KR101467303B1 - 탄소나노튜브의 연속 분산 장치 - Google Patents

Abstract

본원은, 탄소나노튜브의 연속 분산 장치에 관한 것으로서, 구체적으로, 자기장을 이용한 탄소나노튜브 응집체 입도 분리 장치를 사용하는 탄소나노튜브 연속 분산 장치에 관한 것이다.

Description

탄소나노튜브의 연속 분산 장치 {CONTINUOUS DISPERSION DEVICE OF CARBON NANOTUBE}

본원은, 탄소나노튜브의 연속 분산 장치에 관한 것으로서, 구체적으로, 자기장을 이용한 탄소나노튜브 응집체 입도 분리 장치를 사용하는 탄소나노튜브 연속 분산 장치에 관한 것이다.

탄소나노튜브 (Carbon Nanotube: CNT)는 탄소 원자들이 육각형 벌집 무늬로 결합되어 결과적으로 원통형 구조를 이루고 있는 물질로서, 탄소 원자가 sp² 결합을 이루고 있어 통상적인 물질에서 찾기 어려운 특유의 물성을 가진다. 따라서, 이러한 탄소나노튜브와 관련하여 특유의 전기적 특성, 강도, 복원성, 및 열전도성 등의 우수한 물성을 이용하기 위한 다양한 응용 기술이 개발되고 있는 실정이다.

그러나, 일반적으로 단일벽 탄소나노튜브는 구성 원자가 모두 표면 원자이므로 탄소나노튜브 간의 반데르발스힘에 의한 응집이 발생하기 쉽고, 복수개의 탄소나노튜브로 이루어지는 번들 (bundle) 또는 응집체 (agglomerate) 구조로 형성되어 있는 경우가 많으며, 다중벽 탄소나노튜브 역시 서로 그물처럼 얽힌 상태로 커다란 응집체를 이루는 것이 일반적이다.

종래에는 용액 중에 탄소나노튜브를 분산시키는 방법으로, 초음파 처리 등의 물리적 분산 처리 방법이 제안된 바 있다. 이러한 물리적 분산 처리 방법은 아세톤에 단일벽 탄소나노튜브 응집체를 넣고 초음파 처리를 통하여 상기 탄소나노튜브를 아세톤, N-메틸-피롤리돈 (NMP), 또는 메틸-에틸 케톤 (MEK) 중에 분산시키는 방법; 또는, 상기 초음파 처리에 부가하여 계면활성제 등의 물질을 용매에 첨가하여 탄소나노튜브의 친수성을 높이는 방법 등을 포함한다. 대한민국 공개특허 제2010-0051927호는 탄소나노튜브의 분산이 가능한 통합형 분쇄·분산시스템을 개시하고 있다. 그러나, 이와 같은 종래의 탄소나노튜브 분산 방법은 탄소나노튜브의 분산 효과가 미미할 뿐만 아니라 탄소나노튜브에 외적 손상이 발생할 우려가 있다.

또한, 기존의 자기장을 이용한 특정 탄소나노튜브의 회수 및 분리 기술은 탄소나노튜브 응집체로부터 분산된 탄소나노튜브를 회수하는 것이 목적이 아니라 금속 불순물이 제거된 탄소나노튜브를 자기장을 이용하여 분리하는 기술이거나 또는, 자기장에 반응하는 반도체성 또는 금속성 탄소나노튜브만을 선택적으로 분리하는 것이 주목적이었다.

잠재적 시장성이 큰 탄소나노튜브의 복합체를 제조하기 위해서는 최소한의 탄소 소재를 사용해서 뛰어난 기계적 물성 또는 전기 전도성을 확보해야 하는데, 이때 소재의 분산 정도가 무엇보다 중요한 포인트가 된다. 또한 탄소나노튜브의 고효율 분산 기술은 기타 전도성 고분자, 전도성 전자페인트 (e-paint), 전자파 흡수재, 테니스 채 또는 경주용 자전거와 같은 레포츠 용품 분야에도 적용되어 한층 높은 부가가치를 창출할 수 있을 것으로 기대된다.

