KR101992456B1 - Graphene oxide fiber with improved mechanical property and method of making the same - Google Patents

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김승민
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Abstract

The present invention relates to a graphene oxide fiber with improved mechanical strength and a manufacturing method thereof. The graphene oxide fiber of the present invention comprises: a first graphene oxide; and a second graphene oxide. The first and second graphene oxides are connected through an amide bond.

Description

기계적 강도가 향상된 그래핀 산화물 섬유체 및 이의 제조 방법{GRAPHENE OXIDE FIBER WITH IMPROVED MECHANICAL PROPERTY AND METHOD OF MAKING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a graphene oxide fiber body having improved mechanical strength and a method for manufacturing the same. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 기계적 강도가 향상된 그래핀 산화물 섬유체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a graphene oxide fiber body with improved mechanical strength and a manufacturing method thereof.

정보화 시대에 사는 우리에게는 정보의 수집이 힘이었고 전자기기는 많은 양의 데이터를 수집 및 전달하는 수단으로써 발달되어왔다. 그런데 최근에는 건강을 중요시하는 사회적 분위기에 맞춰, 외부 데이터를 저장하는 것뿐만 아니라 본인의 신체 리듬을 수집하는 기능으로 확대됨에 따라 웨어러블 디바이스(wearable device)가 발달하게 되었다. 웨어러블 디바이스는 휴대성, 편안함 그리고 유연성을 중점으로 두고 있었기 때문에 뛰어난 전도성을 가지면서 유연성을 가진 재료를 활용하고자 하였다. 이에 많은 연구진들은 탄소 계열의 나노 재료를 섬유화함으로써 활용하고자 하였고 이 중 탄소나노튜브(CNT)로부터 제조된 CNT 섬유(fiber)와 그래핀 산화물(GO)로부터 제조된 GO 섬유(fiber)가 각광받게 되었다.For us in the information age, information gathering has been a powerful force and electronic devices have been developed as a means of collecting and delivering large amounts of data. In recent years, wearable devices have been developed in accordance with the social atmosphere that emphasizes health, as well as storing external data as well as the function of collecting the body rhythm of the person. Wearable devices focused on portability, comfort, and flexibility, so they wanted to use materials with excellent conductivity and flexibility. Many researchers have tried to utilize carbon nanomaterials by fiberizing them, among which CNT fibers made from carbon nanotubes (CNTs) and GO fibers made from graphene oxides (GOs) have been spotlighted .

CNT 섬유와 GO 섬유는 액정방사법이 가능하였는데 이 중 CNT 섬유의 경우 그 자체의 전도성 및 강도가 매우 우수하다는 특성을 가지고 있다. 하지만 CNT 섬유는 방사 원액을 제조할 때, 초강산을 필수적으로 사용해야 하기 때문에 산업화가 어렵고 공정상 위험성이 매우 높다는 단점을 보였다. 이와 반대로, GO 섬유의 경우 물과 같은 유기용매에서 분산이 가능하여 방사 원액 제조 시 위험성이 매우 낮아 안전하다는 장점을 가지고 있으며 대량생산이 가능해 산업화가 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 다양한 어플리케이션에서 요구하는 기계적 강도를 얻지 못하였고 이에 대한 원인으로 GO 섬유 내부에 존재하는 크고 작은 공극(void)이 언급되었다.The CNT fiber and the GO fiber were capable of liquid crystal spinning. Among them, the CNT fiber has a very excellent conductivity and strength. However, CNT fiber has the disadvantage that it is difficult to industrialize and the process is very dangerous because it needs to use super strong acid when manufacturing spinning solution. On the contrary, GO fibers can be dispersed in organic solvents such as water, so that they are safe because they have very low risk in manufacturing a spinning solution and can be mass-produced and industrialized. However, the mechanical strength required by various applications was not obtained, and large and small voids existing in the GO fiber were mentioned as a cause thereof.

GO 섬유 내부에 형성된 공극은 섬유의 기계적 강도에 큰 손실을 야기시켰으며, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 GO 내부의 공극을 필러로 채우는 복합화 연구가 활발히 진행 중이다. 현재는 주로, PVA, PVC, 키토산(Chitosan), 셀룰로스(Cellulose) 등의 중합체를 이용하여 기존의 그래핀 산화물 섬유를 복합화하였고 이를 통해 기존의 그래핀 산화물의 낮은 기계적 강도를 높이는 결과를 얻을 수 있었지만, 그 기계적 강도에 대한 향상은 여전히 요구되고 있는 실정이다.The pores formed in the GO fibers cause a great loss in the mechanical strength of the fibers. To solve these problems, there are active researches on the complexity of filling voids inside the GO with fillers. At present, the conventional graphene oxide fibers are composed mainly of polymers such as PVA, PVC, chitosan, and cellulose, and the result is that the low mechanical strength of the existing graphene oxide is increased , The improvement of the mechanical strength is still required.

특허문헌 1 : 한국 공개특허 제10-2012-0063857호Patent Document 1: Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0063857

본 발명의 목적은 그래핀 산화물 섬유를 중합체와 복합화하고 후처리함으로써 기계적 강도를 높이는 기술을 개발하는데 있다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 상기 수소결합이 형성되어 있는 그래핀 산화물 기반 복합섬유를 후처리함으로써 아미드 결합을 유도해내어 기계적 강도를 향상시키는 기술을 개발하는 데 있다. 또한, 본 발명의 또다른 목적은 기존의 열처리를 통해 생성되는 아미드 결합생성과정과 다른 후처리공정 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to develop a technique for increasing the mechanical strength by compositing and post-treating the graphene oxide fibers with the polymer. Specifically, an object of the present invention is to develop a technique for inducing an amide bond to improve mechanical strength by post-treating a graphene oxide-based composite fiber having the hydrogen bond formed thereon. Another object of the present invention is to provide an amide bond formation process and a post-treatment process process which are produced through conventional heat treatment.

본 발명의 목적은 제1 그래핀 산화물; 및 제2 그래핀 산화물을 포함하고, 상기 제1 및 제2 그래핀 산화물은 아미드 결합을 통해 연결되어 있으며, 상기 아미드 결합은 열이력을 포함하지 않는 것인 그래핀 산화물 섬유체에 의해 달성될 수 있다. It is an object of the present invention to provide a method of forming a first graphene oxide; And a second graphene oxide, wherein the first and second graphene oxides are connected via an amide bond, and wherein the amide bond does not include thermal history. have.

그래핀 산화물 섬유체는 중합체를 더 포함하고, 상기 중합체 중 적어도 일부는 상기 제1 그래핀 산화물 및 제2 그래핀 산화물 사이에 위치하며, 상기 중합체 중 적어도 일부와 상기 제1 그래핀 산화물 및 제2 그래핀 산화물은 상기 아미드 결합을 통해 연결되어 있을 수 있다.Wherein the graphene oxide fiber body further comprises a polymer wherein at least a portion of the polymer is located between the first graphene oxide and the second graphene oxide and wherein at least some of the polymer and the first graphene oxide and the second graphene oxide The graphene oxide may be connected via the amide bond.

중합체는 폴리비닐알콜(PVA), 폴리염화비닐(PVC), 키토산 및 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The polymer may be selected from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl chloride (PVC), chitosan and cellulose.

