碳纳米管团粒及其制造方法技术

根据本发明专利技术的碳纳米管团粒仅使用少量的溶剂来制造并且具有提高的表观密度。本发明专利技术通过在复合材料中使用团粒形式的碳纳米管而不是粉末形式的碳纳米管，可以改善由粉末飞散产生的含量的变化和安全性问题。而且，由于团粒形式的密度比粉末形式的密度高，所以输送、转移和改善变得更容易。因此，它可以更有效地应用于复合材料的制造。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳纳米管团粒及其制造方法
本申请要求享有于2016年1月20日提交的韩国专利申请第10-2016-0006935号的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。本专利技术涉及碳纳米管团粒，并且更具体地，涉及使碳纳米管粒化的方法以促进碳纳米管的处理和加工。
技术介绍
取决于碳纳米管固有的手性，其呈现出绝缘、导电或半导电性质。碳纳米管具有碳原子彼此强共价结合的结构。由于这种结构，碳纳米管具有比钢大约100倍的拉伸强度，是高度柔韧和有弹性的，并且化学稳定。由于碳纳米管的尺寸和特定的物理性质，其在制造复合材料方面具有工业重要性。碳纳米管可以在包括电子材料和能源材料在内的众多领域中广泛应用。例如，碳纳米管可应用于二次电池、燃料电池、电化学存储装置(例如，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，由于碳纳米管的堆密度低以及由于碳纳米管的数十微米的粉末形式而在工艺中飞散，其可能会对人体造成伤害并可能导致电器的故障。另外，由于要混合的团粒型和粉末型聚合物之间的表观堆密度不同，所以存在分散困难。由于上述原因，通常，由于碳纳米管的密度增加以及其处理和输送的容易性，经常通过造粒提供碳纳米管。另外，粒化的碳纳米管适用于各种处理装置。在常规方法中，为了使碳纳米管粒化或造粒，使用两种不同的方法，即将它们湿法造粒然后干燥的方法，以及将它们干法造粒的方法。通常，干法造粒使用包括水平设置的旋转管的造粒鼓，造粒鼓的内部被称为造粒室。为了使碳纳米管粉末粒化，其是通过将工业粉末初步致密化并在造粒滚筒中由旋转管壁滚压并使其粒化的过程来制造的。它们通过使得干法造粒成为可能并且通常通过在干燥团粒形成期间施加几吨压力而产生的静电力和范德华力而团聚。因此，在制造过程中存在团粒再次被破坏的问题。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进行的。通常，当通过湿法造粒法与碳纳米管混合时，由于水和粘合剂的分布差，因此添加过量的水。在这种情况下，添加的水通常通过在旋转滚筒式干燥机中的热而除去。因此，过量的水会增加干燥机上的负荷，从而降低在整个过程中产品的生产量。过量的水也增加了干燥所需的能量和时间。因此，碳纳米管混合物中水和粘合剂的均匀分布在造粒过程中是非常重要的。此外，如果团粒的组分未被均匀混合，则制造的碳纳米管团粒的质量可能不稳定。为了解决这个问题，已经研究了处理分散剂(如表面活性剂)以改善团粒的分散性的方法。然而，仍然存在的问题是，这样的材料因留在碳纳米管团粒中而可能充当杂质。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个目的是提供一种仅使用少量溶剂来制造碳纳米管团粒的方法。本专利技术的另一个目的是提供通过上述方法制备的具有改善的分散性的碳纳米管团粒。技术方案为了解决本专利技术的问题，提供了表观密度为90kg/m3以上的碳纳米管团粒，其是通过将碳纳米管(CNT)和溶剂以5:1至1:2的重量比混合并挤出混合物而获得的。为了解决本专利技术的其他问题，提供了一种制造碳纳米管团粒的方法，包括以下步骤：将碳纳米管和溶剂以5:1至1:2的重量比混合并将其搅拌以制备碳纳米管糊料；和将所述碳纳米管糊料挤出成为团粒。为了解决本专利技术的又一个问题，提供了一种通过使用所述碳纳米管团粒制造CNT复合材料的方法。有益效果根据本专利技术，通过使用以团粒形式提供的碳纳米管，可以改善在使用碳纳米管的制造过程中粉末飞散的问题。另外，由于团粒形式的碳纳米管与初始碳纳米管的表观密度相比具有高的压缩率，因此可以容易地转移和处理，并且对溶剂的分散性优异，从而能够在碳纳米管复合材料的制造中提高生产率。附图说明图1示出了实施例和对比例中的碳纳米管粉末(挤压前)的粒径分布和粒化的碳纳米管(挤压后)的粒径分布。图2示出了实施例和对比例中制备的团粒对溶剂的分散特性。图3是显示使用CNT的预混合工序中的(a)粒径分布和(b)粒径随时间的变化的图。图4是显示使用CNT团粒的预混合工序中的(a)粒径分布和(b)粒径随时间的变化的图。图5示出了使用CNT和CNT团粒的预混合工序中粒径的变化。图6示出了在预混合的CNT和CNT团粒的糊料从螺杆式混合机中排出之后的(a)碳纳米管的粒径分布和(b)碳纳米管的形状分布。图7示出了根据螺杆混合过程的排出速率增加和重复次数的(a)粒径分布和(b)形状分布。图8示出了预混合后的(a)CNT的形状分布和(b)压制的CNT的形状分布。图9示出了根据CNT团粒通过挤出机的次数，没有预混合工序的CNT的初始粒径分布。图10示出了根据CNT团粒通过挤出机的次数，在预混合工序之后的CNT的初始粒径分布。图11示出了根据本专利技术的用于制造碳纳米管团粒的装置的可能实施方式((a)集成型，(b)独立型)。具体实施方式应该理解的是，在说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被解释为具有常规的和字典的含义，而应鉴于专利技术人能够为了用最好的方法描述他/她的专利技术而适当地定义术语和词语的概念的原则，将其解释为具有与本专利技术的精神相对应的含义和概念。现在将详细描述本专利技术。本专利技术提供了一种制造湿式碳纳米管团粒的方法，其中，仅使用少量的溶剂来提供以高压缩比挤压的碳纳米管团粒。根据本专利技术的碳纳米管团粒是通过将碳纳米管与溶剂以5:1至1:2的重量比混合并挤出混合物而制备的，并且具有90kg/m3以上的表观密度。加入到混合步骤中的溶剂可以在最初加入或者可以根据加工步骤分批加入。或者，碳纳米管可以分散在与混合过程中所述溶剂的含量相比大量的溶剂中，然后仅提取溶剂以使得它们可以以高浓度混合。在这种情况下，溶剂的含量可以是最终剩余溶剂的量。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团粒的表观密度显著增加。所述表观密度可以为90kg/m3以上，优选为100kg/m3以上，更优选为120kg/m3以上。另外，所述表观密度可以是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团粒，所述碳纳米管团粒由具有高浓度的碳纳米管糊料挤出并挤压。根据一个实施方式，所述团粒的压缩比可以由以下表达式1来限定。[表达式1]CNT压缩比(％)＝[挤压后的CNT团粒的表观密度]/[挤压前的CNT的表观密度]根据一个实施方式，所述碳纳米管团粒的直径可以是1mm以上，或者3mm以上，优选4mm以上，更优选5mm以上，并且可以是20mm以下，优选15mm以下，更优选10mm以下。所述碳纳米管团粒的长度可以是10mm以上，优选20mm以上，更优选30mm以上，或者50mm以上。此外，所述团粒可以具有200mm以下，或者180mm以下，或者150mm以下的长度。可以以各种各样的形状，包括但不限于，碎片，小球，片剂，丸粒，珠子，项链等来制造所述团粒。此外，本专利技术的碳纳米管团粒中含有的碳纳米管可以通过挤出工序和混合工序而具有减小的粒径，例如，可以具有减小到挤出工序和混合工序前粉末状碳纳米管的平均粒径(D50)的60％以下，优选到50％以下的粒径。因此，所述碳纳米管团粒中含有的碳纳米管颗粒的平均粒径(D50)可以为约200μm以下，或者约150μm以下。并且，根据制造方法的不同，可以含有平均粒径为约20μm以下，优选为约15μm以下的碳纳米管。本专利技术还提供了制造如上所述的碳纳米管团粒的方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】
表观密度为90kg/m

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.20 KR 10-2016-00069351.表观密度为90kg/m3以上的碳纳米管团粒，其通过将碳纳米管(CNT)和溶剂以5:1至1:2的重量比混合并挤出混合物而获得。2.根据权利要求1所述的碳纳米管团粒，其中，所述团粒的直径为3mm至20mm，以及长度为10mm至200mm。3.根据权利要求1所述的碳纳米管团粒，其中，所述碳纳米管(CNT)的压缩比满足以下表达式1：[表达式1]CNT压缩比(％)＝[CNT团粒的表观密度]/[挤压前CNT的表观密度]。4.根据权利要求1所述的碳纳米管团粒，其中，所述团粒中含有的碳纳米管的粒径(D50)为200μm以下。5.根据权利要求1所述的碳纳米管团粒，其中，所述团粒中含有的碳纳米管的粒径(D50)为20μm以下。6.根据权利要求1所述的碳纳米管团粒，其中，所述团粒中含有的碳纳米管的粒径(D50)为挤压前所述碳纳米管的平均粒径(D50)的60％以下。7.根据权利要求1所述的碳纳米管团粒，其中，所述团粒中含有的碳纳米管的粒径是D50为20μm以下，以及D90为50μm以下。8.根据权利要求1所述的碳纳米管团粒，其中，所述溶剂为选自水、醇、溶纤剂、酮、酰胺、酯、醚、芳香族烃和脂肪族烃中的至少一种。9.一种制造碳纳米管团粒的方法，包括以下步骤：将碳纳...

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