본원은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 탄소나노튜브의 연속 분산 장치를 제공하고자 한다.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 기술한 과제로 제한되지 않으며, 기술되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본원은, 자성입자가 부착된 탄소나노튜브의 응집체 혼합액을 투입하여 분산시키는 분산부; 상기 분산부에 자기장을 인가하여, 상기 탄소나노튜브 응집체 혼합액을 분산시키기 위한 분산용 전자석; 상기 분산부에서 자기장에 의하여 분산이 이루어진 탄소나노튜브 혼합액이 유입되는, 입도 분리용 전자석이 구비된 입도 분리부; 상기 입도 분리부로부터 회수된, 분산된 탄소나노튜브를 포함하는 용액을 분리·수득하기 위한 이송용 연동펌프; 및, 상기 분산부에 연결되며, 상기 입도 분리부로부터 회수된 탄소나노튜브를 포함하는 혼합액을 이송시키는 연동펌프를 포함하는, 탄소나노튜브의 연속 분산 장치를 제공한다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원은 자기장을 이용한 연속식 순환 공정을 구현함으로써 대량의 탄소나노튜브를 고효율로 분산시킬 수 있는, 탄소나노튜브의 연속 분산 장치를 제공할 수 있다. 특히, 본원은 형태상 서로 그물처럼 얽혀 있는 탄소나노튜브를 고분자나 용매에 혼합하고 자기장에 물리적으로 반응하는 자성입자를 부착시키는 과정 및 탄소나노튜브에 손상을 주지 않으면서 효율이 높은 자기장을 이용한 분산 방법을 연속식으로 구현하였으며, 이는 기존의 분산 기술에서 이루지 못했던 얽혀져 있는 (entangle) 탄소나노튜브의 대량 분산 기술 개발에 이용될 수 있다. 본원의 연속 분산 장치를 산업화시킬 경우, 매우 단순한 구조로서 인력의 투입 없이 연속적이고 안정적인 분리가 가능하므로 경제적으로도 유리하다.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 연속 분산 장치의 개략도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 연속 분산 장치의 실제 배치 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, "탄소나노튜브 응집체"란, 하나 이상의 탄소나노튜브가 번들 또는 응집체 형상으로 응집되어 있는 형태를 포괄하는 의미로 사용된 것으로서, 본원에 따른 탄소나노튜브의 분산 방법에 따라 분산시킬 필요성이 있는 응집 형태의 탄소나노튜브를 모두 포함할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원은 하기를 포함하는 탄소나노튜브의 연속 분산 장치를 제공한다:

자성입자가 부착된 탄소나노튜브의 응집체 혼합액을 투입하여 분산시키는 분산부; 상기 분산부에 자기장을 인가하여, 상기 탄소나노튜브 응집체 혼합액을 분산시키기 위한 분산용 전자석; 상기 분산부에서 자기장에 의하여 분산이 이루어진 탄소나노튜브 혼합액이 유입되는, 입도 분리용 전자석이 구비된 입도 분리부; 상기 입도 분리부로부터 회수된, 분산된 탄소나노튜브를 포함하는 용액을 분리·수득하기 위한 이송용 연동펌프; 및, 상기 분산부에 연결되며, 상기 입도 분리부로부터 회수된 탄소나노튜브를 포함하는 혼합액을 이송시키는 연동펌프를 포함하는, 탄소나노튜브의 연속 분산 장치.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 연속식 분산 장치의 개략도이다.

먼저, 탄소나노튜브 응집체, 자성입자, 분산제 등을 혼합하여 상기 탄소나노튜브 응집체의 표면에 자성입자가 부착된 탄소나노튜브 응집체 혼합액을 형성시킨 후, 상기 분산부 (100)에 주입하고, 상기 분산부 (100)에서 분산용 전자석 (300)을 이용하여 분산 공정을 수행한다. 이때, 상기 분산용 전자석 (300)은 상기 자성입자가 부착된 탄소나노튜브 응집체 혼합액을 자기력을 통해 개별의 탄소나노튜브로 분산시키기 위한 것이다. 상기 분산 공정을 거친, 상기 분산이 이루어진 탄소나노튜브 혼합액을 입도 분리부 (200)에 투입시켜 자기장을 반복적으로 인가하면 탄소나노튜브 혼합액이 작은 입도로 분산되고 최종적으로는 개별의 탄소나노튜브로 분산된다. 이때, 분산이 완료된 탄소나노튜브를 포함하는 용액은 따로 회수해야하고, 아직 입도가 큰 탄소나노튜브를 포함하는 혼합액은 지속적으로 자기장에 노출시켜 분산을 유도한다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분산부 또는 상기 입도 분리부의 내부 온도를 조절하는 온도 제어부를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 분산부 (100) 또는 상기 입도 분리부 (200)에서 수행되는 분산 공정은 약 10℃ 내지 약 200℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 입도 분리부 (200)는 하기를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다:

자기장의 영향을 받지 않는 용기; 상기 용기의 상부에 배치되고, 상기 분산이 이루어진 탄소나노튜브 혼합액이 유입되는 투입부; 상기 투입부에 대향되어 상기 용기의 하부에 배치되고, 상기 분산된 탄소나노튜브를 포함하는 용액을 분리·수득하는 제 1 회수부; 상기 투입부에 대향되어 상기 용기의 하부에 배치되고, 상기 탄소나노튜브를 포함하는 혼합액을 회수하는 제 2 회수부; 및, 상기 용기의 일측 외부벽면에 배치되는 상기 입도 분리용 전자석.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용기는 유리, 석영, 금속 산화물, 세라믹, 고분자, 고분자 복합소재, 카본소재, 암석, 또는 자기장에서 자화되는 금속을 제외한 금속-함유 재료를 이용하여 제조된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 용기는 자기장에 영향을 받지 않는 재질로 제조된 것이면 제한 없이 사용할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 회수부 (220)는 상기 입도 분리용 전자석 (240)에 대향되도록 배치되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 분산부에서 형성된 상기 분산이 이루어진 탄소나노튜브 혼합액이 상기 용기의 상부에 배치된 투입부 (210)를 통해 상기 입도 분리부 (200)로 유입되면, 입도 분리용 전자석 (240)에 따른 자기장에 의해 작은 입도로 분산되며 개별의 탄소나노튜브로 분산이 이루어진다. 이때, 개별 탄소나노튜브로 분산이 완료된 상기 분산된 탄소나노튜브를 포함하는 용액은 그의 점도와 항력에 의해 자기장에 영향을 거의 받지 않으므로, 상기 입도 분리용 전자석 (240)에 대향되도록 배치되어 있는, 상기 제 1 회수부 (220)를 통해 배출시켜 회수할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 입도 분리부 (200)는 상기 자기장에 영향을 받지 않는 용기를 한 개 이상 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 처음에, 상기 입도 분리부 용기 (250)에서 상기 제 1 회수부 (220)를 통해 회수된, 상기 분산된 탄소나노튜브를 포함하는 용액이 한 개 이상의 추가로 배치된 또 다른 입도 분리부 용기에 유입되면, 다시 전자석에 의해 분산되며, 혹시라도 함께 유입되어 들어올 수 있는 탄소나노튜브를 포함하는 혼합액을 자기장으로 끌어당겨 더욱 순도가 높은 개별의 탄소나노튜브만을 포집부 (600)로 회수할 수 있다. 이때, 자기장에 이끌린 상기 탄소나노튜브를 포함하는 혼합액은 상기 용기의 제 2 회수부 (230)를 통해 배출될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분산용 전자석 및 상기 입도 분리용 전자석에 자기장을 인가하는 자기장 인가 장치를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 분산용 전자석의 자기장 인가 장치 (360)는 상기 분산부 (100)에; 상기 입도 분리용 전자석의 자기장 인가 장치 (350)는 상기 입도 분리부 (200)에, 각각 일정한 세기의 자기장을 인가하여 상기 분산부 또는 상기 입도 분리부에 수용되어 있는 자성입자가 부착된 상기 탄소나노튜브 응집체 혼합액 또는 상기 분산이 이루어진 탄소나노튜브 혼합액에 일정한 크기의 전단응력이 작용하도록 기능한다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분산용 전자석 및 상기 입도 분리용 전자석은 전자석을 각각 두 개 이상 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분산용 전자석 및 상기 입도 분리용 전자석은 각각의 두 개 이상의 전자석에 교대로 자기장이 인가되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 분산부에서는 두 개 이상 배치된 상기 분산용 전자석 (300)에 의해 상기 혼합액 속에 포함되어 있는 자성입자가 부착된 탄소나노튜브 응집체 혼합액 및 추가 포함되는 분산제를 고르게 분산시킬 수 있다. 또한, 상기 입도 분리부에서 상기 입도 분리용 전자석 (240)은 각각 두 개 이상 정렬되어 배치되고, 여기에 교대로 자기장이 인가되면, 입도가 큰 탄소나노튜브 혼합액은 먼저 위쪽 전자석의 자기장에 의해 일측 벽면으로 붙게 되고 이 자기장이 사라지면 바로 직하하여 자기장이 인가된 다음 전자석 쪽으로 이동하며 가라앉는 과정이 진행된다. 따라서, 배치된 전자석의 수만큼 추가의 분산이 진행되어 더 작은 입도로 분산될 수 있으며, 결국 개별의 탄소나노튜브로 분산될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 자기장 인가 장치에 전력을 공급하는 전력 공급부를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 자기장 인가 장치에서 인가되는 자기장의 세기는 약 0.05 T 내지 약 20 T인 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 입도 분리부에, 인가되는 자기장의 세기는 특별히 제한되는 것은 아니고, 상기 자성입자가 자기장의 방향에 따라 정렬되어 탄소나노튜브 혼합액을 분산시킬 수 있을 정도의 전단응력을 발생시킬 수 있는 정도이면 족하다. 예를 들어, 상기 자기장의 세기는 약 0.05 T 내지 약 20 T, 약 0.1 T 내지 약 20 T, 약 0.5 T 내지 약 20 T, 약 1 T 내지 약 20 T, 약 5 T 내지 약 20 T, 약 10 T 내지 약 20 T, 약 15 T 내지 약 20 T, 약 0.05 T 내지 약 15 T, 약 0.05 T 내지 약 10 T, 약 0.05 T 내지 약 5 T, 약 0.05 T 내지 약 1 T, 약 0.05 T 내지 약 0.5 T, 약 0.05 T 내지 약 0.1 T, 또는 약 1 T 내지 약 10 T일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 이때, 상기 탄소나노튜브 응집체 분산용 전자석 (300)의 자기장의 세기가 약 0.05 T 미만인 경우, 혼합물 내에 함유되어 있는 자성입자에 가해지는 자기장의 영향이 약해서 분산이 잘 이루어지지 않을 우려가 있으며, 약 20 T를 초과하는 경우, 자성입자의 급격한 움직임에 따라 탄소나노튜브가 손상될 우려가 있다. 