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계면활성제 수용액과 용융 고분자에서의 탄소나노튜브 분산성의 상관관계

전문가 제언: ○ 탄소나노튜브(CNT)는 구리보다 1000배의 전류밀도, 강철보다 강한 기계적 강도, 금강석보다 높은 열전도도 등의 경이로운 특성에 의해 합성기술 및 응용기술이 놀랍게 발전하고 있다. 정전기제거(EDS)를 비롯한 전자산업, 자동차산업 등에의 응용은 가장 실용화에 앞서고 있다.

○ CNT는 튜브 벽의 수에 따라 단일벽 탄소나노튜브(SWNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)로 크게 나눌 수 있으며 SWNT는 금속성과 반도체성의 두 성질을 갖고 있다. 고분자와의 복합체로는 기계적 강도가 높으며 경제성 있는 금속성의 MWNT가 대부분 사용되지만 나노크기에 따른 응집현상을 막고 고분자 매트릭스에 균일 분산시키는 것이 과제였다.

○ CNT의 균일분산에는 계면 상호작용이나 적심작용을 강화시킬 필요가 있어 전처리가 필요하였다. 이에는 화학적, 전기화학적 그리고 플라스마처리 등이 이용되었다. 용매, 계면활성제, 산처리, 전해질, 라텍스 고분자 그리고 단량체 단계에서 제자리 중합에 의한 고분자 등이 이용되고 있다. 초음파 사용은 액상혼합에서 기본 기술이다. 최근 균일한 품질을 위해 높은 전단력을 이용한 압출기술에 의한 직접용융 혼련분산이 상용화에 근접하고 있다. 수지로는 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 등이 이용되고 있다.

○ 본문에서 독일의 Leibniz 대학의 P. Poetske 등은 시간과 경제적 비용이 들어가는 용융실험 전에 여러 MWNT의 예비선정 등에 계면활성제 함유 분산수용액의 침전속도 조사가 적합함을 소개하였다. 이 조사에는 본래 육안 이용법, 중력하의 다양한 분석법(현미경, 흡광도, 전도성 측정) 등이 있으나 고속 원심력을 이용한 LUM 분산 안정성 분석법을 본문은 소개하고 있다. 시간과 장소에 따른 흡광프로파일(STEP)법에 따른 나일론 66에서 여러 회사의 여러 MWNT의 분산안정성이 비교 소개되었다.

○ 고분자내 종횡비가 높고 고전도성의 CNT 함량이 증가되면 절연체가 전도체로 바뀌는 최소 농도인 통전 개시점(Percolation threshold)이 카본블랙에서보다 크게 저하한다. PE의 통전개시 농도 7.5중량%가 가장 높은 편에 속하여 CNT의 고분자내 분산으로 용융혼합법이 유망하다.

저자: Beate Krause et al
자료유형: 학술정보