特許 6021946 カーボンナノ素材のペレットの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6021946

(24)【登録日】2016年10月14日

(45)【発行日】2016年11月9日

(54)【発明の名称】カーボンナノ素材のペレットの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 31/02 20060101AFI20161027BHJP

   C08L 101/00 20060101ALI20161027BHJP

   C08K 3/04 20060101ALI20161027BHJP

   B29B 7/90 20060101ALI20161027BHJP

【ＦＩ】

   C01B31/02 101B

   C08L101/00

   C08K3/04

   B29B7/90

【請求項の数】3

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-556469(P2014-556469)

(86)(22)【出願日】2012年12月28日

(65)【公表番号】特表2015-509474(P2015-509474A)

(43)【公表日】2015年3月30日

(86)【国際出願番号】KR2012011754

(87)【国際公開番号】WO2013122323

(87)【国際公開日】20130822

【審査請求日】2014年10月21日

(31)【優先権主張番号】10-2012-0014514

(32)【優先日】2012年2月13日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】510092960

【氏名又は名称】コリア クンホ ペトロケミカル カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100102875

【弁理士】

【氏名又は名称】石島 茂男

(74)【代理人】

【識別番号】100106666

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 英樹

(72)【発明者】

【氏名】リュ サンヒョ

(72)【発明者】

【氏名】ジュ クゥオン

(72)【発明者】

【氏名】チョイ ナムスン

(72)【発明者】

【氏名】チョイ サンキュ

(72)【発明者】

【氏名】ジュン ミュンウック

(72)【発明者】

【氏名】ソン ユヒュン

(72)【発明者】

【氏名】ジャン ヨゥンチャン

【審査官】 塩谷 領大

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１８４８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８４８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８４８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１４２８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１２３２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ ３１／００−３１／３６

Ｂ２９Ｂ ７／９０

Ｃ０８Ｋ ３／０４

Ｃ０８Ｌ １０１／００

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

カーボンナノ素材粉末を、溶媒や添加剤に混合することなく、ロータリー打錠機に注入して１００〜７００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を加えてペレット直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬを有するペレットの形態に成形し、
前記カーボンナノ素材粉末は、平均粒径０．０５〜１００μｍ、見かけ密度０．０１〜０．２０ｇ／ｍＬ、及び安息角１０°〜７０°であることを特徴とするカーボンナノ素材のペレットの製造方法。

【請求項2】

ロータリー打錠機は、パンチサイズが１〜８ｍｍであるものを用い、ターンテーブルの回転速度は１０〜６０ｒｐｍにして成形することを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノ素材のペレットの製造方法。

【請求項3】

溶媒や添加剤を含んでおらず、直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬのペレットであり、前記ペレットは、平均粒径の大きさが０．０５〜１００μｍ、見かけ密度が０．０１〜０．２０ｇ／ｍＬ、安息角が１０°〜７０°であるカーボンナノ素材粉末が成形されたカーボンナノ素材のペレットと、熱可塑性樹脂として、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、非結晶性ポリエチレンテレフタレート、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート、シクロヘキサン変性ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルアミド、ポリアセタール、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリウレタン、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエン単量体、ポリ乳酸、液晶高分子、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリカーボネート／シクロヘキサン変性ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート／ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート／液晶高分子、ポリスルホン／変性ポリフェニレンオキシド、ポリプロピレン／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリ乳酸またはこれらの１つ以上の混合物から選択された高分子を用いてカーボンナノ素材／高分子複合素材を製造する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カーボンナノ素材のペレットとその製造方法に関するもので、より詳細には、カーボンナノ素材粉末を、溶媒や添加剤に混合することなく、ロータリー打錠機だけを用いて所定の大きさと高い見かけ密度を有するペレットを製造することで、簡単な製造工程で既存のカーボンナノ素材を粉末として高分子複合素材への適用時に生じる粉末の飛散問題を解決し、適用による物性の改善と包装費及び物流費を画期的に低減できるナノ素材のペレットと、カーボンナノ素材粉末からペレットを製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

