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TIO2-코팅 탄소나노튜브를 이용한 고분자 복합재료의 제조방법

전문가 제언: ○ 탄소나노튜브(CNT)는 자체의 독특한 기하학적 구조형태에 따라 탁월한 전기적, 물리적 특성을 가지기 때문에 여러 분야에서 응용연구가 활발하게 진행되고 있다. 단일벽 CNT의 최초 상업적으로 인정받은 용도는 고분자 복합재료의 전도성 배합제이다. 그러나 일반적으로 합성되는 CNT는 그 표면상태가 불안정하여 다른 재료와 복합할 때 응집되기 때문에 CNT 특유의 기능을 발휘하지 못하는 문제가 발생한다.

○ 지금까지 CNT-고분자 복합재료의 제조방법으로는 제자리 중합공정, 용액 배합공정, 용융 배합공정 등이 이용되었지만 이러한 방법으로 제조된 CNT-고분자 복합재료는 높은 저항 값을 가지는 경향이 있을 뿐만 아니라 CNT 중에 상대적으로 전기전도도가 낮은 그물구조가 형성되는 문제점이 있다. 따라서 CNT의 우수한 특성이 손상되지 않도록 매트릭스 중에 CNT가 잘 분산되어 조직화된 CNT-고분자 복합재료 제조방법의 개발이 요구된다.

○ 발명(US 2008/0242785 A1)에서는 산을 사용하지 않고 탄소나노튜브와 고분자와의 친화성을 향상시키기 위해 TiO2를 이용하여 CNT 표면을 개질하는 방법을 사용한다. 또한 복합재료의 기계적 강도를 증강시키기 위한 TiO2-코팅 CNT를 함유한 고분자 예비성형물(prepreg)의 합성방법을 제공하였다. 개질된 TiO2-코팅 CNT는 고분자 중에 용이하게 분산 또는 용해되기 때문에 고분자 매트릭스에 첨가함으로써 기계적 강도가 우수한 복합재료를 제조하는 것이 가능하다.

○ 현재 CNT의 응용개발은 대체로 CNT의 높은 전기전도도, 기계적 특성, 높은 비표면적 등을 이용하는 분야로 전개되고 있다. 그러나 지금까지의 CNT 합성기술은 금속 또는 반도체 특성을 가진 CNT들을 완벽하게 분리할 수 없을 뿐만 아니라 CNT가 다발로 응집되는 것을 방지하지 못하는 기술수준이다. 향후 CNT가 고분자재료의 강화재로 응용되기 위해서는 우선적으로 해결해야 할 과제로서 CNT의 순도 향상과 양산체제 구축, 응집 현상의 방지 및 고분산화 기술의 확립, CNT와 고분자간의 치밀한 결합과 CNT의 배향기술 등이 확립되어야 한다.

저자: National Tsing Hua University
자료유형: 특허정보