또한, 본 발명의 목적은 아미드 결합을 포함하는 그래핀 산화물 섬유체의 제조 방법으로서, 그래핀 산화물을 포함하는 그래핀 산화물 섬유를 제공하는 단계, 및 상기 그래핀 산화물 섬유를 아미드 결합 전구체 수용액에 함침하는 함침 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 달성될 수 있다.It is also an object of the present invention to provide a process for producing a graphene oxide fiber body comprising an amide bond, comprising the steps of: providing a graphene oxide fiber comprising a graphene oxide; and impregnating the graphene oxide fiber with an amide bond precursor aqueous solution The impregnation step comprising the steps of:

함침 단계는 10℃ 내지 150℃의 온도에서 실시할 수 있다.The impregnation step can be carried out at a temperature of from 10 캜 to 150 캜.

아미드 결합 전구체는 무수에틸렌디아민, 1,3-디아미노프로판(1,3-Diaminopropane), 푸트레신(Putrescine), 카다베린(Cadaverine), 헥사메틸렌디아민(Hexamethylenediamine), 1,2-디아미노프로판(1,2-Diaminopropane), 디페닐에틸렌디아민(Diphenylethylenediamine), 디아미노씨클로헥산(Diaminocyclohexane), o-크실렌디아민(o-Xylyenediamine), m-크실렌디아민(m-Xylylenediamine), p-크실렌디아민(p-Xylylenediamine), o-페닐렌디아민(o-Phenylenediamine), m-페닐렌디아민(m-Phenylenediamine), p-페닐렌디아민(p-Phenylenediamine), 스페르미딘(Spermidine), 스페르민(Spermine), 피페라진(Piperazine) 및 멜라민(Melamine)으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The amide bond precursor may be selected from the group consisting of anhydrous ethylenediamine, 1,3-diaminopropane, putrescine, cadaverine, hexamethylenediamine, 1,2-diaminopropane (1,2-diaminopropane), diphenylethylenediamine, diaminocyclohexane, o-xylyenediamine, m-xylylenediamine, p-xylenediamine (p P-phenylenediamine, p-phenylenediamine, spermidine, spermine, spermine, and the like. , Piperazine, and Melamine. ≪ Desc / Clms Page number 7 >

무수에틸렌디아민 수용액의 농도는 0.005 M 내지 0.2 M일 수 있다.The concentration of anhydrous ethylenediamine aqueous solution may be 0.005 M to 0.2 M.

함침 단계는 10 초 내지 1 시간 동안 지속할 수 있다.The impregnation step may last from 10 seconds to 1 hour.

무수에틸렌디아민 수용액의 농도는 0.007 M 내지 0.07 M이고, 함침 단계는 3분 내지 5분 동안 지속할 수 있다.The concentration of anhydrous ethylenediamine aqueous solution is 0.007 M to 0.07 M, and the impregnation step can last for 3 minutes to 5 minutes.

그래핀 산화물 섬유의 제공 단계는 그래핀 산화물과 중합체를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 혼합물을 응고액에 방사하는 단계를 포함할 수 있다.The step of providing the graphene oxide fibers may include mixing the graphene oxide and the polymer to form a mixture, and spinning the mixture into the coagulation liquid.

여기서, 중합체는 폴리비닐알콜(PVA), 폴리염화비닐(PVC), 키토산 및 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Here, the polymer may be selected from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl chloride (PVC), chitosan and cellulose.

응고액은 염화칼슘을 포함할 수 있다.The coagulating solution may contain calcium chloride.

본 발명을 통해 그래핀 산화물 섬유의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유의 후처리 공정방법은 매우 간단하여 대량생산 및 스케일업(scale up)이 가능하므로 산업화 적용이 가능하며, 기존의 낮은 기계적 강도로 인해 응용되지 못하고 있는 분야인 슈퍼커패시터(supercapacitor)와 같은 에너지 저장소자 등에 적용 가능하다.The mechanical strength of the graphene oxide fiber can be improved through the present invention. Further, the method of post-treatment of the graphene oxide-based nano-cellulose conjugate fiber according to the present invention is very simple and can be mass-produced and scaled up, so that it can be applied in industrial applications. And can be applied to an energy storage device such as a supercapacitor which is a field that can not be used.

도 1은 종래기술의 섬유와 본 발명의 복합섬유의 내부 결합 모식도를 나타낸다.
도 2는 종래기술 및 본 발명에 따라 제조된 섬유의 기계적 강도를 비교한 비강도 및 인장강도에 대한 그래프이다.
도 3는 종래기술 및 본 발명에 따라 제조된 섬유의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 복합섬유의 화학적 성분 분석을 위한 FT-IR 및 XPS 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 shows a schematic diagram of the internal bonding between the prior art fibers and the composite fibers of the present invention.
FIG. 2 is a graph of non-strength and tensile strength comparing the mechanical strengths of fibers prepared according to the prior art and the present invention.
3 is a scanning electron microscope (SEM) image of fibers prepared according to the prior art and according to the present invention.
4 is FT-IR and XPS graphs for chemical composition analysis of composite fibers prepared according to the present invention.

이하 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor should properly define the concept of the term to describe its invention in the best possible way It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the configuration of the embodiments described herein is merely the most preferred examples of the present invention, and does not represent all the technical ideas of the present invention, so that there are various equivalents and modifications that can be substituted at the time of the present application It should be understood.

또한, 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.In addition, the drawings attached hereto are only illustrative of the contents and scope of the technical idea of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited or changed. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention based on these examples.

본 발명은 기계적 강도가 향상된 그래핀 산화물 섬유체로서, 제1 그래핀 산화물; 및 제2 그래핀 산화물을 포함하고, 상기 제1 및 제2 그래핀 산화물은 아미드 결합을 통해 연결되어 있으며, 상기 아미드 결합은 열이력을 포함하지 않는 것인 그래핀 산화물 섬유체를 개시한다. 여기서, 그래핀 산화물 섬유체는 중합체를 더 포함할 수 있으며, 중합체 중 적어도 일부는 상기 제1 그래핀 산화물 및 제2 그래핀 산화물 사이에 위치하고, 중합체 중 적어도 일부와 상기 제1 그래핀 산화물 및 제2 그래핀 산화물은 상기 아미드 결합을 통해 연결되어 있을 수 있다. 여기서, 열이력이란 150℃ 초과의 열로 열처리한 이력을 의미한다.The present invention provides a graphene oxide fiber body having improved mechanical strength, comprising: a first graphene oxide; And a second graphene oxide, wherein the first and second graphene oxides are connected via an amide bond, and wherein the amide bond does not include a thermal history. Wherein at least a portion of the polymer is located between the first graphene oxide and the second graphene oxide and wherein at least a portion of the polymer and the first graphene oxide and 2 graphene oxide may be connected via the amide bond. Here, the heat history refers to a history of heat treatment with heat exceeding 150 ° C.

여기서 아미드 결합은, 그래핀 산화물과 중합체와의 혼합물로부터 제조할 수 있는 섬유에 존재하는 카르복실기와, 그 섬유가 함침되는 아미드 결합 전구체, 바람직하게는 무수에틸렌디아민, 1,3-디아미노프로판(1,3-Diaminopropane), 푸트레신(Putrescine), 카다베린(Cadaverine), 헥사메틸렌디아민(Hexamethylenediamine), 1,2-디아미노프로판(1,2-Diaminopropane), 디페닐에틸렌디아민(Diphenylethylenediamine), 디아미노씨클로헥산(Diaminocyclohexane), o-크실렌디아민(o-Xylyenediamine), m-크실렌디아민(m-Xylylenediamine), p-크실렌디아민(p-Xylylenediamine), o-페닐렌디아민(o-Phenylenediamine), m-페닐렌디아민(m-Phenylenediamine), p-페닐렌디아민(p-Phenylenediamine), 스페르미딘(Spermidine), 스페르민(Spermine), 피페라진(Piperazine) 및 멜라민(Melamine)으로 구성된 군으로부터 선택되는 아미드 결합 전구체, 더욱 바람직하게는 무수에틸렌디아민에 존재하는 아민기에 의해 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the amide bond is an amide bond precursor in which a carboxyl group present in a fiber that can be produced from a mixture of a graphene oxide and a polymer and an amide bond precursor in which the fiber is impregnated, preferably anhydrous ethylenediamine, 1,3-diaminopropane (1 , 3-Diaminopropane, Putrescine, Cadaverine, Hexamethylenediamine, 1,2-Diaminopropane, Diphenylethylenediamine, Dia O-xylyenediamine, m-xylylenediamine, p-xylylenediamine, o-phenylenediamine, m-xylylenediamine, And is selected from the group consisting of m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, spermidine, spermine, piperazine and melamine. Amide bond precursor, more preferably It can be formed by an existing amine to ethylene diamine, but the embodiment is not limited thereto.

아미드 결합 전구체로 함침되는 그래핀 산화물 포함 섬유에 적용되는 중합체로는 폴리비닐알콜(PVA), 폴리염화비닐(PVC), 키토산 및 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 적용할 수 있다. 바람직하게는 나노셀룰로오스가 적용될 수 있다.As the polymer to be applied to the graphene oxide-containing fiber impregnated with the amide bond precursor, polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl chloride (PVC), chitosan and cellulose can be applied. Preferably, nanocellulose can be applied.

또한, 본 발명은 아미드 결합을 포함하는 그래핀 산화물 섬유체의 제조 방법을 개시한다. 이러한 아미드 결합을 포함하는 그래핀 산화물 섬유체의 제조 방법은 그래핀 산화물을 포함하는 그래핀 산화물 섬유를 제공하는 단계, 및 상기 그래핀 산화물 섬유를 아미드 결합 전구체 수용액에 함침하는 함침 단계를 포함할 수 있다.The present invention also discloses a process for producing an amide bond-containing graphene oxide fiber body. The process for producing a graphene oxide fiber body comprising such an amide bond may comprise providing graphene oxide fibers comprising graphene oxide and impregnating the graphene oxide fibers with an aqueous amide bond precursor solution have.

종래 기술로서 열처리를 통해 아미드 결합을 생성하는 방법이 개시되어 있으나, 이와는 달리 본 발명은 에너지 소모가 큰 열처리 대신에 그래핀 산화물 섬유를 단순히 아미드 결합 전구체 수용액으로 후처리함으로써 아미드 결합을 생성하는 방법을 개시한다. 이러한 방법은 그 공정이 매우 간단하여 대량생산 및 스케일업이 용이하다는 장점을 가진다.A method of generating an amide bond by a post-treatment of an amide bond precursor aqueous solution instead of a graphene oxide fiber instead of a heat treatment in which energy consumption is high is disclosed. . This method has the advantage that the process is very simple and mass production and scale-up are easy.

여기서, 함침 단계에서 적용되는 온도는 10~150℃, 바람직하게는 25~50℃일 수 있으며, 적용온도가 10℃ 미만인 경우에는 섬유에 적절한 반응이 가해지지 않으며, 150℃ 초과인 경우에는 섬유가 매우 쉽게 부러지는 문제가 발생할 수 있다. In this case, the temperature applied in the impregnation step may be 10 to 150 ° C, preferably 25 to 50 ° C. If the applied temperature is lower than 10 ° C, an appropriate reaction is not applied to the fibers, It can cause a problem that breaks very easily.

또한, 함침 단계는 10 초 내지 1 시간 동안, 바람직하게는 10 초 내지 10 분 동안 지속될 수 있다. 여기서, 함침 시간이 10 초 미만인 경우에는 적절한 반응이 가해지지 않아 전후 변화가 나타나지 않으며, 1 시간 초과인 경우에는 섬유가 매우 딱딱해짐(brittle)에 따라 매우 쉽게 부러지는 등 강도가 약해지는 문제가 발생할 수 있다. In addition, the impregnation step may last from 10 seconds to 1 hour, preferably from 10 seconds to 10 minutes. Here, if the impregnation time is less than 10 seconds, an appropriate reaction is not applied and no change occurs. If the impregnation time is longer than 1 hour, the fiber becomes very brittle and breaks very easily. .

또한, 아미드 결합 전구체는 앞서 언급한 바와 같이 무수에틸렌디아민, 1,3-디아미노프로판(1,3-Diaminopropane), 푸트레신(Putrescine), 카다베린(Cadaverine), 헥사메틸렌디아민(Hexamethylenediamine), 1,2-디아미노프로판(1,2-Diaminopropane), 디페닐에틸렌디아민(Diphenylethylenediamine), 디아미노씨클로헥산(Diaminocyclohexane), o-크실렌디아민(o-Xylyenediamine), m-크실렌디아민(m-Xylylenediamine), p-크실렌디아민(p-Xylylenediamine), o-페닐렌디아민(o-Phenylenediamine), m-페닐렌디아민(m-Phenylenediamine), p-페닐렌디아민(p-Phenylenediamine), 스페르미딘(Spermidine), 스페르민(Spermine), 피페라진(Piperazine) 및 멜라민(Melamine)으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The amide bond precursor may be an amide bond precursor such as anhydrous ethylenediamine, 1,3-diaminopropane, putrescine, cadaverine, hexamethylenediamine, 1,2-diaminopropane, diphenylethylenediamine, diaminocyclohexane, o-xylyenediamine, m-xylylenediamine, and the like. p-xylylenediamine, o-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, spermidine, , Spermine, Piperazine, and Melamine, but is not limited thereto.

여기서 무수에틸렌디아민이 적용되는 경우, 무수에틸렌디아민 수용액의 농도는 0.01~0.1 M, 바람직하게는 0.01~0.05 M일 수 있다. 여기서 무수에틸렌디아민의 수용액 농도가 0.01 M 미만인 경우에는 농도가 연하여 반응이 거의 일어나지 않는다는 문제가 있으며, 0.1 M 초과인 경우에는 탈수 반응이 심하게 일어나 섬유가 매우 딱딱해지면서(brittle) 제어하기가 어렵다는 문제가 있다.When anhydrous ethylenediamine is applied, the concentration of the aqueous solution of ethylenediamine anhydride may be 0.01 to 0.1 M, preferably 0.01 to 0.05 M. When the concentration of aqueous solution of ethylenediamine anhydrous is less than 0.01 M, there is a problem that the reaction hardly occurs due to the concentration concentration. When the concentration exceeds 0.1 M, the dehydration reaction becomes severe and the fiber becomes very hard and brittle is difficult to control there is a problem.

본 발명의 후처리된 그래핀 산화물 섬유체의 제조 방법에서 적용되는 그래핀 산화물 섬유는 그래핀 산화물과 중합체를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, 및 그 혼합물을 응고액에 방사하는 단계에 의해 제조될 수 있다.The graphene oxide fibers to be applied in the post-treated graphene oxide fiber body of the present invention may be prepared by mixing a graphene oxide and a polymer to form a mixture, and spinning the mixture into a coagulating liquid .

혼합물 형성 단계에서 적용되는 중합체로는 폴리비닐알콜(PVA), 폴리염화비닐(PVC), 키토산 및 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 비한정적으로 들 수 있으며, 바람직하게는 나노셀룰로오스를 적용할 수 있다.The polymer to be used in the step of forming the mixture is not particularly limited and may be selected from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl chloride (PVC), chitosan and cellulose, preferably nanocellulose .

방사 단계에서 적용되는 응고액은 염화칼슘을 포함하는 용액이 바람직하며, 보다 바람직하게는 염화칼슘, 에탄올 및 증류수의 혼합액을 적용할 수 있다.A solution containing calcium chloride is preferable as the coagulating solution to be applied in the spinning step, and more preferably, a mixed solution of calcium chloride, ethanol and distilled water can be applied.

본 발명의 후처리된 그래핀 산화물 섬유 및 이의 제조 방법에 대해서 아래와 같이 좀더 자세하게 설명한다.The post-treated graphene oxide fiber of the present invention and a method of producing the same will be described in more detail as follows.

그래핀 산화물 포함 섬유(그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유)의 제조Fabrication of graphene oxide-containing fibers (graphene oxide-based nanocellulose composite fibers)

그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유 제조 시 필요한 준비물로는 방사 원액, 응고액, 방사 장비 등이 있다. Materials required for manufacturing graphene oxide-based nanocellulose composite fibers include spinning solution, coagulating solution, and spinning equipment.

방사 원액은 두 가지의 재료를 혼합해서 사용하며, 그 재료로서 합성된 그래핀 산화물 수용액과 중합체가 적용된다. 여기서 중합체는 나노셀룰로오스(Nano-fibrillated cellulose, NFC)일 수 있으며, 목재계 또는 비목재계로부터 추출된 모든 셀룰로오스가 적용될 수 있다. 여기서 적용될 수 있는 나노셀룰로오스는 수계분산이 가능하며 수산기가 풍부하기 때문에 그래핀 산화물 내에 존재하는 카르복실기와 수소결합이 가능하므로 기계적 특성 향상에 가장 바람직하다.The spinning stock solution is prepared by mixing two kinds of materials, and the synthesized graphene oxide aqueous solution and the polymer are applied. Here, the polymer may be Nano-fibrillated cellulose (NFC), and all the cellulose extracted from the wood-based or non-wood-based materials may be applied. The nanocellulose, which can be applied here, can be dispersed in water and is rich in hydroxyl groups, so it is most preferable to improve the mechanical properties by allowing hydrogen bonding with a carboxyl group present in the graphene oxide.

본 발명에서 적용될 수 있는 방사 원액을 제조하기 위해서는, 우선 그래핀 산화물 및 나노셀룰로오스를 적정 비율로 일정 시간 동안 균일하게 혼합하여 액정상을 발현시키고, 방사 시 전단력(shear force)에 영향을 받아도 점도가 유지되어 방사가 가능한 농도를 유지함으로써 방사 원액을 만든다.In order to prepare a spinning solution which can be applied in the present invention, graphene oxide and nano-cellulose are uniformly mixed at a proper ratio for a predetermined time to form a liquid crystal phase, and even if affected by shear force during spinning, And maintains a concentration at which radiation is possible to produce a spinning solution.

본 발명의 방사 공정 단계에서 필요한 응고액은 염화칼슘, 에탄올 및 증류수로부터 제조될 수 있으며, 좀더 구체적으로 에탄올과 증류수를 정적 부피비, 3:7 내지 7:3, 바람직하게는 4:6 내지 6:4, 더욱 바람직하게는 각각 5:5의 부피비로 섞은 용액을 기반으로 한 염화칼슘 수용액이 응고액으로서 사용될 수 있다.The coagulation solution required in the spinning process step of the present invention can be prepared from calcium chloride, ethanol and distilled water, more specifically ethanol and distilled water at a static volume ratio of 3: 7 to 7: 3, preferably 4: 6 to 6: 4 , More preferably in a volume ratio of 5: 5, can be used as the coagulation solution.

방사 장비는 직접 제작하여 구축된 습식 방사 장비를 이용하였다.The spinning equipment was a wet spinning machine that was built by hand.

본 발명에 따른 방사 공정은 아래와 같다. 그래핀 산화물과 나노셀룰로오스를 3:7 내지 7:3, 바람직하게는 4:6 내지 6:4, 더욱 바람직하게는 각각 5:5 비율로 섞은 방사 원액을 주사기에 덜어낸 후 공기가 들어가지 않도록 최대한 모아준 후 주사 바늘을 장착한다. 이어서 주사기를 시린지 펌프(syringe pump)에 장착하고 응고욕조를 향해 시린지 펌프를 수직으로 세운 후 시린지 펌프에 내장된 시작(start) 버튼을 눌러 방사를 시작한다. 섬유가 압출되면 트위저를 이용하여 가이드롤까지 직접 끌어서 가이드롤 위에 안착시키고, 이 때 섬유는 가이드롤에 따라 권취롤(winding roll)에 감겨지게 되는데 감아지는 섬유의 속도와 방사속도 등을 고려하여 가이드롤 속도를 조절한다. 제조된 섬유는 상온에서 적정 시간, 40분 내지 1시간 20분, 바람직하게는 50분 내지 1시간 10분, 더욱 바람직하게는 약 1 시간 동안 건조시키고, 에탄올과 물을 적정 비율, 3:7 내지 7:3, 바람직하게는 4:6 내지 6:4, 더욱 바람직하게는 각각 5:5의 비율로 섞은 혼합 용액에 약 1분 정도 세척한 후, 상온에서 다시 적정 시간, 40분 내지 1시간 20분, 바람직하게는 50분 내지 1시간 10분, 더욱 바람직하게는 약 1 시간 동안 건조시고, 최종적으로 70~90℃, 바람직하게는 약 80℃의 진공 오븐에 넣어 수분을 제거함으로써 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유를 제조할 수 있다.The spinning process according to the present invention is as follows. A spinning solution in which graphene oxide and nano-cellulose are mixed in a ratio of 3: 7 to 7: 3, preferably 4: 6 to 6: 4, and more preferably 5: 5 each is taken out of the syringe, Fill the needle as much as possible. The syringe is then mounted on a syringe pump and the syringe pump is set up vertically toward the coagulation bath, and then the start button on the syringe pump is pressed to initiate radiation. When the fiber is extruded, the fiber is directly wound on the guide roll by using a tweezer, and then the fiber is wound on a winding roll according to the guide roll. In this case, considering the speed of the fiber wound and the spinning speed, Adjust the roll speed. The fibers thus prepared are dried at room temperature for an appropriate time, for a period of 40 minutes to 1 hour and 20 minutes, preferably for a period of 50 minutes to 1 hour and 10 minutes, more preferably for about 1 hour, The mixture is washed for about 1 minute in a mixed solution in a ratio of 7: 3, preferably 4: 6 to 6: 4, more preferably 5: 5, Min, preferably 50 minutes to 1 hour and 10 minutes, more preferably about 1 hour, and finally in a vacuum oven at 70 to 90 占 폚, preferably about 80 占 폚 to remove moisture to form graphene oxide-based The nanocellulose composite fiber can be produced.