カーボンナノ素材は、素材の形状に応じてフラーレン（Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）、カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ；ＣＮＴ）、グラフェン（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）、グラファイトナノプレート（Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｎａｎｏ Ｐｌａｔｅ）などがあり、この中、カーボンナノチューブは、１つの炭素原子が３つの他の炭素原子に結合した六角形のハニカム状の黒鉛面がナノサイズの直径をもって丸く巻かれており、大きさや形態によって独特の物理的性質を有する巨大分子である。カーボンナノチューブは、中空状で軽く、電気伝導度は銅と同じようで、熱伝導度はダイヤモンドに負けなく、引張力は鉄鋼に劣らない。巻かれている形態に応じて、単層壁カーボンナノチューブ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｗａｌｌｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ；ＳＷＣＮＴ）、多層壁カーボンナノチューブ（Ｍｕｌｔｉ−Ｗａｌｌｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ；ＭＷＣＮＴ）、ロープ型カーボンナノチューブ（Ｒｏｐｅ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）に分けられる。

【0003】

このようなカーボンナノチューブは、優秀な物理的特性によって、帯電防止用高分子複合素材、電磁波遮蔽用高分子複合素材、放熱高分子複合素材、及び高強度高分子複合素材などの様々な高分子複合素材のフィラーとして最も脚光を浴びており、カーボンナノチューブを用いた高分子複合素材を商用化するための様々な研究と開発が盛んである。

【0004】

しかし、多くの研究及び開発にもかかわらず、カーボンナノチューブを高分子複合素材に利用する場合、カーボンナノチューブ粉末の低い見かけ密度による飛散問題とそれによる人体有害性問題がある。

【0005】

また、カーボンナノチューブなどのナノ素材を活用するために、一般的にはカーボンナノ粉末と高分子ペレットを混合して使用するが、この際、カーボンナノ素材粉末を高分子ペレットと共に押出機に投入する場合、カーボンナノ素材粉末と高分子ペレットとの大きな密度差による層分離現象とそれによるカーボンナノ素材の分散問題が生じるため、カーボンナノ素材の大量使用に対する障害物になっている。それだけでなく、カーボンナノ素材メーカーとしては、粉末として製造されるカーボンナノ素材の低い見かけ密度によって増加する包装費及び物流費が負担になっている。

【0006】

現在、特許文献に開示しているカーボンナノ素材、特にカーボンナノチューブの見かけ密度を向上させる方法は次のような技術が挙げられる。

【0007】

特許文献１の「ナノカーボンを含む固形体の製造方法」によれば、ナノカーボン、金属（酸化物及びイオンを含む）、及び樹脂を含むナノカーボン固形体を開示している。しかし、この方法で製造されたナノカーボン固形体は、固形体の成形のための結合力を増加させるために金属及び樹脂を含んでおり、高分子複合素材に適用する場合にマトリックスとして用いた高分子とナノカーボン固形体に含まれている金属及び樹脂との反応性または相溶性によって高分子複合素材に使用できなくなるか、ナノカーボンの重要な物性発現が低下することもあるという困難があり、ナノカーボンと金属及び樹脂との混合、分離、成形、乾燥という様々な段階の製造工程が必要であるという問題がある。

【0008】

また、特許文献２の「ナノカーボン固形体の製造方法、これを用いたナノカーボン固形体、ナノカーボン分散液、ナノカーボン素材の製造方法」では、ナノカーボンの切断段階、ナノカーボンと分散剤及び溶媒を混合し、分散器で該ナノカーボンを分散するナノカーボンの分散段階、分散されたナノカーボン液に凝集剤をさらに添加してナノカーボンをスラッジ化するナノカーボンの凝集段階、ナノカーボンスラッジから液相成分を除去し、粉砕または破砕してナノカーボン粉末を製造するナノカーボンの粉末化段階、及びナノカーボン粉末を一定の形状に製作・乾燥して固形体を製造するナノカーボンの固形化段階を含むナノカーボン固形体の製造方法を開示する。しかし、この方法では、ナノカーボン固形体が金属及び樹脂を含んでいないとしても、製造過程で用いた分散剤及び凝集剤がナノカーボン固形体に残留することにより、高分子複合素材の製造に利用する場合に予測できなかった副作用を誘発する問題があり、この方法も様々な段階の製造工程が必要であるという問題がある。
また、御国色素株式会社の特許文献３の「カーボンナノチューブの造粒物及びその製造方法」では、カーボンナノチューブを、気液もしくは液液界面を利用して造粒することを特徴とするカーボンナノチューブ造粒物の製造方法であって、カーボンナノチューブ：溶剤の重量比率が１:３以上であることを特徴とするカーボンナノチューブ造粒物の製造方法を開示する。しかし、このような方法によるカーボンナノチューブの高密度化は、造粒物に微粒のカーボンナノチューブ粉末が含まれているため、飛散問題が解決できなく、製造工程に混合、脱気、及び乾燥の過程が必要であるため、大量生産には向いていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】韓国特許登録第１０−０９５５２９５号

