KR102467629B1 - Graphene wet spinning coagulating bath and method for manufacturing graphene oxide fiber using the same - Google Patents

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Abstract

그래핀 습식 방사 응고욕 및 이를 포함하는 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법은 그래핀 옥사이드 시트 및 분산매를 포함하는 그래핀 옥사이드 분산액을 준비하는 단계, 분산매를 밀어내는 응고용매, 그래핀 옥사이드 시트 사이에 가교를 형성하는 가교제 및 응고용매 및 가교제를 혼합시키는 유화제를 포함하는 응고욕 내에, 분산액을 방사하여 그래핀 옥사이드 겔 섬유를 제조하는 단계 및 그래핀 옥사이드 겔 섬유를 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 습식 방사를 이용한 그래핀 옥사이드 섬유 제조에 있어, 방사 시 그래핀 옥사이드 겔 섬유의 수축속도 및 건조속도를 조절할 수 있는 유기계 응고욕을 제공할 수 있다. 이에 따라, 제조되는 그래핀 옥사이드 섬유는, 우수한 구조적 안정성을 발휘할 수 있으며 다양한 물질과의 하이브리드(hybrid)가 가능할 수 있다.Provided is a graphene wet spinning coagulation bath and a method for manufacturing graphene oxide fibers including the same. A method for manufacturing a graphene oxide fiber according to the present invention includes preparing a graphene oxide dispersion containing a graphene oxide sheet and a dispersion medium, a coagulation solvent that pushes the dispersion medium, a crosslinking agent and a coagulation solvent that form a bridge between the graphene oxide sheets and preparing graphene oxide gel fibers by spinning the dispersion in a coagulation bath containing an emulsifier for mixing a crosslinking agent and drying the graphene oxide gel fibers. According to the present invention, in the manufacture of graphene oxide fibers using wet spinning, it is possible to provide an organic coagulation bath capable of controlling the shrinkage rate and drying rate of graphene oxide gel fibers during spinning. Accordingly, the prepared graphene oxide fibers may exhibit excellent structural stability and may be hybridized with various materials.

Description

그래핀 습식방사 응고욕 및 이를 이용한 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법 {Graphene wet spinning coagulating bath and method for manufacturing graphene oxide fiber using the same}Graphene wet spinning coagulating bath and method for manufacturing graphene oxide fiber using the same {Graphene wet spinning coagulating bath and method for manufacturing graphene oxide fiber using the same}

본 발명은 응고액에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 그래핀 습식방사용 응고액에 관한 것이다.The present invention relates to a coagulation solution, and more particularly, to a coagulation solution for graphene wet spinning.

그래핀(Graphene), 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)와 같은 나노탄소계열 물질은 전기적 특성, 열적 특성, 유연성, 기계적 강도가 매우 우수하여 차세대 전자 재료, 방열 재료, 초고강도 구조 재료로 이용되는 첨단 소재이다. Nano carbon-based materials such as graphene and carbon nanotube (CNT) have excellent electrical properties, thermal properties, flexibility, and mechanical strength, so they are used as next-generation electronic materials, heat dissipation materials, and ultra-high strength structural materials. It is a high-tech material.

특히, 그래핀은 탄소 원자들이 sp2 혼성으로 육각형 벌집 모양의 격자구조를 이루는 2차원 구조의 탄소 동소체로서, 단층 그래핀의 두께는 탄소원자 1개의 두께인 0.2 내지 0.3 nm이다. 그래핀은 높은 전기전도성과 비표면적을 가지므로 슈퍼캐패시터, 센서, 배터리, 액추에이터 용도의 전극(전극 활물질), 터치패널, 플렉서블 디스플레이, 고효율 태양전지, 방열필름, 코팅 재료, 바닷물 담수화 필터, 이차전지용 전극, 초고속 충전기 등 다양한 분야에 이용되고 있다. In particular, graphene is a carbon allotrope of a two-dimensional structure in which carbon atoms form a hexagonal honeycomb lattice structure by sp 2 hybridization, and the thickness of single-layer graphene is 0.2 to 0.3 nm, which is the thickness of one carbon atom. Since graphene has high electrical conductivity and specific surface area, it is used in supercapacitors, sensors, batteries, electrodes (electrode active material) for actuators, touch panels, flexible displays, high-efficiency solar cells, heat dissipation films, coating materials, seawater desalination filters, and secondary batteries. It is used in various fields such as electrodes and ultra-fast chargers.

이러한 우수한 나노탄소계열 물질의 물성을 이용하는 것은, 현재 화학 기상 증착법 등을 활용한 분자 단위의 탄소나노튜브 및 그래핀에서는 실현되고 있으나, 벌크 단위에서는 대면적 및 대량 합성, 균일한 나노탄소 결정 구조 실현의 어려움으로 인하여 그 우수한 특성이 효과적으로 발현되지 못하는 실정이다.The use of these excellent properties of nano-carbon-based materials is currently being realized in molecular-level carbon nanotubes and graphene using chemical vapor deposition, etc., but in the bulk unit, large-area and mass synthesis and uniform nano-carbon crystal structure are realized Due to the difficulties of the situation, the excellent characteristics are not effectively expressed.

최근에는 대량 생산된 그래핀 옥사이드 및 산화 탄소나노튜브를 연결 매체 혹은 그래핀 층간의 반데르발스 힘을 통해 대면적화 및 조밀화하여 그래핀의 우수한 물성을 벌크 단위로 확장하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 이러한 기술 중에서 나노탄소 섬유 방사기술은 그래핀 층의 배향성과 상호작용을 극대화함으로서 나노탄소의 기계적 물성뿐만 아니라 전기적, 열적 특성을 극대화할 수 있는 기술로 각광받고 있다. 여기에서 나노탄소의 섬유화는 일반적으로 나노탄소 분산액 그래핀 층간의 반발력을 줄일 수 있는 응고욕에 방사하여 나노탄소를 선형으로 응집시킴으로써 실현될 수 있다. Recently, research is being conducted to expand the excellent physical properties of graphene in a bulk unit by enlarging and densifying mass-produced graphene oxide and carbon nanotubes through a connecting medium or van der Waals forces between graphene layers. Among these technologies, nano-carbon fiber spinning technology is in the limelight as a technology that can maximize electrical and thermal properties as well as mechanical properties of nano-carbon by maximizing the orientation and interaction of graphene layers. Herein, fiberization of nanocarbon can be generally realized by linearly aggregating nanocarbon by spinning in a coagulation bath capable of reducing the repulsive force between graphene layers of the nanocarbon dispersion.

예를 들어, 에틸 아세테이트와 같은 응고용매만을 사용하는 기존의 응고욕의 경우 섬유의 수축속도와 건조속도를 매우 빠르게 하는 문제점이 있다. 이러한 빠른 수축속도는 섬유의 구조적 결함(defect)을 형성하고, 빠른 건조속도는 섬유를 다루기 어렵게 하는 요인이 된다. For example, in the case of a conventional coagulation bath using only a coagulation solvent such as ethyl acetate, there is a problem in that the shrinkage rate and drying rate of fibers are very fast. Such a fast shrinkage rate forms a structural defect of the fiber, and a fast drying rate becomes a factor that makes it difficult to handle the fiber.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0144900호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0144900

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 습식 방사를 이용한 그래핀 옥사이드 섬유 제조에 있어, 방사 시 그래핀 섬유의 수축속도 및 건조속도를 조절할 수 있는 유기계 응고욕을 제공함에 있다. The problem to be solved by the present invention is to provide an organic coagulation bath capable of controlling the shrinkage rate and drying rate of graphene fibers during spinning in the manufacture of graphene oxide fibers using wet spinning.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법을 제공한다. 상기 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법은, 그래핀 옥사이드 시트 및 분산매를 포함하는 그래핀 옥사이드 분산액을 준비하는 단계, 상기 분산매를 밀어내는 응고용매, 상기 그래핀 옥사이드 시트 사이에 가교를 형성하는 가교제 및, 상기 응고용매 및 상기 가교제를 혼합시키는 유화제를 포함하는 응고욕 내에, 상기 분산액을 방사하여 그래핀 옥사이드 겔 섬유를 제조하는 단계 및 상기 그래핀 옥사이드 겔 섬유를 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. One aspect of the present invention in order to achieve the above object provides a graphene oxide fiber manufacturing method. The graphene oxide fiber manufacturing method includes preparing a graphene oxide dispersion containing a graphene oxide sheet and a dispersion medium, a coagulation solvent that pushes the dispersion medium, a crosslinking agent that forms a bridge between the graphene oxide sheets, and the Preparing graphene oxide gel fibers by spinning the dispersion in a coagulation bath containing a coagulation solvent and an emulsifier for mixing the crosslinking agent, and drying the graphene oxide gel fibers.

