KR102515280B1 - Polyphenylene sulfide composite material and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리페닐렌 설파이드 복합재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 복합재는 폴리페닐렌 설파이드와 탄소재를 포함하며, 상기 탄소재는 원소 황을 통해 산화 그래핀으로부터 환원된 것으로, in-situ 중합을 통한 열안정성, 열전도도, 전기전도도, 난연성이 향상된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a polyphenylene sulfide composite material and a manufacturing method thereof, and more particularly, the composite material includes polyphenylene sulfide and a carbon material, wherein the carbon material is reduced from graphene oxide through elemental sulfur, in It is characterized by improved thermal stability, thermal conductivity, electrical conductivity and flame retardancy through in situ polymerization.

Description

폴리페닐렌 설파이드 복합재 및 그 제조방법{POLYPHENYLENE SULFIDE COMPOSITE MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Polyphenylene sulfide composite and manufacturing method thereof

본 발명은 폴리페닐렌 설파이드 복합재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 복합재는 폴리페닐렌 설파이드와 탄소재를 포함하며, 상기 탄소재는 원소 황을 통해 산화 그래핀으로부터 환원된 것으로, in-situ 중합을 통한 열안정성, 열전도도, 전기전도도, 난연성이 향상된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a polyphenylene sulfide composite material and a manufacturing method thereof, and more particularly, the composite material includes polyphenylene sulfide and a carbon material, wherein the carbon material is reduced from graphene oxide through elemental sulfur, in It is characterized by improved thermal stability, thermal conductivity, electrical conductivity and flame retardancy through in situ polymerization.

폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene sulfide, PPS)는 주쇄에 방향족 고리 및 황 원자가 교대하는 구조를 갖는 엔지니어링 플라스틱이다. 폴리페닐렌 설파이드는 높은 내열성, 내화학성 및 난연성의 우수한 특성으로 인해 자동차 분야 및 전기 전자 분야에 사용되고 있다. 그러나 이러한 장점에도 폴리페닐렌 설파이드는 높은 결정화도로 인해 취성 특성을 가져 단독으로 사용하기 어렵다. Polyphenylene sulfide (PPS) is an engineering plastic having a structure in which aromatic rings and sulfur atoms alternate in a main chain. Polyphenylene sulfide is used in the automotive field and electric and electronic fields due to its excellent properties of high heat resistance, chemical resistance and flame retardancy. However, despite these advantages, polyphenylene sulfide is brittle due to its high crystallinity, making it difficult to use it alone.

이를 극복하기 위해 폴리페닐렌 설파이드와 필러를 복합화하는 연구가 진행되고 있다. 그러나 필러로 사용되는 물질, 예를 들어 탄소나노튜브 및 그래핀 등의 일반적인 탄소재는 폴리페닐렌 설파이드 기지(Matrix)에 대한 분산성이 낮아 물성 향상에 어려움을 겪고 있다. 따라서 폴리페닐렌 설파이드 기지에 높은 분산성을 갖는 필러를 통한 복합재의 제조가 요구되고 있다.In order to overcome this, research on combining polyphenylene sulfide and fillers is being conducted. However, materials used as fillers, for example, general carbon materials such as carbon nanotubes and graphene, have low dispersibility in a polyphenylene sulfide matrix, making it difficult to improve physical properties. Therefore, it is required to manufacture a composite material through a filler having high dispersibility in a polyphenylene sulfide matrix.

한국공개특허 제10-2020-0112748호Korean Patent Publication No. 10-2020-0112748

본 발명은 황이 도핑된 탄소재를 필러로 사용한 폴리페닐렌 설파이드 복합재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a polyphenylene sulfide composite material using a sulfur-doped carbon material as a filler and a manufacturing method thereof.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 더욱 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above. The objects of the present invention will become more apparent from the following description, and will be realized by means and combinations thereof set forth in the claims.

본 발명의 일 실시예에 따른 복합재는 폴리페닐렌 설파이드를 포함하는 매트릭스(Matrix); 및 상기 매트릭스에 분산된 필러;를 포함하고, 상기 필러는 황이 도핑된 탄소재를 포함한다.A composite material according to an embodiment of the present invention includes a matrix including polyphenylene sulfide; and a filler dispersed in the matrix, wherein the filler includes a sulfur-doped carbon material.

상기 탄소재는 산화그래핀, 환원된 산화그래핀, 탄소나노튜브, 탄소섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The carbon material may include at least one selected from the group consisting of graphene oxide, reduced graphene oxide, carbon nanotubes, carbon fibers, and combinations thereof.

상기 필러는 황을 0.5중량% 내지 5중량%로 포함할 수 있다.The filler may include 0.5% to 5% by weight of sulfur.

상기 복합재는 상기 필러를 0.1중량% 내지 50중량%로 포함할 수 있다.The composite material may include the filler in an amount of 0.1% to 50% by weight.

본 발명의 일 실시예에 따른 복합재의 제조방법은 황이 도핑된 탄소재를 포함하는 필러를 준비하는 단계; 및 용매에 황화나트륨, 다이클로로벤젠 및 상기 필러를 투입하고 동시(in-situ) 합성하여 폴리페닐렌 설파이드를 포함하는 매트릭스 및 이에 분산된 필러를 제조하는 단계;를 포함한다.A method for manufacturing a composite material according to an embodiment of the present invention includes preparing a filler including a carbon material doped with sulfur; and preparing a matrix including polyphenylene sulfide and a filler dispersed therein by in-situ synthesis by adding sodium sulfide, dichlorobenzene, and the filler to a solvent.

상기 필러를 준비하는 단계는 탄소재 및 황을 포함하는 혼합물을 준비하는 단계; 상기 혼합물을 열처리하여 황을 용융황(Molten sulfur)으로 전환하고 상기 혼합물을 반응시키는 단계; 및 반응 결과물로부터 황을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.Preparing the filler may include preparing a mixture containing carbon material and sulfur; heat-treating the mixture to convert sulfur into molten sulfur and reacting the mixture; and removing sulfur from the reaction product.

상기 황화나트륨과 다이클로로벤젠의 몰 비는 0.95 ~ 1 : 1.02일 수 있다.The molar ratio of the sodium sulfide to dichlorobenzene may be 0.95 to 1:1.02.

상기 제조방법은 상기 필러에 포함된 황의 함량 및 상기 복합재에 포함된 필러의 함량에 따라 상기 황화나트륨과 다이클로로벤젠의 몰 비를 조절하는 것일 수 있다.The manufacturing method may be to adjust the molar ratio of the sodium sulfide and dichlorobenzene according to the amount of sulfur included in the filler and the content of the filler included in the composite material.

상기 제조방법은 상기 복합재에 포함된 필러의 함량이 10중량% 이상이고, 상기 필러에 포함된 황의 함량이 2중량% 이상이면 황화나트륨의 몰 비를 낮추는 것일 수 있다.The manufacturing method may be to lower the molar ratio of sodium sulfide when the content of the filler included in the composite material is 10% by weight or more and the content of sulfur included in the filler is 2% by weight or more.

상기 복합재에 포함된 필러의 함량이 10중량% 내지 50중량%일 때, 상기 폴리페닐렌 설파이드의 수율은 55% 이상일 수 있다.When the content of the filler included in the composite material is 10% to 50% by weight, the yield of the polyphenylene sulfide may be 55% or more.

상기 복합재의 열전도도는 0.3 W/mK 이상일 수 있다.Thermal conductivity of the composite material may be 0.3 W/mK or more.

상기 복합재의 전기전도도는 1 X 10-8 S/cm 이상일 수 있다.Electrical conductivity of the composite material may be 1 X 10 -8 S/cm or more.

상기 복합재의 단위 질량당 방열량(Heat release capacity)은 180 W/g 이하일 수 있다.Heat release capacity per unit mass of the composite material may be 180 W/g or less.

본 발명에 따르면 열안정성, 열전도도, 전기전도도, 난연성이 향상된 복합재를 얻을 수 있다.According to the present invention, a composite material with improved thermal stability, thermal conductivity, electrical conductivity, and flame retardancy can be obtained.

본 발명에 따르면 폴리페닐렌 설파이드를 포함하는 매트릭스에 필러가 고르게 분산된 복합재를 얻을 수 있다.According to the present invention, a composite material in which a filler is uniformly dispersed in a matrix containing polyphenylene sulfide can be obtained.

본 발명에 따르면 필러의 함량이 높고 상기 필러가 매트릭스에 고르게 분산된 복합재를 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a composite material in which the filler content is high and the filler is evenly dispersed in the matrix.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.

도 1은 비교예1 및 실시예1 내지 4에 따른 복합재의 열중량 분석(TGA) 그래프이다.
도 2는 실시예5 내지 8에 따른 복합재의 열중량 분석(TGA) 그래프이다.
도 3은 비교예1 및 실시예1 내지 5에 따른 복합재의 온도-열방출속도 그래프이다.
1 is a thermogravimetric analysis (TGA) graph of composite materials according to Comparative Example 1 and Examples 1 to 4.
2 is a thermogravimetric analysis (TGA) graph of composites according to Examples 5 to 8;
3 is a temperature-heat release rate graph of composite materials according to Comparative Example 1 and Examples 1 to 5.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Like reference numbers have been used for like elements throughout the description of each figure. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged than actual for clarity of the present invention. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. In addition, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where it is "directly on" the other part, but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "under" another part, this includes not only the case where it is "directly under" the other part, but also the case where there is another part in between.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values and/or expressions expressing quantities of components, reaction conditions, polymer compositions and formulations used herein refer to the number of factors that such numbers arise, among other things, to obtain such values. Since these are approximations that reflect the various uncertainties of the measurement, they should be understood to be qualified by the term "about" in all cases. Also, when numerical ranges are disclosed herein, such ranges are contiguous and include all values from the minimum value of such range to the maximum value inclusive, unless otherwise indicated. Furthermore, where such ranges refer to integers, all integers from the minimum value to the maximum value inclusive are included unless otherwise indicated.

본 발명에 따른 복합재는 폴리페닐렌 설파이드를 포함하는 매트릭스(Matrix); 및 상기 매트릭스에 분산된 필러;를 포함할 수 있다. 본 발명은 폴리페닐렌 설파이드를 포함하는 매트릭스에 필러를 첨가하여 열안정성, 열전도도, 전기전도도, 난연성 등의 물성을 향상시킨 복합재에 관한 것이다.A composite material according to the present invention includes a matrix including polyphenylene sulfide; and a filler dispersed in the matrix. The present invention relates to a composite material having improved physical properties such as thermal stability, thermal conductivity, electrical conductivity, and flame retardancy by adding a filler to a matrix containing polyphenylene sulfide.

상기 매트릭스는 상기 복합재의 형태를 이루는 일종의 기재이다. 상기 매트릭스에 필러를 첨가하기 위하여 매트릭스와 필러를 용융 컴파운딩 등의 방법으로 단순 혼합하면 상기 필러를 높은 함량으로 포함하는 복합재를 얻을 수 없다. 상기 매트릭스 내에서 상기 필러의 분산성이 좋지 않기 때문이다. 본 발명은 폴리페닐렌 설파이드를 포함하는 매트릭스에 필러를 높은 함량으로 첨가할 수 있는 방법을 제시한다.The matrix is a kind of substrate forming the shape of the composite material. In order to add a filler to the matrix, if the matrix and the filler are simply mixed by a method such as melt compounding, a composite material containing a high content of the filler cannot be obtained. This is because the dispersibility of the filler in the matrix is poor. The present invention proposes a method capable of adding a high content of a filler to a matrix comprising polyphenylene sulfide.

먼저, 상기 필러는 황이 도핑된 탄소재를 포함할 수 있다.First, the filler may include a carbon material doped with sulfur.

상기 탄소재는 산화그래핀, 환원된 산화그래핀, 탄소나노튜브, 탄소섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 열전도도, 전기전도도 측면에서 산화그래핀, 또는 환원된 산화그래핀이 바람직할 수 있다. 따라서 상기 필러는 바람직하게 황이 도핑된 환원된 산화그래핀(Sulfur-doped reduced graphene oxide)을 포함할 수 있다.The carbon material may include at least one selected from the group consisting of graphene oxide, reduced graphene oxide, carbon nanotubes, carbon fibers, and combinations thereof, and may include graphene oxide or reduced graphene oxide in terms of thermal conductivity and electrical conductivity. Graphene oxide may be preferred. Therefore, the filler may preferably include sulfur-doped reduced graphene oxide.

다만, 그래핀은 각 층 간의 반데르발스 힘으로 인해 쉽게 자기 응집되기 때문에 매트릭스에 분산되기 어렵다. 이에 본 발명은 다양한 방법으로 이를 해결하고자 하는데, 그 중 하나는 상기 탄소재에 황을 도핑한 것이다. 여기서, '도핑'은 상기 황이 상기 탄소재의 탄소 원소에 물리적 및/또는 화학적으로 결합되어 있는 것을 의미한다. 황이 도핑된 탄소재는 폴리페닐렌 설파이드의 황 원자와 친화성을 가져 상기 매트릭스 내에서 보다 고르게 분산될 수 있다. However, since graphene is easily self-aggregated due to van der Waals force between each layer, it is difficult to disperse in the matrix. Accordingly, the present invention seeks to solve this problem in various ways, one of which is to dope the carbon material with sulfur. Here, 'doping' means that the sulfur is physically and/or chemically bonded to the carbon element of the carbon material. The sulfur-doped carbon material has an affinity for the sulfur atom of polyphenylene sulfide, so that it can be more evenly dispersed in the matrix.

한편, 본 발명에 따른 복합재의 제조방법은 황이 도핑된 탄소재를 포함하는 필러를 준비하는 단계; 및 용매에 황화나트륨, 다이클로로벤젠 및 상기 필러를 투입하고 동시(in-situ) 합성하여 폴리페닐렌 설파이드를 포함하는 매트릭스 및 이에 분산된 필러를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다. 본 발명은 상기 필러를 폴리페닐렌 설파이드를 포함하는 매트릭스에 고르게 분산시키기 위해 상기 폴리페닐렌 설파이드의 전구체와 필러를 동시(in-situ) 합성하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the manufacturing method of the composite material according to the present invention comprises the steps of preparing a filler containing a sulfur-doped carbon material; and adding sodium sulfide, dichlorobenzene, and the filler to a solvent and performing in-situ synthesis to prepare a matrix including polyphenylene sulfide and a filler dispersed therein. The present invention is characterized by in-situ synthesis of the polyphenylene sulfide precursor and the filler in order to uniformly disperse the filler in a matrix containing polyphenylene sulfide.

상기 필러를 준비하는 단계는 상기 탄소재 및 황을 포함하는 혼합물을 준비하는 단계; 상기 혼합물을 열처리하여 황을 용융황(Molten sulfur)으로 전환하고 상기 혼합물을 반응시키는 단계; 및 반응 결과물로부터 황을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.Preparing the filler may include preparing a mixture including the carbon material and sulfur; heat-treating the mixture to convert sulfur into molten sulfur and reacting the mixture; and removing sulfur from the reaction product.

상기 탄소재 및 황을 포함하는 혼합물을 100℃ 내지 300℃, 또는 120℃ 내지 250℃, 또는 150℃ 내지 180℃, 또는 180℃에서 열처리할 수 있다. 열처리 시간은 온도에 따라 달라지지만, 예를 들어 30분 내지 6시간, 또는 3시간 내지 4시간일 수 있다.The mixture including the carbon material and sulfur may be heat treated at 100 °C to 300 °C, or 120 °C to 250 °C, or 150 °C to 180 °C, or 180 °C. The heat treatment time varies depending on the temperature, but may be, for example, 30 minutes to 6 hours or 3 hours to 4 hours.

상기 혼합물을 150℃ 내지 180℃, 예를 들어 170℃까지 열처리하면 점성을 갖는 용융 상(molten phase)이 형성된다. 용융 상은 용융 황(molten sulfur)을 포함한다. 용융 황과 탄소재의 반응을 통해 황이 도핑된 탄소재를 얻을 수 있다. 상기 황은 상기 탄소재 상에 존재하는 케톤기, 에폭시기, 페놀기 등과 같은 특정 작용기에 도입될 수 있다. 이때, 상기 탄소재가 산화그래핀인 경우 상기 황은 환원제의 역할을 수행할 수 있으므로 황이 도핑된 환원된 산화그래핀을 얻을 수 있다. When the mixture is heat-treated from 150° C. to 180° C., for example, up to 170° C., a viscous molten phase is formed. The molten phase contains molten sulfur. A sulfur-doped carbon material may be obtained through a reaction between molten sulfur and a carbon material. The sulfur may be introduced into a specific functional group such as a ketone group, an epoxy group, a phenol group, etc. present on the carbon material. In this case, when the carbon material is graphene oxide, since the sulfur may serve as a reducing agent, reduced graphene oxide doped with sulfur may be obtained.

상기 반응이 종결된 후 잔류하는 황은 반응 결과물에 황 용해성 용매(sulfur soluble solvent)를 부가하여 황 용액을 얻는 단계; 및 상기 황 용액으로부터 황을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.Obtaining a sulfur solution by adding a sulfur soluble solvent to the sulfur remaining after the reaction is completed; and removing sulfur from the sulfur solution.

상기 황 용해성 용매는 황에 대한 용해도 특성을 갖는 용매를 나타내며, 비제한적인 예로서 테트라하이드로퓨란, 메틸렌 클로라이드, 디메틸디설파이드, 설포란, 클로로포름, 톨루엔, 자일렌, 아세토니트릴, 디클로로메탄, N-메틸피롤리돈, 에틸 아세테이트, 디메틸에테르, 트리클로로에틸렌, 폴리에틸렌글리콜, 이소프로필 케톤, 아세토니트릴, 디클로로에탄, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 쿠멘(cumene), 벤젠, p-클로로톨루엔, 1,3-메시틸렌, 스티렌, 클로로벤젠, 알파메틸스티렌, 에틸벤젠, 디에탄올아민, 에틸아민, 디에틸아민, 메틸아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌 트리아민, 프로필아민, 에탄올아민, 이소프로필아민, 트리에틸렌테트라아민, 클로로아닐린, 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 디메톡시에탄, 디메톡시메탄, 디옥산 등을 포함할 수 있다.The sulfur-soluble solvent refers to a solvent having solubility characteristics for sulfur, and non-limiting examples include tetrahydrofuran, methylene chloride, dimethyldisulfide, sulfolane, chloroform, toluene, xylene, acetonitrile, dichloromethane, N-methyl Pyrrolidone, ethyl acetate, dimethyl ether, trichlorethylene, polyethylene glycol, isopropyl ketone, acetonitrile, dichloroethane, dimethylacetamide, dimethylformamide, cumene, benzene, p-chlorotoluene, 1,3 -mesitylene, styrene, chlorobenzene, alphamethylstyrene, ethylbenzene, diethanolamine, ethylamine, diethylamine, methylamine, ethylenediamine, diethylenetriamine, propylamine, ethanolamine, isopropylamine, triethylene tetraamine, chloroaniline, triethylamine, triethanolamine, dimethoxyethane, dimethoxymethane, dioxane and the like.

상기 황 용액에 초음파 처리 등을 수행하고 그 결과물을 여과 및/또는 세척하여 미반응된 황, 또는 탄소재에 물리적으로 붙어 있는 황을 제거할 수 있다.Ultrasonic treatment is performed on the sulfur solution, and the resulting product is filtered and/or washed to remove unreacted sulfur or sulfur physically attached to the carbon material.

위와 같이 얻은 필러를 황화나트륨 및 다이클로로벤젠을 포함하는 폴리페닐렌 설파이드의 전구체와 함께 용매에 투입하고 동시(in-situ) 합성하여 복합재를 제조할 수 있다. 본 발명과 달리 합성된 상태의 폴리페닐렌 설파이드에 필러를 투입하여 용융 컴파운딩하면 상기 필러의 분산성이 낮아 복합재의 물성을 목적하는 수준으로 높이기 어렵다.A composite material may be prepared by injecting the filler obtained as above into a solvent together with a precursor of polyphenylene sulfide including sodium sulfide and dichlorobenzene and synthesizing it in-situ. Unlike the present invention, when a filler is added to synthesized polyphenylene sulfide and melt compounded, it is difficult to increase the physical properties of the composite material to a desired level due to the low dispersibility of the filler.

한편, 필러와 전구체를 동시(in-situ) 합성할 때에도 상기 필러에 포함된 황의 함량, 필러의 함량에 따라 폴리페닐렌 설파이드의 수율이 크게 달라진다. 본 발명의 발명자는 황의 함량, 필러의 함량이 증가할 경우 황화나트륨과 다이클로로벤젠의 몰 비를 조절하면 폴리페닐렌 설파이드의 수율을 높일 수 있음을 발견하였다. 이하 구체적으로 설명한다.Meanwhile, even when the filler and the precursor are synthesized in situ, the yield of polyphenylene sulfide varies greatly depending on the amount of sulfur contained in the filler and the content of the filler. The inventors of the present invention have found that the yield of polyphenylene sulfide can be increased by adjusting the molar ratio of sodium sulfide and dichlorobenzene when the content of sulfur and filler is increased. It will be described in detail below.

상기 필러는 황을 0.5중량% 내지 5중량%로 포함할 수 있다. 상기 황의 함량이 0.5중량% 미만이면 상기 황과 상기 탄소재를 교반하여 반응시키기 어렵고 상기 필러의 투입에 따른 난연성 등의 물성 향상 효과가 미미할 수 있다. 반면에, 상기 황의 함량이 5중량%를 초과하면 상기 필러를 제조한 뒤 잔류하는 황을 제거하기 어려울 수 있다.The filler may include 0.5% to 5% by weight of sulfur. If the sulfur content is less than 0.5% by weight, it is difficult to react by stirring the sulfur and the carbon material, and the effect of improving physical properties such as flame retardancy according to the addition of the filler may be insignificant. On the other hand, if the sulfur content exceeds 5% by weight, it may be difficult to remove sulfur remaining after preparing the filler.

상기 복합재는 상기 필러를 0.1중량% 내지 50중량%로 포함할 수 있다. 상기 필러의 함량이 0.1중량% 미만이면 복합재의 열안정성, 열전도도, 전기전도도, 난연성의 향상 정도가 미미할 수 있다. 반면에, 상기 필러의 함량이 50중량%를 초과하면 상기 매트릭스 내에서 필러의 분산성이 너무 떨어질 수 있다.The composite material may include the filler in an amount of 0.1% to 50% by weight. If the content of the filler is less than 0.1% by weight, the degree of improvement in thermal stability, thermal conductivity, electrical conductivity, and flame retardancy of the composite material may be insignificant. On the other hand, if the content of the filler exceeds 50% by weight, dispersibility of the filler in the matrix may be too low.

상기 필러에 포함된 황의 함량, 상기 복합재에 포함된 필러의 함량 범위 내에서 상기 폴리페닐렌 설파이드의 전구체인 황화나트륨과 다이클로로벤젠의 몰 비는 0.95 ~ 1 : 1.02일 수 있다. 여기서, 본 발명은 상기 복합재에 포함된 필러의 함량이 10중량% 이상이고, 상기 필러에 포함된 황의 함량이 2중량% 이상일 때, 황화나트륨의 몰 비를 위 수치 범위 내에서 낮추는 방향으로 조절하는 것을 특징으로 한다. A molar ratio of sodium sulfide, which is a precursor of polyphenylene sulfide, to dichlorobenzene within a range of the amount of sulfur included in the filler and the content of the filler included in the composite material may be 0.95 to 1:1.02. Here, the present invention is to adjust the molar ratio of sodium sulfide in the direction of lowering within the above numerical range when the content of the filler contained in the composite is 10% by weight or more and the content of sulfur contained in the filler is 2% by weight or more characterized by

결과적으로 본 발명에 따르면 상기 복합재에 포함된 필러의 함량이 10중량% 내지 50중량%, 또는 20중량% 내지 50중량%, 또는 30중량% 내지 50중량%, 또는 40중량% 내지 50중량%로 높을 때에도 상기 폴리페닐렌 설파이드의 수율을 55% 이상, 또는 70% 이상으로 구현할 수 있다.As a result, according to the present invention, the content of the filler included in the composite material is 10% to 50% by weight, or 20% to 50% by weight, or 30% to 50% by weight, or 40% to 50% by weight. Even when the yield is high, the yield of polyphenylene sulfide may be 55% or more, or 70% or more.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

제조예manufacturing example - 황이 - Hwangi 도핑된doped 환원된 reduced 산화그래핀의of graphene oxide 제조 manufacturing

그래핀 옥사이드 1g과 황(Sulfur) 분말 3g을 막자사발을 사용하여 잘 섞어준 후 500ml 둥근 바닥 플라스크에 넣어주었다. 1 g of graphene oxide and 3 g of sulfur powder were mixed well using a mortar and put into a 500 ml round bottom flask.

이후 오일 배쓰(Oil bath)의 온도를 180℃로 설정하고 자석 교반을 시켜준다. 120℃ 부근에서 황(Sulfur)이 녹기 시작하면서 교반이 시작됨을 확인할 수 있었다. 상기 반응 혼합물의 온도를 170℃까지 가열하여 용융 황(molten sulfur)을 얻고 이를 함유한 반응 혼합물을 4시간 동안 교반한 후 반응을 종결하였다. Thereafter, the temperature of the oil bath is set to 180° C. and magnetic stirring is performed. It was confirmed that stirring began as sulfur began to melt at around 120 ° C. The temperature of the reaction mixture was heated to 170° C. to obtain molten sulfur, and the reaction mixture containing the same was stirred for 4 hours, and then the reaction was terminated.

반응 결과물을 상온으로 냉각한 후, 남아있는 황(Sulfur)을 제거하기 위해 톨루엔를 이용하여 초음파 처리를 하였다. 이어서 여과를 하여 고체와 황이 용해된 톨루엔 용액을 얻었다. 상기 고체를 아세톤으로 세척하고 나서 180℃의 진공 오븐에서 24시간 건조하여 황이 도핑된 환원된 그래핀 옥사이드(이하, S-rGO)를 제조하였다.After cooling the reaction product to room temperature, ultrasonication was performed using toluene to remove remaining sulfur. It was then filtered to obtain a toluene solution in which solid and sulfur were dissolved. The solid was washed with acetone and then dried in a vacuum oven at 180° C. for 24 hours to prepare sulfur-doped reduced graphene oxide (hereinafter referred to as S-rGO).

실시예1Example 1

중합에 앞서 탈수반응을 통해 황화나트륨 오수화물(Na2S·5H2O)에 포함된 물을 제거하였다. 반응기에 N-메틸피롤리돈 용매와 황화나트륨 오수화물(Na2S·5H2O)을 첨가하고 질소 기류하에 교반하며 120℃의 온도에서 이론적 물의 양이 추출될 때까지 반응시켰다. Prior to polymerization, water contained in sodium sulfide pentahydrate (Na 2 S·5H 2 O) was removed through dehydration. N-methylpyrrolidone solvent and sodium sulfide pentahydrate (Na 2 S·5H 2 O) were added to the reactor, stirred under a nitrogen stream, and reacted at a temperature of 120° C. until a theoretical amount of water was extracted.

상기 탈수반응을 통해 얻은 황화나트륨(Na2S)을 다이클로로벤젠 및 상기 제조예의 S-rGO와 함께 N-메틸피롤리돈 용매에서 40 bar의 압력 및 260℃ 온도하에 4시간 동안 교반하며 동시(in-situ) 반응하였다. 이때, 황화나트륨 및 다이클로로벤젠의 몰 비는 1 : 1.02였다. 상기 S-rGO는 최종 폴리페닐렌 설파이드의 이론적 수득량을 기준으로 그 함량이 0.1중량%가 되도록 첨가하였다. Sodium sulfide (Na 2 S) obtained through the dehydration reaction was stirred for 4 hours under a pressure of 40 bar and a temperature of 260 ° C. in an N-methylpyrrolidone solvent together with dichlorobenzene and S-rGO of the above preparation, and at the same time ( in-situ) reacted. At this time, the molar ratio of sodium sulfide and dichlorobenzene was 1:1.02. The S-rGO content was added to be 0.1% by weight based on the theoretical yield of the final polyphenylene sulfide.

제조된 복합재를 뜨거운 증류수와 메탄올을 통해 정제하였다. 마지막으로 내부의 수분을 제거하기 위해 100℃ 진공 오븐에서 12시간 이상 충분히 건조하여 분말 형태의 복합재를 제조하였다.The prepared composite was purified through hot distilled water and methanol. Finally, in order to remove internal moisture, the composite was prepared in a powder form by sufficiently drying the mixture in a vacuum oven at 100° C. for 12 hours or more.

실시예2Example 2 내지 8 to 8

S-rGO의 함량을 표 1과 같이 조절한 것을 제외하고는, 실시예1과 동일하게 복합재를 제조하였다.A composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of S-rGO was adjusted as shown in Table 1.

실시예9Example 9

황 함량이 5.5중량%인 S-rGO의 함량이 1중량%가 되도록 조절하여 첨가한 것을 제외하고는, 실시예1과 동일하게 복합재를 제조하였다.A composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of S-rGO having a sulfur content of 5.5% by weight was adjusted to be 1% by weight and added.

실시예10Example 10

황 함량이 2.2중량%인 S-rGO의 함량이 10중량%가 되도록 조절하여 첨가하되, 황화나트륨과 다이클로로벤젠의 몰 비를 0.99 : 1.02로 조절하였다. 그 외에는 실시예1과 동일하게 복합재를 제조하였다.The content of S-rGO having a sulfur content of 2.2% by weight was adjusted to be 10% by weight, and the molar ratio of sodium sulfide and dichlorobenzene was adjusted to 0.99: 1.02. Other than that, a composite material was prepared in the same manner as in Example 1.

실시예11Example 11

황 함량이 2.2중량%인 S-rGO의 함량이 50중량%가 되도록 조절하여 첨가하되, 황화나트륨과 다이클로로벤젠의 몰 비를 0.95 : 1.02로 조절하였다. 그 외에는 실시예1과 동일하게 복합재를 제조하였다.The content of S-rGO having a sulfur content of 2.2% by weight was adjusted to be 50% by weight, and the molar ratio of sodium sulfide and dichlorobenzene was adjusted to 0.95: 1.02. Other than that, a composite material was prepared in the same manner as in Example 1.