상기 자기장의 인가 시간은, 본원의 목적에 따라 자성입자를 자기장의 방향으로 정렬시킴으로써 탄소나노튜브 응집체를 분산시킬 수 있을 정도의 시간 동안 자기장을 인가하면 족하고, 그 범위가 특별히 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분산된 탄소나노튜브를 포함하는 용액을 회수하는 포집부 (600)를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 분산이 이루어진 탄소나노튜브 혼합액으로부터 개별의 탄소나노튜브로 분산이 완료된 탄소나노튜브는 상기 분산된 탄소나노튜브를 포함하는 용액의 분리·수득을 위한 연동펌프 (500)에 의해 이송되며 자동으로 포집부 (600)로 회수될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브를 포함하는 혼합액이 상기 분산부로 재투입되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본원의 연속 분산 장치가 두 개의 입도 분리부 용기 (250)를 포함하는 경우, 첫 번째 입도 분리부 용기의 제 2 회수부 (230)를 통해 회수된 상기 탄소나노튜브를 포함하는 혼합액, 및 상기 첫 번째 입도 분리부 용기와 연결된 두 번째 입도 분리부 용기의 제 2 회수부를 통해 회수된 탄소나노튜브 응집체를 포함하는 혼합액은 상기 분산부 (100)로 재투입되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 입도 분리부 (200)에 구비된 상기 입도 분리용 전자석 (240)에 자기장이 인가되면, 상기 탄소나노튜브를 포함하는 혼합액은 자기장의 인력 작용에 의해 전자석이 배치된 쪽 벽면에 붙었다가, 자기장이 사라지면서 바로 직하하여 상기 제 2 회수부로 배출될 수 있다. 이때, 배출된 탄소나노튜브를 포함하는 혼합액은 상기 탄소나노튜브를 포함하는 혼합액의 이송을 위한 연동펌프 (400)에 의해 상기 분산부로 이송되고 다시 연속적으로 분산 과정을 거듭 거칠 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 자성입자는 전이 금속 또는 전이 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 자성입자는 자성을 가지는 전이 금속 또는 전이 금속 산화물로서, 자기장에 반응하여 자기장이 형성된 방향으로 정렬될 수 있는 물질은 모두 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 전이 금속은 철, 코발트, 니켈, 크롬, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 자성입자는 이 분야에서 공지된 다양한 형태의 페라이트를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 산화철, 코발트, 니켈, 산화크롬 등을 단독 또는 2 종 이상 포함하는 페라이트를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 자성입자가 부착된 탄소나노튜브 응집체 혼합액을 탄소나노튜브 응집체 약 1 중량부에 대하여, 상기 자성입자를 약 0.1 중량부 내지 약 20 중량부를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소나노튜브 응집체 혼합액은, 상기 탄소나노튜브 응집체 1 중량부에 대하여, 상기 자성입자를 약 0.1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.5 중량부 내지 약 20 중량부, 약 1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 2 중량부 내지 약 20 중량부, 약 5 중량부 내지 약 20 중량부, 약 10 중량부 내지 약 20 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 10 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 5 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 2 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 1 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 0.5 중량부, 또는 약 2 중량부 내지 약 5 중량부를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분산부에 투입되는 상기 자성입자가 부착된 탄소나노튜브의 응집체 혼합액은 하나 이상의 분산제를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 분산제는 탄소나노튜브 응집체 및 자성입자와 혼합되어 상기 자성입자가 자기장의 인가에 따라 자기장의 방향으로 정렬되는 경우에 생성되는 전단응력 (shear stress)을 통하여 탄소나노튜브 응집체를 분산시키는 역할을 한다. 상기 분산제는 특별히 제한되지 않을 수 있으며, 상기 탄소나노튜브 응집체를 분산시키기 위하여 일정한 점도를 가지는 분산제로서 사용될 수 있는 모든 물질을 포함할 수 있다. 상기 분산제는 물 또는 알코올 등의 용매 및 유기용제, 점도 조절이 가능한 고분자 수지, 및 가소제 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 분산제는 물, 유기용제, 에폭시 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 우레탄 수지, 아미드 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 천연 유지, 프탈산 에스테르, 말레인산 에스테르, 아디프산 에스테르, 트리멜리트산 에스테르, 인산 에스테르, 폴리에스테르, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 분산제는, 예를 들어, 물; 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 디메틸포름아미드 (DMF), 아세톤, N-메틸-피롤리돈 (NMP), 및 메틸-에틸 케톤 (MEK); 에폭시 수지; 우레아 수지; 멜라민 수지; 페놀 수지; 우레탄 수지; 아미드 수지; 아크릴 수지; 실리콘 수지; 트리글리세라이드; 디-2-에틸헥실프탈레이트 (DOP), 디부틸프탈레이트 (DBP), 디헥실프탈레이트 (DHP), 디이소노닐프탈레이트 (DINP), 및 디이소데실프탈레이트 (DIDP); 디옥틸말레이트; 디옥틸아디페이트; 트리에틸헥실트리멜리테이트 (TOTM), 트리이소노닐트리멜리테이트 (TINTM), 트리이소데실트리멜리테이트 (TIDTM); 지방족 알코올 또는 방향족 알코올의 인산 에스테르; 염소화 폴리에스테르; 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 분산제는 물, 알코올, 케톤 및 방향족 탄화수소 등과 같은 점도 조절제를 추가적으로 포함하여 분산에 용이한 점도로 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 분산제로 수용성 고분자가 사용되는 경우, 물 또는 알코올 등과 같은 점도 조절제가 첨가될 수 있으며, 상기 분산제로서 일반 고분자가 사용되는 경우 방향족 탄화수소 또는 케톤 등과 같은 점도 조절제가 첨가될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 점도 조절제는 분산제 내에 혼합되어 있는 자성입자가 자기장 인가에 반응하여 이동할 수 있을 정도의 점도로 혼합액의 점도를 조절하는 역할을 한다.

