KR102037478B1 - REACTIVE FIBERS COMPRISING (metal-organic framework NANOPARTICLES, METHODS OF MAKING THE SAME, AND ARTICLES MADE THEREFROM - Google Patents

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류삼곤
이우황
장종산
황영규
조경호
배은진
정현숙
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention relates to: a reactive fiber comprising reactive nanoparticles, a method for manufacturing the same; and an article manufactured therefrom. More specifically, the present invention relates to: the reactive fiber comprising a polymer fiber and reactive nanoparticles dispersed and bound in the polymer fiber, wherein the reactive nanoparticles comprise at least one selected from a group consisting of a metal organic framework (MOF) and a surface-modified MOF, and the reactive nanoparticles is surface-treated with a compound containing a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain; the method for manufacturing the same; and the article manufactured from the same. Manufactured fibers can realize fabrics for adsorption and decomposition of chemical agents.

Description

금속-유기 골격체 나노입자를 포함하는 반응성 섬유, 이의 제조방법 및 이를 통해 제조된 물품 {REACTIVE FIBERS COMPRISING (metal-organic framework NANOPARTICLES, METHODS OF MAKING THE SAME, AND ARTICLES MADE THEREFROM}REACTIVE FIBERS COMPRISING (metal-organic framework NANOPARTICLES, METHODS OF MAKING THE SAME, AND ARTICLES MADE THEREFROM)

본 발명은 금속-유기 골격체 나노입자를 포함하는 반응성 섬유, 이의 제조방법 및 이를 통해 제조된 물품에 관한 것으로, 특히 UiO-66(Zr6O4(OH)4(BDC)6) 및 UiO-66-NH2(Zr6O4(OH)4(BDC-NH2)6) MOF(metal-organic framework) 나노입자를 포함하는 반응성 섬유, 이의 제조방법 및 이를 통해 제조된 물품에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to reactive fibers comprising metal-organic framework nanoparticles, methods for their preparation and articles made therefrom, in particular UiO-66 (Zr 6 O 4 (OH) 4 (BDC) 6 ) and UiO- 66-NH 2 (Zr 6 O 4 (OH) 4 (BDC-NH 2 ) 6 ) Reactive fibers comprising metal-organic framework (MOF) nanoparticles, methods for their preparation and articles made therefrom.

전쟁이나 테러에서 사용될 수 있는 화생방물질로 많이 알려진 물질로는 신경화학작용제인 사린(GB), 소만(GD), VX(O-ethyl S-(2-diisopropylamino)ethyl methylphosphonothioate)와 피부에 닿으면 수포를 유발하는 머스타드 가스(HD)가 있다. 이러한 화생방물질과 접촉할 위험이 있는 사람들은 적당한 보호복을 착용하거나 적당한 보호 물질에 의해 상기 화생방물질로부터 보호되어야 한다.Commonly known chemicals that can be used in war or terror include neurochemical agents sarin (GB), mannose (GD), and VX (O-ethyl S- (2-diisopropylamino) ethyl methylphosphonothioate) and blisters on skin There is a mustard gas (HD). Persons at risk of contact with these chemicals should be protected from these by wearing appropriate protective clothing or by appropriate protective materials.

화학작용제 또는 산업용의 독성 가스들로부터 신체부위를 보호하는 방법은 화생방 보호의 또는 산업용 보호의를 착용하여 유독가스가 보호의 외부로부터 내부 신체부분으로 들어오는 것을 차단하여 신체와 유독가스의 접촉을 방지하는 방법을 주로 사용한다. 이러한 보호의 재료는 침투성과 불침투성 보호재료를 사용하는데, 침투성 보호의 재료는, 에어로졸 및 미세 액상입자를 차단하기 위하여 발수/발유 기능을 갖춘 면, 폴리에스터 혼방 소재 외피와 내부로 침투되는 유독성 가스 및 화학작용제를 흡착에 의해 제거하기 위해 활성탄소재의 내피를 갖추고 있으며, 공기가 잘 투과되는 특성을 지니고 있다. 불침투성 보호의 재료는 땀, 증기 등이 선택적으로 배출되는 선택적 투과막인 멤브레인 소재 또는 자가호흡 기구(SCBA, Self-Contained Breathing Apparatus)를 동반 사용하는 재료를 사용하며, 기본적으로는 기상 및 액상의 침투가 불가한 특성의 고분자 소재를 사용하고 있다.The method of protecting body parts from chemical agents or industrial toxic gases is carried out by wearing NBC protective clothing or industrial protective clothing, which prevents toxic gases from entering the body parts from outside of the protection to prevent contact with the body and toxic gases. The method is mainly used. This protective material uses a permeable and impermeable protective material, which is a cotton / polyester blend material that has a water / oil repellent function to block aerosols and fine liquid particles, and a toxic gas that penetrates inside. And it is equipped with the inner shell of the activated carbon material to remove the chemical agent by adsorption, and has the property that air is permeable well. Impervious protective materials are membrane materials or self-contained breathing apparatus (SCBA), which are selective permeable membranes that selectively release sweat and steam. Polymer material of impermeable properties is used.

군용 등으로 사용되는 화학작용제 보호의는, 수십 내지 수백 마이크로미터 크기의 활성탄을 기능성 섬유와 적층구조로 제조된다. 이러한 기존 보호의에 함유된 활성탄은 단순 흡착제로 작용하므로, 반복사용이 불가하며 일회성으로만 사용될 수 있다. 또한 일단 화학작용제에 노출된 보호의는 활성탄에 화학작용제가 흡착된 채 남아 있어 단순폐기가 불가하다. 이에 활성탄에 일부 촉매 기능성을 부가하기 위하여 촉매 성분을 추가하기도 하지만, 대부분 중금속 성분이 포함되므로 여전히 독성 및/또는 오염에 대한 우려가 있다.Chemical agent protective garments used for military use, etc., are made of a laminated structure of functional fibers of several tens to hundreds of micrometers in size. Activated carbon contained in the existing protective clothing acts as a simple adsorbent, and thus cannot be used repeatedly and can be used only once. Also, once the protective clothing is exposed to the chemical agent, the chemical agent is adsorbed on the activated carbon, so the simple disposal is impossible. In order to add some catalytic functionality to the activated carbon, a catalyst component may be added, but since most heavy metal components are included, there is still concern about toxicity and / or contamination.

한편, 유무기 하이브리드 나노세공체, 소위 금속-유기 골격체(metal-organic framework, MOF)는 일반적으로 "다공성 배위고분자 (porous coordination polymers)" 라고도 하며, 또는 "다공성 유무기 혼성체"라고도 한다. 상기 금속-유기 골격체는 분자 배위 결합과 재료과학의 접목에 의해 최근에 새롭게 발전하기 시작하였으며, 상기 금속-유기 골격체는 고표면적과 분자크기 또는 나노크기의 세공을 갖고 있어 흡착제, 기체 저장 물질, 센서, 멤브레인, 기능성 박막, 약물전달 물질, 촉매 및 촉매 담체 등에 응용성을 갖고 있을 뿐만 아니라, 세공크기보다 작은 게스트 분자를 포집하거나 세공을 이용하여 분자들의 크기에 따라 분자들을 분리하는데 사용될 수 있기 때문에 최근에 활발히 연구되어 왔다. 또한, 상기 금속-유기 골격체는 나노크기의 세공을 가지며 이로 인해 높은 표면적을 제공한다는 장점을 가지므로 물질의 흡착 또는 세공 내에 조성물을 담지하여 전달하는 용도로 주로 사용되고 있다.On the other hand, organic-inorganic hybrid nanoporous bodies, so-called metal-organic frameworks (MOFs), are also commonly referred to as "porous coordination polymers" or "porous organic-inorganic hybrids." The metal-organic framework has recently been newly developed by incorporating molecular coordination bonds and material science, and the metal-organic framework has high surface area and molecular size or nano-sized pores, so that the adsorbent, gas storage material In addition to its application in sensors, membranes, functional thin films, drug delivery materials, catalysts and catalyst carriers, it can also be used to capture guest molecules smaller than pore sizes or to separate molecules according to their size using pores. Therefore, it has been actively studied recently. In addition, since the metal-organic framework has a nano-sized pores and thus has a high surface area, the metal-organic framework is mainly used for the adsorption of materials or the delivery of a composition in pores.

특히, UiO-66(Zr6O4(OH)4(BDC)6) 및 UiO-66-NH2(Zr6O4(OH)4(BDC-NH2)6) MOF는 표면과 세공 내부에 많은 Zr-OH 기를 보유하여 가수분해 반응의 특성이 우수하며 화학작용제 물질의 분해에 사용할 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 상기 UiO-66 및 UiO-66-NH2 MOF는, 상술한 바와 같이, 표면에 -OH 기와 같은 친수성 작용기를 포함하므로 고분자와의 혼화성이 열악하여 상기 MOF를 균일하게 포함하는 섬유를 제조할 수 없는 문제점이 있다.In particular, UiO-66 (Zr 6 O 4 (OH) 4 (BDC) 6 ) and UiO-66-NH 2 (Zr 6 O 4 (OH) 4 (BDC-NH 2 ) 6 ) MOF It is known that it possesses many Zr-OH groups and thus has excellent properties of hydrolysis reaction and can be used to decompose chemical agent materials. However, as described above, the UiO-66 and UiO-66-NH 2 MOF contain hydrophilic functional groups such as -OH groups on the surface thereof, so that the UiO-66 and UiO-66-NH 2 MOF have poor compatibility with the polymer, thereby producing a fiber including the MOF uniformly. There is no problem.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 반응성 섬유 중, UiO-66 및 UiO-66-NH2와 같은 반응성 나노입자를 40 중량% 이상으로 포함하는 반응성 섬유를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention, to provide a reactive fiber comprising at least 40% by weight of the reactive nanoparticles, such as UiO-66 and UiO-66-NH 2 of the reactive fibers will be.

또한, 반응성 나노입자의 혼화성을 향상시켜, MOF를 40 중량% 이상으로 포함하는 고분자 용액을 제조한 후, 이를 통해 반응성 섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.In addition, by improving the miscibility of the reactive nanoparticles, to prepare a polymer solution containing more than 40% by weight of MOF, to provide a method for producing a reactive fiber through this.

또한, 상기 반응성 섬유로 제조되는 화학작용제의 흡착 및 분해용 직물을 제공하는 것이다.In addition, to provide a fabric for the adsorption and decomposition of the chemical agent made of the reactive fiber.

또한, 상기 화학작용제의 흡착 및 분해용 직물로 제조되는 물품을 제공하는 것이다.In addition, to provide an article made of a fabric for the adsorption and decomposition of the chemical agent.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 반응성 섬유는, 고분자 섬유; 및 상기 고분자 섬유에 분산되어 결착되어 있는 반응성 나노입자;를 포함하고, 상기 반응성 나노입자는, UiO-66 및 UiO-66-NH2으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것이고, 상기 반응성 나노입자는, 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물로 표면처리 된 것이다.Reactive fiber according to an embodiment of the present invention, the polymer fiber; And reactive nanoparticles dispersed and bound to the polymer fibers, wherein the reactive nanoparticles include at least one selected from the group consisting of UiO-66 and UiO-66-NH 2 , and the reactive nanoparticles. The particles are surface treated with a compound containing a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain.

일 측면에 따르면, 상기 반응성 섬유 중, 상기 반응성 나노입자는 40 중량% 내지 75 중량% 인 것일 수 있다.According to one aspect, in the reactive fiber, the reactive nanoparticles may be from 40% by weight to 75% by weight.

일 측면에 따르면, 상기 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물은, 올레산인 것일 수 있다.According to one aspect, the compound comprising a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain may be oleic acid.

일 측면에 따르면, 상기 반응성 나노입자의 평균 직경은 100 nm 내지 200 nm인 것일 수 있다.According to one aspect, the average diameter of the reactive nanoparticles may be from 100 nm to 200 nm.

일 측면에 따르면, 상기 반응성은, 신경작용제, 수포작용제, 산업용 독성물질 및 유독성 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 분해 반응성인 것일 수 있다.According to one aspect, the reactivity may be at least one degradation reactivity selected from the group consisting of neurological agents, blisters, industrial toxicants and toxic gases.

일 측면에 따르면, 상기 고분자 섬유는 전기 방사가 가능한 고분자 섬유이고, 폴리아크릴로니트릴 섬유(polyacrylonitrile fiber)인 것일 수 있다.According to one aspect, the polymer fiber is a polymer fiber capable of electrospinning, it may be a polyacrylonitrile fiber (polyacrylonitrile fiber).

본 발명의 일 실시예에 따른 반응성 섬유의 제조방법은, UiO-66 및 UiO-66-NH2으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 반응성 나노입자를 제조하는 단계; 상기 제조된 반응성 나노입자 표면을 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물로 처리하여, 표면 처리된 반응성 나노입자를 제조하는 단계; 상기 표면 처리된 반응성 나노입자 및 고분자 섬유를 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 용액을 전기방사 하는 단계;를 포함한다.Method for producing a reactive fiber according to an embodiment of the present invention, preparing at least one reactive nanoparticles selected from the group consisting of UiO-66 and UiO-66-NH 2 ; Preparing the surface-treated reactive nanoparticles by treating the prepared reactive nanoparticle surface with a compound including a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain; Preparing a mixed solution by mixing the surface treated reactive nanoparticles and polymer fibers; And electrospinning the mixed solution.

일 측면에 따르면, 상기 반응성 나노입자를 제조하는 단계는, 촉진제를 통해 평균 직경이 100 nm 내지 200 nm인 반응성 나노입자를 제조하는 것일 수 있다.According to one aspect, the step of preparing the reactive nanoparticles, it may be to prepare a reactive nanoparticle having an average diameter of 100 nm to 200 nm through an accelerator.

일 측면에 따르면, 상기 촉진제는 벤조산 및 아세트 산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect, the promoter may be at least one selected from the group consisting of benzoic acid and acetic acid.

일 측면에 따르면, 상기 표면 처리된 반응성 나노입자를 제조하는 단계는, 상기 반응성 나노입자, 상기 화합물 및 용매를 1 : 0.8 내지 1.2 : 5 내지 10의 중량비로 혼합한 후 교반하여 수행하는 것일 수 있다.According to one aspect, the step of preparing the surface-treated reactive nanoparticles, it may be performed by mixing the reactive nanoparticles, the compound and the solvent in a weight ratio of 1: 0.8 to 1.2: 5 to 10 and stirred. .

일 측면에 따르면, 상기 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물은, 올레산인 것일 수 있다.According to one aspect, the compound comprising a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain may be oleic acid.

일 측면에 따르면, 상기 혼합 용액은, 상기 반응성 나노입자를 40 중량% 내지 75 중량% 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect, the mixed solution may include 40 wt% to 75 wt% of the reactive nanoparticles.

본 발명의 일 실시예에 따른 화학작용제의 흡착 및 분해용 직물은, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성 섬유 또는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성 섬유의 제조방법을 통해 제조된 반응성 섬유로 직조된 것이다.Fabric for adsorption and decomposition of the chemical agent according to an embodiment of the present invention, weaving with a reactive fiber prepared through a reactive fiber according to an embodiment of the present invention or a method for producing a reactive fiber according to an embodiment of the present invention It is.

일 측면에 따르면, 발수발유(撥水撥油) 천 및 활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나;를 더 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect, at least one selected from the group consisting of water and oil repellent (천 水 撥 油) cloth and activated carbon fiber (Activated Carbon Fiber); may be further included.

일 측면에 따르면, 상기 반응성 섬유, 상기 발수발유(撥水撥油) 천 및 상기 활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber)가, 상기 순서 또는 이와 다른 순서로 적층된 다중층 복합직물 형태인 것일 수 있다.According to one aspect, the reactive fiber, the water and oil repellent cloth and the activated carbon fiber (Activated Carbon Fiber), may be in the form of a multi-layer composite fabric laminated in the order or otherwise. .

본 발명의 일 실시예에 따른 물품은, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학작용제의 흡착 및 분해용 직물로 제조된 것이다.An article according to one embodiment of the invention is made of a fabric for adsorption and decomposition of a chemical agent according to one embodiment of the invention.

일 측면에 따르면, 보호의, 방독면, 정화통, 전투복, 야전 천막 및 위장막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect, it may include at least one selected from the group consisting of a protective, gas mask, purifier, combat suit, field tent and camouflage film.

본 발명에 따르면, 반응성 나노입자를 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물로 표면처리 함으로써, 반응성 나노입자를 40 중량% 이상으로 포함하는 반응성 섬유를 구현할 수 있다.According to the present invention, by treating the reactive nanoparticles with a compound containing a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain, a reactive fiber including 40 wt% or more of the reactive nanoparticles can be realized.

또한, 친수성이 매우 높은 UiO-66 및 UiO-66-NH2와 같은 MOF 나노입자와 고분자가 매우 균일하게 분포된 복합체 섬유를 구현할 수 있으며, 제조된 섬유는 신경작용제와 수포작용제를 동시에 분해할 수 있어 이를 통해 화학작용제의 흡착 및 분해용 직물을 구현할 수 있다.In addition, MOF nanoparticles such as UiO-66 and UiO-66-NH 2 , which have very high hydrophilicity, and polymers can be realized in a very uniformly distributed composite fiber, and the prepared fiber can simultaneously disintegrate nerve agent and blister agent. Therefore, it is possible to implement a fabric for adsorption and decomposition of chemical agents.

도 1은 표면 처리된 MOF 나노입자 및 표면 처리되지 않은 MOF 나노입자의 XRD 결정성 분석 결과이다.
도 2는 표면 처리된 MOF 나노입자 및 표면 처리되지 않은 MOF 나노입자의 FT-IR 분석 결과이다.
도 3은 올레산으로 표면처리된 UiO-66-NH2 MOF 나노입자를 통해 제조된 반응성 섬유 및 올레산으로 표면처리되지 않은 UiO-66-NH2 MOF 나노입자를 통해 제조된 반응성 섬유의 SEM 이미지이다.
1 shows XRD crystallinity analysis results of surface treated MOF nanoparticles and untreated MOF nanoparticles.
2 shows the results of FT-IR analysis of surface treated MOF nanoparticles and unsurfaced MOF nanoparticles.
Figure 3 is a SEM image of a reactive fiber made of a reactive fiber and oleic acid prepared in the UiO-66-NH 2 MOF nanoparticles surface treated with oleic acid via UiO-66-NH 2 MOF nanoparticles are not surface-treated.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms used in the present specification are terms used to properly express preferred embodiments of the present invention, which may vary according to user's or operator's intention or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is located "on" another member, this includes not only when one member is in contact with another member but also when another member is present between the two members.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, not to exclude other components.

이하, 본 발명의 반응성 나노입자를 포함하는 반응성 섬유, 이의 제조방법 및 이를 통해 제조된 물품에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, a reactive fiber including the reactive nanoparticles of the present invention, a method for preparing the same, and an article prepared through the same will be described in detail with reference to Examples and drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and drawings.

본 발명의 일 실시예에 따른 반응성 섬유는, 고분자 섬유; 및 상기 고분자 섬유에 분산되어 결착되어 있는 반응성 나노입자;를 포함하고, 상기 반응성 나노입자는, 금속유기얼개(metal organic framework, MOF) 및 표면 개질된 금속유기얼개로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것이고, 상기 반응성 나노입자는, 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물로 표면처리 된 것이다.Reactive fiber according to an embodiment of the present invention, the polymer fiber; And reactive nanoparticles dispersed and bound in the polymer fiber, wherein the reactive nanoparticles include at least one selected from the group consisting of a metal organic framework (MOF) and a surface-modified metal organic earpiece. The reactive nanoparticles are surface treated with a compound containing a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain.

본 발명은 신경작용제 및 수포작용제를 포함한 화학작용제를 흡착 및 분해가능한 것으로 알려진 금속유기얼개(metal organic framework, MOF)를 보호의 등에 적용하고자 하는 목적에서 시작한 것으로, 이를 섬유로 제조하는 경우 친수성 표면 특성으로 인해 고분자와 혼화되지 못하고 MOF 나노 입자들끼리 응집되어 불균일하게 혼합되거나 섬유로 제조하는 과정에서 노즐이 막히는 등 제조가 어렵거나, 섬유로 제조하더라도 섬유 전체에 고르게 분산되지 못하고 표면에 부착되어 쉽게 탈착되므로 보다 높은 차원의 생성물 예컨대, 직물, 나아가 이로부터 제조된 의류까지 발전하기 어려운 단점을 극복하기 위하여 고안된 것이다.The present invention begins with the object of applying a metal organic framework (MOF) known to be capable of adsorbing and degrading chemical agents, including nerve agents and blisters, to the protective clothing, and when making them into fibers, hydrophilic surface properties. Due to this, it is difficult to be mixed with the polymer and the MOF nanoparticles are agglomerated and mixed unevenly or the nozzle is clogged during the manufacturing process of the fiber. It is therefore designed to overcome the disadvantages of developing products of higher dimensions, such as fabrics and even garments made therefrom.

일 측면에 따르면, 상기 반응성 섬유 중, 상기 반응성 나노입자는 40 중량% 내지 75 중량% 인 것일 수 있다.According to one aspect, in the reactive fiber, the reactive nanoparticles may be from 40% by weight to 75% by weight.

본 발명에 따르면, 친수성 표면 특성을 가지는 반응성 나노입자를 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물로 표면처리 함으로써, 반응성 나노입자의 분산성이 크게 향상되고, 이로 인해 반응성 나노입자를 40 중량% 이상, 75 중량% 이하로 포함하는 반응성 섬유를 구현할 수 있다.According to the present invention, by surface-treating the reactive nanoparticles having hydrophilic surface properties with a compound containing a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain, the dispersibility of the reactive nanoparticles is greatly improved, thereby the reactive nanoparticles It can be implemented a reactive fiber comprising at least 40 wt%, 75 wt% or less.

일 측면에 따르면, 상기 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물은, 올레산인 것일 수 있다.According to one aspect, the compound comprising a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain may be oleic acid.

올레산은, 소수성의 긴 사슬과, 산성의 pKa 값을 갖는 카르복실 그룹으로 구성된다. 즉, 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 카르복실 그룹을 포함한다. 상기 올레산을 통해 MOF 나노입자를 표면처리 함으로써, 고르게 분산된 MOF 나노입자를 포함하는 반응성 섬유를 구현할 수 있다.Oleic acid is composed of a hydrophobic long chain and a carboxyl group having an acidic pKa value. That is, it includes a hydrophobic chain and a carboxyl group formed at the end of the hydrophobic chain. By surface treatment of the MOF nanoparticles with the oleic acid, it is possible to implement a reactive fiber including the MOF nanoparticles evenly dispersed.

일 측면에 따르면, 상기 반응성 나노입자는, UiO-66 및 UiO-66-NH2으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an aspect, the reactive nanoparticles may include at least one selected from the group consisting of UiO-66 and UiO-66-NH 2 .

상기 UiO-66 및 UiO-66-NH2 MOF는 기본구조에 중심금속으로 지르코늄, 리간드로 테레프탈산을 포함하는 물질로, 이산화탄소나 메탄 가스등을 흡착하는 것은 물론, 분말 상태로서 화학작용제를 흡착하여 가수분해에 의해 분해할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 이에 방독면의 정화통에 적용될 수 있음이 개시된 바 있으나, 이의 친수성으로 인해 고분자와의 혼화성이 열악하여 섬유화하기 어려웠으며, 특히 이를 40중량% 이상의 높은 함량으로 포함하는 섬유는 제조된 바 없으며, 고분자와 MOF의 복합체 섬유라기보다는 고분자 섬유의 표면에 MOF 입자가 결합된 형태만이 연구되어 왔다.The UiO-66 and UiO-66-NH 2 MOF are materials containing zirconium as a main metal and terephthalic acid as a ligand in the basic structure, as well as adsorbing carbon dioxide or methane gas, as well as adsorbing a chemical agent as a powder to hydrolyze it. It is known that it can be decomposed by, and it has been disclosed that it can be applied to the purifier of gas masks, but due to its hydrophilicity was poor in miscibility with the polymer, it was difficult to fiberize, especially containing a high content of more than 40% by weight Fibers have not been produced, and only the form in which the MOF particles are bonded to the surface of the polymer fiber has been studied, rather than the composite fiber of the polymer and the MOF.

구체적으로, 상기 UiO-66 및 UiO-66-NH2 MOF는 중심금속에 Zr-O/Zr-OH 구조를 포함하므로 친수성을 가져 유기물질인 고분자 등에 분산이 어렵다. 따라서, 전기방사 등으로 방사하더라도, MOF 나노입자들만 뭉쳐지는 현상으로 고분자와 균일하게 혼합이 되지 않으며, 결과적으로 노즐이 막히는 등의 문제가 발생하여 충분한 크기의 직포(매트, mat)로 제조하기 어렵다.Specifically, since the UiO-66 and UiO-66-NH 2 MOF include a Zr-O / Zr-OH structure in the central metal, it is difficult to disperse the polymer in organic materials having hydrophilicity. Therefore, even if radiated by electrospinning, only the MOF nanoparticles are agglomerated and do not mix uniformly with the polymer. As a result, problems such as clogging of the nozzle occur, making it difficult to manufacture a woven fabric of sufficient size (mat, mat). .

반면, 본 발명에 따르면, MOF 나노입자를 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물로 표면처리하여, 나노입자와 고분자가 균일하게 혼합된 반응성 섬유를 구현할 수 있으며, 충분한 크기의 직포로 제조할 수 있다.On the other hand, according to the present invention, by treating the MOF nanoparticles with a compound containing a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain, it is possible to realize a reactive fiber in which nanoparticles and polymers are uniformly mixed, It can be manufactured from a woven fabric.

일 측면에 따르면, 상기 반응성 나노입자의 평균 직경은 100 nm 내지 200 nm인 것일 수 있다. 상기 반응성 나노입자의 평균 입자의 직경이 100 nm 미만으로 작은 경우 촉매로서의 활성을 나타내기 어려운 문제점이 발생할 수 있으며, 200 nm 초과로 큰 경우에는 섬유 형태 자체를 유지하기 어렵거나 섬유의 신축성 등을 저하하여 낮은 자극에도 쉽게 끊어지는 등의 열악한 성질을 나타내는 문제점이 발생할 수 있다.According to one aspect, the average diameter of the reactive nanoparticles may be from 100 nm to 200 nm. If the average particle diameter of the reactive nanoparticles is less than 100 nm, problems may occur that are difficult to exhibit activity as a catalyst. If the average particle size of the reactive nanoparticles is larger than 200 nm, it may be difficult to maintain the fiber form itself or decrease the elasticity of the fiber. Therefore, problems may occur that exhibit poor properties such as being easily broken even at low stimuli.

일 측면에 따르면, 상기 반응성은, 신경작용제, 수포작용제, 산업용 독성물질 및 유독성 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 분해 반응성인 것일 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 반응성 섬유는 화학작용제를 분해할 수 있으며, 이에 제한되지 않고 산업용 독성물질 및 유독성 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 분해할 수 있다.According to one aspect, the reactivity may be at least one degradation reactivity selected from the group consisting of neurological agents, blisters, industrial toxicants and toxic gases. As described above, the reactive fibers of the present invention can decompose chemical agents, and are not limited thereto and can decompose at least one selected from the group consisting of industrial toxic substances and toxic gases.

일 측면에 따르면, 상기 고분자 섬유는 전기 방사가 가능한 고분자 섬유이고, 폴리아크릴로니트릴 섬유(polyacrylonitrile fiber)인 것일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않으며, 상기 반응성 나노입자와 혼합되어 전기 방사가 가능한 고분자 섬유라면 제한 없이 적용할 수 있다.According to one aspect, the polymer fiber is a polymer fiber capable of electrospinning, it may be a polyacrylonitrile fiber (polyacrylonitrile fiber). However, the present invention is not limited thereto and may be applied without limitation as long as the polymer fiber is mixed with the reactive nanoparticles to enable electrospinning.

본 발명의 일 실시예에 따른 반응성 섬유의 제조방법은, 금속유기얼개(metal organic framework, MOF) 및 표면 개질된 금속유기얼개로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 반응성 나노입자를 제조하는 단계; 상기 제조된 반응성 나노입자 표면을 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물로 처리하여, 표면 처리된 반응성 나노입자를 제조하는 단계; 상기 표면 처리된 반응성 나노입자 및 고분자 섬유를 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 용액을 전기방사 하는 단계;를 포함한다.Method for producing a reactive fiber according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing at least one reactive nanoparticles selected from the group consisting of metal organic framework (MOF) and surface-modified metal organic dog; Preparing the surface-treated reactive nanoparticles by treating the prepared reactive nanoparticle surface with a compound including a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain; Preparing a mixed solution by mixing the surface treated reactive nanoparticles and polymer fibers; And electrospinning the mixed solution.

본 발명에 따르면, 반응성 나노입자 표면을 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물로 처리하여, 표면 처리된 반응성 나노입자를 제조하는 단계를 포함함으로써, 용융상태의 고분자에 고르게 분산되지 못하고 MOF 입자끼리 응집되는 현상을 획기적으로 개선하여, 통상적인 전기방사 방법을 통해 고르게 분산된 MOF 나노입자를 포함하는 반응성 섬유를 제조할 수 있다.According to the present invention, by treating the surface of the reactive nanoparticles with a compound containing a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain, to prepare a surface-treated reactive nanoparticles, thereby uniformly dispersed in the molten polymer In this case, the phenomenon of aggregation of MOF particles is greatly improved, and a reactive fiber including MOF nanoparticles evenly dispersed through a conventional electrospinning method can be manufactured.

일 측면에 따르면, 상기 반응성 나노입자를 제조하는 단계는, 촉진제를 통해 평균 직경이 100 nm 내지 200 nm인 반응성 나노입자를 제조하는 것일 수 있다.According to one aspect, the step of preparing the reactive nanoparticles, it may be to prepare a reactive nanoparticle having an average diameter of 100 nm to 200 nm through an accelerator.

일 측면에 따르면, 상기 촉진제는 벤조산 및 아세트 산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect, the promoter may be at least one selected from the group consisting of benzoic acid and acetic acid.

본래의 환류 합성법에 일종의 촉진제(modulator)를 적용함으로써, 평균 직경이 100 nm 내지 200 nm인 것을 만족하는 균일한 크기의 나노 입자를 제조할 수 있으며, Lab scale로 제조한 합성결과와 비교했을 때도 높은 결정성을 보유하고 균일한 나노입자를 제조할 수 있다.By applying a kind of modulator to the original reflux synthesis method, it is possible to produce nanoparticles of uniform size satisfying an average diameter of 100 nm to 200 nm, which is high even when compared to the synthesis results produced on a lab scale. It is possible to produce uniform nanoparticles with crystallinity.

일 측면에 따르면, 상기 표면 처리된 반응성 나노입자를 제조하는 단계는, 상기 반응성 나노입자, 상기 화합물 및 용매를 1 : 0.8 내지 1.2 : 5 내지 10의 중량비로 혼합한 후 교반하여 수행하는 것일 수 있다.According to one aspect, the step of preparing the surface-treated reactive nanoparticles, it may be performed by mixing the reactive nanoparticles, the compound and the solvent in a weight ratio of 1: 0.8 to 1.2: 5 to 10 and stirred. .

일 측면에 따르면, 상기 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물은, 올레산인 것일 수 있다.According to one aspect, the compound comprising a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain may be oleic acid.

일 측면에 따르면, 상기 반응성 나노입자는, UiO-66 및 UiO-66-NH2으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an aspect, the reactive nanoparticles may include at least one selected from the group consisting of UiO-66 and UiO-66-NH 2 .

일 측면에 따르면, 상기 혼합 용액은, 상기 반응성 나노입자를 40 중량% 내지 75 중량% 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect, the mixed solution may include 40 wt% to 75 wt% of the reactive nanoparticles.

본 발명의 일 실시예에 따른 화학작용제의 흡착 및 분해용 직물은, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성 섬유 또는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성 섬유의 제조방법을 통해 제조된 반응성 섬유로 직조된 것이다.Fabric for adsorption and decomposition of the chemical agent according to an embodiment of the present invention, weaving with a reactive fiber prepared through a reactive fiber according to an embodiment of the present invention or a method for producing a reactive fiber according to an embodiment of the present invention It is.

본 발명은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성 섬유 또는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성 섬유의 제조방법을 통해 제조된 반응성 섬유로 직조된, 화학작용제 흡착 및 분해용 직물을 제공한다. 예컨대, 본 발명에 따른 반응성 섬유는 UiO-66 및 UiO-66-NH2 MOF를 전체 고분자의 40중량% 이상의 높은 함량으로 포함하면서도 MOF 입자끼리 엉기거나 고분자와 분리되지 않고, 고분자 내 및/또는 표면에 균일하게 분포되어 일반 섬유와 같은 형태로 제공될 수 있으므로 전기방사 방식으로 UiO-66 및 UiO-66-NH2 MOF가 고르게 분포된 직물로 제조할 수 있다.The present invention provides a woven fabric for chemical agent adsorption and decomposition, which is woven from a reactive fiber according to an embodiment of the present invention or a reactive fiber produced through the method for producing a reactive fiber according to an embodiment of the present invention. For example, the reactive fiber according to the present invention contains UiO-66 and UiO-66-NH 2 MOF in a high content of 40% by weight or more of the entire polymer, but does not entangle or separate the MOF particles from each other, Since it can be uniformly distributed in the form of a general fiber, UiO-66 and UiO-66-NH 2 MOF can be produced in a uniformly distributed fabric by electrospinning.

일 측면에 따르면, 발수발유(撥水撥油) 천 및 활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나;를 더 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect, at least one selected from the group consisting of water and oil repellent (천 水 撥 油) cloth and activated carbon fiber (Activated Carbon Fiber); may be further included.

일 측면에 따르면, 상기 반응성 섬유, 상기 발수발유(撥水撥油) 천 및 상기 활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber)가, 상기 순서 또는 이와 다른 순서로 적층된 다중층 복합직물 형태인 것일 수 있다.According to one aspect, the reactive fiber, the water and oil repellent cloth and the activated carbon fiber (Activated Carbon Fiber), may be in the form of a multi-layer composite fabric laminated in the order or otherwise. .

일 측면에 따르면, 반응성 섬유, 발수발유(撥水撥油) 기능 외피, 활성탄소섬유 및 면 소재를 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect, it may be to include a reactive fiber, water and oil repellent (외 水 撥 油) functional sheath, activated carbon fiber and cotton material.

상기 발수발유(撥水撥油) 기능 외피는 복합 보호직물의 외피로 구성되어, 화학작용제의 침투를 근본적으로 방지하는 역할을 수행할 수 있다.The water- and oil-repellent (撥 油水 기능) functional sheath is composed of the outer shell of the composite protective fabric, it can serve to fundamentally prevent the penetration of chemical agents.

상기 반응성 섬유는 반응성 나노입자를 포함하며, 침투된 화학작용제를 분해하는 역할을 수행할 수 있다.The reactive fiber includes reactive nanoparticles and may serve to decompose the penetrating chemical agent.

상기 활성탄소섬유는 화학작용제를 분해하는 과정에서 발생할 수 있는 잔류 가스를 흡착하여 제거할 수 있다.The activated carbon fiber may be removed by adsorbing residual gas that may occur in the process of decomposing the chemical agent.

상기 면 소재는 피부를 보호하기 위해 내피에 적층되는 것일 수 있다.The cotton material may be laminated on the endothelium to protect the skin.

즉, 본 발명에 따른 화학작용제의 흡착 및 분해용 직물은 다중 층 형태인 것일 수 있으며, 효과적으로 화학작용제 및 유해가스로부터 효과적으로 신체를 보호할 수 있다.That is, the fabric for adsorption and decomposition of the chemical agent according to the present invention may be in the form of a multi-layer, it can effectively protect the body from chemical agents and harmful gases.

일 측면에 따르면, 에어로졸 및 미세 액상입자를 더욱 효과적으로 차단하기 위하여 발수발유(撥水撥油) 기능을 갖춘 면, 폴리에스터 혼방 소재를 적층하여 사용할 수 있다.According to one aspect, in order to more effectively block the aerosol and fine liquid particles can be used by laminating a cotton, polyester blend material having a water and oil repellent (撥 水 撥 油) function.

일 측면에 따르면, 내부로 침투되는 유독성 가스 및 화학작용제를 더욱 효과적으로 흡착 제거하기 위해 활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber)를 적층하여 사용할 수 있다.According to one aspect, in order to more effectively absorb and remove toxic gases and chemical agents that penetrate into the inside can be used by stacking activated carbon fibers (Activated Carbon Fiber).

일 측면에 따르면, 땀, 증기 등이 선택적으로 배출되는 선택적 투과막인 멤브레인 소재 또는 자가호흡 기구(SCBA, Self-Contained Breathing Apparatus)를 적층하여 사용할 수 있다.According to one aspect, a membrane material or a self-contained breathing apparatus (SCBA), which is a selective permeable membrane through which sweat, steam, etc. are selectively discharged, may be stacked and used.

본 발명의 일 실시예에 따른 물품은, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학작용제의 흡착 및 분해용 직물로 제조된 것이다.An article according to one embodiment of the invention is made of a fabric for adsorption and decomposition of a chemical agent according to one embodiment of the invention.

일 측면에 따르면, 보호의, 방독면, 정화통, 전투복, 야전 천막 및 위장막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 현재 사용 중인 보호의는 단순 흡착제를 사용하여 흡착하는 형태로, 흡착 후 재활용이 어려운 1회성 섬유소재라는 한계가 있다. 그러나 본 발명에서의 반응성 나노입자는, 상술한 바와 같이, 단순 흡착제가 아니며, 흡착과 동시에 화학작용제 분해 촉매로 작용하기 때문에 재사용이 가능하다는 장점을 갖는다.According to one aspect, it may include at least one selected from the group consisting of a protective, gas mask, purifier, combat suit, field tent and camouflage film. However, it is not limited thereto. For example, the protective clothing currently in use is in the form of adsorption using a simple adsorbent, and has a limitation of being a disposable fiber material that is difficult to recycle after adsorption. However, the reactive nanoparticles in the present invention, as described above, are not simple adsorbents, and have the advantage of being reusable because they act as chemical decomposition catalysts at the same time as adsorption.

이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following examples.

본 발명의 구체적인 실시예에서는, Swatch test를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 UiO-66 및 UiO-66-NH2 MOF 나노입자를 포함하는 고분자 섬유로 직조한 직물이 기존의 흡착제를 포함하는 보호의에 비해 실제 알려진 화학작용제인 신경작용제 및 수포작용제에 대해 우수한 분해능을 갖는 것을 확인하였다.In a specific embodiment of the present invention, through the Swatch test, the fabric woven from polymer fibers containing UiO-66 and UiO-66-NH 2 MOF nanoparticles according to an embodiment of the present invention includes a conventional adsorbent It was confirmed that it has an excellent resolution for the neurological and blistering agents which are actually known chemical agents as compared to the protective clothing.

실시예Example

<Zr-MOF 나노입자 제조(UiO-66, UiO-66-NH<Zr-MOF Nanoparticles Manufacturing (UiO-66, UiO-66-NH 22 )>)>

UiO-66 제조UiO-66 Manufacturing

50L 부피의 플라스틱 용기에 14 mol의 ZrOCl2·8H2O와 14 mol의 테레프탈산 (terephthalic acid, H2BDC)을 첨가한 후, 여기에 다시 N,N'-디메틸포름아미드 (DMF) 용매 11.84 kg 를 첨가하였다. 상기 혼합물에 37% HCl 수용액 780 g, 물 2.01 kg을 추가로 넣고 상기의 반응물을 상온에서 50 rpm으로 20분간 교반하면서 혼합하였다.14 mol of ZrOCl 2 · 8H 2 O and 14 mol of terephthalic acid (H2BDC) were added to a 50 L plastic container, followed by 11.84 kg of N, N'-dimethylformamide (DMF) solvent. It was. 780 g of 37% HCl aqueous solution and 2.01 kg of water were further added to the mixture, and the reaction mixture was mixed with stirring at 50 rpm for 20 minutes at room temperature.

상기 반응물을 환류 반응이 가능한 50 L 유리 반응기에 옮겨 넣고 유기겔을 형성시키기 위해 상온에서 90℃까지 분당 5℃의 승온 속도로 올린 후, 여기서, 겔용액의 점도가 300 cps 가 되면, 상기 온도에서 교반속도를 감속하여 교반하면서 3시간 유지하였다. 그런 다음 상기의 반응물을 다시 120℃까지 올린 후 12시간 유지하여 결정화 반응을 수행한 후 분당 1℃ 이하의 냉각속도로 실온까지 냉각하였다.The reactant was transferred to a 50 L glass reactor capable of reflux reaction and raised to a temperature increase rate of 5 ° C. per minute from room temperature to 90 ° C. to form an organic gel, where the viscosity of the gel solution reached 300 cps at this temperature. The stirring speed was reduced and maintained for 3 hours while stirring. Then, the reaction product was raised to 120 ° C. again and held for 12 hours to carry out a crystallization reaction, and then cooled to room temperature at a cooling rate of 1 ° C. or less per minute.

합성 후 다공성 유무기 혼성체가 함유된 슬러리 용액은 일단 상온에서 가압 필터로 여과하고, N,N'-디메틸포름아미드 용매로 세척하였다. 여과된 다공성 유무기 혼성체 분말은 다시 N,N'-디메틸포름아미드 용매가 포함된 SUS 316 재질의 반응기에 첨가한 후 70℃에서 3시간 교반하면서 분말에 포함된 미반응 유기산 리간드와 이온들을 용해시키고, 가압 필터에서 여과하였다. 이 때 사용된 N,N'-디메틸포름아미드 용매는 분말 대비 10 몰비로 사용되었다. 여과된 분말에 다시 메탄올을 넣고 60℃에서 3시간 교반하면서 미반응된 금속전구체 및 이온들을 세척한 후 건조 오븐에서 70 ~ 100℃ 에서 12시간 동안 건조하여 지르코늄계 UiO-66 MOF 나노입자를 얻었다.After synthesis, the slurry solution containing the porous organic-inorganic hybrid was once filtered through a pressure filter at room temperature, and washed with a N, N'-dimethylformamide solvent. The filtered porous organic-inorganic hybrid powder was added to a reactor made of SUS 316 containing N, N'-dimethylformamide solvent and stirred at 70 ° C for 3 hours to dissolve unreacted organic acid ligands and ions contained in the powder. And filtered in a pressure filter. The N, N'-dimethylformamide solvent used at this time was used in a 10 molar ratio compared to the powder. Methanol was added to the filtered powder and the unreacted metal precursors and ions were washed with stirring at 60 ° C. for 3 hours and then dried in a drying oven at 70-100 ° C. for 12 hours to obtain zirconium-based UiO-66 MOF nanoparticles.

UiO-66-NHUiO-66-NH 22 제조 Produce

UiO-66-NH2를 제조하기 위해, 상기 UiO-66에 10 mmol의 2-아미노테레프탈산을 사용하여, 반응조건은 155℃에서 28시간 동안 교반하였다. 그리고 생성된 고체 분말을 여과하고 디클로로메탄으로 충분히 세척한 다음 75℃, 10 mmHg의 진공상태에서 14시간 동안 건조하여 최종적으로 UiO-66-NH2를 얻었다.To prepare UiO-66-NH 2 , using 10 mmol of 2-aminoterephthalic acid in UiO-66, the reaction conditions were stirred at 155 ° C. for 28 hours. The resulting solid powder was filtered, washed well with dichloromethane, and then dried at 75 ° C. in a vacuum of 10 mmHg for 14 hours to obtain UiO-66-NH 2 .

<올레산 첨가에 의한 표면 처리된 MOF 나노입자 제조><Preparation of Surface-treated MOF Nanoparticles by Addition of Oleic Acid>

상기와 같이 제조한 UiO-66-NH2 MOF 나노입자와 올레산(oleic acid) 그리고 에탄올을 질량비 1:1:5~10의 비율로 혼합 후 교반하였다. 혼합물을 2배 부피의 물에 분산하여 원심분리하고 세척하여, 올레산으로 개질된 UiO-66-NH2 MOF 나노입자를 얻었다.UiO-66-NH 2 MOF nanoparticles prepared as described above, oleic acid (oleic acid) and ethanol were mixed and mixed in a ratio of 1: 1: 5 ~ 10 by mass ratio. The mixture was dispersed in 2 volumes of water, centrifuged and washed to obtain UiO-66-NH 2 MOF nanoparticles modified with oleic acid.

상술한 방법으로 표면 처리된 MOF 나노입자에 대하여, 처리 전후의 XRD 결정성 분석, 및 FT-IR 분석을 수행하였다.For MOF nanoparticles surface-treated by the method described above, XRD crystallinity analysis and FT-IR analysis before and after treatment were performed.

도 1은 표면 처리된 MOF 나노입자 및 표면 처리되지 않은 MOF 나노입자의 XRD 결정성 분석 결과이다.1 shows XRD crystallinity analysis results of surface treated MOF nanoparticles and untreated MOF nanoparticles.

도 2는 표면 처리된 MOF 나노입자 및 표면 처리되지 않은 MOF 나노입자의 FT-IR 분석 결과이다.2 shows the results of FT-IR analysis of surface treated MOF nanoparticles and unsurfaced MOF nanoparticles.

도 1을 참조하면, 올레산 첨가 전후의 XRD 패턴에는 차이가 없었으며, 이는 올레산으로의 표면처리 후에도 미처리 UiO-66-NH2와 동일한 결정구조를 유지함을 알 수 있다.Referring to Figure 1, there was no difference in the XRD pattern before and after the addition of oleic acid, it can be seen that it maintains the same crystal structure as the untreated UiO-66-NH 2 even after surface treatment with oleic acid.

도 2를 참조하면. 올레산 첨가 전후의 MOF 나노입자의 FT-IR 패턴 변화로부터, MOF 나노입자에 올레산이 혼합되어 있음을 확인할 수 있다. 구체적으로, 올레산 첨가 후 MOF의 스펙트럼은 2926 cm-1와 2851 cm-1에서 C-H에 상응하는 피크와 1700 cm-1에서 C=O에 상응하는 추가적인 피크가 확인(도 2 (b))되었다.Referring to FIG. 2. From the FT-IR pattern change of MOF nanoparticles before and after the addition of oleic acid, it can be confirmed that oleic acid is mixed with the MOF nanoparticles. Specifically, the spectrum of the MOF after the addition of oleic acid showed a peak corresponding to CH at 2926 cm −1 and 2851 cm −1 and an additional peak corresponding to C═O at 1700 cm −1 (FIG. 2 (b)).

<전기방사를 통한 반응성 섬유의 제조>Preparation of Reactive Fibers by Electrospinning

폴리아크릴로니트릴과 상기 올레산으로 표면처리된 UiO-66-NH2 MOF 나노입자를 혼합하고 일정한 속도로 방사장치에 투입하여, 전기 방사법을 이용해 고분자 중에 MOF 나노입자가 고르게 분산된 반응성 섬유를 얻었다.UiO-66-NH 2 MOF nanoparticles surface-treated with polyacrylonitrile and the oleic acid were mixed and introduced into a spinning device at a constant rate to obtain reactive fibers in which the MOF nanoparticles were evenly dispersed in the polymer by electrospinning.

비교예Comparative example

비교를 위해 올레산으로 표면처리되지 않은 UiO-66-NH2 MOF 나노입자를 통해 실시예와 동일한 방식으로 반응성 섬유를 제조하였다.Reactive fibers were prepared in the same manner as in Example through UiO-66-NH 2 MOF nanoparticles not surface-treated with oleic acid for comparison.

도 3은 올레산으로 표면처리된 UiO-66-NH2 MOF 나노입자를 통해 제조된 반응성 섬유 및 올레산으로 표면처리되지 않은 UiO-66-NH2 MOF 나노입자를 통해 제조된 반응성 섬유의 SEM 이미지이다.Figure 3 is a SEM image of a reactive fiber made of a reactive fiber and oleic acid prepared in the UiO-66-NH 2 MOF nanoparticles surface treated with oleic acid via UiO-66-NH 2 MOF nanoparticles are not surface-treated.

구체적으로 도 3 (a)는 및 올레산으로 표면처리되지 않은 UiO-66-NH2 MOF 나노입자를 통해 제조된 반응성 섬유의 SEM 이미지이고, 도 3 (b)는 올레산으로 표면처리된 UiO-66-NH2 MOF 나노입자를 통해 제조된 반응성 섬유의 SEM 이미지이다.Specifically, (a) of FIG. 3 is an SEM image of a reactive fiber prepared through UiO-66-NH 2 MOF nanoparticles not surface-treated with oleic acid, and FIG. 3 (b) shows UiO-66- surface-treated with oleic acid. SEM image of reactive fibers made through NH 2 MOF nanoparticles.

도 3을 참조하면, 올레산으로 표면처리되지 않은 MOF를 함유하는 고분자 용액으로부터 제조된 섬유는 섬유 전체에 MOF 입자가 고르게 분포하지 못하고 서로 응집되어 있는 반면(도 3 (a)), 올레산으로 표면처리하여 혼화성이 향상된 MOF를 이용하여 제조한 섬유는 섬유 전체에 MOF 입자가 고르게 분포 및 흡착된 것을 알 수 있다.(도 3 (b))Referring to FIG. 3, fibers prepared from a polymer solution containing MOF not surface-treated with oleic acid are aggregated with each other without uniformly distributing MOF particles throughout the fiber (FIG. 3 (a)). Thus, the fiber prepared by using the MOF with improved miscibility can be seen that evenly distributed and adsorbed MOF particles throughout the fiber (Fig. 3 (b)).

평가예Evaluation example

미 국방성의 Permeation Testing of Materials With Chemical Agents or Simulants (Swatch Testing) 프로토콜에 따라, 기존 흡착제 보호의에 대비한 본 발명의 화학작용제 흡착 및 분해용 직물로 제조된 보호의의 성능을 비교 평가하였으며, 평가 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.According to the US Department of Defense's Permeation Testing of Materials With Chemical Agents or Simulants (Swatch Testing) protocol, the performance of protective clothing prepared from the fabric for adsorption and decomposition of the chemical agent of the present invention against the existing adsorbent protective clothing was compared and evaluated. The results are shown in Table 1 below.

시료sample 신경작용제
(μg/cm2)
Nerve agent
(μg / cm 2 )
사용량usage 수포작용제
(μg/cm2)
Blister
(μg / cm 2 )
사용량usage
비교예Comparative example 1.251.25 0.500.50 4.004.00 0.500.50 실시예Example 0.410.41 0.150.15 1.581.58 0.500.50

상기 성능평가 결과는 사용량과 성능 값이 적을수록 우수한 것을 의미하며, 상기 표 1을 통해 본 발명에 따라 올레산으로 표면처리하여 혼화성이 향상된 MOF를 이용하여 제조한 실시예의 섬유는 기존의 흡착제 보호 섬유에 비해 신경작용제와 수포작용제에 대해 현저히 우수한 흡착 및/또는 분해 성능을 가짐을 알 수 있다.The results of the performance evaluation means that the less the amount of use and performance value is superior, the fiber of the embodiment prepared using MOF improved surface miscibility by surface treatment with oleic acid according to the present invention through Table 1 is a conventional adsorbent protective fiber It can be seen that it has a remarkably good adsorption and / or degradation performance for neuro- and blisters compared to.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the techniques described may be performed in a different order than the described method, and / or the components described may be combined or combined in a different form than the described method, or replaced or substituted by other components or equivalents. Appropriate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims which follow.

Claims (17)

고분자 섬유; 및
상기 고분자 섬유에 분산되어 결착되어 있는 반응성 나노입자;
를 포함하는 반응성 섬유로서,
상기 반응성 나노입자는, UiO-66 및 UiO-66-NH2으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것이고,
상기 반응성 나노입자는, 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물로 표면처리되고,
상기 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물은, 올레산이고,
상기 반응성 섬유 중, 상기 반응성 나노입자는 40 중량% 내지 75 중량%이고,
상기 반응성 나노입자의 평균 직경은 100 nm 내지 200 nm인 것인,
화학작용제의 흡착 및 분해용 직물을 위한, 반응성 섬유.
Polymer fibers; And
Reactive nanoparticles dispersed and bound in the polymer fibers;
As a reactive fiber containing,
The reactive nanoparticles include at least one selected from the group consisting of UiO-66 and UiO-66-NH 2 ,
The reactive nanoparticles are surface treated with a compound containing a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain,
The compound containing a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain is oleic acid,
Among the reactive fibers, the reactive nanoparticles are 40 wt% to 75 wt%,
The average diameter of the reactive nanoparticles is 100 nm to 200 nm,
Reactive fibers, for fabrics for adsorption and decomposition of chemical agents.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 반응성은, 신경작용제, 수포작용제, 산업용 독성물질 및 유독성 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 분해 반응성인 것인,
반응성 섬유.
The method of claim 1,
The reactivity is at least one decomposition reactivity that is selected from the group consisting of neurological agents, blisters, industrial toxicants and toxic gases,
Reactive fiber.
제1항에 있어서,
상기 고분자 섬유는 전기 방사가 가능한 고분자 섬유이고,
폴리아크릴로니트릴 섬유(polyacrylonitrile fiber)인 것인,
반응성 섬유.
The method of claim 1,
The polymer fiber is a polymer fiber capable of electrospinning,
It is a polyacrylonitrile fiber,
Reactive fiber.
UiO-66 및 UiO-66-NH2으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 반응성 나노입자를 제조하는 단계;
상기 제조된 반응성 나노입자 표면을 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물로 처리하여, 표면 처리된 반응성 나노입자를 제조하는 단계;
상기 표면 처리된 반응성 나노입자 및 고분자 섬유를 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 및
상기 혼합 용액을 전기방사 하는 단계;를 포함하고,
상기 반응성 나노입자를 제조하는 단계는, 촉진제를 통해 평균 직경이 100 nm 내지 200 nm인 반응성 나노입자를 제조하고,
상기 소수성 사슬 및 상기 소수성 사슬말단에 형성된 친수성 작용기를 포함하는 화합물은, 올레산이고,
상기 혼합 용액은, 상기 반응성 나노입자를 40 중량% 내지 75 중량% 포함하는 것인,
화학작용제의 흡착 및 분해용 직물을 위한, 반응성 섬유의 제조방법.
Preparing at least one reactive nanoparticle selected from the group consisting of UiO-66 and UiO-66-NH 2 ;
Preparing the surface-treated reactive nanoparticles by treating the prepared reactive nanoparticle surface with a compound including a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain;
Preparing a mixed solution by mixing the surface treated reactive nanoparticles and polymer fibers; And
Electrospinning the mixed solution; and
The step of preparing the reactive nanoparticles, to prepare a reactive nanoparticle having an average diameter of 100 nm to 200 nm through an accelerator,
The compound containing a hydrophobic chain and a hydrophilic functional group formed at the end of the hydrophobic chain is oleic acid,
The mixed solution, 40% to 75% by weight of the reactive nanoparticles,
A process for preparing reactive fibers, for fabrics for adsorption and decomposition of chemical agents.
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 촉진제는 벤조산 및 아세트 산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인,
반응성 섬유의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The accelerator comprises at least one selected from the group consisting of benzoic acid and acetic acid,
Method of Making Reactive Fibers.
제7항에 있어서,
상기 표면 처리된 반응성 나노입자를 제조하는 단계는,
상기 반응성 나노입자, 상기 화합물 및 용매를 1 : 0.8 내지 1.2 : 5 내지 10의 중량비로 혼합한 후 교반하여 수행하는 것인,
반응성 섬유의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Preparing the surface-treated reactive nanoparticles,
The reaction is performed by mixing the reactive nanoparticles, the compound and the solvent in a weight ratio of 1: 0.8 to 1.2: 5 to 10,
Method of Making Reactive Fibers.
삭제delete 삭제delete 제1항의 반응성 섬유 또는 제7항의 반응성 섬유의 제조방법을 통해 제조된 반응성 섬유로 직조된,
화학작용제의 흡착 및 분해용 직물.
Woven from a reactive fiber prepared by the method of producing a reactive fiber of claim 1 or a reactive fiber of claim 7,
Fabric for adsorption and decomposition of chemical agents.
제13항에 있어서,
발수발유(撥水撥油) 천 및 활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나;를 더 포함하는 복합직물 형태인 것인,
화학작용제의 흡착 및 분해용 직물.
The method of claim 13,
It is in the form of a composite fabric further comprising; at least one selected from the group consisting of water and oil repellent cloth and activated carbon fiber (Activated Carbon Fiber),
Fabric for adsorption and decomposition of chemical agents.
삭제delete 제13항에 따른 화학작용제의 흡착 및 분해용 직물로 제조된,
물품
Made of a fabric for adsorption and decomposition of the chemical agent according to claim 13,
article
제16항에 있어서,
보호의, 방독면, 정화통, 전투복, 야전 천막 및 위장막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인,
물품.

The method of claim 16,
It includes at least one selected from the group consisting of protective clothing, gas mask, purifier, battle suit, field tent and camouflage film,
article.

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