KR101972843B1 - Method for Preparing poly(2-cyano-p-phenylene terephthalamide) Nano-fibers and Carbon Nano-fibers Derived Therefrom - Google Patents

Method for Preparing poly(2-cyano-p-phenylene terephthalamide) Nano-fibers and Carbon Nano-fibers Derived Therefrom Download PDF

Info

Publication number
KR101972843B1
KR101972843B1 KR1020170041443A KR20170041443A KR101972843B1 KR 101972843 B1 KR101972843 B1 KR 101972843B1 KR 1020170041443 A KR1020170041443 A KR 1020170041443A KR 20170041443 A KR20170041443 A KR 20170041443A KR 101972843 B1 KR101972843 B1 KR 101972843B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ppta
spinneret
nanofibers
organic solvent
radiation hole
Prior art date
Application number
KR1020170041443A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180112174A (en
Inventor
김병철
정대언
엄영호
이은정
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020170041443A priority Critical patent/KR101972843B1/en
Publication of KR20180112174A publication Critical patent/KR20180112174A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101972843B1 publication Critical patent/KR101972843B1/en

Links

Images

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007Electro-spinning
    • D01D5/0015Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007Electro-spinning
    • D01D5/0061Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0069Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the spinning section, e.g. capillary tube, protrusion or pin
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

본 개시 내용에서는 다중 방사구를 이용한 전기방사 방식에 의하여 개선된 물성을 갖는 폴리(2-시아노-p-페닐렌 테레프탈아미드) 나노섬유를 제조하는 방법 및 시스템, 그리고 이를 전구체로 사용하여 고품질의 탄소 나노섬유를 제조하는 방법 및 시스템이 기재된다.The present invention discloses a method and system for producing poly (2-cyano-p-phenylene terephthalamide) nanofibers having improved physical properties by electrospinning using multiple spinnerets, and using the same as a precursor to produce high quality A method and system for producing carbon nanofibers are described.

Description

폴리(2-시아노-p-페닐렌 테레프탈아미드) 나노섬유 및 이로부터 유래된 탄소 나노섬유의 제조방법{Method for Preparing poly(2-cyano-p-phenylene terephthalamide) Nano-fibers and Carbon Nano-fibers Derived Therefrom}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for preparing a poly (2-cyano-p-phenylene terephthalamide) nanofiber and a carbon nanofiber derived therefrom Derived Therefrom}

본 개시 내용은 폴리(2-시아노-p-페닐렌 테레프탈아미드) 나노섬유 및 이로부터 유래된 탄소나노섬유의 제조에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용은 다중 방사구를 이용한 전기방사 방식에 의하여 개선된 물성을 갖는 폴리(2-시아노-p-페닐렌 테레프탈아미드) 나노섬유를 제조하는 방법 및 시스템, 그리고 이를 전구체로 사용하여 고품질의 탄소 나노섬유를 제조하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. This disclosure relates to the preparation of poly (2-cyano-p-phenylene terephthalamide) nanofibers and carbon nanofibers derived therefrom. More particularly, the present disclosure relates to a method and system for making poly (2-cyano-p-phenylene terephthalamide) nanofibers having improved physical properties by electrospinning using multiple spinnerets, To a method and system for producing high quality carbon nanofibers.

방향족 폴리아미드(aromatic polyamide) 재질의 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)(poly(p-phenylene terephthalamide; PPTA) 섬유는 고성능 아라미드 섬유로서, 상품명 Kevlar(E. I. DuPont사) 및 Twaron (Teijin Aramid사)으로 시판되고 있다. PPTA는 하기 일반식 1과 같이 p-페닐렌디아민과 테레프탈로일 클로라이드의 중합 반응으로부터 유래하는 반복 단위를 갖는 단일 중합체이거나, 더 나아가 다른 디아민 또는 이산 클로라이드가 혼입된 공중합체이다.Aromatic polyamide (aromatic polyamide) material of poly (p- phenylene terephthalamide) (poly (p-phenylene terephthalamide ; PPTA) fibers, a high-performance aramid fibers, trade name Kevlar (EI DuPont Co.) and Twaron (Teijin Aramid yarn PPTA is a homopolymer having a repeating unit derived from the polymerization reaction of p-phenylenediamine and terephthaloyl chloride as shown in the following general formula (1), further, a copolymer containing another diamine or diacid chloride to be.

[일반식 1][Formula 1]

Figure 112019017714194-pat00001
Figure 112019017714194-pat00001

통상적으로, PPTA는 분자 사슬의 구조적 특성에 따라서 유연한 굴곡성을 갖는 메타형 및 강직한 막대 구조를 갖는 파라형으로 구분된다. 이중 파라형 폴리아미드가 우수한 열적 물성(예를 들면, 내열성, 난연성 등) 및 기계적 물성(예를 들면, 인장 강도 및 탄성률), 저밀도 특성을 나타낸다. 구체적으로, 아라미드는 20 g/d 이상의 인장 강도 및 500 내지 1,300 g/d의 인장탄성률을 나타내며, -160 ℃의 저온에서도 섬유 특성을 유지하는 우수한 내한성 및 절연성, 그리고 내화학성을 나타낸다. 따라서, 고성능 섬유 시장에서 금속 와이어 또는 무기 섬유를 대체하고 있으며, 최근에는 우수한 내약품성이 요구되는 가스 여과재 등에 적용되는 등, 첨단 산업의 신소재로 많은 관심을 받고 있다.Typically, PPTA is classified into a meta-type having a flexible bendability and a para-type having a rigid bar structure depending on the structural characteristics of a molecular chain. The double para type polyamide exhibits excellent thermal properties (for example, heat resistance, flame retardancy, etc.) and mechanical properties (for example, tensile strength and elastic modulus) and low density characteristics. Specifically, the aramid exhibits a tensile strength of 20 g / d or more and a tensile modulus of 500 to 1,300 g / d, and exhibits excellent cold resistance, insulation, and chemical resistance to maintain fiber properties even at a low temperature of -160 ° C. Therefore, it is replacing metal wire or inorganic fiber in the high performance fiber market. Recently, it has been attracting much attention as a new material of high-tech industry, such as being applied to a gas filter material requiring excellent chemical resistance.

전술한 특성은 PPTA 고분자 내 분자의 경직성 및 높은 분자 배향도, 그리고 결정화도로부터 기인하는 바, PPTA 섬유는 일반적으로 고온의 100% 농도의 황산 내에 PPTA를 용해시켜 액정 고분자 용액을 제조하고, 이를 건식/습식 방사하여 제조할 수 있다. 또한, 최근에는 PPTA를 용매에 용해시킨 고분자 용액을 전기방사 방식으로 섬유화하는 기술도 알려져 있다(국내특허번호 제1260529호, 일본특허번호 제5102631호, 국내특허번호 제0549140호 등). PPTA fibers are generally prepared by dissolving PPTA in sulfuric acid at a high temperature of 100% to prepare a liquid crystal polymer solution, which is then subjected to a dry / wet process Can be produced by spinning. Recently, a technique of filing a polymer solution in which PPTA is dissolved in a solvent by electrospinning is also known (Korean Patent No. 1260529, Japanese Patent No. 5102631, Japanese Patent No. 0549140, etc.).

그러나, PPTA는 아미드기 간의 강한 수소 결합과 사슬 간 π-π 상호 인력으로 인하여 N-메틸피롤리돈(NMP), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc) 등과 같은 극성 유기 용매에 대한 용해도가 낮고, 황산과 같은 일부 강산에 대하여만 용해되는 특성을 갖고 있다. 따라서, 유기 용매에 용해시켜 전기 방사 방식으로 섬유를 제조하고자 할 경우, 연속적인 생산이 곤란하고, 전기방사 장치가 폐색되는 현상이 종종 일어난다. 따라서, 주로 강산의 사용에 의하여 용해성을 높여 방사하는데, 이 경우 방사 설비의 부식을 유발하고 용매의 회수 비용을 증가시킬 뿐만 아니라, 강산에 의한 환경오염 문제를 야기한다. However, PPTA has low solubility in polar organic solvents such as N-methylpyrrolidone (NMP), N, N-dimethylacetamide (DMAc) and the like due to strong hydrogen bonding between amide groups and inter-chain π- , And solubility only for some strong acids such as sulfuric acid. Therefore, when the fiber is dissolved in an organic solvent to prepare the fiber by electrospinning, continuous production is difficult, and the electrospinning device occludes occasionally. Therefore, the solubility is increased mainly by the use of strong acid, and in this case, corrosion of the spinning apparatus is induced, and the recovery cost of the solvent is increased, and also environmental pollution problem due to strong acid is caused.

이처럼, PPTA의 유기 용매에 대한 낮은 용해성으로 인하여, 상업적 규모로 나노섬유를 제조하기 곤란하고, 또한 물성 개선에 있어서도 한계가 존재한다. As described above, due to the low solubility of PPTA in an organic solvent, it is difficult to produce nanofibers on a commercial scale, and there is also a limit in improvement of physical properties.

PPTA의 단점인 유기 용매에 대한 낮은 용해성을 개선하기 위하여 PPTA 구조 내 벤젠 고리의 오르소 또는 메타 위치에 다양한 극성 치환기(예를 들면, 할로겐, 니트로기 등)을 도입하려는 시도가 이루어졌다. 극성 치환기의 도입은 극성 유기 용매(NMP, DMAc, DMF 등)과의 전기적 결합력이 증가하기 때문에 용해성을 증가시키는 방안이기는 하나, 높은 분자량의 고분자를 얻기 어렵고, 섬유 강도를 저하시킨다. Attempts have been made to introduce various polar substituents (e.g., halogens, nitro groups, etc.) at the ortho or meta positions of the benzene ring in the PPTA structure to improve low solubility in organic solvents, which is a disadvantage of PPTA. The introduction of a polar substituent is an attempt to increase the solubility of the polar organic solvent (NMP, DMAc, DMF, and the like) because of its increased electrical coupling strength, but it is difficult to obtain a polymer having a high molecular weight and the fiber strength is lowered.

이에 대한 해결 방안으로서 PPTA의 방향족 고리의 오르소(ortho) 위치에 시아노기를 치환시킨 아라미드 중합체인 폴리(2-시아노-p-페닐렌 테레프탈아미드(Poly(2-cyano-p-phenylene terephthalamide; CY-PPTA)를 LiCl와 같은 금속염이 함유된 극성 유기 용매에 용해시킬 수 있는 기술이 개발되었다(미국특허번호 제5,728,799호). 벌키한 시아노기가 치환되었음에도 불구하고, 유방(lyotropic) 상태에서 방사된 CY-PPTA 섬유의 인장 강도 및 모듈러스는 아라미드 섬유에 상응하는 수준이다.As a solution to this problem, poly (2-cyano-p-phenylene terephthalamide (PPAR)), which is an aramid polymer substituted with a cyano group at the ortho position of the aromatic ring of PPTA, CY-PPTA) in a polar organic solvent containing a metal salt such as LiCl (U.S. Patent No. 5,728,799). Despite the substitution of bulky cyano groups, a technique of spinning in a lyotropic state The tensile strength and modulus of the CY-PPTA fibers are comparable to those of aramid fibers.

이처럼, PPTA 섬유 제조시 널리 이용되고 있는 전기방사 방식으로 CY-PPTA 나노섬유를 제조하는 기술의 경우, 극성 유기 용매에 대한 용해도를 상당 부분 개선할 수 있음에도 불구하고, 전기 방사 시 균일 굵기의 섬유를 제조하기 곤란하고, 특히 방사되어 수집 또는 포집된 CY-PPTA 나노섬유에 섬유 상이 아닌 비드(bead) 형상의 응집 영역이 형성된다. 따라서, CY-PPTA 나노섬유로부터 제조되는 부직포 등에 결함을 유발하기 때문에, 특정 분야에 있어서는 제한적으로 적용될 수밖에 없다. 더욱이, 섬유의 강도 특성 및 연신 특성(예를 들면, 신율)은 서로 상반되는 경향을 나타내는데, 이러한 상호 상충되는 물성을 동시에 개선하는 것이 바람직하다.As described above, in the case of the technique of manufacturing the CY-PPTA nanofiber by the electrospinning method which is widely used in the production of the PPTA fiber, although the solubility in the polar organic solvent can be improved considerably, It is difficult to produce, and in particular, a bead-shaped cohesive region which is not fibrous is formed on the CY-PPTA nanofibers collected or collected by spinning. Therefore, since it causes defects in nonwoven fabric made of CY-PPTA nanofiber, it is limited in a specific field. Furthermore, the strength and elongation properties (e.g., elongation) of the fibers tend to be opposite to each other, and it is desirable to simultaneously improve such mutually conflicting properties.

한편, 탄소 나노섬유는 90% 이상의 탄소를 함유하는 미세 굵기의 섬유 상 물질을 의미하는 바, 이의 형상 및 미세 구조에 따라 응용 분야가 상이하다. 탄소 원소의 기본 특성이 재료를 형성할 때 sp, sp2 또는 sp3 혼성에 의한 결합을 형성하기 때문에 고강도, 흑연과 같은 우수한 전기 및 열 전도성, 그리고 화학적으로 안정하고 생체 친화적인 특성을 나타낸다. 이러한 구조적 특성을 갖는 물질이 나노 섬유화되는 경우에 비표면적이 증가하고, 또한 포어가 형성되는 경우에는 흡착 특성 등을 나타내므로 촉매 지지체, 흡착제 등으로 적용 가능하다. On the other hand, carbon nanofibers mean fibrous materials having a fine thickness including carbon of 90% or more, and their application fields are different according to their shapes and microstructures. Because the basic properties of the carbon element form a bond by sp, sp2 or sp3 hybridization when forming the material, it exhibits high strength, good electrical and thermal conductivity such as graphite, and chemically stable and biocompatible properties. The specific surface area increases when the material having such a structural characteristic is converted to nanofiber, and the adsorption property is exhibited when the pore is formed. Therefore, the present invention can be applied to a catalyst support, an adsorbent, and the like.

이와 관련하여, 폴리이미드, 폴리아크릴로니트릴, 피치 등으로부터 제조된 나노섬유를 탄소 전구체로 사용하고, 탄화 또는 안정화-탄화 과정을 통하여 탄소 나노섬유를 제조하는 기술이 개발된 바 있다(WO2011/089754, 국내특허번호 제0605006호, 국내특허공개번호 제2008-0043856호 등).In this connection, there has been developed a technique for producing carbon nanofibers through carbonization or stabilization-carbonization using nanofibers prepared from polyimide, polyacrylonitrile, pitch or the like as a carbon precursor (WO2011 / 089754 , Korean Patent No. 0605006, Korean Patent Publication No. 2008-0043856, etc.).

탄소 전구체에 따라 탄소 나노섬유의 기본 구조가 변화하고 물성이 변화하는 만큼, 전구체인 나노섬유는 양호한 물성을 가져야 하고, 더 나아가 탄소 나노섬유 제조 시 높은 생산성을 나타낼 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 기존의 탄소 전구체를 사용할 경우에는 전구체 섬유 제조 후 탄화 단계에 앞서 상당 시간에 걸쳐 안정화 단계를 거치는 것이 요구될 수 있다. 또한, CY-PPTA 섬유를 전구체를 사용하는 경우에도 여전히 방사(전기방사) 과정에서 균일한 굵기의 섬유를 제조하는데 한계가 있고, 비드 형상의 응집(또는 뭉침) 영역이 존재하기 때문에, 이로부터 제조된 탄소 나노섬유 역시 전구체 나노섬유가 갖는 문제점을 그대로 갖게 된다.As the basic structure of the carbon nanofiber is changed according to the carbon precursor and the physical properties thereof are changed, it is preferable that the precursor nanofiber should have good physical properties and exhibit high productivity in the production of carbon nanofibers. However, when using a conventional carbon precursor, it may be required to go through a stabilization step for a considerable time prior to the carbonization step after the production of the precursor fiber. Further, even when a precursor of CY-PPTA fiber is used, there is still a limit in producing a fiber of uniform thickness in the spinning (electrospinning) process, and there is a bead-like aggregation (or aggregation) region, The carbon nanofibers also have problems inherent in the precursor nanofibers.

따라서, 기존의 PPTA에 비하여 동등 이상의 물성을 나타내면서 유기 용매에 대한 용해성이 좋은 CY-PPTA를 원료로 하여 양호한 성상의 나노섬유를 제조하고, 더 나아가 이를 전구체로 사용하여 고품질의 탄소 나노섬유를 제조하는 기술에 대한 필요성이 존재한다. Therefore, it is possible to produce high-quality carbon nanofibers by using CY-PPTA, which exhibits physical properties equal to or higher than those of conventional PPTA, and has good solubility in an organic solvent, as well as producing nanofibers of good properties and further using them as precursors There is a need for technology.

따라서, 본 개시 내용의 일 구체예에서는 전기방사 방식을 이용한 CY-PPTA 나노섬유의 제조방법에 있어서, 균일한 굵기를 갖고 최종 나노섬유 내 응집 영역의 생성을 효과적으로 억제함으로써 다양한 분야에 적용 가능한 CY-PPTA 나노섬유를 제조하고, 또한 개선된 성상의 CY-PPTA 나노섬유를 탄소 전구체로 사용하여 개선된 물성의 탄소 나노섬유를 제조하는 방안을 제공하고자 한다.Accordingly, in one embodiment of the present disclosure, a method of manufacturing a CY-PPTA nanofiber using an electrospinning method, the CY-PPTA nanofiber having uniform thickness and effectively suppressing the formation of a coagulation region in the final nanofiber, PPTA nanofibers and improved properties of CY-PPTA nanofibers as carbon precursors to produce carbon nanofibers of improved physical properties.

또한, 본 개시 내용의 다른 구체예에서는 개선된 특성을 갖는 CY-PPTA 나노섬유를 제조하는 전기방사 시스템 및 탄소 나노섬유의 제조 시스템을 제공하고자 한다. In another embodiment of the present disclosure, an electrospinning system and carbon nanofiber manufacturing system for producing CY-PPTA nanofibers having improved properties are provided.

본 개시 내용의 제1 면에 따르면, According to a first aspect of the present disclosure,

중앙으로부터 외측 방향으로 내측 방사구, 상기 내측 방사구를 둘러싸는 중간 방사구 및 상기 중간 방사구를 둘러싸는 외측 방사구를 구비한 다중 방사구를 제공하는 단계;Providing a multi-spinnerette having an inner spinneret in an outward direction from the center, an intermediate spinneret surrounding the inner spinneret, and an outer spinneret surrounding the intermediate spinneret;

CY-PPTA를 포함하는 고분자 및 금속염을 유기 용매에 용해시킨 혼합 용액을 상기 내측 방사구로 공급하고, 유기 용매를 상기 중간 방사구로 공급하며, 그리고 기체를 상기 외측 방사구로 공급하여 동시에 전기 방사함으로써 나노섬유를 형성하는 단계; 및A mixed solution obtained by dissolving a polymer and a metal salt containing CY-PPTA in an organic solvent is supplied to the inner spinneret, an organic solvent is supplied to the intermediate spinneret, and a gas is supplied to the outer spinneret and simultaneously electrospun. ; And

상기 나노섬유를 회수하는 단계;Recovering the nanofibers;

를 포함하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조방법이 제공된다.A method of producing a CY-PPTA nanofiber comprising the steps of:

본 개시 내용의 제2 면에 따르면,According to a second aspect of the present disclosure,

CY-PPTA를 포함하는 고분자 및 금속염을 유기 용매에 용해시킨 고분자 방사 용액을 공급하는 혼합 용액 공급부; A mixed solution supply part for supplying a polymer spinning solution in which a polymer including CY-PPTA and a metal salt are dissolved in an organic solvent;

유기 용매를 공급하는 유기 용매 공급부;An organic solvent supply unit for supplying an organic solvent;

기체 공급부;A gas supply unit;

중앙으로부터 외측 방향으로 내측 방사구, 중간 방사구 및 외측 방사구를 구비하며, 상기 내측 방사구, 상기 중간 방사구 및 상기 외측 방사구 각각은 상기 혼합 용액 공급부, 유기 용매 공급부 및 기체 공급부에 연결된 다중 방사구;Wherein the inner radiation hole, the intermediate radiation hole, and the outer radiation hole each have an inner radiation hole, an intermediate radiation hole, and an outer radiation hole in the outward direction from the center, and each of the inner radiation hole, Spinning gates;

상기 다중 방사구와 대향하여 배치되어 상기 다중 방사구로부터 방사된 CY-PPTA계 나노섬유를 수집 또는 집적하는 컬렉터; 및A collector disposed opposite the multiple emitter and collecting or accumulating CY-PPTA nanofibers emitted from the emitter; And

상기 다중 방사구와 상기 컬렉터로 전압을 공급하는 전압 발생 장치;A voltage generator for supplying a voltage to the plurality of emitters and the collector;

를 포함하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조 시스템이 제공된다.Wherein the CY-PPTA nanofibers are produced by a method comprising the steps of:

예시적 구체예에 따르면, 상기 내측 방사구로 공급되는 혼합 용액의 공급 속도는 1 내지 10 ml/h이고, 상기 중간 방사구로 공급되는 유기 용매의 공급 속도는 1 내지 8 ml/h이며, 그리고 외측 방사구는 0.1 내지 0.5 bar의 압력으로 기체가 공급될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the feed rate of the mixed solution supplied to the inner spinneret is 1 to 10 ml / h, the feed rate of the organic solvent supplied to the intermediate spinneret is 1 to 8 ml / h, The sphere may be supplied with a gas at a pressure of 0.1 to 0.5 bar.

예시적 구체예에 따르면, 상기 내측 방사구의 내경은 0.4 내지 1.2 mm, 상기 중간 방사구의 내경은 0.8 내지 1.5 mm, 그리고 외측 방사구의 내경은 1.5 내지 20 mm 범위일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the inner diameter of the inner aperture may be in the range of 0.4 to 1.2 mm, the inner diameter of the intermediate aperture may be in the range of 0.8 to 1.5 mm, and the inner diameter of the outer aperture may be in the range of 1.5 to 20 mm.

예시적 구체예에 따르면, 상기 전기방사 시 가해지는 전압은 12 내지 35 kV 범위일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the voltage applied during the electrospinning may range from 12 to 35 kV.

본 개시 내용의 제3 면에 따르면,According to a third aspect of the present disclosure,

중앙으로부터 외측 방향으로 내측 방사구, 상기 내측 방사구를 둘러싸는 중간 방사구 및 상기 중간 방사구를 둘러싸는 외측 방사구를 구비한 다중 방사구를 제공하는 단계;Providing a multi-spinnerette having an inner spinneret in an outward direction from the center, an intermediate spinneret surrounding the inner spinneret, and an outer spinneret surrounding the intermediate spinneret;

CY-PPTA를 포함하는 고분자 및 금속염을 유기 용매에 용해시킨 혼합 용액을 상기 내측 방사구로 공급하고, 유기 용매를 상기 중간 방사구로 공급하며, 그리고 기체를 상기 외측 방사구로 공급하여 동시에 전기 방사함으로써 CY-PPTA계 나노섬유를 형성하는 단계; A mixed solution obtained by dissolving a polymer and a metal salt containing CY-PPTA in an organic solvent is supplied to the inner spinneret, an organic solvent is supplied to the intermediate spinneret, and a gas is supplied to the outer spinneret and simultaneously electrospun, Forming a PPTA-based nanofiber;

상기 나노섬유를 탄화시켜 탄소 나노섬유로 전환시키는 단계; 및Carbonizing the nanofibers to convert them into carbon nanofibers; And

상기 탄소 나노섬유를 회수하는 단계;Recovering the carbon nanofibers;

를 포함하는 CY-PPTA 유래 탄소 나노섬유의 제조방법이 제공된다.Wherein the carbon nanofibers of the carbon nanofibers obtained from the CY-PPTA are produced by a method comprising the steps of:

본 개시 내용의 제4 면에 따르면,According to a fourth aspect of the present disclosure,

CY-PPTA를 포함하는 고분자 및 금속염을 유기 용매에 용해시킨 고분자 방사용액을 공급하는 혼합 용액 공급부; A mixed solution supply part supplying a polymer solution containing CY-PPTA and a polymer solution obtained by dissolving a metal salt in an organic solvent;

유기 용매를 공급하는 유기 용매 공급부;An organic solvent supply unit for supplying an organic solvent;

기체 공급부;A gas supply unit;

중앙으로부터 외측 방향으로 내측 방사구, 중간 방사구 및 외측 방사구를 구비하며, 상기 내측 방사구, 상기 중간 방사구 및 상기 외측 방사구 각각은 상기 혼합 용액 공급부, 유기 용매 공급부 및 기체 공급부에 연결된 다중 방사구;Wherein the inner radiation hole, the intermediate radiation hole, and the outer radiation hole each have an inner radiation hole, an intermediate radiation hole, and an outer radiation hole in the outward direction from the center, and each of the inner radiation hole, Spinning gates;

상기 다중 방사구로 전압을 공급하는 전압 발생 장치;A voltage generator for supplying a voltage to the plurality of radiation sources;

상기 다중 방사구와 대향하여 배치되어 상기 다중 방사구로부터 방사된 CY-PPTA계 나노섬유를 수집 또는 집적하는 컬렉터; 및A collector disposed opposite the multiple emitter and collecting or accumulating CY-PPTA nanofibers emitted from the emitter; And

상기 수집 또는 집적된 CY-PPTA계 나노섬유를 탄화시키기 위한 열처리 장치;A heat treatment apparatus for carbonizing the collected or integrated CY-PPTA nanofibers;

를 포함하는 탄소 나노섬유의 제조 시스템이 제공된다.Wherein the carbon nanofibers are produced by a method comprising:

예시적 구체예에 따르면, 상기 탄소 나노섬유의 제조방법은 탄화 단계에 앞서 안정화 단계를 더 포함하며, 상기 안정화 단계는 180 내지 300 ℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the method for producing carbon nanofibers may further include a stabilization step prior to the carbonization step, and the stabilization step may be performed at a temperature ranging from 180 to 300 ° C.

본 개시 내용의 구체예에 따른 방법 및 시스템은 중앙으로부터 외측으로(예를 들면, 동심 방향)으로 내측 방사구, 중간 방사구 및 외측 방사구가 형성된 다중방사구를 이용하되, 혼합 용액은 내측 방사구로 공급하고, 유기 용매는 중간 방사구로 공급하며, 그리고 기체는 외측 방사구로 공급하면서 전기 방사함으로써 혼합 용액의 고화 현상을 효과적으로 억제함으로써 균일한 굵기를 갖는 CY-PPTA 나노섬유를 높은 생산속도로 제조할 수 있고, 또한 제조된 나노섬유에 응집 현상이 억제된 고품질의 CY-PPTA 나노섬유를 제조할 수 있다. The method and system according to embodiments of the present disclosure use multiple spinnerets formed with an inner spinneret, an intermediate spinneret, and an outer spinneret from the center outward (e.g., concentrically) CY-PPTA nanofibers having a uniform thickness are produced at a high production rate by effectively suppressing the solidification phenomenon of the mixed solution by supplying the organic solvent to the intermediate yarn, supplying the organic solvent to the intermediate yarn, and supplying the gas to the outside yarn. And it is also possible to produce high quality CY-PPTA nanofibers in which aggregation is suppressed in the produced nanofibers.

또한, 본 개시 내용의 구체예에 따라 제조된 CY-PPTA 나노섬유를 전구체로 하여 제조된 탄소 나노섬유 역시 우수한 물성을 나타내므로 각존 전자소재, 촉매 지지체, 가스 흡착제 등의 다양한 용도로 적용 가능하다. Also, the carbon nanofibers prepared using the CY-PPTA nanofibers prepared according to the specific embodiments of the present disclosure exhibit excellent physical properties, and thus can be applied to various applications such as an ebony electron material, a catalyst support, and a gas adsorbent.

따라서, 향후 광범위한 상용화가 기대된다.Therefore, wide commercialization is expected in the future.

도 1은 일 구체예에 따라 CY-PPTA 나노섬유를 제조하는 전기방사 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이고;
도 2는 예시적 구체예에 따라 3중방사구를 이용하여 CY-PPTA 나노섬유를 전기방사하는 과정을 도시하는 도면이고;
도 3은 일 구체예에 따라 탄소 나노섬유를 제조하는 일련의 과정을 개략적으로 나타내는 공정 순서도이고;
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 CY-PPTA 나노섬유의 광학 현미경 사진(×100)이고;
도 5는 실시예 1에 따라 제조된 CY-PPTA 나노섬유의 주사 전자 현미경(SEM) 사진(×1000)이고;
도 6은 실시예 2에 따라 제조된 CY-PPTA 나노섬유의 주사 전자 현미경(SEM) 사진(×1000)이고;
도 7은 비교예 1에 따라 제조된 CY-PPTA 나노섬유의 광학 현미경 사진(×100)이고;
도 8은 실시예 5에 따라 제조된 CY-PPTA 유래 탄소 나노섬유의 주사 전자 현미경(SEM) 사진(×5000)이고;
도 9는 실시예 9에 따라 제조된 CY-PPTA 유래 탄소 나노섬유의 주사 전자 현미경(SEM) 사진(×5000)이고; 그리고
도 10은 (i) 전기방사된 나노섬유 재질의 부직포, (ii) 안정화된 나노섬유 부직포, (iii) 탄화된 탄소 나노섬유 부직포, 및 (iv) 실시예 5에서 안정화-탄화 과정을 거쳐 제조된 나노섬유 부직포의 광학 현미경 사진(×100)이다.
1 is a schematic diagram of an electrospinning system for producing CY-PPTA nanofibers according to one embodiment;
FIG. 2 is a view showing a process of electrospinning CY-PPTA nanofibers using triple sheaths according to an exemplary embodiment; FIG.
3 is a process flow chart schematically showing a series of processes for producing carbon nanofibers according to one embodiment;
4 is an optical micrograph (x 100) of the CY-PPTA nanofibers prepared according to Example 1;
5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph (× 1000) of the CY-PPTA nanofibers prepared according to Example 1;
6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph (× 1000) of the CY-PPTA nanofibers prepared according to Example 2;
7 is an optical microscope photograph (x 100) of the CY-PPTA nanofiber prepared according to Comparative Example 1;
8 is a scanning electron microscope (SEM) photograph (× 5000) of carbon nanofibers derived from CY-PPTA prepared according to Example 5;
9 is a scanning electron microscope (SEM) photograph (× 5000) of carbon nanofibers derived from CY-PPTA prepared according to Example 9; And
Fig. 10 is a graph showing the results of a stabilized carbon fiber nonwoven fabrics fabricated through (i) electrospun nanofiber nonwoven fabric, (ii) stabilized nanofiber nonwoven fabric, (iii) carbonized carbon nanofiber nonwoven fabric, and (iv) Optical micrograph (× 100) of the nanofiber nonwoven fabric.

본 발명은 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아님을 이해하여야 한다.The present invention can be all accomplished by the following description. The following description should be understood to describe preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not necessarily limited thereto. It is to be understood that the accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

본 명세서에 있어서 사용되는 용어는 하기와 같이 정의될 수 있다.The terms used in this specification can be defined as follows.

"나노섬유"는 협의로는 나노스케일의 미세 굵기 또는 직경을 갖는 섬유를 의미할 수 있으나, 광의로는 수 ㎛ 이하, 구체적으로 5 ㎛ 이하의 두께를 갖는 섬유를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 이러한 나노섬유는, 예를 들면 용융 방사(melt-blown spinning), 복합 방사(conjugate spinning), 전기 방사(electrospinning) 등의 방식으로 제조될 수 있다.As used herein, the term " nanofiber " means a fiber having nanoscale fine diameter or diameter in a narrow sense, but it can be understood as a concept including fibers having a thickness of several μm or less, specifically, 5 μm or less . Such nanofibers can be prepared by, for example, melt-blown spinning, conjugate spinning, electrospinning, and the like.

"전기방사"는 고분자 용액 또는 용해물(melt)에 고전압을 인가하여 수 마이크로미터에서 수십 나노미터 직경의 나노섬유 또는 웹(web)을 연속적으로 제조하는 방법을 의미할 수 있다. 전기방사 공정의 원리는, 고분자 용액에 전기장을 인가할 경우에 고분자 용액의 표면에 정전기적 척력이 발생하고, 이러한 정전기 척력이 증가함에 따라 고분자 용액이 방사구(또는 노즐)의 말단으로부터 신장되면서 테일러 콘(Taylor cone)이라고 일컬어지는 원뿔형 액적 형상을 형성하는 바, 이후 전기장의 세기가 고분자 용액의 표면 장력을 극복하면 용액이 노즐로부터 섬유 형태로 방사되어 컬렉터(collector)에 수집 또는 집적되는 것으로 설명할 수 있다. &Quot; Electrospinning " may refer to a method of continuously producing nanofibers or webs of several tens of nanometers in diameter from a few micrometers by applying a high voltage to a polymer solution or melt. The principle of the electrospinning process is that electrostatic repulsive force is generated on the surface of the polymer solution when an electric field is applied to the polymer solution, and as the electrostatic repulsion increases, the polymer solution is stretched from the end of the spinneret (or nozzle) A conical droplet shape, called a cone (Taylor cone), is then formed, which is then explained by the fact that if the electric field strength overcomes the surface tension of the polymer solution, the solution is radiated from the nozzle into a fiber form and collected or integrated into a collector .

"열 처리(heat treatment)"는 전체 대상 또는 이의 일부분을 의도적으로 열 사이클(시간에 따른 온도가 변화하는 경우도 포함할 수 있음)로 처리하고, 필요에 따라서는 원하는 특정 구조 및 물성(또는 변화)을 달성하기 위하여 화학적 또는 추가적인 물리적 처리를 수반할 수 있는 것으로 고려된다.&Quot; Heat treatment " means treating the entire object or a portion thereof intentionally with a thermal cycle (which may include the case of a change in temperature over time) and, if desired, ) ≪ / RTI > to achieve the desired effect.

"탄화(carbonization)"는 일반적으로 고형물의 탄소/수소 비율을 증가시키는 임의의 열처리 공정을 의미할 수 있으며, 구체적으로 탄소-함유 성분을 탄소로 전환시키는 공정을 의미할 수 있다. &Quot; Carbonization " can generally refer to any heat treatment process that increases the carbon / hydrogen ratio of the solids, and may specifically refer to a process that converts a carbon-containing component to carbon.

"상에" 및 "위에"라는 표현은 상대적인 위치 개념을 언급하기 위하여 사용되는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 언급된 층에 다른 구성 요소가 직접적으로 존재하는 경우뿐만 아니라, 그 사이에 적어도 하나의 다른 구성 요소 또는 추가 구성 요소가 개재되거나 존재할 수도 있다. 이와 유사하게, "하측에", "하부에" 및 "아래에"라는 표현 및 "사이에"라는 표현 역시 위치에 대한 상대적 개념으로 이해될 수 있을 것이다. The terms " on " and " on " can be understood to be used to refer to the relative position concept. Thus, there may be intervening or present at least one other component or additional component therebetween, as well as where other components are directly present in the mentioned layer. Similarly, the expressions "under", "under" and "under" and "between" may also be understood as relative concepts of position.

임의의 구성 요소 또는 부재가 다른 구성 요소 또는 부재와 "연결된다" 또는 "연통된다"고 기재되어 있는 경우, 달리 언급되지 않는 한, 상기 다른 구성 요소 또는 부재와 직접 연결 또는 연통되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성 요소 또는 부재의 개재 하에서 연결 또는 연통되어 있는 경우도 포함되는 것으로 이해될 수 있다. Whenever an element or element is described as being "connected" or "communicating" with another element or element, it is understood that the element is not only directly connected or in communication with the other element or element, , Or in the case of being connected or communicated under the interposition of another component or member.

어떠한 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 별도의 언급이 없는 한, 다른 구성 요소 및/또는 단계를 더 포함할 수 있음을 의미한다.When " comprising " includes any element, it is understood that it may include other elements and / or steps, unless the context requires otherwise.

도 1은 일 구체예에 따라 CY-PPTA 나노섬유를 제조하는 전기방사 시스템을 개략적으로 도시한다.Figure 1 schematically illustrates an electrospinning system for producing CY-PPTA nanofibers according to one embodiment.

상기 도면을 참조하면, 전기방사 시스템(10)은, 크게 방사부, 전압 인가부 및 수집부로 구성될 수 있다. 이때, 방사부는 혼합 용액 공급부(12), 유기 용매 공급부(13) 및 기체 공급부(14)를 포함한다. 상기 3가지 유체를 이용하여 나노섬유를 방사하기 위한 수단으로 다중 방사구(11)가 상기 혼합 용액 공급부(12), 용매 공급부(13) 및 기체 공급부(14) 각각에 연결 또는 연통되어 있다. 이러한 전기방사 시스템으로부터 나노섬유가 형성되는 원리는 하기와 같다.Referring to the drawings, the electrospinning system 10 can be roughly composed of a radiation part, a voltage applying part and a collecting part. At this time, the spinning unit includes the mixed solution supply unit 12, the organic solvent supply unit 13, and the gas supply unit 14. The multiple spinnerets 11 are connected to or connected to the mixed solution supply unit 12, the solvent supply unit 13, and the gas supply unit 14, respectively, as means for spinning the nanofibers using the three fluids. The principle of formation of nanofibers from such an electrospinning system is as follows.

전기방사 공정은 크게 젯트(jet)의 형성 단계, 연신 단계 및 젯트에서 나노섬유로의 고상화 단계로 구분할 수 있다. 이때, 전극의 한 극은 방사 노즐에, 다른 한 극은 컬렉터에 위치하는 서로 반대 극성을 갖는 2개의 전극 사이에, 하전된 방사 재료를 방사구(또는 방사 노즐)를 통하여 공기 중으로 토출(방사)하고, 공기 중에서 하전된 필라멘트를 연신하거나 필라멘트 분기를 거쳐 극세 섬유를 제조할 수 있다. The electrospinning process can be roughly divided into a step of forming a jet, a step of stretching, and a step of solidifying into a nanofiber in a jet. At this time, the charged radiating material is discharged (radiated) to the air through a spinneret (or a spinning nozzle) between two electrodes having opposite polarities, one of which is located at the spinning nozzle and the other is located at the collector. , The charged filament can be stretched in air or the filamentary branch can be made to produce microfine fibers.

보다 구체적으로 설명하면, 방사구 또는 방사 노즐에 (+) 또는 (-)의 전압을 직접 인가하여 용액을 하전시킨 후, 하전된 용액을 방사구(다중 방사구)를 거쳐 공기층으로 토출하고, 이어서 공기층에서 하전 필라멘트의 연신 및 또 다른 필라멘트 분기를 거쳐 나노섬유를 제조할 수 있다. (+) 전압의 인가를 통하여 (+)로 하전된 토출 필라멘트, 또는 (-) 전압의 인가를 통하여 (-)로 하전된 토출 필라멘트는 방사부와 컬렉터 사이에 형성된 전기장 내에서 인접 필라멘트 사이의 상호반발 등과 같은 전기적 영향으로 인하여 극세화될 수 있다. 이와 같이 형성된 극세 필라멘트는 접지시킨 컬렉터 또는 하전 필라멘트의 극성과 반대 극성으로 하전된 컬렉터 상에 집적되어 웹(web) 형태로 제조될 수 있다. More specifically, a positive or negative voltage is directly applied to the spinneret or spinneret to charge the solution, the charged solution is discharged through the spinneret (multiple spinnerets) into the air layer, The nanofibers can be produced through stretching of the charged filament and another filament branch in the air layer. (-) charged filament through the application of (+) voltage to the filament, or (-) the filament charged to the negative filament through the application of voltage to the filament, It can be miniaturized due to electrical influences such as repulsion. The microfilament thus formed can be manufactured in the form of a web integrated on a charged collector with a polarity opposite to that of the grounded collector or charged filament.

- 혼합 용액- Mixed solution

혼합 용액 공급부(12)는 CY-PPTA를 포함하는 고분자 및 금속염을 유기 용매에 용해시킨 혼합 용액을 다중 방사구(11)로 공급한다. 이때, CY-PPTA는 하기 일반식 2로 표시되는 반복 단위를 갖는다.The mixed solution supply unit 12 supplies a mixed solution obtained by dissolving a polymer including CY-PPTA and a metal salt in an organic solvent to the multiple spinnerets 11. [ At this time, CY-PPTA has a repeating unit represented by the following general formula (2).

[일반식 2][Formula 2]

Figure 112019017714194-pat00002
Figure 112019017714194-pat00002

예시적 구체예에 따르면, 혼합 용액 내에 고분자로서 CY-PPTA를 함유하는 바, 아미드 결합 중 방향족 고리의 파라-위치에 존재하는 비율이 적어도 약 60%, 구체적으로 적어도 약 80%, 보다 구체적으로 적어도 약 90%일 수 있고, 특히 실질적으로 모든 아미드 결합이 방향족 고리의 파라-위치에 결합되어 있는 것(즉, 순수한 CY-PPTA)일 수 있다.According to an illustrative embodiment, the ratio of CY-PPTA as a polymer in the mixed solution to the para-position of the aromatic ring in the amide bond is at least about 60%, specifically at least about 80%, more specifically at least To about 90%, and in particular substantially all of the amide bonds may be attached to the para-position of the aromatic ring (i.e., pure CY-PPTA).

이때, 혼합 용액 내 고분자, 특히 CY-PPTA는, 예를 들면 약 2 내지 10 dl/g, 구체적으로 약 3 내지 7 dl/g, 보다 구체적으로 약 4 내지 6 dl/g의 고유 점도 분자량을 가질 수 있는 바, 분자량이 지나치게 높거나 낮은 경우에는 원활한 전기 방사가 곤란하거나 원하는 물성의 나노섬유를 수득하기 어려울 수 있는 만큼, 전술한 분자량 범위 내에서 선정되는 고분자를 사용하는 것이 유리할 수 있다.The polymer in the mixed solution, particularly CY-PPTA, has an intrinsic viscosity molecular weight of, for example, about 2 to 10 dl / g, specifically about 3 to 7 dl / g, more specifically about 4 to 6 dl / g When the molecular weight is too high or low, it may be advantageous to use a polymer selected within the above-mentioned molecular weight range, because it is difficult to smoothly emit electrons or it may be difficult to obtain nanofibers of desired physical properties.

예시적 구체예에 따르면, 혼합 용액 내 CY-PPTA를 포함하는 고분자의 농도는, 혼합 용액의 중량 기준으로, 약 9 내지 25 중량%, 구체적으로 약 10 내지 23 중량%, 보다 구체적으로 약 12 내지 20 중량%의 범위일 수 있다. 고분자의 함량이 지나치게 낮은 경우에는 나노 섬유 구조를 형성하기 어려운 반면, 지나치게 높은 경우에는 균일한 직경을 갖는 나노섬유를 제조하기 곤란할 수 있는 만큼, 전술한 범위 내에서 조절하는 것이 유리할 수 있다. 다만, 혼합 용액 내 고분자 함량은 CY-PPTA의 분자량, 용매 등에 따라 변화 가능한 만큼, 반드시 전술한 범위로 한정되는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment, the concentration of the polymer comprising CY-PPTA in the mixed solution is from about 9 to 25% by weight, specifically from about 10 to 23% by weight, more specifically from about 12 to < RTI ID = 20% by weight. If the content of the polymer is too low, it is difficult to form the nanofiber structure. On the other hand, if the content of the polymer is too high, it may be difficult to produce nanofibers having a uniform diameter. However, the content of the polymer in the mixed solution is not necessarily limited to the above-described range, as it can vary depending on the molecular weight of the CY-PPTA, the solvent, and the like.

일 구체예에 있어서, 방사용 혼합 용액은 금속염을 포함할 수 있다. 이러한 금속염은 CY-PPTA의 유기용매에 대한 용해도를 향상시키는 기능을 담당하며, 할로겐화 알칼리 금속염 및/또는 할로겐화 알칼리 토금속염일 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 금속염은, 예를 들면 CaCl2, LiCl, NaCl, KCl, LiBr, KBr 등으로부터 적어도 하나가 선택될 수 있고, 구체적으로 CaCl2, LiCl, 또는 이의 조합일 수 있다. In one embodiment, the spinning mixture solution may comprise a metal salt. Such a metal salt functions to improve the solubility of CY-PPTA in an organic solvent, and may be an alkali metal halide salt and / or an alkaline earth metal halide salt. According to an exemplary embodiment, the metal salt may be selected from at least one of CaCl 2 , LiCl, NaCl, KCl, LiBr, KBr, and the like, and specifically may be CaCl 2 , LiCl, or a combination thereof.

이와 관련하여, 혼합 용액 내 금속염의 함량은, 유기 용매 기준으로, 예를 들면 약 0.5 내지 10 중량%, 구체적으로 약 1 내지 7 중량%, 보다 구체적으로 약 2 내지 5 중량% 범위일 수 있다. 금속염의 함량이 지나치게 낮거나 높은 경우에는 액정 상이 불안정해지거나 방사 과정에서 전기전도성이 급격하게 변화하는 문제점이 유발될 수 있는 만큼, 전술한 범위 내에서 적절히 조절하는 것이 유리할 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 이해될 수 있다.In this regard, the content of the metal salt in the mixed solution may range, for example, from about 0.5 to 10% by weight, specifically about 1 to 7% by weight, more specifically about 2 to 5% by weight, based on the organic solvent. When the content of the metal salt is excessively low or high, it may be advantageous to appropriately control the liquid crystal phase within the above-mentioned range as the liquid crystal phase may become unstable or the electrical conductivity may change rapidly during the spinning process. Can be understood.

한편, 혼합 용액의 매질인 유기 용매는 극성 유기용매일 수 있는 바, 이러한 유기 용매의 예는 디메틸렌 플루오라이드, 테트라메틸렌 플루오라이드, 벤질 알데히드, 에틸 아세테이트, 아세톤, 아세토니트릴, 아세트 알데히드, 아세트산, 아세토페논, 아세틸 클로라이드, 아크릴로니트릴, 벤질 알코올, 1-부탄올, n-부틸 아세테이트, 시클로헥산올, 시클로헥사논, 1,2-디브로모에탄, 디에틸케톤, N,N-디메틸아세트아마이드, N,N-디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 1,4-다이옥산, 에탄올, 포름산에틸, 포름산, 글리세롤, 헥사메틸포스포아마이드, 메틸 아세테이트, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸 케톤, N-메틸-2-피롤리돈, 니트로벤젠, 니트로메탄, 1-프로판올, 프로필렌-1,2-카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 테트라메틸우레아, 트리에틸포스페이트, 트리메틸포스페이트, 에틸렌디아민, NMMO(N-methylmorpholine N-oxide) 등을 포함할 수 있으며, 이를 단독으로 또는 2 이상 조합하여 사용할 수 있다.Examples of the organic solvent include dimethylene fluoride, tetramethylene fluoride, benzylaldehyde, ethyl acetate, acetone, acetonitrile, acetaldehyde, acetic acid, But are not limited to, acetophenone, acetyl chloride, acrylonitrile, benzyl alcohol, 1-butanol, n-butyl acetate, cyclohexanol, cyclohexanone, 1,2-dibromoethane, diethyl ketone, , N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, 1,4-dioxane, ethanol, ethyl formate, formic acid, glycerol, hexamethylphosphoramide, methyl acetate, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, 2-pyrrolidone, nitrobenzene, nitromethane, 1-propanol, propylene-1,2-carbonate, tetrahydrofuran, tetramethylurea, triethylphosphate, trimethylphosphine Sites, ethylene diamine, and the like may NMMO (N-methylmorpholine N-oxide), may be used either individually or in combination of two or more them.

보다 구체적으로, 유기 용매로서 N,N-디메틸아세트아마이드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥사메틸포스포아마이드, 및 테트라메틸우레아로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택될 수 있다.More specifically, at least one selected from the group consisting of N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, hexamethylphosphoramide, and tetramethylurea can be selected as the organic solvent.

예시적 구체예에 따르면, 전술한 전기 방사용 혼합 용액의 점도(25℃)는, 예를 들면 약 10 내지 100,000 cps, 구체적으로 약 100 내지 50,000 cps, 보다 구체적으로 약 1,000 내지 5,000 cps의 범위일 수 있고, 또한 전기방사 단계는 경우에 따라서는 장시간에 걸쳐 수행될 수 있으므로 적절한 점도가 지속적으로 유지될 필요가 있는 만큼, 가급적 안정적인 고분자-용매계를 형성하는 것이 바람직하다.According to an illustrative embodiment, the viscosity (25 占 폚) of the electrospinning mixed solution described above is in the range of, for example, about 10 to 100,000 cps, specifically about 100 to 50,000 cps, more specifically about 1,000 to 5,000 cps And since the electrospinning step may be carried out over a long period of time in some cases, it is desirable to form a stable polymer-solvent system as far as possible, as appropriate viscosity needs to be maintained constantly.

이와 같은 방사용 혼합 용액은 혼합 용액 공급부(12)를 통하여 다중 방사구(11)로 공급된다. 본 개시 내용의 구체예에서 가장 주목할 점은 전기 방사 과정에서 방사용 고분자 용액 이외에도 유기 용매를 별도로 공급하도록 하는 것이다. 이를 위하여, 전술한 혼합 용액 이외에 별도의 유기 용매 공급부(13)를 구비하고, 이로부터 유기 용매를 다중 방사구(11)로 공급한다. 이때, 유기 용매 공급부(13)의 유기 용매로서 전술한 혼합 용액의 제조에 사용되는 용매의 범위 내에서 동종 용매 또는 이종 용매를 사용할 수 있다. 다만, 동종 용매를 사용할 때, 전기 방사 과정 중 CY-PPTA계 고분자의 고화 현상에 의하여 불균일한 굵기의 나노섬유가 형성되는 것을 억제하는데 보다 효과적일 수 있다.The spinning mixture solution is supplied to the multiple spinnerets (11) through the mixed solution supply part (12). The most remarkable point in the embodiment of the present disclosure is that the organic solvent is separately supplied in addition to the spray polymer solution in the electrospinning process. To this end, a separate organic solvent supply unit 13 is provided in addition to the above-mentioned mixed solution, from which the organic solvent is supplied to the multiple emission ports 11. At this time, as the organic solvent of the organic solvent supplier 13, a homologous solvent or a heterogeneous solvent may be used within the range of the solvent used for the preparation of the mixed solution. However, when a homogeneous solvent is used, it may be more effective to suppress the formation of nanofibers having uneven thickness by the solidification phenomenon of the CY-PPTA polymer during the electrospinning process.

한편, 일 구체예에 있어서, 임의로 가열 또는 냉각 가능한 기체(구체적으로 압축 기체)가 기체 공급부(14)로부터 다중 방사구(11)로 공급되어 혼합 용액으로부터 분사된 고분자 흐름을 전진시키는 기능을 하게 된다. 이러한 기체는, 가압된 상태로 공급되는 바, 예를 들면 공기 또는 비활성 가스(예를 들면, 헬륨, 질소, 아르곤 등)일 수 있으며, 전형적으로는 공기일 수 있다. 또한, 다중 방사구(11)로 공급된 기체는 혼합 용액을 컬렉터 방향으로 흐르도록 유도할 뿐만 아니라, 다중 방사구(11)로부터 방사된 섬유가 연신(stretching)하는데 기여할 수 있다. 이와 관련하여, 기체의 온도는 방사 과정에서 방사 용액의 점도에 영향을 미칠 수 있는 바, 예를 들면 약 0 내지 120℃, 구체적으로 약 15 내지 90℃, 보다 구체적으로 약 25 내지 60℃ 범위 내에서 조절될 수 있다.  On the other hand, in one embodiment, an arbitrarily heatable or coolable gas (specifically, a compressed gas) is supplied from the gas supply unit 14 to the multiple radiation apertures 11 to advance the polymer flow injected from the mixed solution . Such gas may be, for example, air or an inert gas (e. G., Helium, nitrogen, argon, etc.) that is supplied in a pressurized state, and may typically be air. In addition, the gas supplied to the multiple spinnerets 11 can not only induce the mixed solution to flow in the direction of the collector, but also contribute to the stretching of the fibers emitted from the multiple spinnerets 11. In this regard, the temperature of the gas may affect the viscosity of the spinning solution in the spinning process, for example within the range of about 0 to 120 ° C, specifically about 15 to 90 ° C, more specifically about 25 to 60 ° C Lt; / RTI >

도 1에서는 별도로 도시하지 않고 있으나, 전술한 혼합 용액, 유기 용매 및 기체 각각의 유량을 조절할 수 있는 펌프 또는 밸브를 더 구비할 수 있다. 또한, 선택적으로, 다중 방사구(11) 전단에 기체의 흐름을 조절하기 위한 압력 게이지 등의 기체 유량계(15)를 더 구비할 수 있다.Although not shown separately in FIG. 1, it may further include a pump or a valve capable of controlling the flow rate of each of the mixed solution, the organic solvent, and the gas. Optionally, a gas flow meter 15 such as a pressure gauge for adjusting the flow of gas at the front end of the multiple radiating apertures 11 may be further provided.

또한, 일 구체예에 따른 CY-PPTA계 나노섬유 제조 시스템(10)에 있어서 컬렉터(17)는 다중 방사구(11)와 대향하여 배치되어 방사된 CY-PPTA계 나노섬유를 수집 또는 집적한다. 이때, 컬렉터(17)는 전압 인가부의 전압 발생 장치(16)와 전기적으로 연결되는 만큼, 전도성을 나타내는 금속 재질의 컬렉터 또는 금속 코팅이 형성된 컬렉터일 수 있고, 또한 접지될 수 있다. 또한, 컬렉터(17)는 회전 타입일 수 있는 바, 회전이 진행됨에 따라 컬렉터 상에 수집 또는 집적된 나노 섬유 또는 웹을 적층 또는 권취하여 회수할 수 있다. 택일적 구체예에 따르면, 컬렉터(17)에 의하여 수집 또는 집적된 나노섬유는 이동식 컨베이어 벨트(도시되지 않음) 상으로 이송되어 회수될 수도 있다.Further, in the CY-PPTA nanofiber manufacturing system 10 according to one embodiment, the collector 17 collects or accumulates the radiated CY-PPTA nanofibers arranged opposite to the multiple spinnerets 11. At this time, since the collector 17 is electrically connected to the voltage generating unit 16 of the voltage application unit, the collector 17 may be a metal collector or a collector formed with a metal coating and may be grounded. In addition, the collector 17 may be of a rotating type, and nanofibers or webs collected or integrated on the collector as the rotation progresses may be stacked or wound and recovered. According to an alternative embodiment, the nanofibers collected or integrated by the collector 17 may be transferred and recovered onto a moving conveyor belt (not shown).

예시적 구체예에 따르면, 다중 방사구(11), 구체적으로 다중 방사구에 구비된 노즐의 선단(tip)과 컬렉터(17) 간의 거리는 CY-PPTA계 나노섬유의 물성에 영향을 미치는 인자로서, 예를 들면 약 5 내지 150 ㎝, 구체적으로 약 8 내지 50 ㎝, 보다 구체적으로 약 10 내지 25 ㎝ 범위일 수 있다. 또한, 다중 방사구(11)에 구비되는 노즐은, 구체적으로 시린지(syringe) 타입의 노즐일 수 있다. According to the exemplary embodiment, the distance between the tip of the nozzle provided in the multiple spinnerets 11, specifically the multiple spinnerets, and the collector 17 is a factor affecting the physical properties of the CY-PPTA nanofibers, For example, from about 5 to 150 cm, specifically from about 8 to 50 cm, and more specifically from about 10 to 25 cm. In addition, the nozzles provided in the multiple spinnerets 11 may be specifically syringe type nozzles.

한편, 예시적 구체예에 있어서, 전기방사 과정 중 전압 발생 장치(16)에 의하여 다중 방사구(11)에 인가되는 전압은, 예를 들면 약 10 내지 50 kV, 구체적으로 약 12 내지 35 kV, 보다 구체적으로 약 15 내지 30 kV 범위일 수 있다.On the other hand, in the exemplary embodiment, the voltage applied to the multiple radiation apertures 11 by the voltage generator 16 during the electrospinning process is, for example, about 10 to 50 kV, specifically about 12 to 35 kV, More specifically from about 15 to 30 kV.

이외에도, 전기방사가 수행되는 구간, 구체적으로 다중 방사구(11)와 컬렉터(17) 사이의 구간의 온도는, 예를 들면 약 0 내지 120℃, 구체적으로 약 15 내지 90 ℃, 보다 구체적으로 약 25 내지 60℃ 범위일 수 있는 바, 방사 구간 내 온도가 지나치게 낮거나 높은 경우에는 표면장력 증가에 따른 젯트(jet) 형성의 불균형 및 방사 용액의 겔화 등의 문제점이 유발될 수 있기 때문에 전술한 온도 범위를 유지하는 것이 유리할 수 있다. 다만, 상기 수치 범위는 예시적 목적으로 기재된 것으로 이해되어야 한다.In addition, the temperature in the section in which the electrospinning is performed, specifically the interval between the multiple radiating apertures 11 and the collector 17, is set to, for example, about 0 to 120 DEG C, specifically about 15 to 90 DEG C, 25 ° C to 60 ° C. If the temperature in the spinning zone is excessively low or high, problems such as unevenness of jet formation and gelation of the spinning solution due to increase in surface tension may be caused. Therefore, It may be advantageous to maintain the range. It should be understood, however, that the above numerical ranges are set forth for illustrative purposes only.

도 2는 예시적 구체예에 따라 3중 방사구를 이용하여 CY-PPTA 나노섬유를 전기방사하는 과정을 도시한다.FIG. 2 illustrates a process of electrospinning CY-PPTA nanofibers using a triple spinnerette according to an exemplary embodiment.

도시된 구체예에 따르면, 다중 방사구(11)는 3중 방사구(20)로 구성된다. 이때, 3중 방사구(20)는 이의 중앙으로부터 외측 방향으로 내측 방사구(21), 중간 방사구(22) 및 외측 방사구(23)로 이루어져 있으며, 내측 방사구(21), 중간 방사구(22) 및 외측 방사구(23) 각각은, 도 1에서 지시된 혼합 용액 공급부(12), 유기 용매 공급부(13) 및 기체 공급부(14)에 연결 또는 연통될 수 있다.According to the illustrated embodiment, the multiple radiation apertures 11 consist of triple radiation apertures 20. The triple radiation hole 20 includes an inner radiation hole 21, an intermediate radiation hole 22 and an outer radiation hole 23 in the outer direction from the center thereof. The inner radiation hole 21, Each of the outer and inner spinnerets 22 and 23 may be connected to or connected to the mixed solution supply unit 12, the organic solvent supply unit 13, and the gas supply unit 14 indicated in FIG.

예시적으로, 3중 방사구(20)를 구성하는 내측 방사구(21), 중간 방사구(22) 및 외측 방사구(23)는 동심 구조를 형성할 수 있으며, 택일적으로 편심 구조 등 다양한 형태로 구성될 수도 있다.Illustratively, the inner radiation hole 21, the intermediate radiation hole 22, and the outer radiation hole 23, which constitute the triple radiation hole 20, may form a concentric structure, alternatively, . ≪ / RTI >

상술한 바와 같이, 3중 방사구(20)를 이용하되, 전기 방사 과정에서 내측 방사구(21)를 통한 CY-PPDA 함유 혼합 용액의 흐름이 이의 외측에 형성된 중간 방사구(22)를 통한 유기 용매의 흐름과 둘러싸이는 방식으로 접촉함으로써 방사된 섬유의 고화 현상을 억제할 수 있다. 또한, 유기 용매는 비교적 온화한 온도(심지어 상온)에서 별도의 후처리 과정 없이 쉽게 증발되어 제거되므로 CY-PPTA계 나노섬유의 제조공정을 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제조 비용도 낮출 수 있다. As described above, by using the triple radiation hole 20, the flow of the CY-PPDA-containing mixed solution through the inner radiation hole 21 in the electrospinning process is conducted through the intermediate radiation hole 22 formed on the outer side thereof, It is possible to suppress the solidification phenomenon of the radiated fibers by contacting with the flow of the solvent in a surrounding manner. In addition, since the organic solvent is easily evaporated and removed at a relatively mild temperature (even at room temperature) without a separate post-treatment, the manufacturing process of the CY-PPTA nanofibers can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

예시적 구체예에 있어서, 3중 방사구(20)를 구성하는 내측 방사구(21), 중간 방사구(22) 및 외측 방사구(23) 각각의 예시적인 사이즈는 하기와 같이 설정할 수 있다. In the exemplary embodiment, the exemplary sizes of the inner radiation hole 21, the intermediate radiation hole 22, and the outer radiation hole 23 constituting the triple radiation hole 20 can be set as follows.

(i) 내측 방사구의 내경: 약 0.3 내지 1.5 mm, 구체적으로 약 0.4 내지 1.2 mm, 보다 구체적으로 약 0.5 내지 1 mm,(i) the inner diameter of the inner spinneret: about 0.3 to 1.5 mm, specifically about 0.4 to 1.2 mm, more specifically about 0.5 to 1 mm,

(ii) 중간 방사구의 내경: 약 0.5 내지 1.8 mm, 약 0.8 내지 1.6 mm, 보다 구체적으로 약 0.9 내지 1.4 mm, 및(ii) an inner diameter of the intermediate spinneret: about 0.5 to 1.8 mm, about 0.8 to 1.6 mm, more specifically about 0.9 to 1.4 mm, and

(iii) 외측 방사구의 내경: 약 1 내지 25 mm, 구체적으로 약 1.5 내지 20 mm, 보다 구체적으로 약 1.8 내지 15 mm.(iii) the inner diameter of the outer spinneret: about 1 to 25 mm, specifically about 1.5 to 20 mm, more specifically about 1.8 to 15 mm.

본 개시 내용의 예시적 구체예에 따르면, 내측 방사구(21)를 통하여 공급되는 혼합 용액의 공급 속도는, 예를 들면 약 0.8 내지 12 ml/h, 구체적으로 약 1 내지 10 ml/h, 보다 구체적으로 약 1.5 내지 8 ml/h 범위일 수 있다. 또한, 중간 방사구(22)를 통한 유기 용매의 공급 속도는, 예를 들면 약 0.7 내지 10 ml/h, 구체적으로 약 1 내지 8 ml/h, 보다 구체적으로 약 1.2 내지 6 ml/h 범위일 수 있다. 이외에도, 외측 방사구를 통하여 공급되는 기체는, 예를 들면 약 0.05 내지 1 bar, 구체적으로 약 0.1 내지 0.5 bar, 보다 구체적으로 약 0.2 내지 0.45 bar의 압력으로 공급될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the feed rate of the mixed solution supplied through the inner radiation port 21 is, for example, about 0.8 to 12 ml / h, specifically about 1 to 10 ml / h, Specifically about 1.5 to 8 ml / h. The supply rate of the organic solvent through the intermediate spinneret 22 is, for example, in the range of about 0.7 to 10 ml / h, specifically about 1 to 8 ml / h, more specifically about 1.2 to 6 ml / h . In addition, the gas supplied through the outer spinneret can be supplied at a pressure of, for example, about 0.05 to 1 bar, specifically about 0.1 to 0.5 bar, more specifically about 0.2 to 0.45 bar.

이와 같이 3중 방사구(20) 내에서 공급되는 혼합 용액, 유기 용매 및 기체의 흐름을 조절할 경우, 혼합 용액으로부터 CY-PPTA계 나노섬유가 형성되기에 앞서 고화되는 현상을 억제함으로써 원하는 직경의 CY-PPTA계 나노섬유(구체적으로 결정성, 보다 구체적으로 액정 거동을 나타내는 CY-PPTA계 나노섬유)가 균일하게 형성되도록 하고, 더 나아가 혼합 용액의 사전 고화로 인한 방사구 노즐의 폐색 현상 등을 억제할 수 있기 때문에 CY-PPTA계 나노섬유의 생산 속도를 보다 효과적으로 증가시킬 수 있다.When the flow of the mixed solution, the organic solvent, and the gas supplied in the triple spinnerette 20 is controlled, the CY-PPTA nanofibers are prevented from solidifying from the mixed solution before the CY-PPTA nanofibers are formed, -PPTA-based nanofibers (specifically, crystalline, more specifically, CY-PPTA nanofibers showing liquid crystal behavior) are uniformly formed, and furthermore, the clogging of the spinneret nozzle due to pre-solidification of the mixed solution is suppressed The production rate of the CY-PPTA nanofibers can be more effectively increased.

전술한 시스템을 이용하여 전기 방사된 CY-PPTA계 나노섬유는 나노미터 수준에서 마이크로미터 수준까지의 미세 직경, 예를 들면 약 5 nm에서 약 7 ㎛, 구체적으로 약 10 nm에서 약 5 ㎛, 보다 구체적으로 약 500 nm에서 3㎛ 범위의 직경 또는 굵기를 가질 수 있다. 특정 구체예에서는 상기 나노섬유의 직경은 나노스케일, 구체적으로 약 100 nm 이하의 범위일 수도 있다. The electrospun CY-PPTA nanofibers using the system described above may have a microdiameter up to the micrometer level, for example from about 5 nm to about 7 μm, specifically from about 10 nm to about 5 μm Specifically, it may have a diameter or a thickness ranging from about 500 nm to 3 占 퐉. In certain embodiments, the diameter of the nanofibers may be in the nanoscale range, specifically about 100 nm or less.

이와 같이 섬유의 두께가 감소함으로써, 예를 들면 체적에 대한 표면적 비율 또는 비표면적의 증가 및 표면 기능성 개선, 기계적 물성(예를 들면, 기계적 강도 및 유연성)의 개선, 섬유 간 다수의 미세한 공간(포어), 즉 다공성을 나타낼 수 있다. 이러한 개선된 특성을 통하여, 종래의 방향족 폴리아미드 또는 아라미드 섬유의 적용 분야 대부분은 물론, 전술한 바와 같이 PPTA의 낮은 용해성 등으로 인하여 적용이 곤란한 분야 등에서도 상업적 규모로 실시할 수 있다.As the thickness of the fiber is reduced in this manner, for example, an increase in the surface area ratio or the specific surface area with respect to volume and an improvement in surface function, an improvement in mechanical properties (for example, mechanical strength and flexibility), a large number of fine spaces ), That is, porosity. Through these improved properties, it can be carried out on commercial scale in most fields of application of conventional aromatic polyamide or aramid fibers, as well as in fields which are difficult to apply due to low solubility of PPTA as described above.

또한, 제조된 CY-PPTA계 나노섬유의 굵기(또는 직경) 편차는, 예를 들면 약 50% 이하, 구체적으로 약 20% 이하일 수 있는 바, 이는 2중 방사구(구체적으로, 혼합 용액 방사부 및 기체 공급부) 또는 단일 방사구를 이용하여 동일 조건 하에서 달성 가능한 수준(약 100%)에 비하여 현저히 낮은 수준이다. The thickness (or diameter) variation of the produced CY-PPTA nanofibers can be, for example, about 50% or less, specifically about 20% or less. This is because the double- (About 100%) under the same conditions using a single spinneret or the like.

본 구체예에 따라 제조되는 CY-PPTA계 나노섬유는 각종 전지의 분리막 또는 세퍼레이터와 같은 전자 소재 분야, 초정밀 여과재 또는 필터 분야, 의료용 생체 재료 분야 등을 비롯한 다양한 분야에 적용될 수 있다. 특히, CY-PPTA계 나노섬유의 분자 구조 내에 함유된 니트릴기는 배가스 내 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등과 상호 작용하여 유용한 유해 가스 제거(흡수 또는 흡착) 기능을 발휘할 수 있기 때문에 환경 분야로의 잠재적 적용 가능성을 더욱 넓힐 수 있을 것으로 예상된다.The CY-PPTA nanofibers produced according to this specific example can be applied to various fields such as electronic materials such as separation membranes or separators for various cells, ultra precision filtration materials or filter fields, medical biomaterials fields, and the like. Particularly, since the nitrile group contained in the molecular structure of the CY-PPTA nanofiber interacts with nitrogen oxides (NO x ), sulfur oxides (SO x ) and the like in the exhaust gas, it can exhibit useful noxious gas removal (absorption or adsorption) It is expected that it will be possible to further expand the potential applicability to the environmental field.

본 개시 내용의 다른 구체예에 따르면, CY-PPTA계 나노섬유를 탄소 전구체로 사용하여 탄소 나노섬유를 제조하는 방법 및 관련 시스템이 제공된다.According to another embodiment of the present disclosure, a method and an associated system for producing carbon nanofibers using CY-PPTA-based nanofibers as a carbon precursor are provided.

본 구체예에 있어서, 전술한 바와 같이 다중 방사구를 이용하여 얻어진 CY-PPTA계 나노섬유를 탄소 전구체로 사용하여 탄소 나노섬유를 제조할 수 있다.In this specific example, carbon nanofibers can be prepared by using CY-PPTA nanofiber obtained by using multiple spinnerets as a carbon precursor as described above.

도 3은 일 구체예에 따라 탄소 나노섬유를 제조하는 일련의 과정을 개략적으로 나타내는 공정 순서도이다.3 is a process flow chart schematically showing a series of processes for producing carbon nanofibers according to one embodiment.

도 3을 참조하면, CY-PPTA계 나노섬유의 제조 단계까지의 과정은 앞서 설명한 바와 동일하며, 이를 별도로 회수하여 부직포 등으로 제조하는 대신에 추가적인 열처리에 의한 탄화 단계(또는 안정화-탄화 단계)를 거치도록 함으로써 탄소 나노섬유로 전환시킨다. Referring to FIG. 3, the process up to the step of producing the CY-PPTA nanofibers is the same as that described above. Instead, the carbon fibers may be separately recovered and then subjected to a carbonization step (or a stabilization-carbonization step) To convert them into carbon nanofibers.

즉, CY-PPTA계 나노섬유의 컬렉터 후단에 수집된 나노섬유 또는 이의 웹을 탄화시킬 수 있는 임의의 열처리 장치를 배치할 수 있으나, 본 개시 내용이 특정 구조의 열처리 장치의 사용으로 한정되는 것은 아니다. 탄화를 위한 열처리 장치로서, 가열 튜브 및 오븐(대류를 이용함)을 예시할 수 있는 바, 이 경우 비활성 가스 분위기는 대류에 의한 열 전달에 필수적이다. 이러한 타입의 열처리 장치의 경우, 전구체 섬유가 자기 브레이크 등에 의하여 제어되는 섬유 스풀(spool)을 따라 장력 가이드 상에서 통과하도록 구성되며, 힘 게이지가 구비된 풀리(pulley)를 통과한 후에 구동 롤의 작용에 의하여 가열 튜브를 통과하는 방식이다. 택일적으로, 가열 롤러 타입의 열 처리 장치도 적용 가능한 바, 상기 타입의 장치는 전도 방식의 열 전달을 이용한 것이다.That is, it is possible to dispose the nanofibers collected at the collector end of the CY-PPTA nanofibers or any heat treatment apparatus capable of carbonizing the web, but the present disclosure is not limited to the use of the heat treatment apparatus having a specific structure . As a heat treatment apparatus for carbonization, a heating tube and an oven (using convection) can be exemplified. In this case, an inert gas atmosphere is essential for heat transfer by convection. In this type of heat treatment apparatus, the precursor fibers are configured to pass on a tension guide along a fiber spool controlled by a magnetic brake or the like, and after passing through a pulley provided with a force gauge, It is a way to pass through the heating tube. Alternatively, a heat roller type heat treatment apparatus is also applicable, wherein the apparatus of this type utilizes a conduction heat transfer.

전술한 열 처리(탄화) 단계를 거치는 동안, 전구체 나노섬유 내 탄소 이외의 성분이 제거되고 일부 탄소원이 제거되므로 중량 손실이 일어날 수 있다. 이때, 가급적 전구체 내 탄소원의 손실은 최소화하면서 CY-PPTA계 나노섬유를 탄소 나노섬유로 전환시키는 것이 바람직하다. 예시적 구체예에 따르면, 탄화 단계 중 CY-PPTA계 나노섬유 내 탄소원의 적어도 약 85 중량%, 구체적으로 적어도 약 90 중량%, 보다 구체적으로 적어도 약 95 중량%가 탄소로 전환된다. During the above-described heat treatment (carbonization) step, weight loss may occur because components other than carbon in the precursor nanofiber are removed and some carbon sources are removed. At this time, it is preferable to convert the CY-PPTA nanofibers to carbon nanofibers while minimizing the loss of the carbon source in the precursor. According to an illustrative embodiment, at least about 85 wt.%, Specifically at least about 90 wt.%, More specifically at least about 95 wt.% Of the carbon source in the CY-PPTA based nanofiber during the carbonization step is converted to carbon.

예시적 구체예에 따르면, 탄화를 위한 열 처리 단계는, 예를 들면 약 550 내지 1200℃, 구체적으로 약 600 내지 1000℃, 보다 구체적으로 약 700 내지 950℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 열 처리 온도가 지나치게 낮거나 높은 경우에는 전구체인 CY-PPTA계 나노섬유가 탄소로 충분히 전환되지 않거나 과도한 열처리로 인하여 탄소 나노섬유의 물성 개선 정도가 감소할 수 있는 만큼, 전술한 범위에서 적절한 온도를 선정하는 것이 유리할 수 있다.According to exemplary embodiments, the heat treatment step for carbonization may be performed at a temperature range of, for example, about 550 to 1200 占 폚, specifically about 600 to 1000 占 폚, more specifically about 700 to 950 占 폚. In this regard, when the heat treatment temperature is excessively low or high, since the precursor CY-PPTA nanofibers are not sufficiently converted to carbon or the degree of improvement of the physical properties of the carbon nanofibers may be reduced due to excessive heat treatment, It may be advantageous to select an appropriate temperature.

한편, 열 처리 단계 중 탄화 온도까지의 승온 속도는, 예를 들면 약 1.5 내지 25℃/분, 구체적으로 약 2 내지 20 ℃/분, 보다 구체적으로 4 내지 10℃/분 범위일 수 있다. 이러한 열 처리 단계에 수반되는 시간은, 예를 들면 약 10분 내지 2시간, 구체적으로 약 20분 내지 1.5 시간, 보다 구체적으로 약 30분 내지 1 시간 범위일 수 있다.On the other hand, the rate of temperature rise to the carbonization temperature during the heat treatment step may be in the range of, for example, about 1.5 to 25 ° C / min, specifically about 2 to 20 ° C / min, more specifically 4 to 10 ° C / min. The time involved in this heat treatment step may be in the range of, for example, about 10 minutes to 2 hours, specifically about 20 minutes to 1.5 hours, more specifically about 30 minutes to 1 hour.

전술한 열 처리 또는 탄화 단계는 비활성 가스 분위기 하에서 수행될 수 있는 바, 예를 들면 헬륨, 질소, 아르곤, 이산화탄소 등의 가스, 보다 구체적으로는 질소 가스를 이용할 수 있다. 이때, 비활성 가스 분위기에서 산소 농도는, 예를 들면 약 25 ppm 미만, 구체적으로 약 20 ppm 미만, 보다 구체적으로 약 10 ppm 미만일 수 있다. 이와 같이, 전구체 나노섬유는 비활성 가스 분위기 하에서의 열 처리에 의한 탄화 과정을 통하여 탄소 나노섬유로 전환될 수 있는 것이다. The above-described heat treatment or carbonization step can be performed under an inert gas atmosphere, and for example, a gas such as helium, nitrogen, argon, carbon dioxide, or the like can be used. More specifically, nitrogen gas can be used. At this time, the oxygen concentration in the inert gas atmosphere may be, for example, less than about 25 ppm, specifically less than about 20 ppm, and more specifically less than about 10 ppm. Thus, the precursor nanofibers can be converted to carbon nanofibers through a carbonization process by heat treatment in an inert gas atmosphere.

예시적 구체예에 따르면, 탄화를 거쳐 생성되는 탄소 섬유의 직경은, 예를 들면 약 4 nm 내지 6 ㎛, 구체적으로 약 8 내지 4.5 ㎛, 보다 구체적으로 약 400 nm 내지 2.5 ㎛ 범위일 수 있다. 특정 구체예에 있어서, 탄소 나노섬유의 직경 또는 굵기는 나노스케일(예를 들면, 100 nm 이하)일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the diameter of the carbon fibers produced through carbonization may range, for example, from about 4 nm to 6 占 퐉, specifically about 8 to 4.5 占 퐉, more specifically about 400 nm to 2.5 占 퐉. In certain embodiments, the diameter or thickness of the carbon nanofibers can be nanoscale (e.g., 100 nm or less).

또한, 예시적 구체예에 있어서, 탄소 나노섬유의 평균 포어 사이즈(직경)는, 예를 들면 약 0.5 내지 50 nm(구체적으로 약 1 내지 10 nm) 범위일 수 있고, 또한 비표면적은, 예를 들면 약 100 내지 1,000 ㎡/g(구체적으로 약 200 내지 600 ㎡/g) 범위일 수 있다. Further, in the exemplary embodiment, the average pore size (diameter) of the carbon nanofibers may be, for example, in the range of about 0.5 to 50 nm (specifically about 1 to 10 nm) For example, about 100 to 1,000 m < 2 > / g (specifically about 200 to 600 m < 2 > / g).

한편, 본 구체예에 따르면, 탄화를 위한 열 처리 단계에 앞서 선택적으로 전구체 나노섬유에 대한 안정화 단계를 추가적으로 수행할 수 있다. 이러한 안정화 단계는 일종의 산화 과정으로서 전구체 고분자는 안정화 과정을 통해 사다리 형태로 구조화가 이루어지며 이러한 구조적 변형을 통하여 후속 단계인 탄화 단계에서 탄소원이 과도하게 열분해되어 손실되거나 응집 또는 융착되는 등의 현상을 억제할 수 있다. On the other hand, according to this embodiment, a stabilization step for the precursor nanofibers can be additionally performed before the heat treatment step for carbonization. This stabilization step is a kind of oxidation process, in which the precursor polymer is structured in a ladder shape through a stabilization process. Through this structural modification, the carbon source is excessively pyrolyzed in the subsequent step of carbonization step to inhibit phenomena such as loss, cohesion or fusion can do.

예시적으로, 전구체 섬유, 즉 CY-PPTA계 나노섬유의 초기 중량 중 적어도 약 80%, 구체적으로 적어도 약 85%, 보다 구체적으로 적어도 약 90%를 잔존하도록 하는 것이 유리할 수 있다. 안정화 단계가 일정 수준 미만의 잔존율로 수행될 경우, 충분한 탄화율로 탄소 섬유를 얻을 수 없는 만큼, 전술한 잔존율을 유지하는 것이 유리할 수 있다. Illustratively, it may be advantageous to have at least about 80%, especially at least about 85%, more particularly at least about 90% of the initial weight of precursor fibers, i.e., CY-PPTA based nanofibers, remaining. When the stabilization step is carried out at a residual rate less than a certain level, it may be advantageous to maintain the above-mentioned residual rate as long as the carbon fiber can not be obtained at a sufficient carbonization rate.

예시적 구체예에 있어서, 안정화 온도는, 예를 들면 약 150 내지 400℃, 구체적으로 약 180 내지 300 ℃, 보다 구체적으로 약 200 내지 280 ℃ 범위에서 선정될 수 있다. 이때, 안정화 온도까지의 승온 속도는, 예를 들면 약 0.5 내지 20 ℃/분, 구체적으로 약 1 내지 15 ℃/분, 보다 구체적으로 약 2 내지 10 ℃/분 범위일 수 있다.In an exemplary embodiment, the stabilization temperature may be selected, for example, in the range of about 150 to 400 占 폚, specifically about 180 to 300 占 폚, more specifically about 200 to 280 占 폚. At this time, the rate of temperature rise to the stabilization temperature may be in the range of, for example, about 0.5 to 20 占 폚 / min, specifically about 1 to 15 占 폚 / min, more specifically about 2 to 10 占 폚 / min.

예시적 구체예에 따르면, 안정화 단계는 산소-함유 분위기(예를 들면, 공기 분위기) 하에서 수행될 수 있고, 또한 약 10분 내지 2 시간, 구체적으로 약 15분 내지 1 시간, 보다 구체적으로 약 20분 내지 40분에 걸쳐 수행될 수 있다. 예시적으로, 안정화 장치 내에 산소-함유 가스를 흘리는 방식으로 안정화 처리를 수행할 수 있다. 선택적으로, 신속한 안정화를 위하여 산소-함유 가스 내에 할로겐 가스(예를 들면, 불소, 염소, 브롬, 요오드 등)을 첨가한 혼합 가스 형태도 적용 가능하다.According to an illustrative embodiment, the stabilization step may be performed under an oxygen-containing atmosphere (e.g., an air atmosphere) and may be conducted for about 10 minutes to 2 hours, specifically about 15 minutes to 1 hour, Min to 40 minutes. Illustratively, the stabilization treatment can be carried out by flowing an oxygen-containing gas in the stabilizer. Alternatively, a mixed gas in which halogen gas (for example, fluorine, chlorine, bromine, iodine, etc.) is added to the oxygen-containing gas for rapid stabilization is also applicable.

이처럼, CY-PPTA계 나노섬유를 전구체로 사용할 경우, 안정화 단계를 생략하거나, 또는 선택적 단계로서 포함한다 해도 비교적 짧은 구간으로 도입함으로써 전체 공정의 생산성을 높은 수준으로 유지할 수 있다.When the CY-PPTA nanofibers are used as the precursor, the stabilization step may be omitted, or even if the nanofiber is included as an optional step, the productivity of the entire process can be maintained at a high level by introducing the nanowire into a relatively short section.

CY-PPTA 전구체는 방향족 고리와 이에 직접 연결된 아미드 결합으로 인하여 매우 우수한 내열성을 가지며, 이러한 특성은 탄소 섬유 전구체로 사용되는 셀룰로오스, 폴리아크릴로니트릴 또는 피치 계열의 전구체 사용 시 요구되는 안정화 단계를 생략할 수 있다. 본 발명이 특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 이와 같이 안정화 단계를 생략할 수 있는 이유는 본 구체예에 따라 제조된 CY-PPTA가 우수한 내열성 및 분자의 강직성을 갖고 있기 때문에 고온의 탄화 공정에서도 전구체 섬유의 구조가 비교적 잘 유지되는 특성 때문으로 판단된다.The CY-PPTA precursor has very good heat resistance due to aromatic rings and amide bonds directly linked thereto, and these properties omit the stabilization steps required when using cellulose, polyacrylonitrile or pitch-based precursors used as carbon fiber precursors . Although the present invention is not limited to a specific theory, the stabilization step can be omitted because CY-PPTA produced according to this specific example has excellent heat resistance and rigidity of molecules. Therefore, even in a high temperature carbonization process, Is relatively well maintained.

상술한 절차를 통하여 제조된 탄소 나노섬유는 전형적으로 부직포 등을 제조될 수 있는 바, 넓은 비표면적, 제어된 포어 사이즈, 양호한 전기 전도성 등을 이용하여 다양한 용도에 적용될 수 있다. 이러한 적용 분야로서 전극 재료(예를 들면, 슈터커패시터, 연료 전기, 리튬 2차전지 등), 촉매 지지체, 가스 흡착제, 금속 또는 플라스틱 강화 복합재료 등을 예시할 수 있다.The carbon nanofibers produced through the above-described procedures can be typically used for various applications by using a wide non-woven fabric, a wide specific surface area, a controlled pore size, and good electrical conductivity. Examples of such applications include electrode materials (e.g., shaker capacitors, fuel cells, lithium secondary batteries, etc.), catalyst supports, gas adsorbents, metal or plastic reinforced composite materials, and the like.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 명확히 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적에 불과하며 발명의 영역을 제한하고자 하는 것은 아니다.The present invention can be more clearly understood by the following examples, and the following examples are merely illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the invention.

실시예Example

CY-CY- PPTAPPTA 의 합성Synthesis of

본 실시예에서 사용되는 CY-PPTA는 하기와 같이 제조되었다.CY-PPTA used in this example was prepared as follows.

Sigma Aldrich사로부터 2-시아노-1,4-페닐렌디아민(CYPPD), 테레프탈로일 클로라이드(TPC) 및 산화 칼슘을 구입하여 사용하였고, TPC는 감압 증류를 통하여 정제하였다. 반응 용매로서 NMP를 대정화학으로부터 구입하여 별도의 정제 없이 사용하였다. Junsei 케미컬사로부터 염화 칼슘을 구입하여 사용 전 1 주일 동안 진공건조시켰다.2-Cyano-1,4-phenylenediamine (CYPPD), terephthaloyl chloride (TPC) and calcium oxide were purchased from Sigma Aldrich, and TPC was purified through vacuum distillation. NMP was purchased from Daejung Chemical as a reaction solvent and used without further purification. Calcium chloride was purchased from Junsei Chemical Company and vacuum dried for one week before use.

상기 반응물을 하기 반응식 1에 따라 반응시켜 CY-PPTA를 제조하였다.The reaction product was reacted according to the following reaction scheme 1 to prepare CY-PPTA.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112019017714194-pat00003
Figure 112019017714194-pat00003

먼저, 염화 칼슘을 NMP에 용해시킨 후에 질소 퍼징 하에서 CYPPD를 첨가하였다. CYPPD를 완전히 용해시킨 후에 교반 하에서 TPC를 첨가하여 중합 반응을 수행하였다. 중합 반응 후, 산화 칼슘을 첨가하여 중합 용액을 중화시켰다. 그 결과, 15 중량%의 CY-PPTA를 함유하는 용액이 형성되었고, 탈이온수 및 아세톤을 사용하여 순차적으로 세척하고 건조시켜 분말상의 CY-PPTA를 수득하였다. 제조된 CY-PPTA를 황산에 용해시켜 0.03 g/dl의 묽은 용액을 제조하였고, 이를 Ubbelode 점도관을 이용하여 30℃에서 측정한 환산 점도의 외삽법을 통하여 고유 점도 분자량을 측정하였다. 그 결과, 고유 점도 분자량은 5.1 dl/g이었다.First, calcium chloride was dissolved in NMP and then CYPPD was added under nitrogen purge. After completely dissolving CYPPD, polymerization reaction was carried out by adding TPC under stirring. After the polymerization reaction, calcium oxide was added to neutralize the polymerization solution. As a result, a solution containing 15% by weight of CY-PPTA was formed, washed sequentially with deionized water and acetone, and dried to obtain powdery CY-PPTA. The prepared CY-PPTA was dissolved in sulfuric acid to prepare a 0.03 g / dl dilute solution. The intrinsic viscosity molecular weight was measured by extrapolation of the converted viscosity at 30 ° C using a Ubbelode viscosity tube. As a result, the intrinsic viscosity molecular weight was 5.1 dl / g.

방사용 혼합 용액의 제조Preparation of spinning solution

- 혼합 용액 1- mixed solution 1

욤매로서 디메틸아세트아마이드(대정화학) 10 ml(95 g)에 염화 리튬(시그마 알드리치) 5 g을 첨가하여 용해시켰다. 이때, 용매 내 염화 리튬의 농도는 5 중량%이었다. 염화 리튬이 용해된 디메틸아세트아마이드 용매에 앞서 제조된 CY-PPTA 25 g을 첨가하고 60 ℃에서 48시간 동안 용해시켜 방사용 혼합 용액을 제조하였다. 이때, 혼합 용액 내 CY-PPTA의 함량은 20 중량%이었고, 점도(25℃)는 2,000 cps이었다. 5 g of lithium chloride (Sigma Aldrich) was added to 10 ml (95 g) of dimethylacetamide (DAE-JUNG CHEMICAL CO., LTD.) As a solvent and dissolved. At this time, the concentration of lithium chloride in the solvent was 5 wt%. 25 g of the CY-PPTA prepared above was added to the dimethylacetamide solvent in which lithium chloride was dissolved, and dissolved at 60 DEG C for 48 hours to prepare a spinning solution mixture. At this time, the content of CY-PPTA in the mixed solution was 20 wt%, and the viscosity (25 DEG C) was 2,000 cps.

- 혼합 용액 2- Mixed solution 2

욤매로서 디메틸아세트아마이드(대정화학) 10 ml(95 g)에 염화 리튬(시그마 알드리치) 5 g을 첨가하여 용해시켰다. 이때, 용매 내 염화 리튬의 농도는 5 중량%이었다. 염화 리튬이 용해된 디메틸아세트아마이드 용매에 앞서 제조된 CY-PPTA 19 g을 첨가하고 60 ℃에서 48시간 동안 용해시켜 방사용 혼합 용액을 제조하였다. 이때, 혼합 용액 내 CY-PPTA의 함량은 16 중량%이었고, 점도(25℃)는 2,500 cps이었다. 5 g of lithium chloride (Sigma Aldrich) was added to 10 ml (95 g) of dimethylacetamide (DAE-JUNG CHEMICAL CO., LTD.) As a solvent and dissolved. At this time, the concentration of lithium chloride in the solvent was 5 wt%. 19 g of the CY-PPTA prepared above was added to the dimethylacetamide solvent in which lithium chloride was dissolved, and dissolved at 60 DEG C for 48 hours to prepare a spinning mixture solution. At this time, the content of CY-PPTA in the mixed solution was 16% by weight and the viscosity (25 DEG C) was 2,500 cps.

3중 Three 방사구A spout 및 전기방사 시스템의 제작 And production of electrospinning system

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 3중 방사구를 이용한 전기방사 시스템을 자체 제작하였다. 3중 방사구는 스테인레스 스틸 재질로 제작하였으며, 3중 방사구를 구성하는 내측 방사구, 중간 방사구 및 외측 방사구 각각의 치수를 하기 표 1에 나타내었다.As shown in Figs. 1 and 2, an electrospinning system using a triple emission hole was manufactured on its own. The triple helix was made of stainless steel, and the dimensions of the inner, middle, and outer spinning holes that make up the triple spinning zone are shown in Table 1 below.

길이(mm)Length (mm) 내경(mm)Internal diameter (mm) 내측 방사구Inner spout 77 0.860.86 중간 방사구Intermediate discharge 66 1.51.5 외측 방사구Outside Spout 44 2.52.5

또한, 전압 발생장치는 나노엔씨사의 제품명 HV 30이었고, (+)극을 3중 방사구, 그리고 (-)극을 회전 컬렉터 상에 연결하였다. 이때, 컬렉터는 알루미늄 재질이었고, 직경은 30 cm이었다. 3중 방사구의 말단과 컬렉터 사이의 간격은 15 cm이었고, 전압 발생장치에 의하여 3중 방사구에 20 kV의 전압을 인가하도록 하였다. The voltage generator was a product name of HV 30 manufactured by NANON Co., Ltd. The (+) electrode was connected to the triple radiation hole and the (-) electrode was connected to the rotating collector. At this time, the collector was made of aluminum and had a diameter of 30 cm. The distance between the end of the triple emitter and the collector was 15 cm, and a voltage of 20 kV was applied to the triple emission port by the voltage generator.

실시예 1Example 1

혼합 용액 1을 내측 방사구에 2 ml/h의 공급속도로 주입하였고, 중간 방사구로 디메틸아세트아마이드를 3 ml/h의 공급 속도로 주입하였다. 또한, 외측 방사구를 통하여 압력 0.2 bar의 기체(공기)를 공급하였다. 3중 전기 방사구에 전압을 인가하였고, 상온에서 100 rpm으로 회전하는 컬렉터 상에 전기방사하여 0.5 내지 4 ㎛ 범위의 직경을 갖는 CY-PPTA 나노섬유를 수득하였다. 수득된 CY-PPTA 나노섬유의 광학 현미경 사진(×100) 및 주사 전자 현미경 사진(×1000)을 도 4 및 도 5에 각각 나타내었다.Mixture 1 was injected into the inner spinneret at a feed rate of 2 ml / h and dimethylacetamide was injected into the middle spinneret at a feed rate of 3 ml / h. A gas (air) with a pressure of 0.2 bar was supplied through the outer spinneret. A voltage was applied to the triple electric discharge port and electrospun on a collector rotating at 100 rpm at room temperature to obtain a CY-PPTA nanofiber having a diameter in the range of 0.5 to 4 mu m. Optical micrographs (× 100) and scanning electron microscopic photographs (× 1000) of the obtained CY-PPTA nanofibers are shown in FIGS. 4 and 5, respectively.

도 4에 나타낸 바와 같이, 3중 방사구를 이용하여 상온에서 CY-PPTA 나노섬유가 성공적으로 제조되었고, 또한 도 5에 나타낸 바와 같이 수득된 CY-PPTA 나노섬유의 직경 분포가 균일함을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 4, it was confirmed that the CY-PPTA nanofiber was successfully prepared at room temperature by using a triple spinneret, and the diameter distribution of the CY-PPTA nanofiber obtained as shown in Fig. 5 was uniform have.

실시예 2Example 2

외측 방사구를 통하여 압력 0.4 bar의 기체(공기)를 공급한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 CY-PPTA 나노섬유를 수득하였고, 이때 CY-PPTA 나노섬유의 직경은 0.5 내지 3 ㎛ 범위이었다. 수득된 CY-PPTA 나노섬유의 주사 전자 현미경 사진(×1000)을 도 6에 나타내었다. 상기 도면에 따르면, 균일한 굵기의 CY-PPTA 나노섬유가 제조되었음을 확인할 수 있다.CY-PPTA nanofiber was obtained in the same manner as in Example 1, except that a gas (air) at a pressure of 0.4 bar was supplied through the outer spinneret, wherein the diameter of the CY-PPTA nanofiber was 0.5 to 3 탆 Respectively. A scanning electron micrograph (x 1000) of the obtained CY-PPTA nanofiber is shown in Fig. According to the figure, it can be confirmed that CY-PPTA nanofibers having a uniform thickness are produced.

실시예 3Example 3

혼합 용액 1을 내측 방사구에 4 ml/h의 공급속도로 주입하였고, 중간 방사구에는 디메틸아세트아마이드를 5 ml/h의 공급속도로 주입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 전기방사를 수행하였다. 그 결과, 직경이 1 내지 5 ㎛ 범위인 균일한 굵기의 CY-PPTA 나노섬유를 수득하였다. The mixed solution 1 was injected into the inner spinneret at a feed rate of 4 ml / h and the intermediate spinneret was injected at a feed rate of 5 ml / h. In the same manner as in Example 1, Respectively. As a result, CY-PPTA nanofibers having a uniform diameter in the range of 1 to 5 mu m in diameter were obtained.

실시예 4Example 4

혼합 용액 1 대신에 혼합 용액 2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 전기방사를 수행하였다. 그 결과, 직경이 1 내지 4 ㎛ 범위의 균일한 굵기의 CY-PPTA 나노섬유를 수득하였다.Electrospinning was carried out in the same manner as in Example 1, except that the mixed solution 2 was used instead of the mixed solution 1. As a result, CY-PPTA nanofibers having a uniform diameter ranging from 1 to 4 mu m in diameter were obtained.

비교예 1Comparative Example 1

혼합 용액 1을 사용하되, 공기 및 유기 용매 층으로 전기 방사가 제어되지 않는 종래의 방사구를 이용하여 CY-PPTA 나노섬유를 제조하였다. 이때, 사용된 방사구는 3중 방사구 가운데 가장 내측 방사구만을 사용한 것으로, 이의 치수는 길이 7 cm이면 내경 0.86 mm이었다.CY-PPTA nanofibers were prepared using the mixed solution 1, but using a conventional spinneret in which electrospinning was not controlled by air and an organic solvent layer. At this time, only the innermost spinneret of the triple spinneret was used, and the size thereof was 0.86 mm when the length was 7 cm.

혼합 용액 1을 방사구를 통하여 2 ml/h의 공급속도로 주입하였고, 20 kV의 전압을 인가하여 100 rpm으로 회전하는 컬렉터에 전기 방사된 2 내지 10 ㎛ 범위의 직경을 갖는 나노섬유를 수득하였다. 수득된 CY-PPTA 나노섬유의 광학 현미경 사진(×100)을 도 7에 나타내었다. 상기 도면에 따르면, 나노섬유의 직경 분포가 불균일할 뿐만 아니라, 다수의 비드 형상의 응집 영역이 형성되어 있음을 알 수 있다.The mixed solution 1 was injected at a feed rate of 2 ml / h through a spinneret, and a nanofiber having a diameter in the range of 2 to 10 mu m was obtained by electrospinning the collector at 100 rpm by applying a voltage of 20 kV . An optical microscope photograph (x 100) of the obtained CY-PPTA nanofiber is shown in Fig. According to the figure, it can be seen that not only the diameter distribution of the nanofibers is uneven, but also a large number of bead-shaped cohesion regions are formed.

실시예 5Example 5

실시예 1에서 제조된 CY-PPTA 나노섬유를 공기 분위기에서 상온에서 1 ℃/분의 승온 속도로 230℃까지 승온시켜 1시간 동안 열처리한 후에 동일한 승온 속도로 270 ℃까지 승온시켜 1시간 동안 열처리하였다. 이후, 질소 분위기 하에서 5 ℃/분의 승온 속도로 800 ℃까지 승온시킨 후에 30 분 동안 열처리하였다. 그 결과, 0.5 내지 4 ㎛의 직경 범위를 갖는 탄소 나노섬유를 수득하였으며, 주사 전자 현미경(SEM) 사진(×5000)을 도 8에 나타내었다. The CY-PPTA nanofibers prepared in Example 1 were heated in an air atmosphere at a temperature raising rate of 1 DEG C / minute to a temperature of 230 DEG C for 1 hour and then heated to 270 DEG C at the same temperature raising rate for 1 hour . Thereafter, the temperature was raised to 800 ° C at a heating rate of 5 ° C / min in a nitrogen atmosphere, and then heat-treated for 30 minutes. As a result, carbon nanofibers having a diameter range of 0.5 to 4 mu m were obtained, and a scanning electron microscope (SEM) photograph (x5000) was shown in Fig.

도 8에 나타난 바와 같이, 전구체인 CY-PPTA 나노섬유가 열처리에 의한 탄화 과정을 거치면서 본래의 균일한 두께 분포 특성을 유지하면서 성공적으로 탄소 나노섬유로 전환되었음을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 8, it can be confirmed that the precursor CY-PPTA nanofibers were successfully converted to carbon nanofibers while maintaining the uniform uniform thickness distribution characteristics through the carbonization process by heat treatment.

실시예 6Example 6

실시예 1에서 제조된 CY-PPTA 나노섬유를 공기 분위기에서 상온에서 1 ℃/분의 승온 속도로 230℃까지 승온시켜 1시간 동안 열처리한 후에, 질소 분위기 하에서 5 ℃/분의 승온 속도로 800 ℃까지 승온시킨 후에 30 분 동안 열처리하였다. 그 결과, 0.5 내지 4 ㎛ 직경 범위를 갖는 탄소 나노섬유를 수득하였다.The CY-PPTA nanofibers prepared in Example 1 were heated in an air atmosphere at a temperature raising rate of 1 deg. C / min to a temperature of 230 deg. C for 1 hour and then heated at a temperature raising rate of 5 deg. C / And then heat-treated for 30 minutes. As a result, carbon nanofibers having a diameter ranging from 0.5 to 4 탆 were obtained.

실시예 7Example 7

실시예 1에서 제조된 CY-PPTA 나노섬유를 공기 분위기에서 상온에서 1 ℃/분의 승온 속도로 270℃까지 승온시켜 1시간 동안 열처리한 후에, 질소 분위기 하에서 5 ℃/분의 승온 속도로 800 ℃까지 승온시킨 후에 30 분 동안 열처리하였다. 그 결과, 0.5 내지 4 ㎛ 직경 범위를 갖는 탄소 나노섬유를 수득하였다.The CY-PPTA nanofibers prepared in Example 1 were heated in an air atmosphere at a temperature rising rate of 1 DEG C / minute to a temperature of 270 DEG C for 1 hour and then heated at a rate of 5 DEG C / min at 800 DEG C And then heat-treated for 30 minutes. As a result, carbon nanofibers having a diameter ranging from 0.5 to 4 탆 were obtained.

실시예 8Example 8

질소 분위기 하에서의 열처리 온도를 900℃로 변경한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 탄소 나노섬유를 제조하였으며, 그 결과 0.5 내지 4 ㎛의 직경을 갖는 탄소 나노섬유를 수득하였다.Carbon nanofibers were prepared in the same manner as in Example 5 except that the heat treatment temperature in a nitrogen atmosphere was changed to 900 ° C. As a result, carbon nanofibers having a diameter of 0.5 to 4 μm were obtained.

실시예 9Example 9

실시예 1에서 제조된 CY-PPTA 나노섬유를 질소 분위기 하에서 5 ℃/분의 승온 속도로 800 ℃까지 승온시킨 후에 30 분 동안 열처리하였다. 그 결과, 0.5 내지 4 ㎛ 직경 범위를 갖는 탄소 나노섬유를 수득하였으며, 이의 주사 전자 현미경(SEM) 사진(×5000)을 도 9에 나타내었다. The CY-PPTA nanofibers prepared in Example 1 were heated to 800 DEG C at a heating rate of 5 DEG C / min under a nitrogen atmosphere, and then heat-treated for 30 minutes. As a result, carbon nanofibers having a diameter in the range of 0.5 to 4 mu m were obtained, and a scanning electron microscope (SEM) photograph (x5000) thereof is shown in Fig.

도 9에 나타난 바와 같이, 전구체인 CY-PPTA 나노섬유는 안정화 단계를 거치지 않고 탄화 단계만으로도 전구체 섬유의 형태학적 특성을 유지하면서 균일한 두께 분포 특성을 나타내었고, 성공적으로 탄소 나노섬유로 전환되었음을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 9, the precursor CY-PPTA nanofibers exhibited uniform thickness distribution characteristics while maintaining the morphological characteristics of the precursor fibers even after the carbonization step without the stabilization step, and confirmed that they were successfully converted to carbon nanofibers .

실시예 10Example 10

열처리 시간을 1시간으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법으로 탄소 나노섬유를 제조하였으며, 그 결과 0.5 내지 4 ㎛의 직경을 갖는 탄소 나노섬유를 수득하였다.Carbon nanofibers were prepared in the same manner as in Example 9 except that the heat treatment time was changed to 1 hour. As a result, carbon nanofibers having a diameter of 0.5 to 4 탆 were obtained.

실시예 11Example 11

본 실시예에서는 (i) 실시예 1에 따른 CY-PPTA 나노섬유를 이용한 부직포, (ii) 실시예 5에서 안정화 단계를 거친 후의 CY-PPTA 나노섬유를 이용한 부직포, (iii) 실시예 9에서와 같이 안정화 단계 없이 탄화 처리된 탄소 나노섬유를 이용한 부직포, 그리고 (iv) 실시예 5에서와 같이 안정화-탄화 과정을 거친 탄소 나노섬유를 이용한 부직포를 각각 제조하였고, 이의 광학 현미경 사진(×100)을 도 10에 나타내었다.In this embodiment, (i) a nonwoven fabric using CY-PPTA nanofibers according to Example 1, (ii) a nonwoven fabric using CY-PPTA nanofibers after stabilization in Example 5, (iii) (Iv) Nonwoven fabrics using carbon nanofibers obtained through stabilization-carbonization as in Example 5 were prepared, and their optical microscope photographs (× 100) were prepared. 10.

도 10에 나타낸 바와 같이, 탄화 또는 안정화-탄화 과정을 거친 탄소 나노섬유로부터 제조된 부직포는 전구체인 CY-PPTA 나노섬유 또는 이의 안정화된 나노섬유로부터 제조된 부직포와 재질 상의 변화가 일어날 뿐, 전구체 나노섬유가 갖고 있는 형태적 특성을 실질적으로 유지하고 있는 것으로 확인되었다. 따라서, 제조된 탄소 나노섬유는 개선된 성상의 전구체 섬유가 갖는 형태적 개선점을 보유하는 것으로 판단된다.As shown in FIG. 10, the nonwoven fabric made from the carbon nanofibers subjected to the carbonization or stabilization-carbonization process changes material properties with the nonwoven fabric made of the precursor CY-PPTA nanofibers or stabilized nanofibers thereof, It is confirmed that the fiber retains substantially the morphological characteristics possessed by the fibers. Therefore, it is considered that the carbon nanofibers produced have morphological improvement of the improved precursor fibers.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10: 전기방사 시스템
11, 20: 다중 방사구
12: 혼합 용액 공급부
13: 유기 용매 공급부
14: 기체 공급부
15: 기체 유량계
16: 전압 발생 장치
17: 컬렉터
21: 내측 방사구
22: 중간 방사구
23: 외측 방사구
10: Electrospinning system
11, 20: multiple spinnerets
12: mixed solution supply part
13: Organic solvent supply part
14:
15: Gas flow meter
16: voltage generator
17: collector
21: Inner spinner
22:
23: Outside Spout

Claims (20)

중앙으로부터 외측 방향으로 내측 방사구, 상기 내측 방사구를 둘러싸는 중간 방사구 및 상기 중간 방사구를 둘러싸는 외측 방사구를 구비한 다중 방사구를 제공하는 단계;
CY-PPTA를 포함하는 고분자 및 금속염을 유기 용매에 용해시킨 혼합 용액을 상기 내측 방사구로 공급하고, 유기 용매를 상기 중간 방사구로 공급하며, 그리고 기체를 상기 외측 방사구로 공급하여 동시에 전기 방사함으로써 나노섬유를 형성하는 단계; 및
상기 나노섬유를 회수하는 단계;
를 포함하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조방법.
Providing a multi-spinnerette having an inner spinneret in an outward direction from the center, an intermediate spinneret surrounding the inner spinneret, and an outer spinneret surrounding the intermediate spinneret;
A mixed solution obtained by dissolving a polymer and a metal salt including CY-PPTA in an organic solvent is supplied to the inner spinneret, an organic solvent is supplied to the intermediate spinneret, and a gas is supplied to the outer spinneret and simultaneously electrospun. ; And
Recovering the nanofibers;
Based on the total weight of the nanofibers.
제1항에 있어서, 상기 내측 방사구로 공급되는 혼합 용액의 공급 속도는 1 내지 10 ml/h이고, 상기 중간 방사구로 공급되는 유기 용매의 공급 속도는 1 내지 8 ml/h이며, 그리고 외측 방사구는 0.1 내지 0.5 bar의 압력으로 기체가 공급되는 것을 특징으로 하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조방법.2. The method of claim 1, wherein the feed rate of the mixed solution supplied to the inner spinneret is 1 to 10 ml / h, the feed rate of the organic solvent supplied to the intermediate spinneret is 1 to 8 ml / h, Wherein the gas is supplied at a pressure of 0.1 to 0.5 bar. 제1항에 있어서, 혼합 용액의 중량 기준으로, 상기 혼합 용액은 10 내지 23 중량%의 CY-PPTA를 함유하는 것을 특징으로 하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조방법.The method according to claim 1, wherein, based on the weight of the mixed solution, the mixed solution contains 10 to 23 wt% of CY-PPTA. 제1항에 있어서, 상기 CY-PPTA를 포함하는 고분자는 3 내지 7 dl/g의 고유 점도 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the polymer comprising CY-PPTA has an intrinsic viscosity molecular weight of 3 to 7 dl / g. 제1항에 있어서, 상기 금속염은, 유기 용매 기준으로, 1 내지 7 중량%로 혼합 용액 내에 함유되는 것을 특징으로 하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the metal salt is contained in the mixed solution in an amount of 1 to 7 wt% based on the organic solvent. 제1항에 있어서, 상기 전기 방사가 진행되는 구간의 온도는 20 내지 70 ℃ 범위인 것을 특징으로 하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the temperature of the zone where the electrospinning is progressed is in the range of 20 to 70 ° C. 제1항에 있어서, 상기 유기 용매는 디메틸렌 플루오라이드, 테트라메틸렌 플루오라이드, 벤질 알데히드, 에틸 아세테이트, 아세톤, 아세토니트릴, 아세트알데히드, 아세트산, 아세토페논, 아세틸 클로라이드, 아크릴로니트릴, 벤질 알코올, 1-부탄올, n-부틸 아세테이트, 시클로헥산올, 시클로헥사논, 1,2-디브로모에탄, 디에틸케톤, N,N-디메틸아세트아마이드, N,N-디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 1,4-다이옥산, 에탄올, 포름산에틸, 포름산, 글리세롤, 헥사메틸포스포아마이드, 메틸 아세테이트, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸 케톤, N-메틸-2-피롤리돈, 니트로벤젠, 니트로메탄, 1-프로판올, 프로필렌-1,2-카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 테트라메틸우레아, 트리에틸포스페이트, 트리메틸포스페이트, 에틸렌디아민, NMMO(N-methylmorpholine N-oxide) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조방법.The method of claim 1, wherein the organic solvent is selected from the group consisting of dimethylene fluoride, tetramethylene fluoride, benzylaldehyde, ethyl acetate, acetone, acetonitrile, acetaldehyde, acetic acid, acetophenone, acetyl chloride, acrylonitrile, benzyl alcohol, Butanol, n-butyl acetate, cyclohexanol, cyclohexanone, 1,2-dibromoethane, diethyl ketone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, Methyl ethyl ketone, N-methyl-2-pyrrolidone, nitrobenzene, nitromethane, 1- (2-methylpiperazin-1-yl) Propanol, propylene-1,2-carbonate, tetrahydrofuran, tetramethylurea, triethylphosphate, trimethylphosphate, ethylenediamine, N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) And at least one selected from the group consisting of water and water is selected. 제1항에 있어서, 상기 금속염은 할로겐화 알칼리 금속염 및/또는 할로겐화 알칼리 토금속염인 것을 특징으로 하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the metal salt is an alkali metal halide salt and / or a halogenated alkaline earth metal salt. 제8항에 있어서, 상기 금속염은 CaCl2, LiCl, NaCl, KCl, LiBr 및 KBr로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조방법.In wherein said metal salt is CaCl 2, LiCl, NaCl, KCl , LiBr and a method of producing a nanofiber based CY-PPTA, characterized in that at least one is selected from the group consisting of KBr to claim 8. 제1항에 있어서, 상기 기체는 공기인 것을 특징으로 하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조방법.The method of manufacturing a CY-PPTA nanofiber according to claim 1, wherein the gas is air. 제1항에 있어서, 상기 전기 방사 시 가해지는 전압은 12 내지 35 kV 범위인 것을 특징으로 하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the voltage applied during the electrospinning is in the range of 12 to 35 kV. CY-PPTA를 포함하는 고분자 및 금속염을 유기 용매에 용해시킨 고분자 방사용액을 공급하는 혼합 용액 공급부;
유기 용매를 공급하는 유기 용매 공급부;
기체 공급부;
중앙으로부터 외측 방향으로 내측 방사구, 중간 방사구 및 외측 방사구를 구비하며, 상기 내측 방사구, 상기 중간 방사구 및 상기 외측 방사구 각각은 상기 혼합 용액 공급부, 유기 용매 공급부 및 기체 공급부에 연결된 다중 방사구;
상기 다중 방사구와 대향하여 배치되어 상기 다중 방사구로부터 방사된 CY-PPTA계 나노섬유를 수집 또는 집적하는 컬렉터; 및
상기 다중 방사구와 상기 컬렉터로 전압을 공급하는 전압 발생 장치;
를 포함하며,
여기서, 상기 혼합 용액 공급부는 상기 내측 방사구와 연결되고, 상기 유기 용매 공급부는 상기 중간 방사구와 연결되며, 그리고 상기 기체 공급부는 상기 외측 방사구와 연결되어 있는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조 시스템.
A mixed solution supply part supplying a polymer solution containing CY-PPTA and a polymer solution obtained by dissolving a metal salt in an organic solvent;
An organic solvent supply unit for supplying an organic solvent;
A gas supply unit;
Wherein the inner radiation hole, the intermediate radiation hole, and the outer radiation hole each have an inner radiation hole, an intermediate radiation hole, and an outer radiation hole in the outward direction from the center, and each of the inner radiation hole, Spinning gates;
A collector disposed opposite the multiple emitter and collecting or accumulating CY-PPTA nanofibers emitted from the emitter; And
A voltage generator for supplying a voltage to the plurality of emitters and the collector;
/ RTI >
Wherein the mixed solution supply unit is connected to the inner spinneret, the organic solvent supply unit is connected to the intermediate spinneret, and the gas supply unit is connected to the outer spinneret.
제12항에 있어서, 상기 내측 방사구의 내경은 0.4 내지 1.2 mm, 상기 중간 방사구의 내경은 0.8 내지 1.5 mm, 그리고 외측 방사구의 내경은 1.5 내지 20 mm 범위인 것을 특징으로 하는 CY-PPTA계 나노섬유의 제조 시스템. The nanofiber of claim 12, wherein the inner diameter of the inner cavity is 0.4 to 1.2 mm, the inner diameter of the intermediate cavity is 0.8 to 1.5 mm, and the inner diameter of the outer cavity is 1.5 to 20 mm. ≪ / RTI > 중앙으로부터 외측 방향으로 내측 방사구, 상기 내측 방사구를 둘러싸는 중간 방사구 및 상기 중간 방사구를 둘러싸는 외측 방사구를 구비한 다중 방사구를 제공하는 단계;
CY-PPTA를 포함하는 고분자 및 금속염을 유기 용매에 용해시킨 혼합 용액을 상기 내측 방사구로 공급하고, 유기 용매를 상기 중간 방사구로 공급하며, 그리고 기체를 상기 외측 방사구로 공급하여 동시에 전기 방사함으로써 CY-PPTA계 나노섬유를 형성하는 단계;
상기 나노섬유를 탄화시켜 탄소 나노섬유로 전환시키는 단계; 및
상기 탄소 나노섬유를 회수하는 단계;
를 포함하는 CY-PPTA 유래 탄소 나노섬유의 제조방법.
Providing a multi-spinnerette having an inner spinneret in an outward direction from the center, an intermediate spinneret surrounding the inner spinneret, and an outer spinneret surrounding the intermediate spinneret;
A mixed solution obtained by dissolving a polymer and a metal salt containing CY-PPTA in an organic solvent is supplied to the inner spinneret, an organic solvent is supplied to the intermediate spinneret, and a gas is supplied to the outer spinneret and simultaneously electrospun, Forming a PPTA-based nanofiber;
Carbonizing the nanofibers to convert them into carbon nanofibers; And
Recovering the carbon nanofibers;
Wherein the carbon nanofibers are prepared from the CY-PPTA.
제14항에 있어서, 상기 탄화시키는 단계는 600 내지 1000 ℃ 범위의 탄화 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 CY-PPTA 유래 탄소 나노섬유의 제조방법.15. The method of claim 14, wherein the carbonizing step is performed at a carbonization temperature ranging from 600 to 1000 ° C. 제15항에 있어서, 2 내지 20 ℃/분의 승온 속도로 탄화 온도까지 승온되며, 상기 탄화시키는 단계가 10분 내지 2시간에 걸쳐 수행되는 것을 특징으로 하는 CY-PPTA 유래 탄소 나노섬유의 제조방법.The carbon nanofiber according to claim 15, wherein the temperature is raised to a carbonization temperature at a heating rate of 2 to 20 ° C / min, and the carbonization step is performed for 10 minutes to 2 hours . 제14항에 있어서, 상기 탄화시키는 단계에 앞서 산소-함유 분위기 하에서의 안정화 단계를 더 포함하며, 상기 안정화 단계는 180 내지 300 ℃의 안정화 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 CY-PPTA 유래 탄소 나노섬유의 제조방법.The carbon nanofiber according to claim 14, further comprising a stabilization step in an oxygen-containing atmosphere prior to the carbonization step, wherein the stabilization step is performed at a stabilization temperature of 180 to 300 ° C. Gt; 제17항에 있어서, 0.5 내지 20 ℃/분의 승온 속도로 상기 안정화 온도까지 승온되며, 상기 안정화 단계는 20분 내지 1시간에 걸쳐 수행되는 것을 특징으로 하는 CY-PPTA 유래 탄소 나노섬유의 제조방법.The carbon nanofiber according to claim 17, wherein the temperature is raised to the stabilization temperature at a heating rate of 0.5 to 20 ° C / min, and the stabilization step is performed for 20 minutes to 1 hour . 제14항에 있어서, 상기 탄화시키는 단계는 비활성 가스 분위기 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 CY-PPTA 유래 탄소 나노섬유의 제조방법.15. The method of claim 14, wherein the carbonizing step is performed in an inert gas atmosphere. CY-PPTA를 포함하는 고분자 및 금속염을 유기 용매에 용해시킨 고분자 방사용액을 공급하는 혼합 용액 공급부;
유기 용매를 공급하는 유기 용매 공급부;
기체 공급부;
중앙으로부터 외측 방향으로 내측 방사구, 중간 방사구 및 외측 방사구를 구비하며, 상기 내측 방사구, 상기 중간 방사구 및 상기 외측 방사구 각각은 상기 혼합 용액 공급부, 유기 용매 공급부 및 기체 공급부에 연결된 다중 방사구;
상기 다중 방사구로 전압을 공급하는 전압 발생 장치;
상기 다중 방사구와 대향하여 배치되어 상기 다중 방사구로부터 방사된 CY-PPTA계 나노섬유를 수집 또는 집적하는 컬렉터; 및
상기 수집 또는 집적된 CY-PPTA계 나노섬유를 탄화시키기 위한 열처리 장치;
를 포함하며,
여기서, 상기 혼합 용액 공급부는 상기 내측 방사구와 연결되고, 상기 유기 용매 공급부는 상기 중간 방사구와 연결되며, 그리고 상기 기체 공급부는 상기 외측 방사구와 연결되어 있는 탄소 나노섬유의 제조 시스템.
A mixed solution supply part supplying a polymer solution containing CY-PPTA and a polymer solution obtained by dissolving a metal salt in an organic solvent;
An organic solvent supply unit for supplying an organic solvent;
A gas supply unit;
Wherein the inner radiation hole, the intermediate radiation hole, and the outer radiation hole each have an inner radiation hole, an intermediate radiation hole, and an outer radiation hole in the outward direction from the center, and each of the inner radiation hole, Spinning gates;
A voltage generator for supplying a voltage to the plurality of radiation sources;
A collector disposed opposite the multiple emitter and collecting or accumulating CY-PPTA nanofibers emitted from the emitter; And
A heat treatment apparatus for carbonizing the collected or integrated CY-PPTA nanofibers;
/ RTI >
Wherein the mixed solution supply unit is connected to the inner spinneret, the organic solvent supply unit is connected to the intermediate spinneret, and the gas supply unit is connected to the outer spinneret.
KR1020170041443A 2017-03-31 2017-03-31 Method for Preparing poly(2-cyano-p-phenylene terephthalamide) Nano-fibers and Carbon Nano-fibers Derived Therefrom KR101972843B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170041443A KR101972843B1 (en) 2017-03-31 2017-03-31 Method for Preparing poly(2-cyano-p-phenylene terephthalamide) Nano-fibers and Carbon Nano-fibers Derived Therefrom

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170041443A KR101972843B1 (en) 2017-03-31 2017-03-31 Method for Preparing poly(2-cyano-p-phenylene terephthalamide) Nano-fibers and Carbon Nano-fibers Derived Therefrom

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180112174A KR20180112174A (en) 2018-10-12
KR101972843B1 true KR101972843B1 (en) 2019-04-29

Family

ID=63876741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170041443A KR101972843B1 (en) 2017-03-31 2017-03-31 Method for Preparing poly(2-cyano-p-phenylene terephthalamide) Nano-fibers and Carbon Nano-fibers Derived Therefrom

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101972843B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102224146B1 (en) * 2020-02-04 2021-03-05 한국해양대학교 산학협력단 Method for producing carbon nanotube-carbon nanofiber composite and carbon nanotube-carbon nanofiber composite produced by the same
KR102372233B1 (en) * 2020-11-03 2022-03-08 충남대학교산학협력단 Manufacturing methods and electrode material applications of poly(ether amide)-based carbon nanofibers

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5728799A (en) 1995-07-13 1998-03-17 Kolon Industries, Inc. Aromatic polyamide, optical anisotropic dope and articles and preparation for the same
KR101260529B1 (en) 2004-12-27 2013-05-06 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 Improved electroblowing web formation process

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100595486B1 (en) * 2004-05-10 2006-07-03 김학용 A bottom-up electrospinning devices for multi-components and nanofibers with multi-component prepared by using the same
KR20170000543A (en) * 2015-06-24 2017-01-03 코오롱인더스트리 주식회사 Nonwoven fabric of copolymerized aramid and method of manufacturing the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5728799A (en) 1995-07-13 1998-03-17 Kolon Industries, Inc. Aromatic polyamide, optical anisotropic dope and articles and preparation for the same
KR101260529B1 (en) 2004-12-27 2013-05-06 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 Improved electroblowing web formation process

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180112174A (en) 2018-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Duan et al. Microstructures and mechanical properties of aligned electrospun carbon nanofibers from binary composites of polyacrylonitrile and polyamic acid
KR101309074B1 (en) Manufacturing Method of Carbon Nanofiber Strand
KR100605006B1 (en) Preparation method of nano-porous carbon fibers through carbonization of electrospun nano-fibers
US8993199B2 (en) Flexible carbon fiber nonwoven fabric
JP4456600B2 (en) Method for producing porous carbon nanofiber using camphor and carbon nanofiber produced by this method
KR100623881B1 (en) Preparation method of polyacrylonitrilePAN/polyimidePI composite nano-fibers by electrospinning, and carbon fibers, activated carbon fibers therefrom
CN1247835C (en) Apparatus and method for spinning hollow polymeric fibres
KR100485603B1 (en) Preparation of activated carbon fibers using nano fibers
US20240026575A1 (en) High strength and high modulus carbon fibers
KR101972843B1 (en) Method for Preparing poly(2-cyano-p-phenylene terephthalamide) Nano-fibers and Carbon Nano-fibers Derived Therefrom
KR20180007817A (en) 2-layer filter for blocking fine and yellow dust containing nanofiber web and its manufacturing method
CN110685040A (en) Preparation method of lignin nano carbon fiber with high specific surface area
KR20100019173A (en) Method of manufacturing nanofiber web
KR101491994B1 (en) Porous support, method for manufacturing the same and membrane for gas or liquid filter comprising the same
KR20130073481A (en) Method for manufacturing aramid nano fiber having heat resistance using electro spinning and manufacturing method for activated carbon fibers
JP2006342471A (en) Electrically-conductive aromatic polyamide fiber
Mataram et al. A review of assembled polyacrylonitrile-based carbon nanofiber prepared electrospinning process
KR101221615B1 (en) Preparation method of carbon nano-fiber using electrospinning
KR101484510B1 (en) Both sides substrate nanofiber filter for excellent heat-resisting property and its manufacturing method
CN114808197A (en) Integrated two-phase asphalt-based carbon nanofiber and preparation method and application thereof
Yousefi et al. Optimizing the Stabilization Temperature of Electrospun PAN Fibers Used for Synthesis of Carbon Nanofibers
KR20170000543A (en) Nonwoven fabric of copolymerized aramid and method of manufacturing the same
KR20210051188A (en) High Heat Resistant Multilayer Filter Media
KR102531748B1 (en) Polyimide-based carbon fibers and graphite fibers and manufacturing methods thereof
KR102426221B1 (en) Filter production method and filter produced by this

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant