 이루어지고, 각 구간의 온도는 호퍼에서 노즐방향으로 각각 170 ℃, 180 ℃, 185 ℃, 190 ℃, 190 ℃, 190 ℃, 190 ℃, 190 ℃로 설정될 수 있다. Specifically, the temperature is gradually increased in a short period in which the polymer material containing the carbon nanotubes is supplied, and at a position close to the nozzle, the melt viscosity of the polymer is maintained at a constant temperature of 190 DEG C, It is desirable to give time. Therefore, according to another embodiment of the present invention, the section from the hopper to the nozzle has eight sections, and the temperatures of the sections are 170 ° C., 180 ° C., 185 ° C., 190 占 폚, 190 占 폚, 190 占 폚, 190 占 폚, and 190 占 폚.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 탄소나노튜브의 효과적인 혼합과 분산을 위하여 본 발명의 이축 압출기는 동방향 이축 압출기인 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, the biaxial extruder of the present invention is preferably a biaxial extruder in the same direction for effective mixing and dispersion of carbon nanotubes.
또한, 탄소나노튜브의 균일한 분산을 위하여 이축 압출기의 기하학적 설계가 중요한 바, 본 발명은 이축 압출기의 내경이 16 ㎜이고, 스크류의 길이/스크류의 지름이 25이며, 100 rpm으로 작동되는 것이 바람직하다.The geometric design of the twin-screw extruder is important for uniform dispersion of carbon nanotubes. It is preferable that the inner diameter of the twin-screw extruder is 16 mm, the screw length / screw diameter is 25, and the operation is performed at 100 rpm Do.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 본 발명의 (a) 단계는 220-250 ℃, (c) 단계는 210-240 ℃의 온도에서 진행될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, step (a) of the present invention may be carried out at a temperature of 220-250 ° C, and step (c) may be carried out at a temperature of 210-240 ° C.
본 발명은 상기와 같이 압출기를 사용하여 폴리락트산/무수 말레인산 그라프트 폴리프로필렌/탄소나노튜브 복합체를 제조한 후, 펄트루젼 공정을 통해 제조된 폴리프로필렌/니켈코팅-탄소섬유 마스터 배치와 함께 사출기로 공급하여 바로 사출하며, 이때 압출과정을 반복하지 않고 바로 사출공정을 실시하기 때문에 첨가된 니켈코팅-탄소섬유가 마찰에 의하여 절단되는 것을 방지할 수 있으며, 결과적으로 기계적 강도 및 전기적 물성이 향상된 복합재료를 얻을 수 있다.
In the present invention, polylactic acid / maleic anhydride grafted polypropylene / carbon nanotube composite is produced by using the extruder as described above, and then the polypropylene / nickel-carbon fiber masterbatch prepared through the pearlitization process is extruded together with the extruder Since the injection process is performed immediately without repeating the extrusion process, it is possible to prevent the added nickel coating-carbon fiber from being cut by friction, resulting in a composite material having improved mechanical strength and electrical properties Material can be obtained.
이하에서는 바람직한 실시예 등을 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments and the like. It will be apparent to those skilled in the art, however, that these examples are provided for further illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예Example 1 One
95 ℃의 진공 오븐에서 폴리프로필렌 (grade: BJ700, Samsung Total Co., 이하에서 PP라 한다), 폴리락트산(grade:4032D, NatureWorks Co., 이하 PLA라 한다), 니켈코팅-탄소섬유 (장섬유, Bullsone Co., 이하에서 NCCF라 한다), 다중벽 탄소나노튜브 (길이 9-12nm, 길이 10-15m, 순도 97중량% 이상급, JEIO Co., 이하 MWCNT라 한다.) 및 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체 (이하에서 PP-g-MAH라 한다)를 각각 24시간 동안 건조하였다.(Grade: BJ700, Samsung Total Co., hereinafter referred to as PP), polylactic acid (grade: 4032D, NatureWorks Co., hereinafter referred to as PLA), nickel coating-carbon fiber , A multi-walled carbon nanotube (length 9-12 nm, length 10-15 m, purity 97 wt% or more, JEIO Co., hereinafter referred to as MWCNT) and maleic anhydride graft poly Propylene copolymer (hereinafter referred to as PP-g-MAH) were each dried for 24 hours.