【特許文献2】韓国特許公開第２０１１−００６５７０４号

【特許文献3】韓国特許公開第２０１０−００３８０９４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上述した従来技術の問題点、すなわちカーボンナノ素材粉末を固形化する過程中に添加される金属及び樹脂または分散剤の残留によって、高分子複合素材に利用する場合、所望しない添加物が入ってカーボンナノ素材の優れた物性が低下する問題と、カーボンナノ素材粉末の低い見かけ密度による飛散問題及びそれによる人体有害性問題、そして高分子ペレットと共に押出機に投入する時、カーボンナノ素材粉末と高分子ペレットの大きな密度差による層分離現象などを解決するために絶えず研究に努めた結果、カーボンナノ素材を所定の条件でペレット化すると、簡単な工程でこのような従来の深刻な問題を解決できるということを見出して本発明を完成した。
したがって、本発明は、上記問題を解決するために、溶媒や添加剤を含有することなく、包装及び物流条件に優れた所定の大きさと高い見かけ密度を有するカーボンナノ素材のペレットを提供することに目的がある。
また、本発明は、高分子複合素材に適用する場合、カーボンナノ素材粉末の固有物性がそのまま保たれるため、カーボンナノ素材の活用性を極大化できる炭素素材ペレットを提供することに目的がある。
また、本発明は、カーボンナノ素材粉末を簡単で経済的な工程でペレッと化するカーボンナノ素材のペレットの製造方法を提供することに目的がある。
また、本発明は、カーボンナノ素材粉末を、溶媒や添加剤に添加することなく、ペレッと化する方法を提供することに目的がある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上述した本発明の課題を解決するために、本発明は、カーボンナノ素材粉末を、溶媒や添加剤に混合することなく、ロータリー打錠機に注入して１００〜７００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を加えてペレット直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬを有するペレットの形態に成形し、前記カーボンナノ素材粉末は、平均粒径０．０５〜１００μｍ、見かけ密度０．０１〜０．２０ｇ／ｍＬ、及び安息角１０°〜７０°であることを特徴とするカーボンナノ素材のペレットの製造方法である。
また、本発明は、ロータリー打錠機は、パンチサイズが１〜８ｍｍであるものを用い、ターンテーブルの回転速度は１０〜６０ｒｐｍにして成形することを特徴とするカーボンナノ素材のペレットの製造方法である。
また、本発明は、溶媒や添加剤を含んでおらず、直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬのペレットであり、前記ペレットは、平均粒径の大きさが０．０５〜１００μｍ、見かけ密度が０．０１〜０．２０ｇ／ｍＬ、安息角が１０°〜７０°であるカーボンナノ素材粉末が成形されたカーボンナノ素材のペレットと、熱可塑性樹脂として、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、非結晶性ポリエチレンテレフタレート、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート、シクロヘキサン変性ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルアミド、ポリアセタール、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリウレタン、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエン単量体、ポリ乳酸、液晶高分子、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリカーボネート／シクロヘキサン変性ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート／ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート／液晶高分子、ポリスルホン／変性ポリフェニレンオキシド、ポリプロピレン／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリ乳酸またはこれらの１つ以上の混合物から選択された高分子を用いてカーボンナノ素材／高分子複合素材を製造する方法である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によるカーボンナノ素材のペレットには、溶媒や金属、樹脂、分散剤などのような添加剤が全く含まれていないため、高分子複合素材に所望しない添加剤による物性低下や人体有害性などの問題が生じないだけでなく、高分子との複合素材を製造する時、粉末をそのまま用いた場合と同じような効能が得られ、高分子ペレットとの層分離や物性低下の問題のない優れた効果がある。

