碳纳米管颗粒及制造该碳纳米管颗粒的方法技术

根据本发明专利技术的用于制造碳纳米管颗粒的方法使得能够通过重复挤出步骤降低包含于颗粒中的碳纳米管的粒径来制造改善了对溶剂的分散特性的颗粒。本发明专利技术提供了颗粒形式的碳纳米管而非粉末形式的碳纳米管，从而改善了可由粉末飞散引起的各种问题，并且所述碳纳米管由于高的表观密度而在运输、运送和改进方面更有优势，从而允许更有效地应用于碳纳米管复合材料的制造。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳纳米管颗粒及制造该碳纳米管颗粒的方法
本申请要求于2016年01月20日提交的韩国专利申请第10-2016-0006986号的优先权的权益，其全部公开内容以引用的方式并入本文中。本专利技术涉及碳纳米管颗粒，并且更特别地，涉及一种使碳纳米管颗粒化以便于所述碳纳米管的处理和加工的方法。
技术介绍
碳纳米管根据其固有的手性而展现出绝缘、导电或半导电性能。碳纳米管具有其中碳原子相互强共价键合的结构。凭借这种结构，碳纳米管具有比钢高约100倍的拉伸强度，并且是高度柔韧和弹性的，以及化学稳定的。碳纳米管由于其尺寸和特定的物理性能而在复合材料的制造方面具有工业上的重要性。碳纳米管可以在包括电子材料和能源材料的众多的领域中找到广泛应用。例如，碳纳米管可应用于电化学存储装置(例如，二次电池、燃料电池或超级电容器)的电极、电磁波屏蔽、场致发射显示器和气体传感器。然而，由于堆积碳纳米管较低的密度，以及由碳纳米管的数十微米的粉末形式导致在工艺中的飞散，可能会造成对人体的伤害和电气设备的故障。另外，由于颗粒与待混合的粉末型聚合物之间的表观堆积密度的差异，故在分散时存在困难。基于上述原因，通常，为了增加碳纳米管密度及容易处理和运输，通过造粒来提供碳纳米管。另外，颗粒化的碳纳米管适用于各种的处理设备。在常规方法中，为了使碳纳米管粒化或造粒，采用了两种不同的方法，即，将其湿法造粒然后干燥的方法以及将其干法造粒的方法。通常，干法造粒采用包括水平设置的旋转管的造粒鼓，其内部被称为造粒室。为了使碳纳米管粉末颗粒化，通过将工业粉末预先致密化并在造粒鼓中由旋转的管壁辊轧以将其造粒的过程而生产。它们通过能够实现干法造粒的静电力和范德华(Van-Der-Waals)力而团聚，且通常通过在干燥颗粒的形成期间施加几吨的压力来生产。因此，在制造过程期间存在所述颗粒可被再次破坏的问题。湿法造粒过程主要是通过碳纳米管之间的液桥和毛细作用力来进行的。通常，当通过湿法造粒方法来与碳纳米管混合时，由于水和粘合剂的分布不均，故添加了过量的水。在这种情况下，添加的水通常会在转鼓式干燥器中通过加热而被除去。过量的水因此增加了干燥器的负担，且由此降低了产品在整个过程中的生产量。过量的水还增加了干燥所需的能量和时间。因此，碳纳米管混合物中的水和粘合剂的均匀分布在造粒过程中是非常重要的。此外，如果所述颗粒的组分没有混合均匀，则生产的碳纳米管颗粒的品质可能会不一致。为了解决这个问题，已经研究了处理分散剂如表面活性剂以改善颗粒的分散性的方法。然而，仍然存在这样的材料通过留在所述碳纳米管颗粒中而可能会充当杂质的问题。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个目的在于提供一种用于生产具有改善的分散性的碳纳米管颗粒的方法。本专利技术的另一个目的在于提供通过上述方法制得的碳纳米管颗粒。技术方案为了解决本专利技术的问题，提供了一种用于生产碳纳米管颗粒的方法，其包括以下步骤：以5:1至1:2的重量比混合碳纳米管和溶剂以制得碳纳米管糊状物；以及将所述碳纳米管糊状物挤出为颗粒，其中，所述挤出重复两次以上，并且所述颗粒中包含的碳纳米管的粒径与挤出的次数成比例地减小。为了解决本专利技术的其它问题，提供了通过上述方法生产的碳纳米管颗粒。有益效果通过根据本专利技术的用于生产碳纳米管颗粒的方法生产的碳纳米管颗粒可以改善粉末飞散的问题。并且，尽管颗粒形式的碳纳米管具有对初始碳纳米管的表观密度的高压缩比，但对溶剂的分散性优异，从而可以改善碳纳米管复合材料的生产中的生产率。附图说明图1显示了实施例和对比实施例中的碳纳米管粉末的粒径分布和颗粒化的碳纳米管的粒径分布。图2显示了实施例和对比实施例中制得的颗粒的对溶剂的分散特性。图3为表示在采用了CNT的预混合过程中的(a)粒径分布和(b)粒径随时间的变化的图表。图4为表示在采用了CNT颗粒的预混合过程中的(a)粒径分布和(b)粒径随时间的变化的图表。图5显示了在采用了CNT和CNT颗粒的预混合过程中粒径的变化。图6显示了预混合的CNT和CNT颗粒的糊状物从螺杆混合机中排出后，碳纳米管的(a)粒径分布和(b)分布的形状。图7显示了(a)粒径分布和(b)分布的形状随排出率增加和螺杆混合过程的重复次数的变化。