이축 압출기를 이용하여 PLA/PP-g-MAH/MWCNT 복합체를 제조하고, 펄트루젼 공정을 이용하여 PP/NCCF 마스터 배치를 제조하였다. 이들을 사출기로 공급하여 사출하여 PP와 PLA가 중량비 7:3으로 혼합된 100 중량부에 대하여 MWCNT 5 중량부(5phr), NCCF 5 중량부(5phr), PP-g-MAH 3 중량부(3phr)가 포함된 고분자/전도성 필러 복합재료(PP/PLA/PP-g-MAH/MWCNT/NCCF)를 제조하였다. 이때 동방향 이축 압출기(co-rotating twin screw extruder)는 내경 16 ㎜, 스크류의 길이/스크류의 지름이 25, 100 rpm으로 작동되는 것을 사용하였으며, 호퍼로부터 노즐방향으로 170 ℃, 180 ℃, 185 ℃, 190 ℃, 190 ℃, 190 ℃, 190 ℃, 190 ℃로 온도를 설정하였다.
A PLA / PP-g-MAH / MWCNT composite was prepared using a twin-screw extruder and a PP / NCCF master batch was prepared using a pearl truing process. 5 parts by weight of MWCNT, 5 parts by weight of NCCF and 3 parts by weight of PP-g-MAH were added to 100 parts by weight of PP and PLA mixed at a weight ratio of 7: (PP / PLA / PP-g-MAH / MWCNT / NCCF) were prepared. The co-rotating twin screw extruder was operated at an inner diameter of 16 mm, a screw length of 25 rpm and a screw diameter of 100 rpm. From the hopper in the nozzle direction, 170 ° C., 180 ° C. and 185 ° C. , 190 占 폚, 190 占 폚, 190 占 폚, 190 占 폚, and 190 占 폚.
실시예Example 2 2
NCCF의 함량이 10 중량부인 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자/전도성 필러 복합재료(PP/PLA/PP-g-MAH/MWCNT/NCCF)를 제조하였다.
Polymer / conductive filler composite material (PP / PLA / PP-g-MAH / MWCNT / NCCF) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the content of NCCF was 10 parts by weight.
실시예Example 3 3
NCCF의 함량이 15 중량부인 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자/전도성 필러 복합재료(PP/PLA/PP-g-MAH/MWCNT/NCCF)를 제조하였다.
The polymer / conductive filler composite material (PP / PLA / PP-g-MAH / MWCNT / NCCF) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the content of NCCF was 15 parts by weight.
실시예Example 4 4
NCCF의 함량이 20 중량부인 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자/전도성 필러 복합재료(PP/PLA/PP-g-MAH/MWCNT/NCCF)를 제조하였다.
Polymer / conductive filler composite material (PP / PLA / PP-g-MAH / MWCNT / NCCF) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the content of NCCF was 20 parts by weight.
비교예Comparative Example 1 One
PP 100 중량부에 대하여 MWCNT 5 중량부를 첨가하여 이축 압출기를 이용하여 고분자 복합재료(PP/MWCNT)를 제조하였다. 이때 이축 압출기의 구동 조건은 실시예 1과 동일하다.
5 parts by weight of MWCNT was added to 100 parts by weight of PP to prepare a polymer composite material (PP / MWCNT) using a twin-screw extruder. At this time, the driving conditions of the twin-screw extruder are the same as those of the first embodiment.
비교예Comparative Example 2 2
PLA 100 중량부에 대하여 MWCNT 5 중량부를 첨가하여 이축 압출기를 이용하여 고분자 복합재료(PP/MWCNT)를 제조하였다. 이때 이축 압출기의 구동 조건은 실시예 1과 동일하다.
5 parts by weight of MWCNT was added to 100 parts by weight of PLA to prepare a polymer composite material (PP / MWCNT) using a twin-screw extruder. At this time, the driving conditions of the twin-screw extruder are the same as those of the first embodiment.
비교예Comparative Example 3 3
PP와 PLA가 중량비 7:3으로 혼합된 100 중량부에 대하여 MWCNT 5 중량부를 첨가하여 이축 압출기를 이용하여 고분자 복합재료(PP/PLA/MWCNT)를 제조하였다. 이때 이축 압출기의 구동 조건은 실시예 1과 동일하다.
5 parts by weight of MWCNT was added to 100 parts by weight of PP and PLA at a weight ratio of 7: 3, and a polymer composite material (PP / PLA / MWCNT) was prepared using a twin screw extruder. At this time, the driving conditions of the twin-screw extruder are the same as those of the first embodiment.
비교예Comparative Example 4 4
PP와 PLA가 중량비 7:3으로 혼합된 100 중량부에 대하여 MWCNT 5 중량부, PP-g-MAH 3 중량부를 첨가하여 이축 압출기를 이용하여 고분자 복합재료(PP/PLA/MWCNT/PP-g-MAH)를 제조하였다. 이때 이축 압출기의 구동 조건은 실시예 1과 동일하다.
5 parts by weight of MWCNT and 3 parts by weight of PP-g-MAH were added to 100 parts by weight of PP and PLA in a weight ratio of 7: 3, and the polymer composite (PP / PLA / MWCNT / PP- MAH). At this time, the driving conditions of the twin-screw extruder are the same as those of the first embodiment.
평가예Evaluation example 1 : One : 모폴로지Morphology (( morphologymorphology ) 측정) Measure
도 1은 비교예 3에 따라 제조된 복합재료의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진이다. 도 2는 비교예 4에 따라 제조된 복합재료의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.FIG. 1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a composite material prepared according to Comparative Example 3. FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the composite material produced according to Comparative Example 4. Fig.
각각의 복합재료는 95 ℃에서 24시간 건조한 후 190 ℃에서 열간 압착(hot press)을 통해 종전 모양의 시편을 제작한 후, 액체질소를 이용하여 냉각한 후 절단하였다. 파단면에 백금을 코팅하여 15 ㎸의 가속전압으로 이미지를 관찰하였다.Each composite material was dried at 95 ° C for 24 hours and then hot pressed at 190 ° C to form a specimen of the old shape, then cooled using liquid nitrogen, and then cut. Plasma was coated on the fractured surface and images were observed at an accelerating voltage of 15 kV.
도 1과 도 2는 같은 배율에서 측정한 사진이며, 두 개의 도면을 비교하여 보면, 상용화제인 PP-g-MAH가 첨가된 복합재료가 상용화제가 첨가되지 않은 복합재료보다 액적 사이의 간격이 좁으며, 액적의 크기 또한 9.1 ㎛에서 5.6 ㎛로 작아지며, 분산이 잘되는 것을 확인할 수 있다. 1 and 2 are photographs taken at the same magnification. Comparing the two drawings, the composite material to which the compatibilizer PP-g-MAH is added is narrower than the composite material to which the compatibilizer is not added , The size of the droplet is also reduced from 9.1 탆 to 5.6 탆, and it can be confirmed that dispersion is good.
액적의 분산이 잘 이루어져야 MWCNT의 분산성이 우수해지고, 복합재료 내에서 electrical pathway를 형성하는데 수월하여 우수한 전기적 물성을 기대할 수 있는바, 상용화제인 PP-g-MAH가 첨가로 인해 결과적으로 전기적 물성이 향상됨을 알 수 있다.
The dispersion of the droplet should be well dispersed to obtain excellent dispersibility of MWCNT and it is easy to form an electrical pathway in the composite material. As a result, PP-g-MAH, which is a compatibilizer, It can be seen that it is improved.
평가예Evaluation example 2 : 2 : 계면에너지Interfacial energy 측정 Measure
계면에너지의 측정은 아래의 Harmonic-mean 식을 통해 구할 수 있으며, 그 구한 값은 하기 표 1에 나타내었다.The interfacial energy can be measured by the following Harmonic-mean equation, and the obtained values are shown in Table 1 below.
Harmonic-mean 식Harmonic-mean expression
도 3은 폴리프로필렌(PP)의 표면에너지를 측정하는 사진이다. 도 4는 폴리락트산(PLA)의 표면에너지를 측정하는 사진이다.3 is a photograph for measuring the surface energy of polypropylene (PP). 4 is a photograph for measuring the surface energy of polylactic acid (PLA).
상기 Harmonic-mean 식에 대입한, PP, PLA, MWCNT 각각의 표면에너지는 하기 도 3,4 및 문헌을 통해 측정하였으며 이를 통해 표 1에 나타난 계면에너지를 도출하였다.Surface energy of each of PP, PLA, and MWCNT substituted for the Harmonic-mean equation was measured through the following FIGS. 3 and 4, and the interfacial energies shown in Table 1 were deduced therefrom.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, PLA와 MWCNT 간의 계면에너지가 PP와 MWCNT 간의 계면에너지 보다 월등히 작다는 것을 알 수 있고, 이를 통해 전도성 필러인 MWCNT는 PP/PLA 블렌드 내에서 주로 PLA에 분산됨을 알 수 있다.
As shown in Table 1, it can be seen that the interface energy between PLA and MWCNT is much smaller than the interface energy between PP and MWCNT, indicating that the conductive filler MWCNT is mainly dispersed in PLA in the PP / PLA blend have.
평가예Evaluation example 3 : 전기전도성 측정 및 전자파 차폐성능( 3: Electrical conductivity measurement and electromagnetic shielding performance ElectroMagneticElectroMagnetic InterferenceInterference ShieldingShielding Efficiency, Efficiency, EMIEMI SESE ) 측정) Measure
도 5는 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 복합재료의 전기전도도를 나타낸 그래프이다. 도 6은 비교예 4, 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 복합재료의 NCCF 함량에 따른 전기전도도 및 전자파 차폐성능(EMI SE)을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the electrical conductivities of the composite materials prepared according to Comparative Examples 1 to 4. 6 is a graph showing electrical conductivity and electromagnetic shielding performance (EMI SE) according to the NCCF content of the composite material produced according to Comparative Example 4 and Examples 1 to 4. FIG.
각각의 고분자/전도성 필러 복합재료를 95 ℃에서 24시간 건조한 후, 190 ℃에서 열간 압착 (hot press)하여 필름을 제작한 후, 가로 15 ㎜, 세로 10 ㎜, 두께 0.2 ㎜의 시편을 제조한다. 상기 시편의 표면에 도전성 그라파이트 페인트 (graphite paint)로 4개의 박형 금편 (thin gold wires: 99% 순도의 0.5mm 두께)을 붙여, 4-프로브 방법 (4-probe method)에 의해 전기전도도를 측정하였다.Each polymer / conductive filler composite is dried at 95 ° C for 24 hours and then hot pressed at 190 ° C to produce a film. A specimen having a width of 15 mm, a length of 10 mm, and a thickness of 0.2 mm is prepared. The electrical conductivity was measured by the 4-probe method by attaching four thin gold wires (0.5 mm thick with a purity of 99%) as a conductive graphite paint to the surface of the specimen .
도 5를 통해, 단일 고분자/MWCNT로 이루어진 복합재료의 전기전도성 보다 PP/PLA 블렌드에 MWCNT가 첨가한 경우가 전기전도도가 높고, PP/PLA 블렌드에 상용화제인 PP-g-MAH를 첨가한 경우가 첨가하지 않은 경우보다 전기전도도가 높게 관찰됨을 알 수 있다. 이는 MWCNT의 분산성에서 기인한 것으로, MWCNT의 분산성이 향상될수록 고분자 내에서의 electrical pathway가 더 많이 형성되어 전도성이 향상 되는 것을 알 수 있다.FIG. 5 shows that the addition of MWCNT to the PP / PLA blend has higher electrical conductivity than the electrical conductivity of the composite material consisting of the single polymer / MWCNT and the addition of PP-g-MAH as a compatibilizer to the PP / PLA blend It can be seen that the electric conductivity is higher than that in the case of no addition. This is attributed to the dispersibility of MWCNT. As the dispersibility of MWCNT improves, more electrical pathways are formed in the polymer and conductivity is improved.
도 6은 비교예 4, 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 복합재료의 NCCF 함량별 전기전도도와 이를 바탕으로 전자파 차폐성능(EMI SE)을 Far field shielding theory 식을 이용하여 계산한 그래프이다. 또한 EMI SE값에 따른 shielding efficiency를 표 2에 나타내었다. FIG. 6 is a graph illustrating electrical conductivity of the composite material prepared according to Comparative Example 4 and Examples 1 to 4, and the electromagnetic shielding performance (EMI SE) based on the electrical conductivity of the composite material, using the Far field shielding theory. The shielding efficiency according to the EMI SE value is shown in Table 2.
Far field shielding theory 식Far field shielding theory
(dB)EMI SE data
(dB)
그래프를 살펴보면, NCCF의 함량이 증가할수록 전기전도도와 EMI SE 값이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 NCCF자체가 전기전도성이 우수한 물질이며, MWCNT와 함께 사용될 경우 시너지 효과를 통해 전기전도도가 더욱 우수해지기 때문임을 알 수 있다.
From the graph, it can be seen that the electrical conductivity and the EMI SE value increase with increasing NCCF content. This is because the NCCF itself is an excellent electrically conductive material, and when used together with MWCNT, the synergistic effect makes the electric conductivity more excellent.
평가예Evaluation example 4 : 4 : 모폴로지Morphology (( morphologymorphology ) 측정) Measure
도 11은 실시예 4에 따라 제조된 복합재료의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. SEM 측정조건은 평가예 1과 동일하다.11 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the composite material produced according to Example 4. Fig. The SEM measurement conditions are the same as in Evaluation Example 1.
상기의 평가예 3의 결과 및 도 11을 통해 NCCF가 고분자 내에서 다양한 electrical pathway를 형성하고 MWCNT와 함께 사용될 경우 시너지 효과를 통해 전기적 물성이 더욱 우수해짐을 알 수 있다.
From the results of the above Evaluation Example 3 and FIG. 11, it can be seen that when NCCF forms various electrical pathways in the polymer and is used together with MWCNT, the electrical properties are further improved by synergy effect.
평가예Evaluation example 5: 기계적 강도 측정 5: Measurement of mechanical strength
도 7은 비교예 3 및 비교예 4에 따라 제조된 복합재료의 인장강도(Tensile Strength) 및 굴곡강도(Flexsural Strength)를 나타낸 그래프이고, 도 8은 비교예 4, 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 복합재료의 NCCF 함량에 따른 인장강도(Tensile Strength)를 나타낸 그래프이다. 도 9는 비교예 4, 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 복합재료의 NCCF 함량에 따른 굴곡강도(Flexsural Strength)를 나타낸 그래프이다. 측정은 만능시험기(Universial Testing Machine, UTM)를 사용해 인장강도의 경우 ASTM D-638, 굴곡강도의 경우 ASTM D-739 규격에 따라 측정하였다. 7 is a graph showing tensile strength and flexural strength of a composite material produced according to Comparative Example 3 and Comparative Example 4, and FIG. 8 is a graph showing tensile strength and flexural strength of a composite material produced according to Comparative Example 4 and Examples 1 to 4 And the tensile strength according to the NCCF content of the composite material. 9 is a graph showing the flexural strength according to the NCCF content of the composite material produced according to Comparative Example 4 and Examples 1 to 4. FIG. Measurements were made according to ASTM D-638 for tensile strength, and ASTM D-739 for flexural strength using a universal testing machine (UTM).
도 7을 통해 상용화제인 PP-g-MAH를 첨가한 경우, 인장강도 및 굴곡강도가 향상됨을 확인할 수 있고, 이는 domain과 MWCNT의 분산성이 향상되었기 때문으로 판단된다.7 shows that when PP-g-MAH is added as a compatibilizer, tensile strength and flexural strength are improved. This is because the dispersibility of domain and MWCNT is improved.
도 8 및 도 9를 통해 NCCF의 함량이 증가할수록 인장강도 및 굴곡강도가 증가하며, 이는 NCCF자체가 전기적 물성이 좋을 뿐만 아니라 기계적 물성 또한 우수하기 때문에 첨가량이 증가할수록 MWCNT와의 시너지 효과를 통해 기계적 강도가 더욱 우수해짐을 알 수 있다.8 and 9, tensile strength and flexural strength increase as the content of NCCF increases. Since NCCF itself has good electrical properties and mechanical properties, the synergistic effect with MWCNT increases as the amount of NCCF increases. As shown in Fig.
Claims (10)
탄소나노튜브 및 니켈코팅-탄소섬유를 포함하는 전도성 필러; 및
말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체를 포함하고,
상기 폴리프로필렌과 상기 폴리락트산의 중량비는 7:3 내지 8:2인 것을 특징으로 하는 고분자/전도성 필러 복합재료.Polymers comprising polypropylene and polylactic acid;
Carbon nanotubes and nickel coatings - Conductive fillers including carbon fibers; And
Maleic anhydride graft polypropylene copolymer,
Wherein the weight ratio of the polypropylene to the polylactic acid is from 7: 3 to 8: 2.
상기 폴리프로필렌 및 폴리락트산의 혼합물 100 중량부를 기준으로, 상기 탄소나노튜브는 0.1-10 중량부, 상기 니켈코팅-탄소섬유는 5-35 중량부, 상기 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체는 1-5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자/전도성 필러 복합재료.The method according to claim 1,
0.1 to 10 parts by weight of the carbon nanotubes, 5-35 parts by weight of the nickel coating-carbon fibers, and 1 to 10 parts by weight of the maleic anhydride grafted polypropylene copolymer, based on 100 parts by weight of the mixture of polypropylene and polylactic acid, 5 parts by weight of a polymer / conductive filler.
상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브 또는 단일벽 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 고분자/전도성 필러 복합재료.The method according to claim 1,
Wherein the carbon nanotube is a multi-walled carbon nanotube or a single-walled carbon nanotube.
(b) 폴리락트산, 탄소나노튜브 및 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체를 이축 압출기에 공급하여 용융 압출을 통해 복합체를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 마스터 배치와 상기 복합체를 사출기로 공급하여 원하는 형상으로 사출하는 단계;를 포함하는 고분자/전도성 필러 복합재료의 제조방법.(a) fabricating a polypropylene / nickel coating-carbon fiber masterbatch using a pearl truing process;
(b) feeding a polylactic acid, a carbon nanotube, and a maleic anhydride graft polypropylene copolymer to a twin-screw extruder to produce a composite through melt extrusion; And
(c) feeding the master batch and the composite to an injection machine and injecting the composite into a desired shape.
상기 고분자/전도성 필러 복합재료는 상기 폴리프로필렌과 폴리락트산의 중량비 7:3 내지 8:2의 혼합물 100 중량부를 기준으로, 상기 탄소나노튜브는 0.1-10 중량부, 상기 니켈코팅-탄소섬유는 5-35 중량부, 상기 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체는 1-5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자/전도성 필러 복합재료의 제조방법. 5. The method of claim 4,
The polymer / conductive filler composite material is prepared by mixing 0.1 to 10 parts by weight of the carbon nanotubes and 5 to 10 parts by weight of the nickel coating-carbon fibers, based on 100 parts by weight of the mixture of polypropylene and polylactic acid in a weight ratio of 7: 3 to 8: -35 parts by weight of the maleic anhydride grafted polypropylene copolymer, and 1-5 parts by weight of the maleic anhydride grafted polypropylene copolymer.
상기 (b) 단계는 이축 압출기를 호퍼에서 노즐 방향으로 길이가 균등하게 8개 구간으로 나누어 각 구간의 온도를 160-180 ℃, 170-190 ℃, 175-185℃, 180-200 ℃, 180-200 ℃, 180-200 ℃, 180-200 ℃, 180-200 ℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 고분자/전도성 필러 복합재료의 제조방법.5. The method of claim 4,
In the step (b), the biaxial extruder is divided into eight sections equally lengthwise in the direction of the nozzle from the hopper. The temperature of each section is 160-180 ° C, 170-190 ° C, 175-185 ° C, 180-200 ° C, 200-200 deg. C, 180-200 deg. C, 180-200 deg. C, 180-200 deg. C, respectively.
상기 8개 구간의 온도를 각각 170 ℃, 180 ℃, 185 ℃, 190 ℃, 190 ℃, 190 ℃, 190 ℃, 190 ℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 고분자/전도성 필러 복합재료의 제조방법. The method according to claim 6,
Wherein the temperatures of the eight sections are maintained at 170 占 폚, 180 占 폚, 185 占 폚, 190 占 폚, 190 占 폚, 190 占 폚, 190 占 폚, and 190 占 폚, respectively.
상기 이축 압출기는 동방향 이축 압출기인 것을 특징으로 하는 고분자/전도성 필러 복합재료의 제조방법.5. The method of claim 4,
Wherein the biaxial extruder is a biaxial extruder in the same direction.
상기 이축 압출기는 내경이 16 ㎜이고, 스크류의 길이/스크류의 지름이 25이며, 100 rpm으로 작동되는 것을 특징으로 하는 고분자/전도성 필러 복합재료의 제조방법.5. The method of claim 4,
Wherein the biaxial extruder has an internal diameter of 16 mm and a length of screw / diameter of the screw of 25, which is operated at 100 rpm.
상기 (a) 단계는 220-250 ℃, 상기 (c) 단계는 210-240 ℃의 온도에서 진행되는 것을 특징으로 하는 고분자/전도성 필러 복합재료의 제조방법.5. The method of claim 4,
Wherein the step (a) is performed at a temperature of 220-250 ° C, and the step (c) is performed at a temperature of 210-240 ° C.
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