【0013】

また、本発明のペレット製造方法を使用する場合、カーボンナノ素材粉末に溶媒や添加剤を全く使用することなく、単純に打錠機だけを使用してペレット化するため、製造工程が非常に簡単である。

【0014】

また、本発明により製造されたペレットを利用することによって、カーボンナノ素材粉末の使用による飛散問題と粉末の包装と物流条件を画期的に改善でき、製品の製造及び供給過程で経済的かつ衛生的な効果が得られる。

【0015】

よって、これら本発明の結果は、カーボンナノ素材粉末の使用を経済的に、かつ最も効果的に極大化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施例または比較例により製造されたカーボンナノ素材のペレットの実製品の多様な形態を示す写真である。

【図2】本発明の方法で製造されるカーボンナノ素材のペレットの典型的な形態を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明は一実施例を挙げて詳細に説明する。
本発明は、カーボンナノ素材成分以外に、何の溶媒や添加剤を含有することなく、ペレットの直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬであるカーボンナノ素材のペレットを特徴とする。
このような本発明のカーボンナノ素材のペレットは、カーボンナノ素材粉末をロータリー打錠機を用いてペレット形態に成形するペレット化方法で製造される。
特に、本発明では溶媒や添加剤を混合することなく、カーボンナノ素材粉末をそのままロータリー打錠機に注入して圧力を加えてペレット形態に成形する。
本発明で用いられるカーボンナノ素材は、カーボンナノチューブ、カーボンナノ繊維、グラフェン、及びグラファイトナノプレートから選択された何れか１つまたは２つ以上の混合物の形態にすることができるが、好ましくはカーボンナノチューブを用いる。

【0018】

このようなカーボンナノ素材粉末は、平均粒径０．０５〜１００μｍ、見かけ密度０．０１〜０．２０ｇ／ｍＬ、及び安息角１０°〜７０°の特性を持つものが好ましい。特に、平均粒径０．１〜８５μｍ、見かけ密度０．０１〜０．２０ｇ／ｍＬ、及び安息角２０°〜６０°の特性を持つものがさらに好ましい。このような粉末の条件から外れる場合はペレットが成形できなくなるか、ペレット化過程で成形不良が生じる虞がある。

【0019】

本発明に用いられるロータリー打錠機は、通常、医薬品または食品などのタブレット（ｔａｂｌｅｔ）などの製造に用いられる打錠機を用いることができる。
本発明のペレット化過程において、押着は、カーボンナノ素材粉末に加えられる圧力を１００〜７００ｋｇ／ｃｍ²の範囲に調節することが好ましく、さらに好ましくは３００〜５００ｋｇ／ｃｍ²の範囲が良い。その圧力が弱すぎるとペレットがつぶれやすくなり、強すぎるとペレット化は容易であるが、過度な圧力によりカーボンナノ素材のペレットを高分子複合素材の製造に使用する場合にカーボンナノ素材の物性が低下することがある。

【0020】

本発明のペレット化過程では、溶媒や添加剤を混合することなく、ロータリー打錠機のパンチサイズとターンテーブルの回転速度を適切に選択して所定の大きさと見かけ密度を有するペレットを製造する。このようなペレット形状は、図１及び図２に示すような円筒形に製造されるが、この際、好ましいペレットの形態はペレットの直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度は０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬに製造することが好ましく、さらに好ましくはペレットの直径２〜６ｍｍ、厚さが２〜５ｍｍ、見かけ密度０．１〜０．５ｇ／ｍＬである。直径が大きすぎると、カーボンナノ素材のペレットと高分子ペレットとの大きさの差による層分離が再び問題になり、小さすぎると、ロータリー打錠機を用いたペレットの製造時に生産性が低下して経済性に劣り、また、層分離問題も生じる。厚さが厚すぎる場合もカーボンナノ素材のペレットと高分子ペレットとの大きさの差による層分離が問題になり、薄すぎると、ペレットの製造時に成形性が悪くなり、ペレットがつぶれやすくなる。見かけ密度は、高分子複合素材に用いる場合に発現するカーボンナノ素材の物性とペレット化による包装及び物流に影響を与えるが、大きすぎると、高分子複合素材に適用時に物性が低下する問題があり、小さすぎると、ペレット化による包装費及び物流費の低減効果が低いため、カーボンナノ素材のペレット化による経済的利点がなくなる。その他、ペレット化に用いるカーボンナノ素材粉末の安息角は１０°〜７０°となるように製造することがロータリー打錠機を用いたペレットの成形に好ましい。

【0021】

このような本発明によるペレットを製造するために、ロータリー打錠機の適用条件は好ましくはパンチサイズが１〜８ｍｍ、好ましくは２〜６ｍｍであるものを用い、ターンテーブルの回転速度は１０〜６０ｒｐｍ、好ましくは２０〜５０ｒｐｍにすることがロータリー打錠機を用いたペレットの生産性及びペレットの直径、厚さ、見かけ密度などの特性の側面で適当である。

【0022】

このような本発明によるカーボンナノ素材粉末のペレット化工程は、別途の溶媒や樹脂または添加剤がカーボンナノ素材をペレット形状化するに不要であり、複雑でない簡単な工程でペレット化が可能となる。

【0023】

本発明により製造されたカーボンナノ素材のペレットは上述したように製造され、溶媒や添加剤などが全く含まれておらず、ペレットの直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬのカーボンナノ素材のペレット形態であり、好ましくはペレット化に用いたカーボンナノ素材粉末の安息角は１０°〜７０°である。この際、安息角はロータリー打錠機を用いたペレット化の側面で好ましい範囲である。

【0024】

本発明によれば、カーボンナノ素材はペレットの体積と見かけ密度が同じ条件を満足すると、図１の円筒形だけでなく、球形、楕円球形、楕円柱型、四角柱型、五角柱型、六角柱型、三角柱型、四面体などで製造されてもよい。
一方、本発明は、ペレットの直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬのカーボンナノ素材のペレットを用いてカーボンナノ素材／高分子複合素材を製造する方法を含み、このように製造されたカーボンナノ素材／高分子複合素材を含む。

【0025】

この際、高分子素材は、熱可塑性樹脂としてポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、非結晶性ポリエチレンテレフタレート、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート、シクロヘキサン変性ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルアミド、ポリアセタール、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリウレタン、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエン単量体、ポリ乳酸、液晶高分子、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリカーボネート／シクロヘキサン変性ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート／ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート／液晶高分子、ポリスルホン／変性ポリフェニレンオキシド、ポリプロピレン／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリ乳酸またはこれらの１つ以上の混合物から選択されたものを使用でき、カーボンナノ素材のペレットと高分子素材の使用比率は高分子１００重量部に対してカーボンナノ素材のペレットは０．１〜２０重量部を使用することができる。

【0026】

このような本発明によるカーボンナノ素材のペレットは、通常、見かけ密度が非常に低い粉末状のカーボンナノ素材に比べて高い見かけ密度によって同じ体積の包装容器に多量のカーボンナノ素材を入れることができ、ペレットを包装容器に入れる場合は粉末の飛散問題がないという点で包装及び物流条件で経済的で、取り扱いやすいという優れた効果がある。

【0027】

一方、本発明によるカーボンナノ素材のペレットを高分子複合素材に用いることは、通常、電気的及び機械的特性を向上させるためにカーボンナノ素材粉末を高分子複合素材の製造に適用することと同じ方式で高分子複合素材の製造に活用される。

【0028】

特に、本発明によるカーボンナノ素材のペレットを使用すると、ペレットの形態的特徴により、高分子素材と複合素材を製造する場合にカーボンナノ素材のペレットの大きさと高分子ペレットの大きさがほぼ同様であるため、均一によく混合分散されることになって分散効果に優れ、高分子素材と同じ形態を有するため物性面で分散性が向上され、それによって、複合素材の物性に及ぼす影響が粉末に比べて優れた場合も期待することができる。

【0029】

本発明によるカーボンナノ素材はペレット化されたものであるため、粉末の飛散問題を根本的に解消でき、それだけでなく、カーボンナノ素材と混合される高分子素材が主にペレット形態であるため、カーボンナノ素材／高分子複合素材の製造時にペレットの直径と厚さ、及び見かけ密度に応じて高分子ペレットと共に押出機に投入する時に発生する大きさの差または密度差による層分離問題や、ペレットの投入が円滑に行われないという問題がなく、カーボンナノ素材を高分子複合素材に使用する最も主な目的である複合素材の電気伝導度、機械的特性などの物性がカーボンナノ素材を粉末として用いた場合に比べて低下することがないという点で非常に効果的である。