무수에틸렌디아민(Ethylenediamine anhydrous, EDA)을 이용한 후처리 공정Post-treatment process using ethylenediamine anhydrous (EDA)

앞서 제조한 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유 가닥을 0.005M 내지 0.2M, 바람직하게는 0.007M 내지 0.1M, 더욱 바람직하게는 0.007M 내지 0.07M의 EDA 수용액에 10초 내지 1 시간, 바람직하게는 10초 내지 10분, 더욱 바람직하게는 3분 내지 5분 동안 담근 후, 꺼내어 메탄올에서 약 1분 동안 세척 후 상온에서 건조시킴으로써 EDA로 후처리된 복합섬유가 제조된다.The graphene oxide-based nano-cellulose composite fiber strand prepared above is added to the EDA aqueous solution at 0.005 to 0.2M, preferably 0.007 to 0.1M, more preferably 0.007 to 0.07M for 10 seconds to 1 hour, For 10 seconds to 10 minutes, more preferably for 3 minutes to 5 minutes, then taken out, washed in methanol for about 1 minute, and then dried at room temperature to prepare a post-treated composite fiber with EDA.

이러한 후처리 후에, 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 섬유는 비강도가 향상되는 것이 확인되었고, SEM을 통해 단면적을 계산하여 인장강도를 계산한 결과, 인장강도 또한 향상된 것이 확인되었다. 이렇게 강도가 향상된 이유로는 무수에틸렌디아민 내에 풍부하게 존재하는 아민기가 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유 내에서 작용기로 존재하는 카르복실기와 아미드 결합(Amide bonding)했기 때문인 것으로 판단된다. 아미드 결합 시, 탈수 반응이 일어남에 따라 강하게 수축하는데 이는 그래핀 산화물과 나노셀룰로오스 간의 간격을 좁혀주면서 단면적을 감소시키는 효과를 보여준다. 또한 복합섬유 내부에 화학적 결합이 더해지면서 응력을 버티는 힘이 강해졌고 이러한 이유 때문에 비강도 및 인장강도 값이 상승한 것으로 보여진다.After such post-treatment, it was confirmed that the nano-cellulose fibers of the graphene oxide-based nano-cellulose were improved, and the tensile strength was calculated by calculating the cross-sectional area through the SEM. As a result, it was confirmed that the tensile strength was also improved. It is believed that the reason for the improvement in strength is that amine groups abundantly present in anhydrous ethylenediamine are amide-bonded to carboxyl groups present as functional groups in the graphene oxide-based nanocellulose composite fiber. When amide bond is formed, dehydration reaction occurs and shrinks strongly, which shows the effect of reducing the cross-sectional area while narrowing the gap between graphene oxide and nanocellulose. In addition, the chemical bonding inside the composite fiber increased the strength to withstand the stress. For this reason, the non - strength and tensile strength values seem to be increased.

좀더 구체적으로 도 1을 참조하여 설명하면, 종래기술의 순수 그래핀 산화물 섬유의 내부 결합 모식도를 나타내는 (a)에서 확인되는 바와 같이, 순수 그래핀 산화물 섬유는 응고액인 CaCl2의 내부에 있는 칼슘 이온에 의해 GO 시트와 GO 시트 사이에 이온 브릿지(ion bridge)가 형성되어 섬유화가 가능하였다.The more specifically an explanatory with reference to Figure 1, as will be found in Pure yes showing a schematic view inside a combination of pins oxide fiber (a) of the prior art, pure graphene oxide fibers of calcium on the inside of CaCl 2 in a solidifying liquid Ions were formed between the GO sheet and the GO sheet to enable the formation of an ion bridge.

또한, 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유의 내부 결합 모식도를 나타내는 (b)에서 확인되는 바와 같이, 도 1(a)의 순수 그래핀 산화물 섬유를 나노셀룰로오스로 복합화하면 그래핀 산화물의 카르복실기와 나노셀룰로오스의 수산기가 수소결합을 형성하여 소정의 기계적 강도 향상을 유도할 수 있다.Further, as shown in (b) showing the internal bonding scheme of the graphene oxide-based nano-cellulose composite fiber, when the pure graphene oxide fiber of Fig. 1 (a) is combined with nano- cellulose, the carboxyl group of the graphene oxide and the nano- Of the hydroxyl groups may form a hydrogen bond to induce a predetermined mechanical strength improvement.

또한, 본 발명의 후처리 공정이 진행된 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유의 내부 결합 모식도를 나타내는 (c)에서 확인되는 바와 같이, 앞서 나노셀룰로오스로 복합화된 그래핀 산화물 복합섬유는 무수에틸렌디아민으로 후처리되며, 이때 결합 사이트가 남아 있는 카르복실기와 무수 에틸렌디아민에 풍부하게 존재하는 아민기가 아미드 결합을 형성하여 계면 결합(interfacial bond)이 더 형성되며, 이로써 기계적 강도가 더욱 향상되는 결과를 유도할 수 있다.Further, as shown in (c) of the internal binding diagram of the graphene oxide-based nanocellulose composite fiber subjected to the post-treatment process of the present invention, the graphene oxide composite fiber complexed with the nano- At this time, an amine group rich in carboxyl groups and anhydrous ethylenediamine forms an amide bond and forms an interfacial bond, thereby resulting in a further improvement in mechanical strength .

실시예Example

비교예 1: 순수 그래핀 산화물 섬유 제조Comparative Example 1: Production of pure graphene oxide fiber

