고분자는 경쟁력 있는 가격, 우수한 가공성, 높은 다양성 및 휴대성과 같은 특징으로 인해 우리 일상생활에서 수많은 수요를 이루고 있다. 고분자 나노 복합체에 관한 연구는 가공성 저하 또는 과도한 무게의 증가 등의 단점을 수반하지 않고도 고분자 매트릭스에 대해 부가가치를 이루어 내었다. 이로 인한 고분자 강화재(Filler)와 고분자의 조합은 고분자 복합체라는 새로운 범주 지평을 열었으며, 강화재와 고분자의 종횡비, 임계값 등은 고분자 나노 복합체의 설계 및 합성에 있어서 중요한 요소로 작용하고 있다.
최근 효율적인 고분자 강화재로 주목받고 있는 그래핀은 기존 고분자 강화재보다 높고 밀도 높은 sp2 혼성의 탄소 결합으로 인해 기계적, 전기적, 열적 특성에 있어서 뛰어난 성능을 보여주고 있다. 그렇기 때문에 그래핀 기반 고분자 나노 복합체는 학계와 산업 전반에 걸쳐 꾸준한 연구와 관심을 끌고 있다. 에폭시 수지, 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 등의 Engineering Plastic이 주로 이루는 산업용 플라스틱들은 고기능 그래핀/고분자 복합체를 만들기 위한 매트릭스로 주로 사용됩니다. 그래핀 연구에 가장 높은 빈도를 나타내는 산화된 그래핀 옥사이드와 환원 그래핀 옥사이드는 그래핀 복합체로 작용하기에 치명적인 문제가 수반됩니다. 품질이 낮으며, 위험한 시약(예 : 강산 및 발암성 환원 재료)을 동반하며 장시간의 비효율적인 제조 과정이 필요합니다. 또한 산화된 그래핀은 기저면과 가장자리 부분에 다양한 산소 치환기 (예: -COOH, -C=O, -O- 및 ?OH)를 가지고 있으며 이로 인한 그래핀의 뛰어난 특성을 저하시키며 다양한 결함을 유발합니다. 산소 치환기들의 산화상태는 그래핀/고분자 복합재료의 유용한 특성을 극감시키는 결과로 이어지게 됩니다. 이 문제를 극복하고 강화 효과를 극대화하기 위해서는 원래의 특성이 보존 된 새로운 그래핀 (또는 그래핀 유사 물질)의 연구가 필요하게 되었습니다.
본 실험은 흑연을 기계 화학적 반응을 통해 가장자리 위치에 다양한 치환기로 기능화된 그래핀 나노플레이트(GnPs)을 연구했습니다. 이 연구에서는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 매트릭스에 높은 물성을 갖는 새로운 GnP를 보강 필러로 사용하여 기존의 선형 저밀도 폴리에틸렌의 기계적 및 열적 특성을 높이고자 하였습니다. 헵텐으로 기능화된 그래핀 나노플레이트(HGNs)는 순수 흑연과 1-헵텐의 볼밀링을 통하여 합성되었습니다. LLDPE/HGnP 복합 필름은 솔루션 캐스팅 방법으로 제작되었습니다. 나노 보강 필러인 HGN는 가장자리에서 헵텐의 기능화로 인해 HGN은 다양한 유기 용매 (예: 자일렌)에 잘 분산될 수 있으며 tip sonication을 통해 분산시켰으며 그래핀 함량에 따른 LLDPE/HGN 복합 필름의 구조적 특징, 인장강도, 열 안정성 등의 특성 분석을 하였으며 그래핀을 함유하는 복합 필름의 SEM 분석을 통해 이미지를 관찰하였고 5wt% 이하의 그래핀을 함유하는 복합 필름은 그래핀이 LLDPE 매트릭스에 분산이 잘 이루어져 있었습니다. 하지만 10 wt% 이상의 그래핀을 함유한 복합 필름은 기계적 특성이 감소한 모습을 보여 응집 현상이 일어났다는 것을 알 수 있다. 5 wt% 이하일 때까지 선형적으로 증가하는데 그 이유는 그래핀과 LLDPE 사이에 강한 상호 작용과 상당히 높은 표면적을 가지기 때문입니다. 결론적으로 상당히 향상된 기계적 특성 (예: 인장 강도, 항복 강도, 영률 및 인장 인성)을 나타냈습니다.

Polymers are in great demand in our daily life due to features such as competitive price, excellent processability, high versatility and portability. Research on the polymer nanocomposite has achieved added value for the polymer matrix without accompanying disadvantages such as a decrease in processability or an excessive weight increase. Due to this, the combination of a polymer filler and a polymer matrix has opened up a new category of polymer composites, and the aspect ratio and threshold values of the reinforcing material and polymer are playing an important factor in the design and synthesis of polymer nanocomposites.
Graphene, which has recently been attracting attention as an efficient polymer reinforcement material, shows excellent performance in mechanical, electrical, and thermal properties due to sp2 hybrid carbon bonds that are higher and denser than existing polymer reinforcements. For that reason, graphene-based polymer nanocomposites are attracting constant research and interest across academia and industry: epoxy resin, polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), polypropylene (PP), and polyethylene (PE). Industrial plastics, which are mainly made by engineering plastics, are mainly used as a matrix for making high-performance graphene/polymer composites. Oxidized graphene oxide and reduced graphene oxide, which have the highest frequency in graphene research, have a fatal problem because they act as graphene complexes. It is of low quality, carries dangerous reagents (e.g., strong acids and carcinogenic reducing materials) and requires long and inefficient manufacturing processes. In addition, oxidized graphene has various oxygen-contained functional groups (e.g., -COOH, -C=O, -O-, and -OH) at the basal plane and edges, thereby deteriorating the excellent properties of graphene and causing various defects. The oxidation state of the oxygen-contained functional groups leads to a dramatic reduction in the useful properties of graphene/polymer composites. To overcome this problem and maximize the strengthening effect, the development of a new graphene (or graphene-like material) in which the original properties are preserved is required.
We studied graphene nanoplatelets (GnPs) in which graphite was functionalized with various functional groups at the edges through a mechanochemical reaction. In this study, a new GnP, which has high mechanical properties in a linear low density polyethylene (LLDPE) matrix, was used as a reinforcing filler to improve the mechanical and thermal properties of the existing linear low density polyethylene. Graphene nanoplatelets functionalized with heptene (HGNs) were synthesized through ball milling of pristine graphite and 1-heptene. LLDPE/HGN composite film was produced by solution casting method. HGNs, a nano reinforcing filler, can be well dispersed in various organic solvents (e.g., xylene) due to the functionalization of heptene at the edge, and it was dispersed through tip sonication. The structural characteristics, tensile strength, and thermal stability of the LLDPE/HGN composite film according to the graphene content were analyzed, and the image was observed through SEM analysis of the composite film containing graphene. In the composite film containing graphene, the graphene was well dispersed in the LLDPE matrix, but the composite film containing more than 10 wt% of graphene showed a decrease in mechanical properties, indicating that agglomeration occurred below 5 wt%. It increases linearly until it has a strong interaction between graphene and LLDPE and a fairly high specific surface area, resulting in significantly improved mechanical properties (e.g., tensile strength, yield strength, Young''s modulus and tensile toughness).