【0030】

また、高分子複合素材に使用する場合、カーボンナノ素材粉末の低い見かけ密度による飛散問題とそれによる人体有害性問題、そして高分子ペレットと共に押出機に投入する時にカーボンナノ素材粉末と高分子ペレットの大きな密度差による層分離現象を解決することができる。
以下、本発明を実施例を挙げて説明する。本発明によるカーボンナノ素材粉末のペレットとその製造方法は下記の実施例に示されているが、このような実施例は本発明を制限することはない。

【0031】

＜実施例１＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が０．１μｍ、見かけ密度が０．０６ｇ／ｍＬ、安息角が２３°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径２ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが３ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が２ｍｍ、厚さが３ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．４１ｇ／ｍＬであった。製造されたペレットは図１の通りである。

【0032】

＜実施例２＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が０．１μｍ、見かけ密度が０．０６ｇ／ｍＬ、安息角が２３°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径３ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが３ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が３ｍｍ、厚さが３ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．３６ｇ／ｍＬであった。

【0033】

＜実施例３＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が８３μｍ、見かけ密度が０．０２ｇ／ｍＬ、安息角が５８°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径４ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが２ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が４ｍｍ、厚さが２ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．１２ｇ／ｍＬであった。

【0034】

＜実施例４＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が８３μｍ、見かけ密度が０．０２ｇ／ｍＬ、安息角が５８°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径４ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが３ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が４ｍｍ、厚さが３ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．０９ｇ／ｍＬであった。

【0035】

＜実施例５＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が６７μｍ、見かけ密度が０．０３４ｇ／ｍＬ、安息角が４５°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径４ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが４ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が４ｍｍ、厚さが４ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．１８ｇ／ｍＬであった。

【0036】

＜実施例６＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が６７μｍ、見かけ密度が０．０３４ｇ／ｍＬ、安息角が４５°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径４ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが５ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が４ｍｍ、厚さが５ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．１６ｇ／ｍＬであった。

【0037】

＜実施例７＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が１５μｍ、見かけ密度が０．０４２ｇ／ｍＬ、安息角が３１°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径５ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが４ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が５ｍｍ、厚さが４ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．２４ｇ／ｍＬであった。

【0038】

＜実施例８＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が１５μｍ、見かけ密度が０．０４２ｇ／ｍＬ、安息角が３１°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径６ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが４ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が６ｍｍ、厚さが４ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．２１ｇ／ｍＬであった。

【0039】

＜比較例１（ペレット直径の超過）＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が１５μｍ、見かけ密度が０．０４２ｇ／ｍＬ、安息角が３１°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径１．５ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが４ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が１．５ｍｍ、厚さが４ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．２７ｇ／ｍＬであった。

【0040】

＜比較例２（ペレット直径の超過）＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が１５μｍ、見かけ密度が０．０４２ｇ／ｍＬ、安息角が３１°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径７ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが４ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が７ｍｍ、厚さが４ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．１９ｇ／ｍＬであった。

【0041】

＜比較例３（ペレット厚さの超過）＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が８３μｍ、見かけ密度が０．０２ｇ／ｍＬ、安息角が５８°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径４ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが０．８ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が４ｍｍ、厚さが０．８ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．１６ｇ／ｍＬであった。

【0042】

＜比較例４（ペレット厚さの超過）＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が８３μｍ、見かけ密度が０．０２ｇ／ｍＬ、安息角が５８°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径４ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが７ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が４ｍｍ、厚さが７ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．０６ｇ／ｍＬであった。

【0043】

＜比較例５（ペレット見かけ密度の超過）＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が８３μｍ、見かけ密度が０．０２ｇ／ｍＬ、安息角が５８°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径６ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが６ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が６ｍｍ、厚さが６ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．０４ｇ／ｍＬであった。

【0044】

＜比較例６（ペレット見かけ密度の超過）＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が０．１μｍ、見かけ密度が０．０８ｇ／ｍＬ、安息角が２０°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、直径２ｍｍのパンチを用いてペレットの厚さが１ｍｍとなるように設定し、ロータリー打錠機のターンテーブル回転速度を２０ｒｐｍにし、直径が２ｍｍ、厚さが１ｍｍのカーボンナノチューブペレットを製造した。製造されたカーボンナノチューブペレットの見かけ密度は０．７０ｇ／ｍＬであった。

【0045】

＜比較例７（粉末平均粒径の超過）＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が０．０４μｍ、見かけ密度が０．１２ｇ／ｍＬ、安息角が６３°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、ロータリー打錠機を用いてペレットを製造しようとしたが、ペレットの直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬの範囲内のペレットを製造することができなかった。

【0046】

＜比較例８（粉末平均粒径の超過）＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が１１４μｍ、見かけ密度が０．０１７ｇ／ｍＬ、安息角が４３°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、ロータリー打錠機を用いてペレットを製造しようとしたが、ペレットの直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬの範囲内のペレットを製造することができなかった。

【0047】

＜比較例９（粉末見かけ密度の超過）＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が９０μｍ、見かけ密度が０．００８ｇ／ｍＬ、安息角が５６°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、ロータリー打錠機を用いてペレットを製造しようとしたが、ペレットの直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬの範囲内のペレットを製造することができなかった。

【0048】

＜比較例１０（粉末見かけ密度の超過）＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が０．０８μｍ、見かけ密度が０．２１ｇ／ｍＬ、安息角が５４°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、ロータリー打錠機を用いてペレットを製造しようとしたが、ペレットの直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬの範囲内のペレットを製造することができなかった。

【0049】

＜比較例１１（粉末安息角の超過）＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が９５μｍ、見かけ密度が０．１５ｇ／ｍＬ、安息角が８°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、ロータリー打錠機を用いてペレットを製造しようとしたが、ペレットの直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬの範囲内のペレットを製造することができなかった。

【0050】

＜比較例１２（粉末安息角の超過）＞
ロータリー打錠機のホッパーに溶媒や添加剤を混合することなく、平均粒径が６μｍ、見かけ密度が０．０１３ｇ／ｍＬ、安息角が７５°のカーボンナノチューブ粉末を投入し、ロータリー打錠機を用いてペレットを製造しようとしたが、ペレットの直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬの範囲内のペレットを製造することができなかった。
前記実施例と比較例により製造されたカーボンナノチューブペレットの製造結果は、図１の写真に示すように製造され、次の表１と表２にそれぞれ示す。

【0051】

【表1】

【0052】

【表2】

【0053】

【表3】

【0054】

前記表１から３に示したように、本発明の製造方法を利用すると、多様な直径、厚さ及び見かけ密度を有するカーボンナノチューブ粉末のペレットを、溶媒や添加剤を混合することなく、ロータリー打錠機だけを用いた１つの工程だけで製造できることを確認した。

【0055】

また、比較例７から１２のように、平均粒径０．０５〜１００μｍ、見かけ密度０．０１〜０．２０ｇ／ｍＬ、及び安息角１０°〜７０°の特性を満たさないカーボンナノチューブ粉末を使用する場合は本発明の特徴であるペレットの直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬの範囲内のペレットを製造できなかったことを確認した。

【0056】

＜製造実施例１＞
前記実施例１で製造されたカーボンナノチューブペレットと錦湖石油化学のポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＰＣ／ＡＢＳ）のコムパウンド製品（ＨＡＣ−８２６５）の混合量をカーボンナノチューブが３重量％となるように調節し、均一に配合するために小型のタンブラーミキサーで十分に混合し、Φ＝３０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３６の２軸押出機で押出温度２４０〜２９０℃範囲で押出して冷却、固化してペレット形態にした後、８０℃の循環熱風乾燥器で４時間乾燥し、１６０トンの射出機で射出温度を２５０〜３００℃に変化させ、金型温度を６５℃にして高分子複合素材の試片を製作した。

【0057】

＜製造実施例２＞
前記実施例２で製造されたカーボンナノチューブペレットを用いたことを除いては前記製造実施例１と同じ方法で実施した。

【0058】

＜製造実施例３＞
前記実施例３で製造されたカーボンナノチューブペレットを用いたことを除いては前記製造実施例１と同じ方法で実施した。

【0059】

＜製造実施例４＞
前記実施例４で製造されたカーボンナノチューブペレットを用いたことを除いては前記製造実施例１と同じ方法で実施した。

【0060】

＜製造実施例５＞
前記実施例５で製造されたカーボンナノチューブペレットを用いたことを除いては前記製造実施例１と同じ方法で実施した。

【0061】

＜製造実施例６＞
前記実施例６で製造されたカーボンナノチューブペレットを用いたことを除いては前記製造実施例１と同じ方法で実施した。

【0062】

＜製造実施例７＞
前記実施例７で製造されたカーボンナノチューブペレットを用いたことを除いては前記製造実施例１と同じ方法で実施した。

【0063】

＜製造実施例８＞
前記実施例８で製造されたカーボンナノチューブペレットを用いたことを除いては前記製造実施例１と同じ方法で実施した。

【0064】

＜製造比較例１＞
前記比較例１で製造されたカーボンナノチューブペレットを用いたことを除いては前記製造実施例１と同じ方法で実施した。

【0065】

＜製造比較例２＞
前記比較例２で製造されたカーボンナノチューブペレットを用いたことを除いては前記製造実施例１と同じ方法で実施した。

【0066】

＜製造比較例３＞
前記比較例３で製造されたカーボンナノチューブペレットを用いたことを除いては前記製造実施例１と同じ方法で実施した。

【0067】

＜製造比較例４＞
前記比較例４で製造されたカーボンナノチューブペレットを用いたことを除いては前記製造実施例１と同じ方法で実施した。

【0068】

＜製造比較例５＞
前記比較例５で製造されたカーボンナノチューブペレットを用いたことを除いては前記製造実施例１と同じ方法で実施した。

【0069】

＜製造比較例６＞
前記比較例６で製造されたカーボンナノチューブペレットを用いたことを除いては前記製造実施例１と同じ方法で実施した。

【0070】

＜製造比較例７＞
前記実施例または比較例で製造されたカーボンナノチューブペレットを使用せず、平均粒径１５μｍ、見かけ密度０．０４２ｇ／ｍＬ、安息角３１°のカーボンナノチューブ粉末を直接使用して前記製造実施例１と同じ方法で高分子複合素材の試片を製造した。この際、カーボンナノチューブ粉末の含量はコムパウンド製品量の３重量％で、前記製造実施例１と同様である。

【0071】

＜実験例＞
前記製造実施例と製造比較例で製造されたカーボンナノ素材／高分子複合素材の物性を確認するために、前記製造実施例と製造比較例で製作された試片に対してアイゾット衝撃強度（ＩＺＯＤ ｉｍｐａｃｔ）テスト方法はＡＳＴＭ Ｄ２５６（１／８インチ）によって測定し、表面抵抗は横１００ｍｍ、縦５０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試片を射出成形し、表面抵抗器（ＴＲＵＳＴＡＴ−Ｗｏｒｋｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｓｔｅｒ）でそれぞれ測定した。その結果は次の表４及び表５に示す。

【0072】

【表4】

【0073】

【表5】

【0074】

前記表４及び表５に示した実験結果のように、本発明によるペレットの直径は２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬのカーボンナノチューブ粉末として製造されたペレットをカーボンナノチューブ／高分子複合素材の製造に利用する場合（製造実施例１〜８）、カーボンナノチューブ粉末の飛散問題と大きな密度差によるカーボンナノ素材粉末と高分子ペレットの層分離問題を解決することができる。また、このように製造されたカーボンナノチューブ／高分子複合素材のアイゾット衝撃強度及び表面抵抗のような物性がカーボンナノチューブを粉末として用いた場合（製造比較例７）とほぼ同様であるか、少し向上することを確認することができる。この際、製造実施例が少し向上したことは、本発明によるペレットの形態的特徴が粉末とは異なり、特定形態を有することに基づくと評価される。また、本発明の特徴とするペレットの直径２〜６ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍ、見かけ密度０．０５〜０．６０ｇ／ｍＬの範囲に含まれていないカーボンナノチューブ粉末のペレットをカーボンナノチューブ／高分子複合素材の製造に利用する場合（製造比較例１〜６）、カーボンナノチューブ粉末の飛散問題及び高分子ペレットとの層分離問題を全く解決できなくなり、このように製造されたカーボンナノチューブ／高分子複合素材のアイゾット衝撃強度及び表面抵抗のような物性がカーボンナノチューブを粉末として用いた場合（製造比較例７）と比較して低下することを確認できるため、単純なペレット形態を形成することだけでなく、ペレットの大きさと見かけ密度も重要な因子であることを確認することができる。

【図1】

【図2】