图8显示了预混合过程后，(a)CNT和(b)CNT颗粒的粒径和分布的形状。图9显示了未采用预混合过程的CNT的初始粒径分布随CNT颗粒通过挤出机的次数的变化。图10显示了预混合过程之后的CNT的粒径分布随CNT颗粒通过挤出机的次数的变化。图11显示了根据本专利技术的用于制造碳纳米管颗粒的设备的可能的实施方式((a)一体型，(b)独立型)。具体实施方式应当理解的是，在本说明书和权利要求书中所使用的术语和词语不是被解读为具有常规的和字典中的含义，而是鉴于本专利技术人能够适当地定义所述术语和词语的概念以便用最佳的方法来描述他/她的专利技术的原则而被解读为具有与本专利技术的精神相对应的含义和概念。现在将详细地描述本专利技术。本专利技术提供了一种生产碳纳米管颗粒的方法，其中仅使用少量溶剂来提供碳纳米管颗粒。根据本专利技术的用于生产碳纳米管颗粒的方法包括以下步骤：以5:1至1:2的重量比混合碳纳米管和溶剂以制备碳纳米管糊状物；以及将所述碳纳米管糊状物挤出为颗粒，其中，所述挤出重复两次以上，并且所述颗粒中包含的碳纳米管的粒径与挤出的次数成比例地减小。待加入到混合步骤中的溶剂可以在最初加入或者可以根据工艺步骤而分批加入。或者，碳纳米管可以分散于比混合过程中溶剂的所述含量更大量的溶剂中，然后仅提取溶剂以使得它们可以以高的浓度混合。在这种情况下，所述溶剂的含量可以是最终剩余的溶剂的量。与粉末形式的碳纳米管的表观密度相比，根据本专利技术的碳纳米管颗粒的表观密度显著增加。所述表观密度可以为90kg/m3以上，优选100kg/m3以上，以及更优选120kg/m3以上。所述表观密度可以为250kg/m3以下，或者230kg/m3以下，或者200kg/m3以下。本专利技术可以提供含有碳纳米管的碳纳米管颗粒，其由高浓度的碳纳米管糊状物挤出并被压缩。所述颗粒的压缩比可以由以下表达式1来定义。[表达式1]CNT压缩比(％)＝[挤压后的CNT颗粒的表观密度]/[挤压前的CNT的表观密度]根据一个实施方式，所述碳纳米管颗粒的直径可以为1mm以上，或者3mm以上，优选4mm以上，以及更优选5mm以上，并且可以为20mm以下，优选15mm以下，以及更优选10mm以下。所述碳纳米管颗粒的长度可以为10mm以上，优选20mm以上，以及更优选30mm以上，或者50mm以上。此外，所述颗粒可以具有200mm以下，优选180mm以下，以及更优选150mm以下的长度。所述颗粒可以以各种各样的形状制造，包括但不限于碎片、颗粒、料片、丸粒、珠、项链状等。另外，本专利技术的碳纳米管颗粒中所含的碳纳米管可以通过所述挤出过程和混合过程而具有减小的粒径，例如，可以具有减小到60％以下，以及优选50％以下的粒径。因此，所述碳纳米管颗粒中所含的碳纳米管粒子的平均粒径(D50)可以为约200μm以下，或者约150μm以下。并且，根据制造工艺方法，可以包含具有约20μm以下，以及优选约15μm以下的平均粒径的碳纳米管。本专利技术还提供一种生产如上所述的碳纳米管颗粒的方法。根据用于生产根据本专利技术的碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产碳纳米管颗粒的方法，其包括以下步骤：混合碳纳米管和溶剂以制备碳纳米管糊状物；以及将所述碳纳米管糊状物挤出为颗粒，其中，所述挤出重复两次以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.20 KR 10-2016-00069861.一种用于生产碳纳米管颗粒的方法，其包括以下步骤：混合碳纳米管和溶剂以制备碳纳米管糊状物；以及将所述碳纳米管糊状物挤出为颗粒，其中，所述挤出重复两次以上。2.根据权利要求1所述的用于生产碳纳米管颗粒的方法，其中，所述颗粒中包含的碳纳米管的粒径与挤出的次数成比例地减小。3.根据权利要求2所述的用于生产碳纳米管颗粒的方法，其中，所述碳纳米管的D90根据挤出次数的减小率满足以下表达式2：[表达式2]-167.3x+650≤y≤-167.3x+670其中，x为所述碳纳米管的挤出次数，以及y为所述碳纳米管的D90(μm)。4.根据权利要求1所述的用于生产碳纳米管颗粒的方法，其中，所述方法包括以下步骤：预混合所述碳纳米管和所述溶剂；在螺杆混合机中混合碳纳米管的预混合溶液；以及将碳纳米管混合溶液从所述螺杆混合机转移至挤出机中并将该混合物挤出为颗粒。5.根据权利要求4所述的用于生产碳纳米管颗粒的方法，其中，所述方法进一步包括以下步骤：将碳纳米管与溶剂混合以制备第一糊状物(捏合)；向所述第一糊状物...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜京延，禹知希，李丞镛，张炯植，曹东铉，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR