KR101400960B1 - 다공성 폴리아크릴로니트릴 파이버 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세유체 채널 시스템을 이용하여 중공 구조를 포함하는 다공성 파이버를 제조할 수 있는 폴리아크릴로니트릴 파이버의 제조방법에 관한 것으로, 상기 제조방법은 후처리 공정을 포함하지 않는 간단한 제조공정이며, 이를 통해 제조된 다공성 폴리아크릴로니트릴 파이버는 수처리 장치, 이차전지용 멤브레인 또는 이산화탄소 포집장치 등에 적용될 수 있다.

Description

다공성 폴리아크릴로니트릴 파이버 및 이의 제조방법{Porous polyacrylonitrile fiber and synthesis method thereof}

본 발명은 미세유체 채널 시스템을 이용한 폴리아크릴로니트릴 파이버 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

탄소 섬유는 탄성과 강도가 크기 때문에 철보다 강하고, 알루미늄보다 가벼운 성질을 가지고 있다. 예를 들어, 강철의 1/5배로 가볍고, 강도는 약 10배가 크다. 상기 탄소 섬유는 원료에 따라 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 피치계, 레이온계로 분류한다. 이 중, 레이온계 탄소섬유는 기본적으로 레이온 섬유를 전구체로 사용하여 만든다. 그러나 전구체의 물성을 쉽게 조절할 수 없고, 수율 또한 낮아 널리 상용화 되지 못하고 있으며, 피치계 탄소섬유는 섬유 구조의 형성 내지 유지가 어려우며, 다른 탄소섬유에 비하여 탄성률이 낮은 단점이 있다. 따라서, 최근에 전체 탄소섬유 중 90% 이상을 PAN계 탄소섬유가 차지하고 있다.

탄소섬유는 탄소섬유 강화 플라스틱(Carbon Fiber Reinforcement Plastics, CFRP)라 불리는 형태로 사용되는 것이 대부분이며, 이는 매우 강하고 가벼운 특징을 갖는다. PAN계로 만들어진 CFRP는 비교적 고가로, 상기 고가의 탄소섬유 복합재료는 우주 항공용, 고급 자동차, 모터사이클, 자전거, 보트, 풍력 발전 블레이드, 잠수정 등의 선박 또는 LNG 탱크 등에 사용될 수 있는 고 부가가치 산업에 적용될 수 있다. 따라서, PAN계 탄소섬유의 자체 생산기술의 개발이 절실한 실정이다.

상기와 같은 장점을 갖는 탄소섬유로 활용 가능한 폴리아크릴로니트릴 파이버의 제작은 습식방사법 및 전기방사법을 통해 제조되고 있다. 상기 습식방사법은 섬유의 원료가 되는 폴리머를 용제에 녹인 후, 상기 용제에 녹은 폴리머를 가는 구멍의 노즐을 이용하여 응고액 속으로 밀어내어 섬유로 제작하는 방법이다. 즉, 방사 원액을 방사구를 통해 응고액 속으로 보낼 때, 화가 반응이나 탈수 작용으로 응고하여 섬유로 제작되는 방법으로, 널리 사용되었지만, 방사속도가 비교적 느리고, 형성된 섬유의 단면이 불균일하다는 단점이 있다. 또한, 세척, 탈수 또는 건조 등의 후처리 공정을 거쳐야 하는 단점이 있다. 예를 들어, 습식방사법을 사용하여 PAN 파이버를 제조하는 기술은 한국공개특허 제2011-0079371호 및 일본공개특허 제2011-214165호를 통해 개시되어 있다.

