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분산성 향상을 위한 탄소나노튜브의 개질과 폴리우레탄과의 분산 특성
Modification of Carbon Nanotube for the Improvement of Dispersion and the Dispersion Characteristics of Carbon Nanotube in Polyurethane 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.22 no.1, 2010년, pp.43 - 50  

박경순 (영남대학교 섬유패션학부) ,  김승진 (영남대학교 섬유패션학부) ,  김정현 (영남대학교 섬유패션학부) ,  박준형 (영남대학교 섬유패션학부) ,  권오경 ((주)비에스지)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The thermal treatment for carbon nanotube was applied to remove the water, metal catalyst and other impurities in carbon nanotube. The surface of carbon nanotube was changed into open structure with acid treatment by mixed solution of $HNO_3$ and $H_2SO_4$. The dispersion prope...

주제어

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문제 정의

  • 산에 의한 화학적 개질 방법은 나노튜브의 표면에 -COOH 그룹을 생성해줌으로써 나노튜브의 기능화를 증진시켜 탄소나노튜브가 좀 더 화학적으로 반응성이 있고 다른 고분자와 친화력을 가져 분산이 용이하도록 해준다. 그러나 이에 기능화 된 탄소나노튜브와 폴리우레탄과의 복합재료 생성에 대한 구체적인 실험 결과가 없기 때문에 본 연구에서는 탄소나노튜브/폴리우레탄 복합재료 생성시 탄소나노튜브에 산을 이용하여 화학적으로 개질해 나노튜브의 표면에 -COOH 그룹을 생성해줌으로써 고분자간의 친화력을 높이고 분산성이 향상된 탄소나노튜브/폴리우레탄 복합 필름을 제조함과 동시에 MWNT를 기능화 하는 방법과 폴리우레탄과의 분산성에 대해서도 고찰한다. 탄소나노튜브의 기능화는 FT-IR spectroscopy로 확인하였으며, 탄소나노튜브의 분산성은 분산용액의 시간에 대한 MWNT의 침전 유・무로 확인하였으며, 폴리우레탄과의 분산성은 필름을 제조한 후 가시광선/근적외선/분광광도계 (UV/VIS/NIR Spectrometer)를 이용한 반사율로 평가하였다.
  • 본 연구에서 탄소나노튜브/고분자 복합재료 생성시 탄소나노튜브와 고분자간의 친화력을 높이고 분산성을 향상시키기 위해 탄소나노튜브 기능화 방법을 알아보고 폴리우레탄과의 분산성을 고찰해 본 결과는 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 사용된 탄소나노튜브의 건열처리 온도를 설정하기 위해 TG-DTA로 DSC와 TGA를 측정하여 열분석을 행하였다. 열분석은 승온속도를 10℃/min으로 하여 0~900℃ 범위에서 공기 분위기 하에서 이루어졌다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
단일벽 탄소나노튜브는 어떻게 다발형태를 이루고 있는가? 단일벽 탄소나노튜브는 직경 1㎚ 정도로 다중벽 탄소나노튜브에 비해 훨씬 가늘지만 표면 적이 거대하여 Van der waals 힘에 의해서 나란히 뭉쳐 다발형태로 존재한다. 따라서 이 다발을 개개로 분리시키기가 매우 어려우며 분리되지 않는 다발은 다중벽 탄소나노튜브와 직경이 유사하다1).
탄소나노튜브의 응용가능성이 제시된 분야에는 어떤 것들이 있는가? 탄소나노튜브는 나노소재로서 많은 분야에서 연구의 대상이 되고 있으며 완벽한 구조와 기계적, 물리적, 전기적 및 열적 특성을 갖고 있어 섬유, 전기전자, 정보통신, 에너지, 바이오, 우주항공 등 폭넓은 분야에서 응용가능성이 제시되고 있다. 탄소나노튜브는 튜브형상을 이루는 벽의 수에 따라 단일벽(Single-walled, SWNT), 이중벽(Double-walled, DWNT), 다중벽(Multi-walled, MWNT)으로 구분할 수 있다.
기술개발을 통해 제시된 탄소나노튜브의 분산방법에는 어떤 것들이 있는가? 고분자 매트릭스에 나노튜브가 완벽히 분산되지 않을 경우 나노튜브의 성능발현이 충분하지 못하게 되기 때문에 최근 탄소나노튜브의 분산방법이 학계를 중심으로 많이 제시되고 있으며, 분산방법을 기초수준에서 실제공정수준에 이르기까지 이를 해결하고자 하는 기술개발이 많이 진행되고 있다. 초음파처리에 의해 탄소나노튜브의 절단, 산처리 된 탄소나노튜브의 외부 표면에 기능화를 통한 정전기적 분산, 각종 용매, 계면활성제, 폴리머 물질을 이용한 분산 등 많은 방법이 보고 되고 있다2). 기계적 분산에는 초음파 처리, 볼밀링에 의한 분산, 연마와 마찰, 높은 전단력에 의한 분산 등이 있다. 이중 가장 많이 사용되는 방법은 알콜류와 같은 용매에 탄소나노튜브를 넣고 초음파 처리(Ultrasonication)하여 분산시키는 것이 가장 단순하면서도 일반적인 방법이다.
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참고문헌 (17)

  1. B. G. Min, Carbon Nanotubes and Fibers, Fiber Technol. Ind., 11, 224-233(2007). 

  2. Dispersion of Carbon Nanotube, KISTI, 2005. 

  3. P. J. Boul, J. Liu, E. T. Mickelson, C, B. Huffman, L. M. Ericson, I. W. Chiang, K. A. Smith, D. T. Colbert, R. H. Hauge, J. L. Margrave, and R. E. Smalley, Reversible Sidewall Functionalization of Bucky Tubes, Chem. Phys. Lett., 310, 367-372(1999). 

  4. J. Liu, M. J. Casavant, M. Cox, D. A. Walters, P. Boul, W. Lu, A. J. Rimberg, K. A. Smith, D. T. Colbert, and R. E. Smalley, Controlled Deposition of Individual Single-walled Carbon Nanotubes on Chemically Functionalized Templates, Chem. Phys. Lett., 303, 125-129(1999). 

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  6. J. Liu, A. G. Rinzler, H. J. Dai, J. H. Hafner, R. K. Bradley, P. J. Boul, A. Lu, T. Iverson, K. Shelimov, C. B. Huffman, F. RodriguezMacias, Y. S. Shon, T. R. Lee, D. T. Colbert, and R. E. Smalley, Fullerene Pipes, Science, 280, 1253-1256(1998). 

  7. V. Krstic, G. S. Duesberg, J. Muster, M. Burghard, and S. Roth, Langmuir-Blodgett Films of Matrix-diluted Single-walled Carbon Nanotubes, Chem. Mater., 10, 2338-2340(1998). 

  8. G. S. Duesberg, J. Muster, V. Krstic, M. Burghard, and S. Roth, Chromatographic Size Separation of Single-wall Carbon Nanotubes, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process, A67, 117- 119(1998). 

  9. M. S. P. Shaffer, X. Fan, and A. H. Windle, Dispersion and Packing of Carbon Nanotubes, Carbon, 36, 1603-1612(1998). 

  10. M. S. P. Shaffer, X. Fan, and A. H.Windle, Analogies between Polymer Solutions and Carbon Nanotube Dispersions, Macromoleculues, 32, 6864-6866(1999). 

  11. P. Potschke, T. G. D. Fornes, and D. R. Paul, Rheological Behavior of Multiwalled Carbon Nanotube/polycarbonate Composite, Polymer, 43, 3247-3255(2002). 

  12. S. H. Kim, X. Wang, S. C. Lee, and B. G. Min, Rhelogical Properties and Eletrospinning of PVA/CNT Aqueous Solution, J. Korean Fiber Soc., 43, 251-256(2006). 

  13. T. Saito, K. Matsushige, and K. Tanaka, Chemical Treatment and Modification of Multi-Walled Carbon Nanotubes, Physica B, 323, 280-283(2002). 

  14. A. Chatterjee and B. L. Deopura, Carbon Nanotubes and Nanofiber: An Overview, Fibers and Polymers, 3, 134-139(2002). 

  15. Y. Qin, J. Shi. Wu, X. Li, Z. X. Guo, and D. Zhu, Concise Route to Functionalized Carbon Nanotubes, J. Phys. Chem. B, 107, 12899- 12901(2002). 

  16. A. Hirsch, Functionalization of Singled-Walled Carbon Nanotubes, Angew. Chem. Int. Ed., 41, 11-18(2002). 

  17. I. W. Chiang, B. E. Brinson, R. E. Smalley, J. L. Margrave, and R. H. Hauge, Purification and Characterization of Single-Wall Carbon Nanotubes, J. Phys. Chem. B, 105, 1157- 1161(2001). 

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