상기 분산매는 극성 유기용매인 것일 수 있다. 상기 응고용매는, 2차 아민 또는 3차 아민의 아민계 용매일 수 있다. 상기 응고용매는 트리에틸아민, 다이에틸아민 또는 다이프로필아민일 수 있다. 상기 가교제는 1가금속염 또는 암모늄염일 수 있다. 상기 가교제는 암모늄 티오시아네이트일 수 있다. The dispersion medium may be a polar organic solvent. The coagulation solvent may be an amine-based solvent of secondary amine or tertiary amine. The coagulation solvent may be triethylamine, diethylamine or dipropylamine. The crosslinking agent may be a monovalent metal salt or an ammonium salt. The crosslinking agent may be ammonium thiocyanate.

상기 유화제는 아세토니트릴(acetonitrile)일 수 있다. 상기 응고욕 내에서 상기 응고용매 및 상기 유화제는 1:0.7 내지 1:2.5의 부피비로 함유되는 것일 수 있다. 상기 응고욕 내에서 상기 응고용매 및 상기 가교제는 1:0.005 내지 1:0.23 (ml:g)의 비로 함유될 수 있다. 상기 응고욕 내에서 상기 응고용매, 유화제 및 가교제는 1:1:0.005 내지 1:1:0.23 (ml:ml:g)의 비로 함유될 수 있다. The emulsifier may be acetonitrile. The coagulation solvent and the emulsifier may be contained in a volume ratio of 1:0.7 to 1:2.5 in the coagulation bath. The coagulation solvent and the crosslinking agent may be contained in a ratio of 1:0.005 to 1:0.23 (ml:g) in the coagulation bath. The coagulation solvent, emulsifier, and crosslinking agent in the coagulation bath may be contained in a ratio of 1:1:0.005 to 1:1:0.23 (ml:ml:g).

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 그래핀 습식방사용 응고욕을 제공한다. 상기 응고욕은, 그래핀 옥사이드 시트 및 분산매를 포함하는 그래핀 옥사이드 분산액을 방사함에 있어서, 상기 분산매를 밀어내는 응고용매, 상기 그래핀 옥사이드 시트 사이에 가교를 형성하는 가교제 및 상기 응고용매 및 상기 가교제를 혼합시키는 유화제를 포함할 수 있다. 상기 응고욕은 10.10 내지 10.55의 pH 범위를 갖는 것일 수 있다. In order to achieve the above object, another aspect of the present invention provides a coagulation bath for graphene wet spinning. In spinning a graphene oxide dispersion including a graphene oxide sheet and a dispersion medium, the coagulation bath includes a coagulation solvent that pushes the dispersion medium, a crosslinking agent that forms a crosslink between the graphene oxide sheet, and the coagulation solvent and the crosslinking agent. It may contain an emulsifier for mixing. The coagulation bath may have a pH range of 10.10 to 10.55.

본 발명에 따르면, 습식 방사를 이용한 그래핀 옥사이드 섬유 제조에 있어, 방사 시 그래핀 옥사이드 겔 섬유의 수축속도 및 건조속도를 조절할 수 있는 유기계 응고욕을 제공할 수 있다. 이에 따라, 제조되는 그래핀 옥사이드 섬유는, 우수한 구조적 안정성을 발휘할 수 있으며 다양한 물질과의 하이브리드(hybrid)가 가능할 수 있다.According to the present invention, in the manufacture of graphene oxide fibers using wet spinning, it is possible to provide an organic coagulation bath capable of controlling the shrinkage rate and drying rate of graphene oxide gel fibers during spinning. Accordingly, the prepared graphene oxide fibers may exhibit excellent structural stability and may be hybridized with various materials.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 응고욕을 사용한 그래핀 옥사이드 섬유 제조 공정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제조예 5 및 6에 따라 제조된 그래핀 옥사이드 섬유를 촬영한 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실험예 2의 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a graphene oxide fiber manufacturing process using a coagulation bath according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph of graphene oxide fibers prepared according to Preparation Examples 5 and 6 of the present invention.
3a and 3b are graphs showing the results of Experimental Example 2 of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the present invention is susceptible to various modifications and variations, specific embodiments thereof are shown by way of illustration in the drawings and will be described in detail below. However, it is not intended to limit the present invention to the particular form disclosed, but rather the present invention includes all modifications, equivalents and substitutions consistent with the spirit of the present invention as defined by the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 응고욕을 사용한 그래핀 섬유 제조 공정을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a graphene fiber manufacturing process using a coagulation bath according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 그래핀 옥사이드 분산액(100)을 준비할 수 있다. 상기 분산액(100)은 습식 방사(wet spinning)를 수행하기 위한 방사 용액일 수 있다. 구체적으로, 상기 분산액(100)은 분산매(dispersion medium) 내에 그래핀 옥사이드 시트(graphene oxide sheet)가 분산된 것일 수 있다. Referring to FIG. 1 , a graphene oxide dispersion 100 may be prepared. The dispersion 100 may be a spinning solution for performing wet spinning. Specifically, the dispersion 100 may be a graphene oxide sheet dispersed in a dispersion medium.

상기 그래핀 옥사이드 시트(graphene oxide sheet)는, 일반적으로 흑연(graphite)을 화학적으로 박리시켜 얻은 예를 들어, 수nm 내지 수십nm 범위의 두께(thickness)의 단위 그래핀들이 수 내지 수십층으로 적층된 것으로, 상기 그래핀 옥사이드 시트의 에지(edge)부분 및 상하부분에 결합된 수산기(-OH), 카르복시기(-COOH), 카르보닐기(-C=O) 등의 산소 작용기를 구비할 수 있다.The graphene oxide sheet is generally obtained by chemically exfoliating graphite, for example, unit graphenes having a thickness ranging from several nm to several tens of nm are stacked in several to several tens of layers. As such, an oxygen functional group such as a hydroxyl group (-OH), a carboxy group (-COOH), or a carbonyl group (-C=O) bonded to the edge portion and upper and lower portions of the graphene oxide sheet may be provided.

상기 분산매(dispersion medium)는 상기 그래핀 옥사이드 시트가 고루 분산될 수 있기 위한 유기용매, 구체적으로, 극성 유기용매일 수 있다. 이에, 상기 그래핀 옥사이드 시트, 구체적으로는, 상기 그래핀 옥사이드 시트 내 극성을 갖는 상기 산소 작용기가 상기 분산매에 보다 잘 혼합될 수 있다. 예를 들어, 상기 분산매는 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF) 또는 에틸아세테이트(ethyl acetate, EA)이거나, 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, n-부탄올 등의 알코올일 수 있다. 일 예로, 상기 분산매는 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF) 또는 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO)일 수 있다. The dispersion medium may be an organic solvent, specifically, a polar organic solvent for evenly dispersing the graphene oxide sheet. Accordingly, the graphene oxide sheet, specifically, the oxygen functional group having polarity in the graphene oxide sheet may be better mixed with the dispersion medium. For example, the dispersion medium is dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), tetrahydrofuran (THF) or ethyl acetate (EA), or methanol, ethanol, ethylene It may be an alcohol such as glycol or n-butanol. For example, the dispersion medium may be dimethylformamide (DMF) or dimethyl sulfoxide (DMSO).

상기 그래핀 옥사이드 분산액(100)의 농도는 1mg/ml 내지 80mg/ml, 구체적으로, 1mg/ml 내지 50mg/ml, 더 구체적으로, 1mg/ml 내지 10mg/ml, 보다 구체적으로, 5mg/ml일 수 있다.The concentration of the graphene oxide dispersion 100 is 1 mg/ml to 80 mg/ml, specifically, 1 mg/ml to 50 mg/ml, more specifically, 1 mg/ml to 10 mg/ml, more specifically, 5 mg/ml can

상기 분산액(100), 즉, 상기 방사용액을 노즐(101)을 통해 응고욕(200) 내로 방사하여 그래핀 옥사이드 겔 섬유(30a)를 제조할 수 있다. 상기 응고욕(coagulation bath)(200)은 가교제(cross-linking agent), 유화제(emulsifier) 및 응고용매를 함유하는 것일 수 있다. The dispersion 100, that is, the spinning solution may be spun into the coagulation bath 200 through the nozzle 101 to produce the graphene oxide gel fibers 30a. The coagulation bath 200 may contain a cross-linking agent, an emulsifier and a coagulation solvent.

상기 응고용매는 상기 방사용액에서 상기 분산매를 밀어내어 상기 분산매가 존재하던 상기 그래핀 옥사이드 시트 사이에 채워질 수 있다. 즉, 상기 응고용매는 상기 분산매를 빠르게 추출하여 그래핀 옥사이드 섬유의 응고를 촉진할 수 있기 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 응고용매는 유기계 용매, 구체적으로는 2차 아민 또는 3차 아민인 아민계 용매, 아세톤 등의 케톤계 용매, 에틸 아세테이트 등의 아세테이트계 용매 또는 에탄올, 프로판올 등의 알코올계 용매일 수 있다. 예를 들어, 상기 응고용매는 탄소수 1 내지 3의 알킬아민(alkylamine), 구체적으로, 탄소수 1 내지 3의 디알킬아민 또는 트리알킬아민일 수 있다. 일 예로, 상기 응고용매는 트리에틸아민, 디에틸아민 또는 디프로필아민일 수 있으며, 구체적으로, 트리에틸아민일 수 있다. The coagulation solvent may be filled between the graphene oxide sheets in which the dispersion medium was present by pushing the dispersion medium in the spinning solution. That is, the coagulation solvent may be used to accelerate the coagulation of the graphene oxide fiber by rapidly extracting the dispersion medium. For example, the coagulation solvent is an organic solvent, specifically, an amine solvent such as a secondary amine or a tertiary amine, a ketone solvent such as acetone, an acetate solvent such as ethyl acetate, or an alcohol solvent such as ethanol or propanol. can For example, the coagulation solvent may be an alkylamine having 1 to 3 carbon atoms, specifically, a dialkylamine or trialkylamine having 1 to 3 carbon atoms. For example, the coagulation solvent may be triethylamine, diethylamine or dipropylamine, and specifically, triethylamine.

상기 가교제(cross-linking agent)는 방사 시에 그래핀 옥사이드 시트 사이에 가교를 형성하도록 하여 그래핀 옥사이드 겔 섬유(30a)의 강도(strength)를 증가시킬 수 있다. 이로써, 기존에는 응고욕으로 예를 들어, 에틸 아세테이트와 같은 응고용매만을 사용하여 그래핀 옥사이드 섬유의 강도가 약해졌던 문제점을 보완할 수 있다. 이와 더불어, 상기 가교제는 상기 응고용매 대비 그 함량을 조절하여 그래핀 옥사이드 겔 섬유(30a)의 수축속도 및 건조속도를 조절할 수 있다. The cross-linking agent may increase the strength of the graphene oxide gel fibers 30a by forming crosslinks between graphene oxide sheets during spinning. Accordingly, it is possible to compensate for a problem in which the strength of the graphene oxide fiber is weakened by using only a coagulation solvent such as, for example, ethyl acetate as a conventional coagulation bath. In addition, the contraction rate and drying rate of the graphene oxide gel fibers 30a may be controlled by adjusting the amount of the crosslinking agent compared to the coagulation solvent.

보다 구체적으로, 상기 응고용매가 상기 그래핀 옥사이드 시트 사이에 채워짐과 동시에, 이때, 상기 가교제는 그래핀 옥사이드 시트 사이에 가교를 형성함으로써, 그래핀 옥사이드 겔 섬유(30a)가 빠르게 수축되는 것을 방지하고, 상기 겔 섬유(30a)가 건조되는 시간을 지연시킬 수 있다. 이에 따라, 추후 형성되는 그래핀 옥사이드 섬유(미도시)의 구조적 결함(defect)이 발생할 우려를 줄일 수 있다. More specifically, at the same time as the coagulation solvent is filled between the graphene oxide sheets, at this time, the crosslinking agent forms a bridge between the graphene oxide sheets, thereby preventing the graphene oxide gel fibers 30a from rapidly shrinking, , the drying time of the gel fibers 30a can be delayed. Accordingly, it is possible to reduce the risk of occurrence of structural defects of graphene oxide fibers (not shown) to be formed later.

즉, 본 발명의 응고욕은 그래핀 옥사이드 시트 사이에 가교를 형성하는 가교제를 포함함으로써, 기존에 응고욕으로 응고용매만을 사용한 경우에 발생했던 빠른 수축속도 및 건조속도로 인한 문제점이 발생하지 않도록 하여, 최종 형성되는 그래핀 옥사이드 섬유의 구조적 안정성을 높이는 효과를 발휘할 수 있다. That is, the coagulation bath of the present invention includes a crosslinking agent that forms a crosslink between graphene oxide sheets, so that problems caused by fast shrinkage and drying speed, which occurred when only a coagulation solvent was used as a coagulation bath, do not occur. , can exert an effect of increasing the structural stability of the finally formed graphene oxide fiber.

상기 가교제는 상기 그래핀 옥사이드 섬유의 수축속도 및 건조속도를 지연시킬 수 있기 위하여 상기 응고용매 대비 충분한 함량으로 포함되면서도, 그 함량이 너무 많아져 겔 섬유가 오히려 건조되지 않는 상태가 발생하지 않도록 하기 위한 성분비를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 응고욕 내에서 상기 응고용매 및 상기 가교제는 1:0.005 내지 1:0.23 (ml:g), 구체적으로 1:0.01 내지 1:0.2 (ml:g), 더 구체적으로, 1:0.09 내지 1:0.2 (ml:g) 보다 구체적으로 1:0.1 내지 1:0.16 (ml:g)의 비로 함유될 수 있다. The crosslinking agent is contained in a sufficient amount compared to the coagulation solvent in order to delay the shrinkage rate and drying rate of the graphene oxide fiber, but the content is too large to prevent the gel fiber from drying. You can have a composition ratio. For example, in the coagulation bath, the coagulation solvent and the crosslinking agent are 1:0.005 to 1:0.23 (ml:g), specifically 1:0.01 to 1:0.2 (ml:g), more specifically, 1: It may be contained in a ratio of 0.09 to 1:0.2 (ml:g) and more specifically 1:0.1 to 1:0.16 (ml:g).

상기 가교제는 염(salt)의 형태, 금속염 또는 비금속염일 수 있으며, 일 예로, 물에 금속 양이온 또는 비금속 양이온과, 음이온이 용해되어 있는 것일 수 있다. 상기 금속 양이온은 1가금속 양이온, 나트륨 이온(Na+) 또는 칼륨 이온(K+)일 수 있으며, 상기 비금속 양이온은 암모늄 이온(NH4 +)일 수 있다. 상기 음이온은 질산이온(NO3 -), 염화이온(Cl-), 황화이온(S2 -), 황산이온(SO4 2-), 탄산이온(CO3 2-) 또는 티오시안산이온(SCN-) 일 수 있다. 일 예로, 상기 가교제는 암모늄 티오시아네이트(ammonium thiocyanate, NH4SCN) 또는 소듐 티오시아네이트(sodium thiocyanate, NaSCN) 일 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 가교제는 암모늄 티오시아네이트(ammonium thiocyanate, NH4SCN)일 수 있다. The crosslinking agent may be in the form of a salt, a metal salt or a non-metal salt, and for example, a metal cation or a non-metal cation and an anion may be dissolved in water. The metal cation may be a monovalent metal cation, sodium ion (Na + ) or potassium ion (K + ), and the non-metal cation may be an ammonium ion (NH 4 + ). The anion is nitrate ion (NO 3 - ), chloride ion (Cl - ), sulfide ion (S 2 - ), sulfate ion (SO 4 2- ), carbonate ion (CO 3 2- ) or thiocyanate ion (SCN - ). For example, the crosslinking agent may be ammonium thiocyanate (NH 4 SCN) or sodium thiocyanate (NaSCN), and more specifically, the crosslinking agent may be ammonium thiocyanate (NH 4 SCN).

상기 유화제(emulsifier)는 상기 응고욕(200) 내에서 상기 응고용매 및 상기 가교제가 혼화(mixing)될 수 있도록 하기 위한 것으로, 소수성 및 친수성을 동시에 갖는 양친매성 용매일 수 있다. 이에 따라, 상기 유화제는 물에 염(salt) 형태로 존재하는 상기 가교제가, 유기계 용매인 상기 응고용매 내에 잘 용해되도록 할 수 있다. The emulsifier is for mixing the coagulation solvent and the crosslinking agent in the coagulation bath 200, and may be an amphiphilic solvent having both hydrophobic and hydrophilic properties. Accordingly, the emulsifier can ensure that the crosslinking agent present in the form of a salt in water is well dissolved in the coagulation solvent, which is an organic solvent.

상기 유화제는 루이스 염기(Lewis base) 특성을 나타낼 수 있다. 즉, 상기 유화제는 양친매성이면서 동시에 루이스 염기성을 나타내는 것일 수 있다. 이로써, 상기 응고욕이 pH 조절제를 포함하지 않고도 상기 응고욕 자체가 염기성을 나타내도록 할 수 있다. 이에 따라, 상기 응고욕 내로 방사된 음전하를 띠는 상기 그래핀 옥사이드 섬유와, 양전하를 띄는 상기 가교제의 인력을 증대시킬 수 있다. 상기 응고욕의 pH 및 그 특성에 대하여는 추후 실험예 등을 통하여 보다 구체적으로 서술될 것이다. The emulsifier may exhibit Lewis base characteristics. That is, the emulsifier may be amphiphilic and show Lewis basicity at the same time. Accordingly, the coagulation bath itself may exhibit basicity without including a pH adjusting agent. Accordingly, it is possible to increase the attractive force between the negatively charged graphene oxide fiber and the positively charged crosslinking agent spun into the coagulation bath. The pH and characteristics of the coagulation bath will be described in detail later through experimental examples.

상기 유화제의 종류에는 크게 제한이 있지는 않으나, 일 예로, 상기 유화제는 아세토니트릴(acetonitrile)일 수 있다. 상기 유화제는 그래핀 옥사이드 겔 섬유(30a)가 상분리되지 않고 겔 상태를 유지할 수 있기 위하여, 상기 응고욕(200) 내에서 상기 응고용매 및 상기 유화제는 1:0.7 내지 1:2.5, 구체적으로, 1:0.7 내지 1:2, 구체적으로, 1:1 내지 1:2, 일 예로, 1:1의 부피비로 함유될 수 있다. The type of the emulsifier is not particularly limited, but, for example, the emulsifier may be acetonitrile. In order for the emulsifier to maintain a gel state without phase separation of the graphene oxide gel fibers 30a, the coagulation solvent and the emulsifier in the coagulation bath 200 have a ratio of 1:0.7 to 1:2.5, specifically, 1 : 0.7 to 1:2, specifically, 1:1 to 1:2, for example, may be contained in a volume ratio of 1:1.

상기 응고욕은 염기성을 나타낼 수 있다. 이는 상기 응고욕 내에 상기 유화제에 의한 것일 수 있다. 이로써, 상기 응고욕 내로 방사된 음전하를 띠는 상기 그래핀 옥사이드 섬유와 양전하를 띄는 상기 가교제의 인력을 증대시킬 수 있다. The coagulation bath may exhibit basicity. This may be due to the emulsifier in the coagulation bath. Accordingly, the attractive force between the negatively charged graphene oxide fiber and the positively charged crosslinking agent radiated into the coagulation bath may be increased.

보다 구체적으로, 산소 기능기에 의하여 음전하를 띄는 그래핀 옥사이드 섬유는 pH 환경에 따라 그 특성이 변화하는데, 예를 들어, 산성 환경에서는 음전하 특성이 약해지고, 염기성 환경에서는 음전하 특성이 강해지게 된다. 따라서, 염기성을 나타내는 상기 응고욕 내에 상기 방사용액을 방사하게 되면, 상기 가교제의 양전하와 상기 그래핀 옥사이드 섬유의 음전하의 전하 포텐셜(charge potential)의 차이가 커지는 효과를 발휘하고, 이에, 상기 그래핀 옥사이드 섬유와 상기 가교제의 인력은 더욱 증가하게 된다. 이에 따라, 형성되는 그래핀 옥사이드 겔 섬유(30a)의 구조적 안정성을 더욱 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다. More specifically, the graphene oxide fiber, which is negatively charged by the oxygen functional group, changes its characteristics according to the pH environment. For example, the negative charge characteristics are weakened in an acidic environment and the negative charge characteristics are strengthened in a basic environment. Therefore, when the spinning solution is spun into the coagulation bath showing basicity, the difference between the positive charge of the crosslinking agent and the negative charge of the graphene oxide fiber is increased, thereby exhibiting an effect of increasing the graphene oxide fiber. The attractive force between the oxide fiber and the crosslinking agent is further increased. Accordingly, an effect of further improving the structural stability of the formed graphene oxide gel fibers 30a may be exhibited.

예를 들어, 상기 응고욕(200)은 pH 10 이상, 구체적으로, pH 10.10 내지 10.55, 더 구체적으로, pH 10.36 내지 10.46, 보다 구체적으로, pH 10.37 내지 10.45, 보다 구체적으로, pH 10.38 내지 10.44 일 수 있다. 상기 응고욕(200)의 pH 범위는 상기 그래핀 옥사이드 섬유 및 상기 가교제의 인력을 증대시킴으로써, 형성되는 겔 섬유(30a)의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다. For example, the coagulation bath 200 has a pH of 10 or more, specifically, pH 10.10 to 10.55, more specifically, pH 10.36 to 10.46, more specifically, pH 10.37 to 10.45, more specifically, pH 10.38 to 10.44 days can The pH range of the coagulation bath 200 increases the attractive force of the graphene oxide fibers and the crosslinking agent, thereby improving the structural stability of the formed gel fibers 30a.

상기 응고욕(200)의 pH는 상기 응고용매, 가교제 및 유화제의 성분비에 의하여 조절될 수 있다. 일 예로, 상기 응고욕(200)이 pH 범위를 나타내기 위하여, 상기 응고욕(200) 내에서 상기 응고용매 및 상기 유화제는 1:0.7 내지 1:2.5, 구체적으로, 1:0.7 내지 1:2, 구체적으로, 1:1 내지 1:2, 일 예로, 1:1의 부피비로 함유될 수 있다. 일 예로, 상기 응고욕(200) 내에서 상기 응고용매, 유화제 및 가교제는 1:1:0.005 내지 1:1:0.23 (ml:ml:g), 구체적으로 1:1:0.01 내지 1:1:0.2 (ml:ml:g), 더 구체적으로, 1:1:0.09 내지 1:1:0.2 (ml:ml:g) 보다 구체적으로 1:1:0.1 내지 1:1:0.16 (ml:ml:g)의 비로 혼합될 수 있다. The pH of the coagulation bath 200 may be adjusted according to the composition ratio of the coagulation solvent, the crosslinking agent, and the emulsifier. For example, in order for the coagulation bath 200 to exhibit a pH range, the coagulation solvent and the emulsifier in the coagulation bath 200 are 1:0.7 to 1:2.5, specifically, 1:0.7 to 1:2 , Specifically, it may be contained in a volume ratio of 1:1 to 1:2, for example, 1:1. For example, the coagulation solvent, emulsifier and crosslinking agent in the coagulation bath 200 are 1:1:0.005 to 1:1:0.23 (ml:ml:g), specifically 1:1:0.01 to 1:1: 0.2 (ml:ml:g), more specifically 1:1:0.09 to 1:1:0.2 (ml:ml:g) more specifically 1:1:0.1 to 1:1:0.16 (ml:ml: g) may be mixed.

상기 그래핀 옥사이드 겔 섬유(30a)는 예를 들어, 상온, 공기 분위기에서 건조시킬 수 있다. 이에 따라, 두께방향으로는 다수의 그래핀 옥사이드 시트들이 적층되고, 적층된 상기 그래핀 옥사이드 시트들이 섬유의 길이 방향으로 정렬되면서 시트면 내부가 접히는(shrink) 구조를 갖는 그래핀 옥사이드 섬유가 제조될 수 있다. 상기 그래핀 옥사이드 섬유는 기존의 그래핀 옥사이드 섬유 대비 기계적 강도(strength)가 향상됨과 동시에 내부의 그래핀 옥사이드 시트들 사이의 구조적 안정성을 나타낼 수 있다. The graphene oxide gel fibers 30a may be dried at room temperature in an air atmosphere, for example. Accordingly, a graphene oxide fiber having a structure in which a plurality of graphene oxide sheets are stacked in the thickness direction, and the stacked graphene oxide sheets are aligned in the length direction of the fiber to shrink the inside of the sheet surface can be manufactured. can The graphene oxide fiber may exhibit structural stability between internal graphene oxide sheets while improving mechanical strength compared to conventional graphene oxide fibers.

상기 건조된 그래핀 옥사이드 섬유를 열처리할 수 있다. 상기 열처리는 상기 그래핀 옥사이드 섬유 내 그래핀 옥사이드를 환원시킬 수 있으며, 이에 따라, 우수한 구조적 안정성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 섬유를 제조할 수 있다. 이때, 상기 열처리에 의하여 상기 응고욕(200)은 거의 대부분 제거될 수 있으나, 경우에 따라서, 상기 환원된 그래핀 옥사이드 섬유 내부에 상기 응고욕(200), 즉, 상기 가교제, 유화제 및 응고용매는 소량 함유되어 있을 수도 있다. 상기 응고용매는 휘발성이 강하므로 상기 가교제 및 유화제보다 그 잔여양은 극히 미량일 수 있다. 상기 열처리는 예를 들어, 아르곤 기체 등의 비활성 기체 분위기에서 800℃ 내지 1300℃, 일 예로 1200℃의 온도로 수행될 수 있다. The dried graphene oxide fibers may be heat treated. The heat treatment may reduce graphene oxide in the graphene oxide fiber, and thus, a reduced graphene oxide fiber having excellent structural stability may be prepared. At this time, the coagulation bath 200 can be almost entirely removed by the heat treatment, but in some cases, the coagulation bath 200, that is, the crosslinking agent, emulsifier and coagulation solvent inside the reduced graphene oxide fiber It may contain small amounts. Since the coagulation solvent is highly volatile, the remaining amount of the crosslinking agent and the emulsifier may be extremely small. The heat treatment may be performed at a temperature of 800° C. to 1300° C., for example, 1200° C., in an inert gas atmosphere such as argon gas.

다시 말해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법은, 상기 응고욕 내 성분 및 그 성분비를 조절함으로써, 형성되는 그래핀 옥사이드 섬유의 강도(strength) 및 구조적 안정성을 동시에 향상시키는 효과를 발휘한다. In other words, the graphene oxide fiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention has the effect of simultaneously improving the strength and structural stability of the graphene oxide fiber formed by adjusting the components and their component ratios in the coagulation bath. exert

즉, 응고용매만을 사용하는 기존의 응고욕과는 달리, 본 발명의 응고욕은 그래핀 옥사이드 시트 사이에 가교를 형성할 수 있는 가교제, 방사용액의 분산매의 빠른 추출을 위한 아민계 용매인 응고용매, 상기 가교제 및 응고용매의 혼합을 위한 유화제를 포함할 수 있다. 이에 따라, 그래핀 옥사이드 겔 섬유의 수축속도 및 건조속도를 조절할 수 있다.That is, unlike conventional coagulation baths that use only coagulation solvents, the coagulation bath of the present invention includes a crosslinking agent capable of forming crosslinks between graphene oxide sheets and a coagulation solvent that is an amine-based solvent for rapid extraction of the dispersion medium of the spinning solution. , An emulsifier for mixing the crosslinking agent and the coagulation solvent may be included. Accordingly, the shrinkage rate and drying rate of the graphene oxide gel fibers can be controlled.

이에 더하여, 본 발명은, 상기 그래핀 옥사이드 겔 섬유의 건조속도 및 수축속도를 지연시키고, 겔 섬유의 수축율, 구체적으로는, 상기 겔 섬유의 두께방향으로의 수축율을 감소시킬 수 있기 위하여, 상기 응고용매 및 가교제는 1:0.005 내지 1:0.23 (ml:g), 구체적으로 1:0.01 내지 1:0.20 (ml:g), 더 구체적으로, 1:0.09 내지 1:0.2 (ml:g) 보다 구체적으로 1:0.1 내지 1:0.16 (ml:g)의 비로 함유될 수 있다. 또한, 상기 겔 섬유가 상분리되지 않고 우수한 응고특성을 나타내어 원활한 방사가 가능하도록 하기 위하여, 상기 응고용매 및 상기 유화제는 1:0.7 내지 1:2.5, 구체적으로, 1:0.7 내지 1:2, 구체적으로, 1:1 내지 1:2, 일 예로, 1:1의 부피비로 함유될 수 있다. In addition, the present invention, in order to be able to delay the drying rate and shrinkage rate of the graphene oxide gel fiber and reduce the shrinkage rate of the gel fiber, specifically, the shrinkage rate in the thickness direction of the gel fiber, the coagulation Solvent and crosslinker are 1:0.005 to 1:0.23 (ml:g), specifically 1:0.01 to 1:0.20 (ml:g), more specifically, 1:0.09 to 1:0.2 (ml:g) more specifically It may be contained in a ratio of 1:0.1 to 1:0.16 (ml:g). In addition, in order for the gel fiber to exhibit excellent coagulation characteristics without phase separation and to enable smooth spinning, the coagulation solvent and the emulsifier are 1:0.7 to 1:2.5, specifically, 1:0.7 to 1:2, specifically , 1:1 to 1:2, for example, may be contained in a volume ratio of 1:1.

또한, 상기 응고욕(200)이 pH 10 이상, 구체적으로, pH 10.10 내지 10.55, 더 구체적으로, pH 10.36 내지 10.46, 보다 구체적으로, pH 10.37 내지 10.45, 보다 구체적으로, pH 10.38 내지 10.44의 범위를 나타내기 위하여, 상기 응고욕(200) 내에서 상기 응고용매 및 유화제는 1:0.7 내지 1: 2.5, 구체적으로, 1:1 내지 1:2의 부피비로 혼합될 수 있다. 일 예로, 상기 응고욕(200) 내에서 상기 응고용매, 가교제 및 유화제는 1:1:0.005 내지 1:1:0.23 (ml:ml:g), 구체적으로 1:1:0.01 내지 1:1:0.2 (ml:ml:g), 더 구체적으로, 1:1:0.09 내지 1:1:0.2 (ml:ml:g) 보다 구체적으로 1:1:0.1 내지 1:1:0.16 (ml:ml:g)의 비로 혼합될 수 있다.In addition, the coagulation bath 200 has a range of pH 10 or more, specifically, pH 10.10 to 10.55, more specifically, pH 10.36 to 10.46, more specifically, pH 10.37 to 10.45, more specifically, pH 10.38 to 10.44. To show, in the coagulation bath 200, the coagulation solvent and the emulsifier may be mixed in a volume ratio of 1:0.7 to 1:2.5, specifically, 1:1 to 1:2. For example, the coagulation solvent, crosslinking agent and emulsifier in the coagulation bath 200 are 1:1:0.005 to 1:1:0.23 (ml:ml:g), specifically 1:1:0.01 to 1:1: 0.2 (ml:ml:g), more specifically 1:1:0.09 to 1:1:0.2 (ml:ml:g) more specifically 1:1:0.1 to 1:1:0.16 (ml:ml: g) may be mixed.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실험예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, preferred experimental examples according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms.

<제조예: 그래핀 옥사이드 섬유 제조><Preparation Example: Graphene Oxide Fiber Preparation>

그라파이트 분말로부터 그래핀 옥사이드 분말을 얻은 후, 상기 그래핀 옥사이드 분말을 5mg/ml의 농도로 DMF에 분산시킨 그래핀 옥사이드 분산액을 제조하였다. 상기 분산액을 트리에틸아민(triethyl amine) 5ml, 아세토니트릴(acetonitrile) 5ml 및 암모늄 티오시아네이트(ammonium thiocyanate) 0.8g을 혼합한 응고욕 내에 방사하여 그래핀 옥사이드 겔 섬유를 제조하였다. 이후, 상기 겔 섬유를 상온(25℃)에서 건조시켰다.After obtaining graphene oxide powder from graphite powder, a graphene oxide dispersion was prepared by dispersing the graphene oxide powder in DMF at a concentration of 5 mg/ml. The dispersion was spun into a coagulation bath in which 5 ml of triethyl amine, 5 ml of acetonitrile, and 0.8 g of ammonium thiocyanate were mixed to prepare a graphene oxide gel fiber. Then, the gel fibers were dried at room temperature (25° C.).

<실험예 1: 그래핀 옥사이드 섬유(응고용매:가교제:유화제의 성분비에 따른)의 강도 비교><Experimental Example 1: Strength comparison of graphene oxide fibers (according to the composition ratio of coagulation solvent: crosslinking agent: emulsifier)>

전술된 제조예와 동일한 방법으로 그래핀 옥사이드 섬유를 제조하되, 응고용매인 트리에틸아민, 가교제인 암모늄 티오시아네이트, 유화제인 아세토니트릴의 비를 각각 달리한 응고욕을 사용하여 그래핀 옥사이드 겔 섬유를 제조한 후, 상기 겔 섬유의 강도(strength)를 측정, 비교하였다. Graphene oxide gel fibers were prepared in the same manner as in the above-described preparation example, but using a coagulation bath having different ratios of triethylamine as a coagulation solvent, ammonium thiocyanate as a crosslinking agent, and acetonitrile as an emulsifier. After manufacturing, the strength of the gel fibers was measured and compared.

<실험예 2: 응고욕의 pH값 측정(응고용매:가교제:유화제의 성분비에 따른)의 비교><Experimental Example 2: Comparison of pH value measurement of coagulation bath (according to composition ratio of coagulation solvent: crosslinking agent: emulsifier)>

전술된 제조예와 같이 응고욕을 제조하되, 응고용매인 트리에틸아민, 가교제인 암모늄 티오시아네이트, 유화제인 아세토니트릴의 비를 각각 달리한 실험군 응고욕의 pH 값을 각각 측정하였다.Coagulation baths were prepared as in the above-described preparation example, but the pH values of the coagulation baths of the experimental group were measured in different ratios of triethylamine as a coagulation solvent, ammonium thiocyanate as a crosslinking agent, and acetonitrile as an emulsifier.

실험군 1로는 트리에틸아민 및 아세토니트릴의 부피비를 각각 1:0(비교예1), 1:0.5(제조예1), 1:1(제조예3), 1:2(제조예8), 1:3(제조예10), 1:4(제조예11) 달리한 응고욕의 pH를 측정하였다. 이때, 정확한 비교를 위하여, 암모늄 시아네이트는 비교예 1을 제외하고는, 0.01 의 비를 갖도록 고정하였다. For experimental group 1, the volume ratio of triethylamine and acetonitrile was 1:0 (Comparative Example 1), 1:0.5 (Production Example 1), 1:1 (Production Example 3), 1:2 (Production Example 8), 1 :3 (Preparation Example 10), 1:4 (Preparation Example 11) The pH of the different coagulation baths was measured. At this time, for accurate comparison, ammonium cyanate was fixed to have a ratio of 0.01, except for Comparative Example 1.

한편, 실험군 2로는 트리에틸아민:아세토니트릴:암모늄 티오시아네이트의 비를 각각 1:1:0 (ml:ml:g) (비교예2), 1:1:0.01 (ml:ml:g) (제조예3), 1:1:0.08 (ml:ml:g) (제조예4), 1:1:0.1 (ml:ml:g) (제조예5), 1:1:0.16 (ml:ml:g) (제조예6), 1:1:0.24 (ml:ml:g) (제조예7)로 달리한 응고욕의 pH를 측정하였다.Meanwhile, in experimental group 2, the ratio of triethylamine:acetonitrile:ammonium thiocyanate was 1:1:0 (ml:ml:g) (Comparative Example 2), 1:1:0.01 (ml:ml:g) (Preparation Example 3), 1:1:0.08 (ml:ml:g) (Preparation Example 4), 1:1:0.1 (ml:ml:g) (Preparation Example 5), 1:1:0.16 (ml: ml:g) (Preparation Example 6), 1:1:0.24 (ml:ml:g) (Preparation Example 7), and the pH of the coagulation bath was measured.

구체적인 실험예(1, 2) 및 그 결과는 하기의 표 1로 정리하였으며, 후술되는 표 1, 도 2 및 도 3에서 자세히 서술될 것이다. Specific experimental examples (1, 2) and the results are summarized in Table 1 below, and will be described in detail in Table 1, FIGS. 2 and 3 to be described later.

<표 1><Table 1>

Figure 112018078676692-pat00001
Figure 112018078676692-pat00001

표 1을 참조하면, 비교예 1인 기존의 응고욕의 경우, 겔 섬유의 건조속도가 빠른 것으로 보아 내부의 구조적 결함이 예상되며, 섬유의 강도 또한 매우 약한 것으로 확인되었다. Referring to Table 1, in the case of the conventional coagulation bath of Comparative Example 1, the drying speed of the gel fiber was high, so internal structural defects were expected, and the strength of the fiber was also confirmed to be very weak.

제조예 1 및 2와 같이, 응고용매인 트리에틸아민 대비 유화제인 아세토니트릴이 적게 함유(ex. 1:0.5 이하)되면, 응고욕 내에서 가교제인 암모늄 티오시아네이트와의 혼합이 어려워 겔 섬유의 상분리가 발생하였고, 제조예 10 내지 11와 같이 트리에틸아민 대비 아세토니트릴이 많이 함유(ex. 1:3 이상)되면 유화제 함량이 너무 높아져 섬유의 강도와는 별개로 섬유의 응고력이 약해져서 방사에 불리한 문제점이 예상된다.As in Preparation Examples 1 and 2, when acetonitrile as an emulsifier is contained less than triethylamine as a coagulation solvent (ex. 1:0.5 or less), it is difficult to mix with ammonium thiocyanate as a crosslinking agent in the coagulation bath, resulting in the formation of gel fibers. Phase separation occurred, and when a lot of acetonitrile was contained compared to triethylamine (ex. 1:3 or more) as in Preparation Examples 10 to 11, the emulsifier content was too high, and the coagulability of the fiber was weakened independently of the strength of the fiber, so it was not suitable for spinning. Disadvantages are to be expected.

한편, 제조예 8 및 9인, 트리에틸아민 및 아세토니트릴이 1:2의 성분비를 가질 경우, 섬유의 방사가 가능한 정도의 응고력은 나타내었으나, 섬유의 건조속도 및 (두께방향으로의)수축율의 측면에서는 특별한 효과를 발휘하지는 못하였다. 다만, 제조예 9가 제조예 8에 비하여 강도가 향상된 것은 가교제의 효과에 의한 것으로 해석된다. On the other hand, when triethylamine and acetonitrile in Preparation Examples 8 and 9 have a component ratio of 1:2, the coagulation force to the extent that spinning of the fiber is possible, but the drying rate and shrinkage rate (in the thickness direction) of the fiber In terms of , it did not exert any particular effect. However, the fact that the strength of Preparation Example 9 is improved compared to Preparation Example 8 is interpreted as due to the effect of the crosslinking agent.

제조예 3 내지 7을 참조하면, 트리에틸아민 및 아세토니트릴이 1:1의 성분비를 가질 경우(가교제를 함유하지 않은 비교예 2를 제외)에는 대체적으로 방사가 원활히 수행되었다. 이때, 가교제의 함량이 증가할수록 섬유의 강도 또한 점점 증가한 것을 확인하였다. 그 중에서, 제조예 4 내지 제조예 6의 경우에는 겔 섬유 형성 시 건조속도 및 (두께방향으로의)수축율을 감소시키는 효과를 나타내었다. 단, 제조예 7의 경우에는 가교제의 함량이 너무 높아 섬유의 건조속도가 너무 더뎌지는 문제점을 나타내었다.Referring to Preparation Examples 3 to 7, when triethylamine and acetonitrile have a component ratio of 1: 1 (except for Comparative Example 2, which does not contain a crosslinking agent), spinning was generally performed smoothly. At this time, it was confirmed that the strength of the fiber gradually increased as the content of the crosslinking agent increased. Among them, in the case of Preparation Examples 4 to 6, the effect of reducing the drying rate and shrinkage (in the thickness direction) during the formation of gel fibers was exhibited. However, in the case of Preparation Example 7, the content of the crosslinking agent was too high, and the drying rate of the fibers was too slow.

즉, 본 발명의 실시예와 같이, 본 발명의 응고욕은 응고용매:유화제가 1:1의 성분비로 혼합될 때, 보다 구체적으로는, 상기 응고용매:유화제:가교제가 1:1:0.01 내지 1:1:0.16, 더 구체적으로는, 1:1:0.1 내지 1:1:0.16의 성분비로 함유될 경우, 겔 섬유의 건조속도 및 수축속도를 지연시키고, 겔 섬유의 두께방향으로의 수축율을 감소시키는 효과를 가장 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 섬유 내 구조적 결함 발생 우려를 줄이는 것과 동시에 섬유의 우수한 강도 특성을 발휘할 수 있다. That is, as in the embodiment of the present invention, the coagulation bath of the present invention is when the coagulation solvent: emulsifier is mixed in a component ratio of 1: 1, more specifically, the coagulation solvent: emulsifier: crosslinking agent is 1: 1: 0.01 to 1: 1: 0.16, more specifically, when contained in a component ratio of 1: 1: 0.1 to 1: 1: 0.16, the drying rate and shrinkage rate of the gel fibers are delayed, and the shrinkage rate in the thickness direction of the gel fibers is increased. The reduction effect can be maximized. Accordingly, it is possible to reduce the risk of occurrence of structural defects in the fiber and to exhibit excellent strength characteristics of the fiber.

도 2는 본 발명의 제조예 5 및 6에 따라 제조된 그래핀 옥사이드 섬유를 촬영한 사진이다. 2 is a photograph of graphene oxide fibers prepared according to Preparation Examples 5 and 6 of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 그래핀 옥사이드 섬유는 상기 응고욕 내에서 보다 균일하고 안정적으로 방사되었으며, 방사된 섬유는 연속 방사도 가능할 정도의 높은 강도 특성을 발휘하는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 2, it was confirmed that the graphene oxide fibers of the present invention were spun more uniformly and stably in the coagulation bath, and the spun fibers exhibited high strength characteristics sufficient to enable continuous spinning.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실험예 2의 결과를 나타낸 그래프이다. 3a and 3b are graphs showing the results of Experimental Example 2 of the present invention.

도 3a를 참조하면, 응고용매인 트리에틸아민과 유화제인 아세토니트릴의 부피비에 따른 pH를 측정한 결과, 비교예 1을 제외한 나머지 1:0.5(제조예1), 1:1(제조예3), 1:2(제조예8), 1:3(제조예10), 1:4(제조예11) 모두, 10 이상의 pH 값을 나타내는 것을 보아, 응고욕의 pH에는 유화제의 함량이 영향을 주는 것으로 해석된다. 그 중에서, 트리에틸아민 및 아세토니트릴의 부피비가 1:1 내지 1:2 인 경우에는 방사가 원활히 수행되었음을 확인하였다.Referring to Figure 3a, as a result of measuring the pH according to the volume ratio of triethylamine as a coagulation solvent and acetonitrile as an emulsifier, the remaining 1:0.5 (Preparation Example 1) and 1:1 (Preparation Example 3) except for Comparative Example 1 , 1:2 (Preparation Example 8), 1:3 (Preparation Example 10), and 1:4 (Preparation Example 11) all show a pH value of 10 or more, the pH of the coagulation bath is affected by the content of the emulsifier interpreted as Among them, it was confirmed that spinning was performed smoothly when the volume ratio of triethylamine and acetonitrile was 1:1 to 1:2.

도 3b를 참조하면, 비교예 2를 제외한, 트리에틸아민:아세토니트릴:암모늄 티오시아네이트의 성분비가 1:1:0.01(제조예3), 1:1:0.08(제조예4), 1:1:0.1(제조예5), 1:1:0.16(제조예6), 1:1:0.24(제조예7)인 경우에는 10. 36 내지 10.48의 pH 값을 나타내었다. 단, 1:1:0.24(제조예7)은 섬유가 건조되지 못하는 문제점이 발생하였다. Referring to Figure 3b, except for Comparative Example 2, the component ratio of triethylamine: acetonitrile: ammonium thiocyanate was 1: 1: 0.01 (Preparation Example 3), 1: 1: 0.08 (Preparation Example 4), 1: In the case of 1:0.1 (Production Example 5), 1:1:0.16 (Production Example 6), and 1:1:0.24 (Production Example 7), the pH value was 10.36 to 10.48. However, 1: 1: 0.24 (Preparation Example 7) had a problem in that the fibers were not dried.

1:1:0.01(제조예3), 1:1:0.08(제조예4), 1:1:0.1(제조예5), 1:1:0.16(제조예6)은 모두, 방사가 원활히 수행되었으며, 겔 섬유의 건조속도를 늦추는 효과를 나타내었다. 그 중에서도, 1:1:0.1(제조예5) 및 1:1:0.16(제조예6)의 경우, 겔 섬유의 건조속도 뿐만 아니라 두께방향으로의 수축율을 감소시키는 효과도 발휘하였다.1:1:0.01 (Production Example 3), 1:1:0.08 (Production Example 4), 1:1:0.1 (Production Example 5), and 1:1:0.16 (Production Example 6) all perform spinning smoothly. and showed the effect of slowing down the drying rate of gel fibers. Among them, in the case of 1: 1: 0.1 (Production Example 5) and 1: 1: 0.16 (Production Example 6), not only the drying speed of the gel fiber but also the effect of reducing the shrinkage in the thickness direction was exhibited.

또한, 실험예 2를 통하여, 본 발명의 응고욕은 방사시 그래핀 옥사이드 겔 섬유의 수축속도 및 건조속도를 지연시키는 효과를 발휘하면서, 응고욕 내 성분, 즉, 응고용매, 가교제 및 유화제의 성분비에 따라, 응고욕의 pH를 조절할 수 있음을 알 수 있다. 일 예로, 상기 응고용매:가교제:유화제의 성분비가 1:1:0.10 내지 1:1:0.16 인 경우, 상기 응고욕의 pH가 10.38 내지 10.44의 범위를 가짐으로써, 그래핀 옥사이드 겔 섬유의 수축속도 및 건조속도를 지연시키는 효과 와, 그래핀 옥사이드 겔 섬유의 구조적 안정성을 증대시키는 효과를 발휘할 수 있다. In addition, through Experimental Example 2, the coagulation bath of the present invention exhibits an effect of delaying the shrinkage rate and drying rate of graphene oxide gel fibers during spinning, and the component ratio of the components in the coagulation bath, that is, the coagulation solvent, the crosslinking agent and the emulsifier Accordingly, it can be seen that the pH of the coagulation bath can be adjusted. For example, when the composition ratio of the coagulation solvent:crosslinking agent:emulsifier is 1:1:0.10 to 1:1:0.16, the pH of the coagulation bath has a range of 10.38 to 10.44, thereby reducing the shrinkage rate of the graphene oxide gel fibers. And the effect of delaying the drying rate and the effect of increasing the structural stability of the graphene oxide gel fibers can be exhibited.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in this specification and drawings are only presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is obvious to those skilled in the art that other modified examples based on the technical idea of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

100: 그래핀 옥사이드 분산액 101: 노즐
200: 응고욕 30a: 그래핀 옥사이드 겔 섬유
100: graphene oxide dispersion 101: nozzle
200: coagulation bath 30a: graphene oxide gel fiber

Claims (12)

그래핀 옥사이드 시트 및 분산매를 포함하는 그래핀 옥사이드 분산액을 준비하는 단계;
상기 분산매를 밀어내는 응고용매, 상기 그래핀 옥사이드 시트 사이에 가교를 형성하는 가교제 및, 상기 응고용매 및 상기 가교제를 혼합시키는 유화제를 포함하는 응고욕 내에, 상기 분산액을 방사하여 그래핀 옥사이드 겔 섬유를 제조하는 단계; 및
상기 그래핀 옥사이드 겔 섬유를 건조시키는 단계를 포함하는, 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법.
Preparing a graphene oxide dispersion containing a graphene oxide sheet and a dispersion medium;
In a coagulation bath containing a coagulation solvent that pushes the dispersion medium, a crosslinking agent that forms a crosslink between the graphene oxide sheets, and an emulsifier that mixes the coagulation solvent and the crosslinking agent, the dispersion is spun to form graphene oxide gel fibers. manufacturing; and
A method for producing a graphene oxide fiber comprising drying the graphene oxide gel fiber.
제1항에 있어서,
상기 분산매는 극성 유기용매인 것인, 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법.
According to claim 1,
The dispersion medium is a polar organic solvent, graphene oxide fiber manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 응고용매는, 2차 아민 또는 3차 아민의 아민계 용매인 것인, 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법.
According to claim 1,
The coagulation solvent is an amine-based solvent of secondary amine or tertiary amine, graphene oxide fiber manufacturing method.
제3항에 있어서,
상기 응고용매는 트리에틸아민, 다이에틸아민 또는 다이프로필아민인 것인 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법.
According to claim 3,
The coagulation solvent is a graphene oxide fiber manufacturing method of triethylamine, diethylamine or dipropylamine.
제1항에 있어서,
상기 가교제는 1가금속염 또는 암모늄염인 것인, 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법.
According to claim 1,
The crosslinking agent is a monovalent metal salt or ammonium salt, graphene oxide fiber manufacturing method.
제5항에 있어서,
상기 가교제는 암모늄 티오시아네이트인 것인, 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법.
According to claim 5,
The crosslinking agent is ammonium thiocyanate, graphene oxide fiber manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 유화제는 아세토니트릴(acetonitrile)인 것인, 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법.
According to claim 1,
The emulsifier is acetonitrile (acetonitrile), graphene oxide fiber manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 응고욕 내에서 상기 응고용매 및 상기 유화제는 1:0.7 내지 1:2.5의 부피비로 함유되는 것인, 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법.
According to claim 1,
In the coagulation bath, the coagulation solvent and the emulsifier are contained in a volume ratio of 1:0.7 to 1:2.5, graphene oxide fiber manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 응고욕 내에서 상기 응고용매 및 상기 가교제는 1:0.005 내지 1:0.23 (ml:g)의 비로 함유되는 것인, 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법.
According to claim 1,
In the coagulation bath, the coagulation solvent and the crosslinking agent are contained in a ratio of 1: 0.005 to 1: 0.23 (ml: g), graphene oxide fiber manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 응고욕 내에서 상기 응고용매, 유화제 및 가교제는 1:1:0.005 내지 1:1:0.23 (ml:ml:g)의 비로 함유되는 것인, 그래핀 옥사이드 섬유 제조방법.
According to claim 1,
In the coagulation bath, the coagulation solvent, emulsifier and crosslinking agent are contained in a ratio of 1: 1: 0.005 to 1: 1: 0.23 (ml: ml: g), graphene oxide fiber manufacturing method.
그래핀 옥사이드 시트 및 분산매를 포함하는 그래핀 옥사이드 분산액을 방사함에 있어서,
상기 분산매를 밀어내는 응고용매, 상기 그래핀 옥사이드 시트 사이에 가교를 형성하는 가교제 및; 상기 응고용매 및 상기 가교제를 혼합시키는 유화제를 포함하는 그래핀 습식방사용 응고욕.
In spinning a graphene oxide dispersion containing a graphene oxide sheet and a dispersion medium,
a coagulation solvent that pushes the dispersion medium, and a crosslinking agent that forms a bridge between the graphene oxide sheets; A coagulation bath for graphene wet spinning comprising an emulsifier for mixing the coagulation solvent and the crosslinking agent.
제11항에 있어서,
상기 응고욕은 10.10 내지 10.55의 pH 범위를 갖는 것인, 그래핀 습식방사용 응고욕.
According to claim 11,
The coagulation bath has a pH range of 10.10 to 10.55, graphene wet spinning coagulation bath.
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