상기 분산제의 함량도 특별히 제한되지 않을 수 있지만, 예를 들어, 탄소나노튜브 응집체 약 1 중량부에 대하여 상기 분산제는 약 10 중량부 내지 약 1,000 중량부, 약 15 중량부 내지 약 1,000 중량부, 약 20 중량부 내지 약 1,000 중량부, 약 30 중량부 내지 약 1,000 중량부, 약 40 중량부 내지 약 1,000 중량부, 약 50 중량부 내지 약 1,000 중량부, 약 100 중량부 내지 약 1,000 중량부, 약 300 중량부 내지 약 1,000 중량부, 약 500 중량부 내지 약 1,000 중량부, 약 800 중량부 내지 약 1,000 중량부, 약 10 중량부 내지 약 800 중량부, 약 10 중량부 내지 약 500 중량부, 약 10 중량부 내지 약 300 중량부, 약 10 중량부 내지 약 100 중량부, 약 10 중량부 내지 약 50 중량부, 약 10 중량부 내지 약 40 중량부, 약 10 중량부 내지 약 30 중량부, 약 10 중량부 내지 약 20 중량부, 약 10 중량부 내지 약 15 중량부, 또는 약 20 중량부 내지 약 50 중량부의 양으로 함유될 수 있다.

이하, 실시예 및 도면을 이용하여 본원을 좀더 구체적으로 설명하지만, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.

[ 실시예 ]

도 2는 본 실시예에 따른 연속 분산 장치의 실제 배치 사진이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 상기 연속 분산 장치를 설치하고 하기와 같이 탄소나노튜브 분산 실험을 수행하였다.

탄소나노튜브와 자성입자 사이의 부착은 2005 년 Stoffelbach 등에 의해 실시된 라디칼 개시제 부착법이 이용되었다. 4,4'-아조비스(4-시아노발레르산) [4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid)] 1.5 g이 녹아있는 증류수 100 mL에 마그네타이트 자성입자를 다중벽 탄소나노튜브 (MWNTs) 대비, 각각 3 배, 4 배, 5 배, 6 배, 7 배, 및 8 배의 중량 비율로 넣고 80℃에서 10 시간 동안 질소 가스를 주입하여 탄소나노튜브의 표면에 자성입자를 부착시켰다. 탄소나노튜브 응집체와 자성입자가 1:3의 중량비로 부착된 탄소나노튜브-마그네타이트 결합체에 용매의 일종인 NMP (N-methyl-pyrrolidone)를 탄소나노튜브 응집체 무게 대비 10 배의 중량 비율로 첨가한 후, 분산부 (100)에서 분산시키고, 분산된 탄소나노튜브-마그네타이트 결합체 혼합액을 입도 분리부로 이송시켰다. 상기 혼합액이 이송된 입도 분리부에 1 T의 자기장을 2 초 간격으로 8 시간 동안 인가하여 탄소나노튜브를 분산시키고, 분산이 완료된 탄소나노튜브를 포함하는 용액을 포집부로 회수하였다.

[ 실험예 ]

실시예에서 수득된, 분산이 완료된 탄소나노튜브를 포함하는 용액을 글라스 기판 위에 스프레이 도장한 후, SEM 이미지를 찍어 탄소나노튜브가 분산된 정도를 확인해보았다. 그 결과, 탄소나노튜브 응집체들의 분산이 잘 이루어진 것을 확인할 수 있었다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 분산부
200: 입도 분리부
210: 용기의 투입부
220: 용기의 제 1 회수부
230: 용기의 제 2 회수부
240: 입도 분리용 전자석
250: 용기 본체
300: 분산용 전자석
350: 입도 분리용 전자석의 자기장 인가 장치
360: 분산용 전자석의 자기장 인가 장치
400: 탄소나노튜브를 포함하는 혼합액의 이송을 위한 연동펌프
500: 분산된 탄소나노튜브를 포함하는 용액의 분리·수득을 위한 연동펌프
600: 포집부

Claims (2)

1. 자성입자가 부착된 탄소나노튜브의 응집체 혼합액을 투입하여 분산시키는 분산부;
   상기 분산부에 자기장을 인가하여, 상기 탄소나노튜브 응집체 혼합액을 분산시키기 위한 분산용 전자석;
   상기 분산부에서 자기장에 의하여 분산이 이루어진 탄소나노튜브 혼합액이 유입되는, 입도 분리용 전자석이 구비된 입도 분리부;
   상기 입도 분리부로부터 회수된, 분산된 탄소나노튜브를 포함하는 용액을 분리·수득하기 위한 이송용 연동펌프; 및,
   상기 분산부에 연결되며, 상기 입도 분리부로부터 회수된 탄소나노튜브를 포함하는 혼합액을 이송시키는 연동펌프를 포함하며,
   상기 분산용 전자석 및 상기 입도 분리용 전자석은 전자석을 각각 두 개 이상 포함하는 것인,
   탄소나노튜브의 연속 분산 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 분산용 전자석 및 상기 입도 분리용 전자석은 각각의 두 개 이상의 전자석에 교대로 자기장이 인가되는 것을 포함하는 것인, 탄소나노튜브의 연속 분산 장치.

Images