팽창흑연의 산업적 합성 방법 및 용도 소개

팽창흑연(버미큘러 흑연이라고도 함)은 물리적 또는 화학적 방법을 사용하여 천연 흑연질 나노탄소 소재에 비탄소 반응물을 삽입하고, 흑연 층 구조를 유지하면서 탄소 육각형 네트워크 평면과 결합하여 얻은 결정질 화합물입니다. 팽창흑연은 고온 저항성, 내식성, 중성자속, X선 및 감마선 장기 조사에 대한 내성 등 흑연의 우수한 물리적, 화학적 특성을 유지할 뿐만 아니라, 낮은 마찰 계수, 우수한 자가 윤활성, 전기 및 열 전도성, 이방성 등의 뛰어난 물리적, 화학적 특성을 지닙니다. 더욱이, 삽입된 물질과 흑연 층 사이의 상호작용으로 인해 팽창흑연은 기존 흑연이나 삽입된 물질에는 없는 새로운 특성을 나타내며, 천연 흑연의 취성 및 충격 저항성 문제를 극복합니다. 다음은 후루이테 흑연 편집자들이 팽창흑연의 산업적 합성 방법과 용도에 대해 소개하는 내용입니다.

1. 산업에서 일반적으로 사용되는 합성 방법

①화학적 산화

장점: 화학적 산화는 산업계에서 널리 사용되고 확립된 방법입니다. 따라서 명확한 장점, 성숙한 기술, 그리고 저렴한 비용을 가지고 있습니다.

단점: 삽입제로 사용되는 물질은 대개 농축 황산으로, 많은 양의 산을 소모합니다. 또한 생산 과정에서 유해 가스인 SOX가 발생하여 오염을 유발하고, 제품 잔류물이 합성 장비를 부식시킵니다.

② 전기화학적 산화

화학적 산화와 마찬가지로, 이는 팽창 흑연을 합성하는 일반적인 산업적 방법 중 하나입니다.

장점: 강산과 같은 강력한 산화제를 첨가할 필요가 없으며, 전류 및 전압과 같은 매개변수를 조절하여 반응을 제어할 수 있습니다. 합성 장비가 간단하고, 합성량이 많으며, 전해액을 오염시키지 않고 재사용할 수 있습니다.

단점: 합성된 생성물의 안정성이 다른 방법에 비해 떨어지고, 더 높은 사양의 장비가 필요하며, 생성물의 품질에 영향을 미치는 요인이 많습니다. 때로는 주변 온도가 상승함에 따라 생성물의 팽창 부피가 크게 감소하기도 합니다. 또한, 수용액에서 높은 전류를 가하면 부반응이 발생하여 1차 반응 생성물을 얻기 어렵습니다.

2. 주요 생산 기업 및 생산 능력

우리나라의 팽창흑연 제품 생산은 초기 단계에서 100여 개 업체로 성장했으며, 연간 생산량은 약 3만 톤에 달합니다. 시장 집중도는 낮은 편이지만, 대부분의 업체는 주로 저가형 실링 충진재를 생산하고 있으며, 자동차 실링이나 원자력 항공기 조명 분야에 사용되는 제품은 드뭅니다. 그러나 국내 기술의 발전과 함께 고가형 제품의 비중이 점차 증가할 것으로 예상됩니다.

3. 밀봉재 시장 수요 및 전망

현재 팽창흑연은 주로 실린더 가스켓, 흡기 및 배기 포트 가스켓 등 자동차 밀봉재로 사용되고 있습니다. 우리나라에서는 팽창흑연 밀봉재가 주로 실링 필러로 사용되고 있습니다. 최근 저탄소 함량 팽창흑연이 개발되어 생산 비용을 크게 절감할 수 있게 되었으며, 이를 통해 석면을 대규모로 대체하고 수요가 증가할 것으로 예상됩니다. 또한, 플라스틱, 고무, 금속 밀봉재를 부분적으로라도 대체할 수 있다면 국내 팽창흑연 밀봉재의 연간 수요는 더욱 증가할 것입니다.

자동차 산업에서 자동차 실린더 헤드 가스켓, 흡기 및 배기 포트 가스켓 하나당 약 2~10kg의 팽창 흑연이 필요하며, 자동차 1만 대당 20~100톤의 팽창 흑연이 소비됩니다. 중국 자동차 산업은 급속한 발전기에 접어들었으므로, 우리나라의 팽창 흑연 밀봉재 연간 수요는 여전히 매우 높은 수준입니다.