비교예comparative example 1 One

S-rGO를 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예1과 동일하게 실시하여 폴리페닐렌 설파이드 복합재를 제조하였다.A polyphenylene sulfide composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that S-rGO was not added.

비교예2Comparative Example 2 내지 5 to 5

황 함량이 5.5중량%인 S-rGO의 함량을 표 1과 같이 조절한 것을 제외하고는, 실시예1과 동일하게 복합재를 제조하였다.A composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of S-rGO having a sulfur content of 5.5% by weight was adjusted as shown in Table 1.

비교예6Comparative Example 6

황 함량이 2.2중량%인 S-rGO의 함량을 10중량%가 되도록 조절하여 첨가한 것을 제외하고는, 실시예1과 동일하게 복합재를 제조하였다.A composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of S-rGO having a sulfur content of 2.2% by weight was adjusted to 10% by weight and added.

비교예7Comparative Example 7

황 함량이 2.2중량%인 S-rGO의 함량을 50중량%가 되도록 조절하여 첨가하되, 황화나트륨과 다이클로로벤젠의 몰 비를 0.97 : 1.02로 조절하였다. 그 외에는 실시예1과 동일하게 복합재를 제조하였다.The content of S-rGO having a sulfur content of 2.2% by weight was adjusted to 50% by weight, and the molar ratio of sodium sulfide and dichlorobenzene was adjusted to 0.97: 1.02. Other than that, a composite material was prepared in the same manner as in Example 1.

구분division 필러 투입량
(중량%)
Filler Dosage
(weight%)
필러의 황 함량
(중량%)
Sulfur content of filler
(weight%)
[Na2S] : [DCB]
(mol)
[Na 2 S] : [DCB]
(mol)
수율 (%)transference number (%)
실시예 1Example 1 0.10.1 1.21.2 1 : 1.021:1.02 74.674.6 실시예 2Example 2 0.50.5 1.21.2 1 : 1.021:1.02 71.971.9 실시예 3Example 3 1One 1.21.2 1 : 1.021:1.02 77.977.9 실시예 4Example 4 55 1.21.2 1 : 1.021:1.02 67.667.6 실시예 5Example 5 1010 1.21.2 1 : 1.021:1.02 74.974.9 실시예 6Example 6 2020 1.21.2 1 : 1.021:1.02 72.572.5 실시예 7Example 7 3030 1.21.2 1 : 1.021:1.02 72.972.9 실시예 8Example 8 5050 1.21.2 1 : 1.021:1.02 72.372.3 실시예 9Example 9 1One 5.55.5 1 : 1.021:1.02 72.472.4 실시예 10Example 10 1010 2.22.2 0.99 : 1.020.99 : 1.02 70.870.8 실시예 11Example 11 5050 2.22.2 0.95 : 1.020.95 : 1.02 58.058.0 비교예 1Comparative Example 1 00 -- 1 : 1.021:1.02 66.466.4 비교예 2Comparative Example 2 55 5.55.5 1 : 1.021:1.02 60.060.0 비교예 3Comparative Example 3 1010 5.55.5 1 : 1.021:1.02 41.041.0 비교예 4Comparative Example 4 2020 5.55.5 1 : 1.021:1.02 29.329.3 비교예 5Comparative Example 5 3030 5.55.5 1 : 1.021:1.02 14.014.0 비교예 6Comparative Example 6 1010 2.22.2 1 : 1.021:1.02 57.257.2 비교예 7Comparative Example 7 5050 2.22.2 0.97 : 1.020.97 : 1.02 51.851.8

표 1을 참조하여, 실시예1 내지 11 및 비교예1 내지 7에 따르면, 복합재에 포함된 필러의 함량, 필러에 포함된 황의 함량 및 전구체의 비율([Na2S]:[DCB])에 따라 폴리페닐렌 설파이드의 중합 수율이 크게 변하는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예5와 비교예6을 참조하면, 필러에 포함된 황의 함량을 1.2중량%에서 2.2중량%로 증가시키면 수율이 약 75%에서 약 57%까지 줄어드는 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, according to Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 7, the content of the filler included in the composite material, the content of sulfur included in the filler, and the ratio of the precursor ([Na 2 S]:[DCB]) It can be seen that the polymerization yield of polyphenylene sulfide changes greatly according to the In particular, referring to Example 5 and Comparative Example 6, it can be seen that the yield decreases from about 75% to about 57% when the content of sulfur contained in the filler is increased from 1.2% by weight to 2.2% by weight.

한편, 실시예5, 비교예6 및 실시예10을 참조하면, 필러에 포함된 황의 함량을 2.2중량%로 증가시키더라도 전구체의 몰 비 중 황화나트륨의 몰 수를 0.95 ~ 1의 범위 내에서 낮추면 수율이 다시 크게 향상됨을 알 수 있다.On the other hand, referring to Example 5, Comparative Example 6, and Example 10, even if the sulfur content included in the filler is increased to 2.2% by weight, when the mole number of sodium sulfide in the mole ratio of the precursor is lowered within the range of 0.95 to 1 It can be seen that the yield is again greatly improved.

또한, 상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따라 복합재를 제조하는 경우 상기 복합재에 포함된 필러의 함량이 10중량% 내지 50중량%로 높을 때에도 수율을 55% 이상으로 끌어올릴 수 있음을 알 수 있다.In addition, referring to Table 1, it can be seen that in the case of manufacturing a composite material according to the present invention, the yield can be raised to 55% or more even when the content of the filler included in the composite material is as high as 10% to 50% by weight. there is.

평가예1Evaluation example 1 : 복합재의 : of composite 열중량분석thermogravimetry

실시예1 내지 8 및 비교예1에 따른 복합재의 열중량분석 거동을 분석하였다. 도 1은 비교예1 및 실시예1 내지 4의 결과이다. 도 2는 실시예5 내지 실시예8의 결과이다. 또한, 각 복합재의 열분해 온도 및 잔여량을 표 2에 나타냈다.The thermogravimetric analysis behavior of the composite materials according to Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 was analyzed. 1 shows the results of Comparative Example 1 and Examples 1 to 4. 2 shows the results of Examples 5 to 8. In addition, the thermal decomposition temperature and residual amount of each composite material are shown in Table 2.

열중량분석은 시료를 일정한 승온 속도로 승온시켜 온도에 따라 발생하는 무게 감소를 분석하는 방법이다. 열분해 온도는 질소(N2) 분위기에서 분당 10℃의 승온 속도로 900℃까지 승온시켜 열에 의해 S-rGO의 무게가 5% 감소하는 온도이다. 잔여량(Char yield)은 900℃ 이후 열분해되고 남은 잔량이다.Thermogravimetric analysis is a method of analyzing the weight loss caused by temperature by heating a sample at a constant temperature increase rate. The thermal decomposition temperature is a temperature at which the weight of S-rGO is reduced by 5% due to heat by raising the temperature to 900 ° C at a heating rate of 10 ° C per minute in a nitrogen (N 2 ) atmosphere. Residual amount (Char yield) is the remaining amount after thermal decomposition after 900 ℃.

도 1, 도 2 및 표 2에서 보이는 바와 같이, 열중량 분석의 결과로 비교예1로부터 실시예1 내지 실시예8에 이르기까지 필러의 투입량이 증가함에 따라 S-rGO의 영향으로 열분해 온도는 감소하고, 잔여량(Char yield)은 증가하는 것을 알 수 있다.As shown in FIGS. 1, 2 and Table 2, as the amount of filler increased from Comparative Example 1 to Example 1 to Example 8 as a result of thermogravimetric analysis, the thermal decomposition temperature decreased due to the influence of S-rGO. It can be seen that the remaining amount (Char yield) increases.

평가예2Evaluation example 2 : 복합재의 전기전도도 분석: Analysis of electrical conductivity of composites

실시예1 내지 8 및 비교예1에 따른 복합재의 전기전도도를 측정하였다. 그 결과는 표 2에 나타냈다. Electrical conductivity of the composite materials according to Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 was measured. The results are shown in Table 2.

전기전도도의 측정을 위해 Hot-press 장비를 이용하여 시편을 제조하였고, 4-probe 방법을 통해 면저항 값을 측정하여 전기전도도로 변환되었다. 측정된 면저항 값을

Figure 112021030287681-pat00001
식으로 전기전도도로 계산하였다. 여기서 t는 시편의 두께, Rs는 면저항, ρs는 비저항, σs는 전기전도도이다. 비교예1은 저항이 높아 전기전도도의 측정이 불가하였다. 한편, S-rGO의 함량이 높아짐에 따라, 정확히는 복합재의 S-rGO 함량이 10중량% 내지 50중량%일 때, 상기 복합재의 전기전도도는 1.5 S/m 이상, 가장 높게는 371 S/m까지 측정되었다. 다만, 전기전도도는 필러의 투입량 등에 따라 변화하는 것으로서, 본 발명에 따른 복합재의 전기전도도가 위 수치 범위에 한정되는 것은 아니고, 1 X 10-8 S/cm 이상, 또는 1 X 10-6 S/cm 이상, 또는 1 X 10-4 S/cm 이상 등일 수 있다.For the measurement of electrical conductivity, specimens were prepared using hot-press equipment, and the sheet resistance value was measured through the 4-probe method and converted to electrical conductivity. the measured sheet resistance value
Figure 112021030287681-pat00001
The electrical conductivity was calculated using the formula. where t is the thickness of the specimen, R s is the sheet resistance, ρ s is the resistivity, and σ s is the electrical conductivity. Comparative Example 1 had high resistance, so it was impossible to measure electrical conductivity. On the other hand, as the content of S-rGO increases, precisely when the S-rGO content of the composite material is 10% to 50% by weight, the electrical conductivity of the composite material is 1.5 S/m or more, and up to 371 S/m at the highest. has been measured However, the electrical conductivity changes depending on the input amount of the filler, etc., and the electrical conductivity of the composite material according to the present invention is not limited to the above numerical range, and is 1 X 10 -8 S / cm or more, or 1 X 10 -6 S / cm or more, or 1 X 10 -4 S/cm or more, and the like.

평가예3Evaluation example 3 : 복합재의 열전도도 분석: Analysis of thermal conductivity of composites

실시예1 내지 8 및 비교예1에 따른 복합재의 열전도도를 측정하였다. 그 결과는 표 2에 나타냈다. Thermal conductivity of the composite materials according to Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 was measured. The results are shown in Table 2.

열전도도(Thermal conductivity) 측정을 위해 Hot-press 장비를 이용하여 시편을 제조하였다. 제조된 시편의 열전도도는 이축 열전도도 측정 장비(Hot disc)를 이용하여 측정하였다. Specimens were prepared using hot-press equipment to measure thermal conductivity. The thermal conductivity of the prepared specimen was measured using a biaxial thermal conductivity measuring instrument (Hot disc).

비교예1로부터 실시예1 내지 실시예8에 이르기까지 필러의 투입량이 증가함에 따라 S-rGO의 영향으로 열전도도가 증가하고, 필러의 투입량이 10중량% 내지 50중량%일 때 복합재의 열전도도는 0.3 W/mK 이상, 가장 높게는 약 0.46 W/mK까지 측정되었다. 구체적으로 필러의 투입량이 30중량%일 때 S-rGO의 영향으로 비교예1에 비해 열전도도가 2.1배 증가하였다.From Comparative Example 1 to Examples 1 to 8, the thermal conductivity increased due to the influence of S-rGO as the amount of filler increased, and the thermal conductivity of the composite material when the amount of filler was 10% to 50% by weight was measured above 0.3 W/mK, the highest being about 0.46 W/mK. Specifically, when the input amount of the filler was 30% by weight, the thermal conductivity increased by 2.1 times compared to Comparative Example 1 due to the influence of S-rGO.