나노셀룰로오스를 투입하지 않은 순수한 그래핀 산화물 수용액(그래핀 산화물 2.86 wt%)을 원심분리기를 이용하여 농축시킨 후 액정상을 확인하여 방사 원액을 제조하였다. 참고로 여기서 적용되는 순수 그래핀 산화물 섬유의 방사원액 농도 범위는 0.1~10 wt%일 수 있다. 이러한 방사 원액을 사용하여 구축된 방사장비에서 방사하는데, 시린지에 약 1 ml 정도의 방사원액을 담은 후 시린지 펌프를 이용하여 일정 속도로 응고욕조를 향해서 토출하도록 하였다. 여기서, 응고액은 염화칼슘(Calcium Chloride, CaCl2, 대정화금㈜), 에탄올(Ethanol, 95%, 대정화금㈜) 및 증류수로부터 제조하였다. 방사원액의 응고욕조로의 토출 시 방사원액은 응고욕조 안에서 섬유의 형태로 변하게 되며 가이드롤을 이용하여 기계적으로 연신을 주면 순수한 그래핀 산화물 섬유를 얻을 수 있으며 응고액을 물과 에탄올이 각각 1:1의 부피비로 섞인 용액을 통해 세척해낸 후 80℃의 온도에서 하루 이상 건조하여 섬유를 제조하였다.The pure graphene oxide aqueous solution (graphene oxide 2.86 wt%) without the addition of the nanocellulose was concentrated using a centrifugal separator, and the liquid phase was confirmed to prepare a spinning solution. For reference, the concentration range of the spinning solution of the pure graphene oxide fiber applied here may be 0.1 to 10 wt%. About 1 ml of the spinning solution was placed in the syringe, and the syringe was pumped to the coagulation bath at a constant speed using a syringe pump. The coagulated solution was prepared from calcium chloride (CaCl 2 , CaCl 2 , purified water), ethanol (95%, purified water) and distilled water. When the spinning solution is discharged into the coagulating bath, the spinning solution is converted into fiber form in the coagulating bath. When mechanically stretched using a guide roll, pure graphene oxide fibers can be obtained. When the coagulating solution is mixed with water and ethanol at a ratio of 1: 1, and dried at a temperature of 80 ° C. for one day or more to prepare fibers.

비교예 2: 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유 제조Comparative Example 2: Production of graphene oxide-based nano-cellulose composite fiber

기계적 강도 향상을 위한 필러로서 나노셀룰로오스(CA1013, 길이 1 nm 이하, 아시아 나노셀룰로오스)를 사용하였다. 먼저 섬유 제조를 위해 방사 원액을 준비하는데, 방사 원액 제조방법은 다음과 같다. 2.86 wt%의 그래핀 산화물과 3 wt%의 나노셀룰로오스 수용액을 중량 기준 5:5의 비율로 유리병에 덜어내었다. 그 후, 기계식 교반기를 이용하여 2000 rpm의 속도로 5분 동안 균일하게 섞었다. 이렇게 제조된 방사원액은 네마틱 상(nematic phase)이 발현되며 이를 사용하여 구축된 방사장비에서 방사하는데, 시린지에 약 1 ml 정도의 방사원액을 담은 후 시린지 펌프를 이용하여 일정 속도로 응고욕조를 향해서 토출하도록 하였다. 여기서, 응고액은 염화칼슘(Calcium Chloride, CaCl2, 대정화금㈜), 에탄올(Ethanol, 95%, 대정화금㈜) 및 증류수로부터 제조하였다. 방사원액의 응고욕조로의 토출 시 방사원액은 응고욕조 안에서 섬유의 형태로 변하게 되며 가이드롤을 이용하여 기계적으로 연신을 주면 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유를 얻을 수 있으며 응고액을 물과 에탄올이 각각 1:1의 부피비로 섞인 용액을 통해 세척해낸 후 80℃의 온도에서 하루 이상 건조하여 복합섬유를 제조하였다.Nano-cellulose (CA1013, length of 1 nm or less, Asian nano-cellulose) was used as a filler to improve the mechanical strength. First, a spinning stock solution is prepared for fiber production. The spinning spinning solution preparation method is as follows. 2.86 wt% of graphene oxide and 3 wt% of a nanocellulose aqueous solution were taken out in a glass bottle at a ratio of 5: 5 by weight. Thereafter, they were homogeneously mixed using a mechanical stirrer at a speed of 2000 rpm for 5 minutes. The spinning solution thus prepared emits a nematic phase, which is radiated from the spinning apparatus constructed using the spinning solution. After the spinning solution of about 1 ml is loaded into the syringe, the spinning bath is rotated at a constant speed using a syringe pump Respectively. The coagulated solution was prepared from calcium chloride (CaCl 2 , CaCl 2 , purified water), ethanol (95%, purified water) and distilled water. When the spinning solution is discharged into the coagulating bath, the spinning solution is converted into a fiber in the coagulating bath and mechanically stretched using a guide roll to obtain a graphene oxide-based nanocellulose composite fiber. The coagulating solution is mixed with water and ethanol And then dried at a temperature of 80 ° C. for one day or more to prepare a conjugate fiber.

실시예 1: 후처리 공정을 거친 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유 제조 1Example 1: Preparation of graphene oxide-based nano-cellulose conjugated fiber after post-treatment 1

후처리 공정에서는 무수에틸렌디아민(Ethylenediamine Anydrous, 99.5%, 대정화금㈜)을 물 대비 0.01 M의 농도로 제조함으로써 후처리 공정을 준비하였다. 비교예 2에서 제조된 5:5 비율의 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유를 상기 제조된 0.01 M의 용액 안에 1분, 10분, 120분 동안 함침한 후, 메탄올에서 1분 동안 함침하여 세척 후 건조하여 후처리 공정과정을 거친 복합섬유를 제조하였다. 여기서, 함침 시 적용 온도는 상온 약 26℃이었다.In the post-treatment process, a post-treatment process was prepared by preparing anhydrous ethylenediamine (Ethylenediamine Anydrous, 99.5%, purified gold) at a concentration of 0.01 M to water. The graphene oxide-based nanocellulose composite fiber prepared in Comparative Example 2 at a ratio of 5: 5 was impregnated in the prepared 0.01 M solution for 1 minute, 10 minutes and 120 minutes, then impregnated in methanol for 1 minute, Followed by drying and post - treatment. Here, the application temperature at the time of impregnation was about 26 ° C at room temperature.

실시예 2 : 후처리 공정을 거친 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유 제조 2Example 2: Preparation of graphene oxide-based nano-cellulose conjugated fiber after post-treatment 2

비교예 2에서 제조된 5:5 비율의 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유를 실시예 1에서와 동일한 방법으로 0.05 M의 무수에틸렌디아민 수용액 안에 1분, 10분, 120분 동안 함침한 후, 메탄올에서 1분 동안 함침하여 세척 후 건조하여 후처리 공정과정을 거친 복합섬유를 제조하였다. 여기서, 함침 시 적용 온도는 상온 약 26℃이었다.The graphene oxide-based nanocellulose composite fiber prepared in Comparative Example 2 at a ratio of 5: 5 was impregnated in an aqueous 0.05 M anhydrous ethylenediamine solution for 1 minute, 10 minutes, and 120 minutes in the same manner as in Example 1, For 1 minute, washed, and then dried to produce a composite fiber subjected to a post-treatment process. Here, the application temperature at the time of impregnation was about 26 ° C at room temperature.

실시예 3 : 후처리 공정을 거친 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유 제조 3Example 3: Fabrication of graphene oxide-based nano-cellulose composite fiber after post-treatment 3

비교예 2에서 제조된 5:5 비율의 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유를 실시예 1에서와 동일한 방법으로 0.1 M의 무수에틸렌디아민 수용액 안에 1분, 10분, 120분 동안 함침한 후, 메탄올에서 1분 동안 함침하여 세척 후 건조하여 후처리 공정과정을 거친 복합섬유를 제조하였다. 여기서, 함침 시 적용 온도는 상온 약 26℃이었다.The graphene oxide-based nanocellulose composite fiber prepared in Comparative Example 2 at a ratio of 5: 5 was impregnated in an aqueous 0.1 M anhydrous ethylenediamine solution for 1 minute, 10 minutes and 120 minutes in the same manner as in Example 1, For 1 minute, washed, and then dried to produce a composite fiber subjected to a post-treatment process. Here, the application temperature at the time of impregnation was about 26 ° C at room temperature.

실시예 4 : 후처리 공정을 거친 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유 제조 4Example 4: Preparation of graphene oxide-based nano-cellulose conjugated fiber after post-treatment 4

비교예 2에서 제조된 5:5 비율의 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유를 실시예 2에서와 동일한 방법으로 0.05 M의 무수에틸렌디아민 수용액 안에 2분, 4분, 6분, 8분 동안 함침한 후, 메탄올에서 1분 동안 함침하여 세척 후 건조하여 후처리 공정과정을 거친 복합섬유를 제조하였다. 여기서, 함침 시 적용 온도는 상온 약 26℃이었다.The graphene oxide-based nanocellulose composite fiber prepared in Comparative Example 2 at a ratio of 5: 5 was impregnated in an aqueous 0.05 M anhydrous ethylenediamine solution for 2 minutes, 4 minutes, 6 minutes, and 8 minutes in the same manner as in Example 2 After that, it was impregnated with methanol for 1 minute, washed and dried to prepare a composite fiber after the post-treatment process. Here, the application temperature at the time of impregnation was about 26 ° C at room temperature.

무수에틸렌디아민의 농도에 따른 기계적 강도 특성 평가Evaluation of mechanical strength according to the concentration of anhydrous ethylenediamine

무수에틸렌디아민 농도에 따른 기계적 강도를 평가하기 위해 본 발명의 상기 비교예 1~2 및 실시예 1~4에 의하여 제조된 섬유를 적용하여 평가하였으며, 구체적으로 기계적 강도(인장 강도 및 연신율)를 평가하기 위해 단섬유 물성 측정기(FAVIMAT+, Textechno)를 사용하였다. In order to evaluate the mechanical strength according to the concentration of anhydrous ethylenediamine, the fibers prepared according to Comparative Examples 1 to 2 and Examples 1 to 4 of the present invention were evaluated and the mechanical strength (tensile strength and elongation) was evaluated (FAVIMAT +, Textechno) was used for the measurement.

특성 평가에 따른 결과는 아래와 같다.The results of the characteristics evaluation are as follows.

농도density 함침 시간별 강도Strength by impregnation time 0 min0 min 1 min1 min 10 min10 min 120 min120 min EDA 0.01 MEDA 0.01 M 2.46 cN2.46 cN 6.93 cN6.93 cN 8.49 cN8.49 cN 4.3 cN4.3 cN EDA 0.05 MEDA 0.05 M 2.46 cN2.46 cN 3.68 cN3.68 cN 11.93 cN11.93 cN 6.72 cN6.72 cN EDA 0.1 MEDA 0.1 M 2.46 cN2.46 cN 5.25 cN5.25 cN 5.41 cN5.41 cN 4.44 cN4.44 cN

실험결과 0.007M 내지 0.07M EDA 수용액에 3분 내지 5분 동안 함침시킨 섬유의 강도가 높았으며, EDA 0.05 M에 4분 동안 함침시킨 섬유의 강도가 22 cN로 제일 높은 것으로 확인되었다. The strength of the fiber impregnated in the 0.007M to 0.07M EDA aqueous solution for 3 to 5 minutes was high and the strength of the fiber impregnated in EDA 0.05M for 4 minutes was found to be the highest at 22 cN.

도 2를 참조하면, 단섬유 물성 측정기를 사용하여 기계적 강도를 확인한 결과, 후처리 공정을 하기 전 섬유인 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유의 경우, 비강도는 5.56 cN/tex이었으나 무수에틸렌디아민을 통해 후처리 공정을 거친 복합섬유에서는 41 cN/tex로 약 1.69배 상승하였으며 순수한 그래핀 산화물 섬유에 비해 11배 향상되었음을 확인할 수 있었다. 또한, SEM을 통해 단면적을 계산하여 인장 강도를 계산한 결과, 후처리 공정을 하지 않은 복합섬유는 96.78 MPa이었으나, 후처리 공정 후 복합섬유의 인장강도는 184.86 MPa로 약 1.91배 상승하였으며 이는 순수한 그래핀 산화물 섬유보다 약 13.59배 상승하였고 후처리 공정이 섬유의 물성을 향상시켜주는 효과가 있음을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 2, when the mechanical strength was checked using a short fiber property measuring instrument, the specific gravity of the graphene oxide-based nanocellulose composite fiber before the post-treatment was 5.56 cN / tex, It was confirmed that the composite fiber after post treatment was increased about 1.69 times by 41 cN / tex and 11 times that of pure graphene oxide fiber. As a result of calculation of the tensile strength by SEM, the composite fiber without post-treatment was 96.78 MPa, but the tensile strength of composite fiber after post-treatment was 184.86 MPa, which was about 1.91 times higher than pure fiber. It was confirmed that the effect of post treatment on the physical properties of fiber was improved by about 13.59 times higher than that of pin oxide fiber.

또한, 주사전자현미경을 통해 그래핀 산화물 섬유, 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유 그리고 EDA 후처리된 복합섬유의 SEM 이미지를 확인할 수 있었다. 도 3을 참조하면, (a)~(c)를 통해 순차적으로 그래핀 산화물 섬유, 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유 그리고 EDA 후처리 공정과정을 거친 복합섬유의 단면 SEM 이미지를 확인할 수 있으며, (d)~(f)를 통해 (a)~(c)를 확대한 SEM 이미지를 확인할 수 있다. (a)와 (d)의 초기 GO 섬유의 경우, 섬유화될 때 강한 수축을 받아 GO 시트가 크럼블(crumble)한 구조를 보이면서 결과적으로 크고 작은 공극들이 형성된 것을 확인할 수 있고, (b)와 (e)의 GO/NFC 복합섬유의 경우 그 공극이 나노셀룰로오스(NFC: Nano Fibrillated Cellulose)에 의해 물리적으로 채워짐을 SEM 단면을 통해 직관적으로 확인할 수 있다. 또한 (c)와 (f)의 경우인 EDA 처리과정을 거친 복합섬유의 경우, 단면이 좀더 치밀하게 치밀화됨을 확인할 수 있으며, 이는 복합섬유 내에서 아미드 결합이 형성됨에 따라 탈수반응이 빠르게 일어나, 섬유가 강하게 수축되어 단면적이 줄어들었음을 알 수 있다.SEM images of graphene oxide fibers, graphene oxide - based nanocellulose composite fibers and post - EDA composite fibers were also confirmed by scanning electron microscopy. Referring to FIG. 3, cross-sectional SEM images of graphene oxide fibers, graphene oxide-based nano-cellulose composite fibers, and composite fibers subjected to an EDA post-treatment process can be sequentially confirmed through (a) to (c) The SEM image of (a) - (c) can be confirmed by d) through f). In the case of the initial GO fibers of (a) and (d), it was confirmed that the GO sheet had a crumble structure due to strong shrinkage during fiber formation, resulting in formation of large and small pores. In case of GO / NFC composite fiber of e), it can be confirmed intuitively through SEM section that the pore is physically filled by NFC (Nano Fibrillated Cellulose). In addition, in the case of (c) and (f), in the case of the composite fiber subjected to the EDA treatment, it can be confirmed that the cross-section is more densely densified. As the amide bond is formed in the composite fiber, And the cross-sectional area is reduced.

도 4의 FT-IR 그래프(a) 및 XPS 그래프 (b)~(e)를 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 산화물 기반 나노셀룰로오스 복합섬유의 화학적 성분을 확인할 수 있다. (a)에 따르면 EDA를 첨가함에 따라서 N-H 피크가 3194.1577 cm-1에서 확인되었으며 이로써 아미드 결합이 형성되었음을 확인할 수 있었다. 덧붙여 XPS로 확인한 결과 C1s 피크를 피팅(fitting)한 결과인 (b)~(d)를 비교하였을 때, (d)에서 NH2 결합 에너지를 확인할 수 있었고 N1s 피크를 피팅한 (e)를 통해 아민과 아미드의 강한 피크를 확인할 수 있었고 최종적으로 아미드 결합이 형성되었음을 확인할 수 있었다.Referring to the FT-IR graph (a) and the XPS graph (b) to (e) of FIG. 4, the chemical composition of the graphene oxide-based nanocellulose composite fiber according to the present invention can be confirmed. According to (a), the addition of EDA confirmed the NH peak at 3194.1577 cm -1 , indicating that an amide bond was formed. (B) to (d), which is the result of fitting C1s peak, the NH 2 bond energy was confirmed in (d) And a strong peak of amide was confirmed. Finally, it was confirmed that an amide bond was finally formed.

전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.The above-described embodiments are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited thereto. 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 present invention as defined by the appended claims.

Claims (12)

제1 그래핀 산화물; 및
제2 그래핀 산화물
을 포함하고,
상기 제1 및 제2 그래핀 산화물은 아미드 결합을 통해 연결되어 있으며,
상기 아미드 결합은 열이력을 포함하지 않고,
중합체를 더 포함하며,
상기 중합체 중 적어도 일부는 상기 제1 그래핀 산화물 및 제2 그래핀 산화물 사이에 위치하고,
상기 중합체 중 적어도 일부와 상기 제1 그래핀 산화물 및 제2 그래핀 산화물은 상기 아미드 결합을 통해 연결되어 있으며,
상기 중합체는 셀룰로오스를 포함하는 것인 그래핀 산화물 섬유체.
A first graphene oxide; And
Second graphene oxide
/ RTI >
Wherein the first and second graphene oxides are connected via an amide bond,
The amide bond does not include thermal history,
Further comprising a polymer,
Wherein at least a portion of the polymer is positioned between the first graphene oxide and the second graphene oxide,
Wherein at least a portion of the polymer and the first graphene oxide and the second graphene oxide are connected via the amide bond,
Wherein the polymer comprises cellulose.
삭제delete 삭제delete 아미드 결합을 포함하는 그래핀 산화물 섬유체의 제조 방법으로서,
그래핀 산화물을 포함하는 그래핀 산화물 섬유를 제공하는 단계, 및
상기 그래핀 산화물 섬유를 아미드 결합 전구체 수용액에 함침하는 함침 단계
를 포함하는 제조 방법.
A method for producing a graphene oxide fiber body comprising an amide bond,
Providing a graphene oxide fiber comprising graphene oxide, and
Impregnating the graphene oxide fiber with an amide bond precursor aqueous solution
≪ / RTI >
제4항에 있어서, 상기 함침 단계는 10℃ 내지 150℃의 온도에서 실시하는 것인 제조 방법.5. The method according to claim 4, wherein the impregnating step is carried out at a temperature of from 10 캜 to 150 캜. 제4항에 있어서, 상기 아미드 결합 전구체는 무수에틸렌디아민, 1,3-디아미노프로판(1,3-Diaminopropane), 푸트레신(Putrescine), 카다베린(Cadaverine), 헥사메틸렌디아민(Hexamethylenediamine), 1,2-디아미노프로판(1,2-Diaminopropane), 디페닐에틸렌디아민(Diphenylethylenediamine), 디아미노씨클로헥산(Diaminocyclohexane), o-크실렌디아민(o-Xylyenediamine), m-크실렌디아민(m-Xylylenediamine), p-크실렌디아민(p-Xylylenediamine), o-페닐렌디아민(o-Phenylenediamine), m-페닐렌디아민(m-Phenylenediamine), p-페닐렌디아민(p-Phenylenediamine), 스페르미딘(Spermidine), 스페르민(Spermine), 피페라진(Piperazine) 및 멜라민(Melamine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 제조 방법.5. The method of claim 4, wherein the amide bond precursor is selected from the group consisting of anhydrous ethylenediamine, 1,3-diaminopropane, putrescine, cadaverine, hexamethylenediamine, 1,2-diaminopropane, diphenylethylenediamine, diaminocyclohexane, o-xylyenediamine, m-xylylenediamine, and the like. p-xylylenediamine, o-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, spermidine, , Spermine, Piperazine and Melamine. ≪ Desc / Clms Page number 24 > 제6항에 있어서, 상기 아미드 결합 전구체가 무수에틸렌디아민으로 선택된 경우, 무수에틸렌디아민 수용액의 농도는 0.005 M 내지 0.2 M인 것인 제조 방법.The process according to claim 6, wherein when the amide bond precursor is selected as anhydrous ethylenediamine, the concentration of the aqueous ethylenediamine solution is 0.005 M to 0.2 M. 제6항에 있어서, 상기 함침 단계는 10 초 내지 1 시간 동안 지속하는 것인 제조 방법.7. The method of claim 6, wherein the impregnating step lasts from 10 seconds to 1 hour. 제6항에 있어서, 상기 아미드 결합 전구체가 무수에틸렌디아민으로 선택된 경우, 무수에틸렌디아민 수용액의 농도는 0.007 M 내지 0.07 M이고, 상기 함침 단계는 3분 내지 5분 동안 지속하는 것인 제조 방법.7. The process according to claim 6, wherein when the amide bond precursor is selected as anhydrous ethylenediamine, the concentration of the aqueous ethylenediamine solution is from 0.007 M to 0.07 M and the impregnation step lasts from 3 minutes to 5 minutes. 제4항에 있어서, 상기 그래핀 산화물 섬유의 제공 단계는
그래핀 산화물과 중합체를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, 및
상기 혼합물을 응고액에 방사하는 단계
를 포함하는 것인 제조 방법.
5. The method of claim 4 wherein providing graphene oxide fibers comprises:
Mixing the graphene oxide and the polymer to form a mixture, and
Radiating the mixture into a coagulating liquid
≪ / RTI >
제10항에 있어서, 상기 중합체는 폴리비닐알콜(PVA), 폴리염화비닐(PVC), 키토산 및 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 제조 방법.11. The method according to claim 10, wherein the polymer is selected from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl chloride (PVC), chitosan and cellulose. 제10항에 있어서, 상기 응고액은 염화칼슘을 포함하는 것인 제조 방법.11. The method according to claim 10, wherein the coagulating liquid comprises calcium chloride.
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