또한, 상기 전기방사법은 표면장력에 의해 모세관 끝에 매달려 있는 물방울에 고전압을 부여할 때 물방울 표면에서 미세 필라멘트가 방출되는 현상을 이용한 방법으로, 상기 방법은 제조공정이 복잡하며, 전기방사 공정조건 및 고분자 물질의 농도 또는 점도 등의 내부적 변수와 함께, 주변의 온도 또는 습도 등의 외부 환경에 민감한 단점이 있다. 예를 들어, 한국등록특허 제0988032호를 참조하면 전기방사법을 사용하여 PAN계 탄소나노섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

한국공개특허 제2011-0079371호 일본공개특허 제2011-214165호 한국등록특허 제0988032호

본 발명은 폴리아크릴로니트릴 파이버 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 미세유체 채널 시스템을 사용하여 중공 구조를 포함하는 다공성 파이버를 제조하는 것을 특징으로 한다.

하나의 실시예에서, 본 발명은 미세유체 채널 시스템을 이용하여 중공 구조를 포함하는 다공성 파이버를 제조할 수 있는 제조방법을 제공한다.

또 하나의 실시예에서, 본 발명은,

단면을 기준으로,

중공 구조를 형성하는 중심층;

고밀도의 외각층; 및

중공 구조와 외각층 사이에 형성되는 다공성의 중간층을 포함하는 구조를 포함하는 폴리아크릴로니트릴 파이버를 제공한다. 예를 들어, 상기 중간층에 형성된 기공은, 중간층에서 외각층 방향으로 형성된 기공의 직경이 작아지는 구조일 수 있다.

본 발명에 따른 미세유체 채널 시스템을 이용하는 폴리아크릴로니트릴 파이버의 제조방법은 후처리 공정을 포함하지 않는 간단한 제조공정이며, 별도의 마이크로 또는 나노입자의 혼합없이 중공을 포함하는 다공성 폴리아크릴로니트릴 파이버를 제조할 수 있다. 이를 통해 제조된 다공성 폴리아크릴로니트릴 파이버는 수처리 장치, 이차전지용 멤브레인 또는 이산화탄소 포집장치 등에 적용될 수 있다.

도 1은 미세유체 채널 시스템의 모식도이다.
도 2는 미세 채널을 확대한 모식도이다.
도 3은 마이크로 채널이 프린트된 투명 포토마스크의 모식도이다.
도 4a는 하나의 실시예에 따른 폴리아크릴로니트릴 파이버의 광학 현미경 사진이다.
도 4b는 하나의 실시예에 따른 폴리아크릴로니트릴 파이버의 FE-SEM 사진이다.
도 4c는 하나의 실시예에 따른 폴리아크릴로니트릴 파이버의 FE-SEM 사진이다.
도 4d는 하나의 실시예에 따른 폴리아크릴로니트릴 파이버의 FE-SEM 사진이다.
도 5a는 코어 흐름 중 폴리아크릴로니트릴의 함량이 1 중량부인 경우의 폴리아크릴로니트릴 파이버의 FE-SEM 사진이다.
도 5b는 코어 흐름 중 폴리아크릴로니트릴의 함량이 2 중량부인 경우의 폴리아크릴로니트릴 파이버의 FE-SEM 사진이다.
도 5c는 코어 흐름 중 폴리아크릴로니트릴의 함량이 3 중량부인 경우의 폴리아크릴로니트릴 파이버의 FE-SEM 사진이다.
도 5d는 코어 흐름 중 폴리아크릴로니트릴의 함량이 4 중량부인 경우의 폴리아크릴로니트릴 파이버의 FE-SEM 사진이다.
도 6a는 코어 흐름과 시스 흐름의 유속비가 1:7인 경우의 폴리아크릴로니트릴 파이버의 광학 현미경 사진이다.
도 6b는 코어 흐름과 시스 흐름의 유속비가 1:20인 경우의 폴리아크릴로니트릴 파이버의 광학 현미경 사진이다.
도 6c는 코어 흐름과 시스 흐름의 유속비가 1:30인 경우의 폴리아크릴로니트릴 파이버의 광학 현미경 사진이다.
도 7은 유속비에 따른 파이버의 직경을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 폴리아크릴로니트릴 파이버의 제조방법에 관한 것이다.

하나의 예로서, 상기 폴리아크릴로니트릴 파이버의 제조방법으로는,

미세유체 채널 시스템을 이용한 방법일 수 있으며, 상기 방법으로 제조된 폴리아크릴로니트릴 파이버는 중공 구조를 포함하는 다공성 구조일 수 있다.

상기 미세유체 채널 시스템이란, 미세 채널을 포함하는 파이버 제작 시스템으로, 상기 미세 채널을 통해 유체를 흘려 보냄으로써 중공을 포함하는 다공성 파이버를 제조할 수 있다. 예를 들어, 코어 흐름 및 시스 흐름을 주입하는 미세 채널을 포함할 수 있으며, 상기 미세유체 채널 시스템은 폴리디메틸실록산(PDMS)을 이용하여 소프트 리소그래피법(soft lithography)으로 제작된 것을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 미세유체 채널 시스템(100)의 하나의 예로, 도 1을 통해 설명할 수 있다. 도 1을 보면, 기판(10), 코어 흐름 주입구(20) 및 시스 흐름 주입구(30)로 이루어진 것을 확인할 수 있으며, 상기 미세유체 채널 시스템을 통해 폴리아크릴로니트릴 파이버(40)이 제조될 수 있다. 또한, 도 2를 보면, 미세유체 채널(200)을 확대한 것으로, 코어 흐름(21)을 중심으로, 양쪽에 시스 흐름(31)이 흐르며, 상기 코어 흐름과 시스 흐름이 만나 폴리아크릴로니트릴 파이버(40)를 제조할 수 있다. 구체적으로, 기판(10)은 유리 기판을 사용할 수 있으며, 코어 흐름 주입구(20)을 통해 코어 흐름(21)이 주입되고, 시스 흐름 주입구(30)를 통해 코어 흐름의 양쪽으로 시스 흐름(31)이 주입되는 구조일 수 있다.

제조된 미세유체 채널 시스템을 이용하여 폴리아크릴로니트릴 파이버를 만드는 방법의 하나의 예로서,

상기 미세유체 채널 시스템에,

폴리아크릴로니트릴과 디메틸설폭사이드를 포함하는 유체를 코어 흐름(core flow) 형태로 주입하고, 디메틸설폭사이드 수용액을 시스 흐름(sheath flow) 형태로 주입하는 단계를 포함할 수 있다.

예를 들어, 폴리아크릴로니트릴과 디메틸설폭사이드를 포함하는 유체를 코어 흐름(21) 형태로 주입되고, 상기 코어 흐름의 양쪽으로 디메틸설폭사이드 수용액이 시스 흐름(31) 형태로 주입되어, 코어 흐름과 시스 흐름 사이의 상호작용을 통해 폴리아크릴로니트릴 파이버가 형성될 수 있다. 구체적으로, 코어 흐름에서, 물에 용해 가능한 디메틸설폭사이드를 함유하는 용액이 양쪽의 시스 흐름으로 녹아 나오고, 시스 흐름의 디메틸설폭사이드 수용액 중 물은, 폴리아크릴로니트릴이 포함되어 있는 코어 흐름 내부로 이동해 들어가면서 폴리아크릴로니트릴의 연속적인 침전을 유도할 수 있다. 이 때, 코어 흐름의 양쪽에 형성된 시스 흐름에 의한 전단응력에 의해 파이버의 직경은 작아질 수 있고, 두 흐름 사이에 일어나는 폴리아크릴로니트릴 및 물의 상호 교환에 의하여 중공 및 기공을 형성할 수 있다. 결과적으로, 침전된 폴리아크릴로니트릴은 채널 밖의 용기에 계속적으로 모이며, 실패에 감아 상온에서 건조하면 중공을 포함하는 다공성 폴리아크릴로니트릴 파이버를 제조할 수 있다.

상기 코어 흐름에서 폴리아크릴로니트릴의 함량은 전체 코어 흐름 유체 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 10 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리아크릴로니트릴의 함량은 0.1 내지 8 중량부, 0.1 내지 5 중량부 또는 1 내지 4 중량부일 수 있다.

또한, 상기 시스 흐름에서 디메틸설폭사이드의 함량은 전체 시스 흐름 유체 100 중량부를 기준으로 50 내지 90 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 디메틸설폭사이드의 함량은 50 내지 80 중량부, 60 내지 80 중량부 또는 65 내지 75 중량부일 수 있다.

상기 코어 흐름의 폴리아크릴로니트릴 및 시스 흐름의 디메틸설폭사이드의 함량 범위에서 주름 및 기공을 갖는 형상의 파이버를 제조할 수 있다. 이러한 주름 및 기공을 갖는 형상의 파이버는 필름, 멤브레인 또는 필터 등에 적용될 경우, 파이버 간의 높은 접촉면을 가질 수 있으며, 매끈한 표면의 파이버보다 우수한 기계적 물성을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 폴리아크릴로니트릴 파이버를 제조하는 과정에서,

코어 흐름 또는 시스 흐름의 유속을 조절하여 파이버의 직경을 제어할 수 있다. 예를 들어, 코어 흐름의 유속은 0.1 내지 5 μL/min이고, 시스 흐름의 유속은 1 내지 30 μL/min일 수 있다. 구체적으로, 코어 흐름의 유속은 0.1 내지 3 μL/min, 0.5 내지 2 μL/min 또는 0.5 내지 1.5 μL/min일 수 있으며, 시스 흐름의 유속은 1 내지 20 μL/min, 1 내지 10 μL/min 또는 5 내지 10 μL/min일 수 있다. 상기 코어 흐름 또는 시스 흐름의 유속 범위로 조절하여 원하는 직경의 파이버를 제조할 수 있으며, 안정된 흐름을 유지할 수 있다.

구체적으로, 상기 코어 흐름과 시스 흐름의 유속비는 1:5~30 의 비율인 것이 바람직하다. 예를 들어, 코어 흐름과 시스 흐름의 유속비가 1:5에서 1:30까지 증가할수록 제조된 파이버의 직경이 작아질 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 미세유체 시스템을 통해 제조된 폴리아크릴로니트릴 파이버를 포함할 수 있다.

예를 들어, 제조된 폴리아크릴로니트릴 파이버는,

단면을 기준으로,

중공 구조를 형성하는 중심층;

고밀도의 외각층; 및

중공 구조와 외각층 사이에 형성되는 다공성의 중간층을 포함할 수 있다.

상기 중심층은 중공이 형성된 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 중심층에 형성된 중공의 직경은 1 ㎛ 내지 35 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 상기 중공의 직경은 1 내지 30 ㎛, 5 내지 30 ㎛, 10 내지 35 ㎛ 또는 15 내지 25 ㎛일 수 있다. 또한, 중심층에 1개 또는 다수의 중공이 형성될 수 있으며, 예를 들어, 1개 내지 2개의 중공이 형성될 수 있다. 상기 중공을 포함하는 파이버는 원형보다 효과적으로 외력에 저항할 수 있는 강도를 가질 수 있다. 특히, 중공을 포함함으로써 흡착재료 제조, 촉매, 촉매 담체 및 물질의 분리 등에 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 복합재료의 경량화 등 폭 넓은 산업 분야에 적용될 수 있다.

상기 중간층에 형성된 기공의 크기는 1 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 중간층에 형성된 기공은, 중심층에서 외각층 방향으로 형성된 기공의 직경이 작아지는 기공 크기의 구배를 갖는 특이 구조일 수 있다. 예를 들어, 중심층에 인접한 중간층에 형성된 기공은 1 내지 4 ㎛, 1 내지 3 ㎛ 또는 2 내지 3 ㎛ 등의 수 마이크로 단위일 수 있다.

또한, 상기 고밀도 외각층에 형성된 기공의 크기는 10 nm 내지 300 nm일 수 있다. 예를 들어, 기공의 크기는 10 내지 250 nm, 50 내지 180 nm, 50 내지 150 nm 또는 100 내지 150 nm일 수 있다. 결과적으로, 중심층에서 외각층 방향으로 형성된 기공의 직경은 수 마이크로 범위에서 수 나노미터 범위로 작아질 수 있다. 이러한, 폴리아크릴로니트릴 파이버에 형성된 기공 직경의 구배는, 상기 파이버가 형성되는 과정에서, 코어 흐름에서 디메틸설폭사이드 용액이 시스 흐름으로 확산되고, 시스 흐름의 물이 코어 흐름 내부로 확산되는 과정에서 생길 수 있다. 구체적으로, 코어 흐름과 시스 흐름의 계면에서 작은 범위의 확산을 통해 디메틸설폭사이드와 물이 빠른 속도로 교환되어 고밀도의 외각층을 형성할 수 있다. 상기 고밀도란, 작은 직경의 기공이 고밀도로 형성되어 있는 것을 의미할 수 있으며, 상기 고밀도의 외각층으로 인해, 디메틸설폭사이드와 물의 확산의 속도를 감소시킨다. 이때, 고밀도 외각층에 대한 디메틸설폭사이드의 확산속도가 물의 확산속도 보다 클 수 있다. 따라서, 중간층에서 폴리아크릴로니트릴의 침전이 코어 흐름과 시스 흐름의 계면에서보다 느리게 일어나게 되어 중심부로 갈수록 기공의 크기가 커지게 되며, 중심부의 중공 또한 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 파이버의 직경은 10 내지 50 ㎛일 수 있다. 최근까지 50 ㎛ 이상의 직경을 가지는 탄소 파이버가 상용화 되어왔다. 하지만, 본 발명에 따른 폴리아크릴로니트릴 파이버는 미세유체 채널 시스템을 이용하여 10 내지 50 ㎛의 작은 직경을 갖는 파이버를 간단하게 제조할 수 있다.

이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1: 미세유체 채널 시스템의 제조

미세유체 채널(microfluidic channel) 시스템은 폴리디메틸설폭사이드(PDMS)를 이용하여 소프트 리소그래피(soft lithography) 방법으로 제작하였다. 채널 마스터 제작을 위해 실리콘 웨이퍼 상에 광경화성 수지(photoresist)인 SU-8(상품명 SU-8 2050)을 100 내지 150 μm 두께로 2000 rpm 조건으로 30초 동안 스핀 코팅한 후, 핫 플레이트를 이용하여 95℃에서 25 분간 소프트-베이킹(soft-baking) 하였다. 광경화성 수지필름 위에 도 3과 같은 마이크로 채널이 프린트된 투명 포토마스크(photomask)를 위치시킨 후, UV 광선(Model B-100A, BLAK-RAY)을 250 mJ/cm²의 세기, 365 nm의 파장으로 50 초 동안 조사하였다. 그런 다음, 95℃에서 포스트-베이킹(Post-baking)을 실시한 후, 광경화성수지가 코팅된 실리콘 웨이퍼를 SU-8 현상(developer) 용액 상에서 중합되지 않은 SU-8을 제거하고, 150℃에서 1 시간 이상 하드 베이킹(hard baking)한 후, 채널 마스터를 제작하였다. 그런 다음, PDMS를 채널마스터 위에 부은 후, 70℃에서 열경화시켰다. 완성된 PDMS 마이크로 채널을 에어 플라즈마 클리너(air plasma cleaner,Model PDC-32G, Harrick Plasma)를 이용하여 처리하여 유리기판에 붙인 후, 70℃의 핫 플레이트에서 약 1 내지 3분 정도 유지하여 미세유체 채널을 완성하였다. 체널의 각 주입구를 16G 실린지 주사기 바늘을 이용하여 구멍을 뚫고 튜브를 연결하였다. 완성된 채널의 크기는 각 주입 채널의 너비는 90 ㎛, 주입 채널 접합부 이후의 채널의 너비와 길이는 각각 240 ㎛와 1 cm로, 높이는 50 ㎛로 제작하였다. 제작된 미세유체 채널 시스템은 도 1을 통해 나타낼 수 있다.

실시예 2: 폴리아크릴로니트릴 파이버의 제조

코어 흐름 전체 100 중량부를 기준으로 폴리아크릴로니트릴 파우더(Sigma Aldrich사)를 디메틸설폭사이드(Sigma Aldrich사)에 1 내지 4 중량부로 각각 섞은 후, 40℃의 핫 플레이트에서 1 내지 2 시간 동안 교반 및 용해시켰다. 또한, 시스 흐름 전체 100 중량부를 기준으로 디메틸설폭사이드 60 내지 70 중량부를 포함하는 디메틸설폭사이드 수용액을 준비하였다.

그런 다음, 제작된 미세유체 채널 시스템의 코어 흐름 및 시스 흐름에 실린지 펌프(Model: KDS-101)을 이용하여 각각 주입해 준다. 이 때, 폴리아크릴로니트릴과 디메틸설폭사이드를 포함하는 코어 흐름의 유속은 1 μL/min로, 디메틸설폭사이드 수용액을 포함하는 시스 흐름의 유속을 5 내지 50 μL/min로 조절하여 주입하는 방법으로 폴리아크릴로니트릴 파이버를 제조하였다.

하나의 예로서, 코어 흐름 전체 100 중량부를 기준으로 폴리아크릴로니트릴의 함량을 3 중량부로, 시스 흐름 전체 100 중량부를 기준으로 디메틸설폭사이드의 함량을 70 중량부로 혼합한 각각의 흐름을 사용하였으며, 코어 흐름의 유속을 1 μL/min로, 시스 흐름의 유속을 7 μL/min로 주입하였을 때 제조된 폴리아크릴로니트릴 파이버는 초순수물이 담긴 용기에 담아 보관하였다. 그 후, 광학현미경(Olympus BX-51)에 장착된 고감도 CCD카메라(Jenoptik, ProRes CF Scan)를 이용하여 관찰하였으며, 그 결과는 도 4a를 통해 확인할 수 있다.

또한, FE-SEM을 통해 관측한 도 4b를 보면, 제조된 폴리아크릴로니트릴 파이버의 중공을 확인할 수 있으며, 이 경우, 2 개의 중공이 형성된 것을 확인할 수 있고, 도 4c를 보면, 중간층의 기공을 확인할 수 있으며, 주름 형상을 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 4d를 보면, 작은 기공이 세밀하게 형성되어 있는 고밀도의 외각층을 확인할 수 있다.

실시예 3: 코어 흐름의 폴리아크릴로니트릴 함량에 따른 형상 분석

시스 흐름 전체 100 중량부를 기준으로 디메틸설폭사이드의 함량을 70 중량부로 혼합한 각각의 흐름을 사용하였으며, 코어 흐름과 시스 흐름의 유속비를 1:10 μL/min로 하여, 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리아크릴로니트릴 파이버를 제조하였다. 이 때, 코어 흐름 전체 100 중량부를 기준으로 폴리아크릴로니트릴의 함량을 1, 2, 3 및 4 중량부로 각각 혼합하여 제조하였다. 제조된 폴리아크릴로니트릴 파이버를 FE-SEM을 이용하여 관측하였다. 폴리아크릴로니트릴의 함량이 1 중량부인 경우는 도 5a에 나타내었으며, 2 중량부인 경우는 5b, 3 중량부인 경우는 5c, 4 중량부인 경우는 도 5d에 나타내었다.

그 결과, 폴리아크릴로니트릴의 함량이 1 내지 4 중량부로 증가할수록 표면에 주름이 줄어들며, 기공이 작아지는 것을 확인할 수 있었으나, 모든 경우에 기공을 확인할 수 있었다.

실시예 4: 폴리아크릴로니트릴 파이버의 직경 조절

코어 흐름 전체 100 중량부를 기준으로 폴리아크릴로니트릴의 함량을 3 중량부로, 시스 흐름 전체 100 중량부를 기준으로 디메틸설폭사이드의 함량을 70 중량부로 혼합한 각각의 흐름을 사용하였으며, 실시예 2와 같은 방법으로 폴리아크릴로니트릴 파이버를 제조하였다. 이 때, 코어 흐름과 시스 흐름의 유속비를 1:7, 1:20 및 1:30으로 달리하여 각각 실험하였다. 광학현미경(Olympus BX-51)에 장착된 고감도 CCD카메라(Jenoptik, ProRes CF Scan)를 이용하여 측정하였으며, 1:7의 유속비로 제조된 폴리아크릴로니트릴 파이버는 도 6a에 나타내었고, 1:20의 유속비로 제조된 것은 6b, 1:30의 유속비로 제조된 것은 6c에 나타내었다. 그 결과, 코어 흐름과 시스 흐름의 유속비가 증가함에 따라서 폴리아크릴로니트릴 파이버의 직경은 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 상기 코어 흐름과 시스 흐름의 유속비에 따른 폴리아크릴로니트릴 파이버 직경의 변화를 그래프로 나타내었으며, 그 결과는 도 7에 나타내었다.

10: 기판
20: 코어 흐름 주입구
21: 코어 흐름
30: 시스 흐름 주입구
31: 시스 흐름
40: 폴리아크릴로니트릴 파이버
100: 미세유체 채널 시스템
200: 미세유체 채널

Claims (14)

1. 미세유체 채널 시스템을 이용하여 중공 구조를 포함하는 다공성 파이버를 제조하는 것을 특징으로 하는 폴리아크릴로니트릴 파이버의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   미세유체 채널 시스템에,
   폴리아크릴로니트릴과 디메틸설폭사이드를 포함하는 유체를 코어 흐름(core flow) 형태로 주입하고, 디메틸설폭사이드 수용액을 시스 흐름(sheath flow) 형태로 주입하는 단계를 포함하는 폴리아크릴로니트릴 파이버 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   코어 흐름의 폴리아크릴로니트릴의 함량은 전체 코어 흐름 유체 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 10 중량부인 폴리아크릴로니트릴 파이버의 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서,
   시스 흐름의 디메틸설폭사이드의 함량은 전체 시스 흐름 유체 100 중량부를 기준으로 50 내지 90 중량부인 폴리아크릴로니트릴 파이버의 제조방법.
5. 제 2 항에 있어서,
   코어 흐름 또는 시스 흐름의 유속을 조절하여 파이버의 직경을 제어하는 것을 특징으로 하는 폴리아크릴로니트릴 파이버 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   코어 흐름의 유속은 0.1 내지 5 μL/min이고,
   시스 흐름의 유속은 1 내지 30 μL/min인 폴리아크릴로니트릴 파이버의 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서,
   코어 흐름과 시스 흐름의 유속비는 1:5~30 의 비율인 폴리아크릴로니트릴 파이버의 제조방법.
8. 단면을 기준으로,
   중공 구조를 형성하는 중심층;
   고밀도의 외각층; 및
   중공 구조와 외각층 사이에 형성되는 다공성의 중간층을 포함하며,
   파이버의 직경은 10 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 폴리아크릴로니트릴 파이버.
9. 제 8 항에 있어서,
   중심층에 형성된 중공의 직경은 1 ㎛ 내지 35 ㎛인 폴리아크릴로니트릴 파이버.
10. 제 8 항에 있어서,
    중심층에는 1개 또는 2개의 중공이 형성된 구조인 폴리아크릴로니트릴 파이버.
11. 제 8 항에 있어서,
    중간층에 형성된 기공의 크기는 1 ㎛ 내지 5 ㎛인 폴리아크릴로니트릴 파이버.
12. 제 8 항에 있어서,
    고밀도 외각층에 형성된 기공의 크기는 10 nm 내지 300 nm인 폴리아크릴로니트릴 파이버.
13. 제 8 항에 있어서,
    중간층에 형성된 기공은, 중심층에서 외각층 방향으로 형성된 기공의 직경이 작아지는 구조인 폴리아크릴로니트릴 파이버.
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