평가예4Evaluation example 4 : 복합재의 난연성 분석: Analysis of flame retardancy of composites

실시예1 내지 8 및 비교예1에 따른 복합재의 온도-열방출속도 그래프를 도 3에 도시하고, 단위 질량당 방열량(Heat release capacity)을 표 2에 나타냈다.A temperature-heat release rate graph of the composite materials according to Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 is shown in FIG. 3, and heat release capacity per unit mass is shown in Table 2.

난연성 분석은 마이크로 칼로리미터를 이용하였고, 초당 1℃의 승온 속도로 800℃까지 승온시켜 온도에 따른 열방출속도(Heat release rate, HRR)의 변화를 확인하였다. 비교예1에서 실시예1 내지 실시예8에 이르기까지 필러의 함량이 증가함에 따라 S-rGO의 영향으로 방열량 값이 180 W/g 이하로 감소하며, 필러의 함량이 50중량%일 때에는 100 W/g 이하로 감소하였다.The flame retardancy analysis was performed using a microcalorimeter, and the temperature was raised to 800° C. at a rate of 1° C. per second to confirm the change in heat release rate (HRR) according to the temperature. As the content of the filler increased from Comparative Example 1 to Example 1 to Example 8, the heat dissipation value decreased to 180 W/g or less due to the influence of S-rGO, and when the filler content was 50% by weight, 100 W / g or less.

필러 투입량 (중량%)Filler dosage (% by weight) 열분해 온도
(Td 5%, ℃)
pyrolysis temperature
(T d 5%, ℃)
잔여량
(Char yield, %)
balance
(Char yield, %)
열전도도 (W/mK)Thermal Conductivity (W/mK) 전기전도도 (S/m)Electrical conductivity (S/m) HRC (W/g)HRC (W/g)
실시예 1Example 1 0.10.1 491.9491.9 42.742.7 0.24270.2427 -- 170170 실시예 2Example 2 0.50.5 480.1480.1 43.443.4 0.23440.2344 -- 175175 실시예 3Example 3 1One 484.0484.0 41.941.9 0.23550.2355 -- 171171 실시예 4Example 4 55 450.3450.3 44.444.4 0.26430.2643 -- 159159 실시예 5Example 5 1010 467.1467.1 51.451.4 0.43520.4352 1.591.59 157157 실시예 6Example 6 2020 453.6453.6 55.055.0 0.46570.4657 31.231.2 132132 실시예 7Example 7 3030 430.5430.5 56.656.6 0.32240.3224 229229 109109 실시예 8Example 8 5050 402.4402.4 54.454.4 0.33790.3379 371371 8484 비교예 1Comparative Example 1 00 488.3488.3 42.942.9 0.22460.2246 -- 190190

앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, these improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.

Claims (19)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 황이 도핑된 탄소재를 포함하는 필러를 준비하는 단계; 및
용매에 황화나트륨, 다이클로로벤젠 및 상기 필러를 투입하고 동시(in-situ) 합성하여 폴리페닐렌 설파이드를 포함하는 매트릭스 및 이에 분산된 필러를 포함하는 복합재를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 필러는 황을 1중량% 내지 5중량%로 포함하고,
상기 복합재는 상기 필러를 0.1중량% 내지 50중량%로 포함하고,
상기 황화나트륨과 다이클로로벤젠의 몰 비는 0.95 ~ 1 : 1.02이고,
상기 복합재에 포함된 필러의 함량이 10중량% 이상이고, 상기 필러에 포함된 황의 함량이 2중량% 이상이면 황화나트륨의 몰 비를 낮추는 것을 특징으로 하는 복합재의 제조방법.
preparing a filler including a carbon material doped with sulfur; and
Preparing a composite material including a matrix including polyphenylene sulfide and a filler dispersed therein by adding sodium sulfide, dichlorobenzene, and the filler to a solvent and synthesizing in-situ,
The filler contains 1% to 5% by weight of sulfur,
The composite material includes the filler in an amount of 0.1% to 50% by weight,
The molar ratio of sodium sulfide and dichlorobenzene is 0.95 to 1: 1.02,
The method of manufacturing a composite material, characterized in that the molar ratio of sodium sulfide is lowered when the content of the filler included in the composite is 10% by weight or more and the content of sulfur included in the filler is 2% by weight or more.
제8항에 있어서,
상기 필러를 준비하는 단계는 탄소재 및 황을 포함하는 혼합물을 준비하는 단계;
상기 혼합물을 열처리하여 황을 용융황(Molten sulfur)으로 전환하고 상기 혼합물을 반응시키는 단계; 및
반응 결과물로부터 황을 제거하는 단계;를 포함하는 복합재의 제조방법.
According to claim 8,
Preparing the filler may include preparing a mixture including carbon material and sulfur;
heat-treating the mixture to convert sulfur into molten sulfur and reacting the mixture; and
A method for producing a composite material comprising the steps of removing sulfur from the reaction product.
제8항에 있어서,
상기 탄소재는 산화그래핀, 환원된 산화그래핀, 탄소나노튜브, 탄소섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 복합재의 제조방법.
According to claim 8,
The carbon material is a method for producing a composite material comprising at least one selected from the group consisting of graphene oxide, reduced graphene oxide, carbon nanotubes, carbon fibers, and combinations thereof.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제8항에 있어서,
상기 복합재에 포함된 필러의 함량이 10중량% 내지 50중량%일 때, 상기 폴리페닐렌 설파이드의 수율이 55% 이상인 복합재의 제조방법.
According to claim 8,
When the content of the filler contained in the composite material is 10% to 50% by weight, the yield of the polyphenylene sulfide is 55% or more.
제8항에 있어서,
상기 복합재의 열전도도는 0.3 W/mK 이상인 복합재의 제조방법.
According to claim 8,
The thermal conductivity of the composite is a method for producing a composite of 0.3 W / mK or more.
제8항에 있어서,
상기 복합재의 전기전도도는 1 X 10-8 S/m 이상인 복합재의 제조방법.
According to claim 8,
The electrical conductivity of the composite material is 1 X 10 -8 S / m or more manufacturing method of the composite material.
제8항에 있어서,
상기 복합재의 단위 질량당 방열량(Heat release capacity)은 180 W/g 이하인 복합재의 제조방법.
According to claim 8,
Method for producing a composite material having a heat release capacity per unit mass of the composite material of 180 W / g or less.
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