KR20120109227A - Method for preparation of carbon fibers using lignin copolymer and the carbon fibers prepared thereby - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A carbon fiber and a method for fabricating the same are provided to improve carbonization yield and to cheaply obtain the carbon fiber. CONSTITUTION: A method for fabricating carbon fibers using a lignin-based copolymer comprises: a step of synthesizing the lignin-based copolymer; a step of preparing lignin-base copolymer spinning solution containing 10-50 wt% of the synthesized lignin-based copolymers; a step of wet-spinning the spinning solution to obtain a wet-spun fiber; a step of oxidation-stabilizing of the wet-spun fiber; and a step of carbonizing the stabilized fibers. A step of synthesizing the lignin-based copolymer comprises: a step of dissolving lignin and anhydrous halogen salt to prepare a lignin solution; a step of adding oxidation/reduction inhibitor to the lignin solution; a step of adding monomer compounds or monomer compound-dissolved solution to the lignin solution and performing graft copolymerization; and a step of terminating the graft copolymerization and drying the lignin-based copolymer. [Reference numerals] (AA) Lignin/AN; (BB) Lignin copolymer; (CC) Wet spinning; (DD) Thermal treatment; (EE) Lignin-based carbon fiber

Description

리그닌계 공중합체를 이용한 탄소섬유 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 탄소섬유{Method for preparation of carbon fibers using lignin copolymer and the carbon fibers prepared thereby} Method for preparation of carbon fibers using lignin copolymer and the carbon fibers prepared}

본 발명은 탄소섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로, 리그닌을 단량체 화합물과 공중합하여 제조된 리그닌계 공중합체를 이용하여 탄소섬유를 제조함으로써, 고가의 단량체 화합물의 함량을 줄이고 탄화 수율을 향상시켜 저가로 탄소섬유를 제조할 수 있는 리그닌계 공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법 및 그 방법으로 제조된 탄소섬유에 관한 것이다.
The present invention relates to a carbon fiber and a method of manufacturing the same, by producing a carbon fiber using a lignin-based copolymer prepared by copolymerizing lignin with a monomer compound, thereby reducing the content of expensive monomer compounds and improving the carbonization yield at low cost. It relates to a carbon fiber manufacturing method using a lignin-based copolymer capable of producing carbon fibers and a carbon fiber produced by the method.

화석 연료의 고갈과 과대 사용으로 인한 환경 및 에너지 문제는 차량의 중량을 감소시킴으로 인해서 문제의 해결에 기여 할 수 있다. 차량의 무게가 감소하면 연료의 소모량이 감소하게 되며 따라서 배기량도 감소하게 되어 에너지를 절약하고 환경을 보호하는 측면에서 그 효과가 크다. 한편 이 에너지 환경 문제를 해결하기 위해서 전기 자동차의 개발이 절실하고, 바테리나 연료전지 캐패시터 등의 제한된 동력원을 사용해야하기 때문에 경량화는 더욱 절실하게 요구된다. 따라서 자동차를 경량화 하는 방법으로 탄소섬유 복합 재료를 사용하는 것이 해결 방법으로 제안되고 있다. Environmental and energy problems due to the depletion and overuse of fossil fuels can contribute to the solution by reducing the weight of the vehicle. When the weight of the vehicle is reduced, the consumption of fuel is reduced, and thus the displacement is also reduced, which is great in terms of saving energy and protecting the environment. Meanwhile, the development of electric vehicles is urgently needed to solve this energy environment problem, and the weight reduction is more urgently required because of limited power sources such as batteries and fuel cell capacitors. Therefore, it is proposed to use carbon fiber composite material as a method of lightening the automobile.

그러나 탄소섬유의 가격이 너무 비싸기 때문에 자동차에 응용할 수 있는 문제가 있고 그 가격이 현재 시장가격의 50% 정도인 $10-$15/kg로 제안되고 있다 (출처: US Department of Defence, Polyacrylonitrile (PAN) Carbon Fibers Industrial Capability Assessment" OUSD (AT&L) Industrial Policy , October 2005). 그리고 그 섬유의 기계적인 특성은 강도 1.73GPa, 인장 탄성율 173GPa, 연신율 1%이상이 요구된다. PAN계 탄소섬유의 원가를 분석해보면 아크릴로 니트릴(acrylonitrile, AN)가격이 전체 탄소섬유 제조가의의 42%를 차지한다. 한편 이는 석유화학 제품이기 때문에 화석 연료가 고갈되면서 그 가격은 더 상승할 것이기 때문에 환경 친화적이며 계속사용이 가능한 원료로 대체하는 것이 불가피하다.However, the price of carbon fiber is so high that it is applicable to automobiles and has been proposed at $ 10- $ 15 / kg, which is about 50% of the current market price (Source: US Department of Defense, Polyacrylonitrile (PAN) Carbon). Fibers Industrial Capability Assessment "OUSD (AT & L) Industrial Policy, October 2005) .The mechanical properties of the fibers require a strength of 1.73 GPa, a tensile modulus of 173 GPa, and an elongation of 1% or more. The price of acrylonitrile (AN) accounts for 42% of the total carbon fiber manufacturing price, while it is a petrochemical product, which is likely to rise further as fossil fuels are depleted. It is inevitable to replace

더욱이 최근 들어 에너지 환경문제를 해결하는 것과 항공 우주기술을 개발하는 것에 그 중요성이 더해지고 있다. 이러한 시기에 탄소섬유의 저가 양산이라는 과제는 시급하게 성취되어야 한다.More recently, the importance of solving energy environmental problems and developing aerospace technology is increasing. At this time, the task of low-cost mass production of carbon fiber must be accomplished urgently.

따라서 PAN을 대체하여 값이 싼 원료를 사용하여 탄소 섬유를 제조하는 것이 탄소섬유 저가 생산의 기반이 되는데, 이러한 이유로 목초식물의 20% 정도를 차지하고 있는 리그닌은 탄소섬유 저가 생산을 위한 적합한 원료로 파악되고 있으며, 만약 100% 리그닌을 가지고 탄소섬유를 제조할 수 있다면 40% 정도의 가격 절감이 가능하다. Therefore, the production of carbon fiber using low-cost raw materials instead of PAN is the basis for low carbon fiber production. For this reason, lignin, which accounts for about 20% of grass plants, is considered a suitable raw material for low-carbon carbon fiber production. If it is possible to produce carbon fiber with 100% lignin, a 40% price reduction is possible.

리그닌은 목초식물에 존재하는 풍부하고 계속사용이 가능한 물질이며 방향환 (aromatic ring)을 포함하고 있어 고온에서 높은 탄화 수율(60%)를 나타내므로, 리그닌은 탄소섬유의 원료가 될 수 있는 충분한 조건을 갖추고 있다고 할 수 있다.Lignin is an abundant and sustainable substance present in grass plants and contains aromatic rings, resulting in high carbon yields (60%) at high temperatures, so lignin is a sufficient source of carbon fiber. It can be said to have.

리그닌의 구조에 대해 살펴보면, 일반적으로 리그닌은 매우 복잡하고 일정하지 않은 구조를 가지고 있는데, 천연 상태에서 리그닌은 곁사슬 구조를 하고 있고 이사슬들이 서로 결합을 하고 있는 가교된 고분자 물질이다. 리그닌은 가지구조의 차이를 갖는데, 이것은 목재의 부위에 따라서도 다르게 나타난다. 리그닌을 회수 할 때 그 화학 구조가 바뀌며 순수한 리그닌인 경우 그 분자량이 1,000 ~ 150,000으로 분자량 분포도가 크다. 리그닌의 회수 방법은 Alkali, Sulfide, Ball milling, 염산처리, 효소처리, 유기용제 처리를 통해 추출하는 방법이 있으며, 특히 Alkali 리그닌은 Kraft 펄프를 제조하는 과정에서 얻어진다. 다시 말해, 크라프트(Kraft) 펄프공정을 이용한 제지산업에서 많은 양의 리그닌이 검정색의 수용액상태(black liquor) 부산물로 생산되고 있으며, 이 액체는 일반적으로 연료로 사용되기도 하고 가습제나 접착제등의 첨가제로 사용되고 있다.Looking at the structure of lignin, in general, lignin has a very complex and inconsistent structure. In the natural state, lignin is a crosslinked polymer material having side chain structure and iso-chains bonded to each other. Lignin has a different branching structure, which depends on the part of the wood. When the lignin is recovered, its chemical structure changes, and in the case of pure lignin, its molecular weight ranges from 1,000 to 150,000. Lignin may be recovered by Alkali, Sulfide, Ball milling, hydrochloric acid treatment, enzyme treatment, or organic solvent treatment. In particular, Alkali lignin is obtained in the process of preparing Kraft pulp. In other words, in the paper industry using the Kraft pulp process, a large amount of lignin is produced as a black liquor by-product, which is commonly used as a fuel and as additives such as humidifiers and adhesives. It is used.

리그닌 화합물 중에서 금속 물질 중 Na, K 등을 모두 제거하게 되면 물에 대해 불용성 알칼리 리그닌이 되는 반면, K, Na등이 포함되어 있는 리그닌은 물에 약간 용해되며 pH가 7에서부터 14로 증가하면서 용해도는 더 증가하여 5% NaOH 용액에서 완전히 용해된다. 이렇게 해서 부생되는 리그닌의 양은 미국에서 매년 약 2천만톤이 생산되고 있다.Removing all Na, K, etc. among the lignin compounds becomes an insoluble alkali lignin in water, whereas lignin containing K, Na, etc. is slightly soluble in water and the pH increases from 7 to 14 solubility It is further increased to dissolve completely in 5% NaOH solution. As a result, about 20 million tonnes of lignin are produced annually in the United States.

한편, 리그닌을 이용해서 탄소섬유를 제조하는 공정에 대한 기술적 구성이 Oak Ridge 특허 (US 7,727,932 B2)에 의해 공지된 바 있다. 그러나 상기 미국특허에는 분자량이 너무 작은 리그닌을 사용하기 때문에, 방사하고 안정화ㅇ탄화하는 열처리 계속 공정을 시도 하는 경우 섬유가 매우 약해서 공정에 어려움이 있으므로 대량생산이 어려운 문제점이 있다.
On the other hand, the technical configuration of the process for producing carbon fibers using lignin has been known by Oak Ridge patent (US 7,727,932 B2). However, since the US patent uses lignin having a molecular weight that is too small, there is a problem in that the mass production is difficult because the fiber is very weak when the heat treatment process for spinning and stabilizing carbonization is attempted.

본 발명자들은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위해 연구 노력한 결과 분자량이 큰 리그닌계 공중합체를 제조하고, 리그닌계 공중합체를 사용하여 탄소섬유를 제조하는 기술을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have made efforts to solve the above disadvantages and problems of the prior art as a result of the present invention by producing a lignin-based copolymer having a large molecular weight, and developing a technology for producing carbon fibers using the lignin-based copolymer It was completed.

따라서, 본 발명의 목적은 경질/연질 목재로부터 탄소섬유 제조에 적합한 점도와 분자량을 갖는 리그닌계공중합체를 합성하고 이를 이용하여 대량으로 탄소섬유를 제조할 수 있는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법 및 그 방법으로 제조된 탄소섬유를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to produce a carbon fiber using a lignin-based copolymer capable of synthesizing a lignin copolymer having a viscosity and molecular weight suitable for the production of carbon fibers from hard / soft wood and using the same to produce a large amount of carbon fibers It is to provide a method and a carbon fiber produced by the method.

본 발명의 다른 목적은 리그닌계공중합체를 이용하여 탄소섬유를 제조함으로써 저가의 탄소섬유를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 50%이상의 탄화 수율을 갖는 탄소 섬유를 환경 친화적인 방법으로 제조할 수 있는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법 및 그 방법으로 제조된 탄소섬유를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to produce a carbon fiber using a lignin copolymer, not only to produce a low-cost carbon fiber but also to produce a carbon fiber having a carbon yield of more than 50% by an environmentally friendly method in the lignin air It is to provide a carbon fiber manufacturing method using the coalescence and the carbon fiber produced by the method.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 리그닌계공중합체를 합성하는 단계; 상기 합성된 리그닌계공중합체가 10 내지 50중량% 포함되는 리그닌계공중합체 방사용액을 준비하는 단계; 상기 방사용액을 습식방사하여 습식방사섬유를 얻는 단계; 상기 습식방사섬유를 산화안정화하여 안정화섬유를 얻는 단계; 및 상기 안정화섬유를 탄화하여 탄소섬유를 얻는 단계를 포함하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of synthesizing the lignin copolymer; Preparing a lignin-based copolymer spinning solution containing 10 to 50% by weight of the synthesized lignin-based copolymer; Wet spinning the spinning solution to obtain wet spinning fibers; Oxidatively stabilizing the wet spinning fibers to obtain stabilizing fibers; And it provides a carbon fiber manufacturing method using a lignin-based copolymer comprising the step of carbonizing the stabilizing fiber to obtain a carbon fiber.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 리그닌계공중합체를 합성하는 단계는 리그닌과 무수 할로겐염을 용해시켜 리그닌용액을 준비하는 단계와, 상기 리그닌 용액에 산화/환원개시제를 부가하는 단계와, 상기 산화/환원개시제가 부가된 리그닌용액에 단량체화합물 또는 단량체화합물이 용해된 용액을 첨가하여 그라프트 공중합반응을 수행하는 단계와, 상기 그라프트 공중합반응을 종결시켜 생성된 리그닌계공중합체를 분리 건조하는 단계를 포함한다.In a preferred embodiment, the step of synthesizing the lignin-based copolymer is a step of preparing a lignin solution by dissolving the lignin and anhydrous halogen salt, adding an oxidation / reduction initiator to the lignin solution, and the oxidation / reduction Performing a graft copolymerization reaction by adding a monomer compound or a solution in which the monomer compound is dissolved in the lignin solution to which the initiator is added, and separating and drying the lignin copolymer produced by terminating the graft copolymerization reaction. do.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 단량체화합물은 아크릴로나이트릴(AN, acrylonitrile), 아크릴산 (AA, acrylic acid), 에틸 아크릴에이트 (EA, ethyl acrylate), 비닐알콜(VA, vinylachol), 비닐 에스테르 (VE, vinyl ester), 이미드(I, imide), 벤질이미다졸(BI, benzimidazol), 페놀(phenol), 에칠렌(E, ethylene), 프로필렌(P, propylene), 비닐클로라이드(VC, vinylchloride), 스타이렌(S, styrene), 아닐린(A, analine), 메칠메타클레이트(MMA, methylmethacrylate), 비닐리덴클로라이드(VDC, vinylidence chloride), 비닐리덴 플루오라이드(VDF, vinylidene fluoride) 및 각종 피치(pitch) 중 어느 하나이다.In a preferred embodiment, the monomer compound is acrylonitrile (AN, acrylonitrile), acrylic acid (AA, acrylic acid), ethyl acrylate (EA, ethyl acrylate), vinyl alcohol (VA, vinylachol), vinyl ester (VE , vinyl ester), imide, benzimidazol, phenol, ethylene, propylene, P, propylene, vinyl chloride, Styrene (S, styrene), aniline (A, analine), methyl methacrylate (MMA, methylmethacrylate), vinylidene chloride (VDC, vinylidence chloride), vinylidene fluoride (VDF) and various pitches ) Is either one.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 그라프트 공중합반응은 리그닌 10-50중량%와 50-90중량%의 단량체화합물이 사용된다.In a preferred embodiment, the graft copolymerization reaction uses a monomer compound of 10-50% by weight and 50-90% by weight of lignin.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 산화/환원 개시제는 과산화물이다. In a preferred embodiment, the oxidation / reduction initiator is a peroxide.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 그라프트 공중합반응의 종결은 pH 1-5를 갖는 산성욕에 침전시켜 이루어진다.In a preferred embodiment, the graft copolymerization is terminated by precipitation in an acidic bath having a pH of 1-5.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 방사용액은 상기 리그닌계공중합체와 상기 중합체에 사용된 단량체화합물이 동시에 용해될 수 있는 용매를 포함한다. In a preferred embodiment, the spinning solution includes a solvent in which the lignin copolymer and the monomer compound used in the polymer can be dissolved simultaneously.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 용매는 dimethyl sulfoside(DMSO), dimethyl acetamide(DMAc), dimethyl formamide(DMF) 중 어느 하나이다. In a preferred embodiment, the solvent is any one of dimethyl sulfoside (DMSO), dimethyl acetamide (DMAc), dimethyl formamide (DMF).

바람직한 실시예에 있어서, 상기 습식방사섬유는 상기 방사용액을 응고욕내에서 연신시켜서 습식방사하여 얻어진다.In a preferred embodiment, the wet spinning fibers are obtained by wet spinning the spinning solution in a coagulation bath.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 산화안정화는 상기 습식방사섬유를 공기 중에서 20-250℃에서 처리한다. In a preferred embodiment, the oxidation stabilization treats the wet spinning fibers at 20-250 ° C. in air.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 탄화는 상기 안정화 섬유를 1500℃ 이하에서 처리한다. In a preferred embodiment, the carbonization treats the stabilizing fibers at 1500 ° C or below.

또한, 본 발명은 상술된 어느 하나의 탄소섬유제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유를 제공한다. In addition, the present invention provides a carbon fiber using a lignin-based copolymer, characterized in that produced by any one of the carbon fiber manufacturing method described above.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 탄소섬유는 50%이상의 탄화수율을 갖는다.
In a preferred embodiment, the carbon fiber has a carbonization yield of at least 50%.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.The present invention has the following excellent effects.

먼저, 본 발명의 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법 및 그 방법으로 제조된 탄소섬유에 의하면, 경질/연질 목재로부터 탄소섬유 제조에 적합한 점도와 분자량을 갖는 리그닌계공중합체를 합성하고 이를 이용하여 대량으로 탄소섬유를 제조할 수 있다.First, according to the carbon fiber manufacturing method using the lignin-based copolymer of the present invention and the carbon fiber prepared by the method, a lignin copolymer having a viscosity and molecular weight suitable for the production of carbon fiber from hard / soft wood is synthesized To produce a large amount of carbon fiber.

또한, 본 발명의 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법 및 그 방법으로 제조된 탄소섬유에 의하면, 리그닌계공중합체를 이용하여 탄소섬유를 제조함으로써 저가의 탄소섬유를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 50%이상의 탄화 수율을 갖는 탄소 섬유를 환경 친화적인 방법으로 제조할 수 있다.
In addition, according to the carbon fiber manufacturing method using the lignin-based copolymer of the present invention and the carbon fiber prepared by the method, it is possible to produce a carbon fiber using a lignin-based copolymer as well as to produce a low-cost carbon fiber 50% Carbon fibers having the above carbonization yield can be produced by an environmentally friendly method.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리그닌계 공중합체를 이용하여 탄소섬유를 제조하는 제조공정을 간략화하여 나타낸 흐름도,
도 2는 도 1에 도시된 리그닌계 공중합체의 일 실시예에 따른 합성공정,
도 3은 도 1에 도시된 리그닌계 공중합체의 다른 실시예에 따른 합성공정,
도 4는 도 1에 도시된 바와 같이, 리그닌계 공중합체로부터 탄소섬유를 제조하는 합성공정,
도 5는 도 1에 도시된 흐름도에 따라 리그닌계 공중합체를 전구체로 제작된 습식방사 섬유의 사진; (a) 방사섬유 사진, b) 주사전자현미경(SEM) 사진,
도 6은 도 5의 습식방사 섬유를 산화안정화하여 얻어진 산화안정화 섬유의 사진; (a) 안정화섬유 사진, b) 주사전자현미경(SEM) 사진
도 7은 도 6의 산화안정화 섬유를 탄화하여 제조된 탄소 섬유의 사진; (a) 탄소섬유 사진, b) 주사전자현미경(SEM) 사진.
1 is a flow chart showing a simplified process for producing a carbon fiber using a lignin-based copolymer according to a preferred embodiment of the present invention,
2 is a synthesis process according to an embodiment of the lignin-based copolymer shown in FIG.
3 is a synthesis process according to another embodiment of the lignin-based copolymer shown in FIG.
4 is a synthetic process for producing carbon fibers from the lignin-based copolymer, as shown in Figure 1,
FIG. 5 is a photograph of a wet spinning fiber made of a lignin-based copolymer as a precursor according to the flowchart shown in FIG. 1; FIG. (a) radiofiber photographs, b) scanning electron microscopy (SEM) photographs,
6 is a photograph of an oxidative stabilized fiber obtained by oxidatively stabilizing the wet spinning fiber of FIG. 5; (a) stabilized fiber image, b) scanning electron microscope (SEM) image
FIG. 7 is a photograph of carbon fibers prepared by carbonizing the oxidative stabilized fiber of FIG. 6; FIG. (a) Carbon fiber photographs, b) Scanning electron microscope (SEM) photographs.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the preferred embodiment shown in the accompanying drawings will be described in detail the technical configuration of the present invention.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals used to describe the present invention throughout the specification denote like elements.

본 발명의 기술적 특징은 리그닌계공중합체를 탄소섬유의 재료로 사용하는 것에 있다. The technical feature of the present invention is to use a lignin-based copolymer as the material of the carbon fiber.

따라서, 본 발명의 탄소섬유제조방법은 리그닌계공중합체를 합성하는 단계; 상기 합성된 리그닌계공중합체가 10 내지 50중량% 포함되는 리그닌계공중합체 방사용액을 준비하는 단계; 상기 방사용액을 습식방사하여 섬유를 얻는 단계; 상기 습식방사섬유를 산화안정화하여 안정화섬유를 얻는 단계; 및 상기 안정화섬유를 탄화하여 탄소섬유를 얻는 단계를 포함한다. Therefore, the carbon fiber manufacturing method of the present invention comprises the steps of synthesizing the lignin-based copolymer; Preparing a lignin-based copolymer spinning solution containing 10 to 50% by weight of the synthesized lignin-based copolymer; Wet spinning the spinning solution to obtain a fiber; Oxidatively stabilizing the wet spinning fibers to obtain stabilizing fibers; And carbonizing the stabilizing fibers to obtain carbon fibers.

먼저, 리그닌계공중합체를 합성하는 단계는 리그닌과 무수 할로겐염을 용해시켜 리그닌용액을 준비하는 단계와, 상기 리그닌 용액에 산화/환원개시제를 부가하는 단계와, 상기 산화/환원개시제가 부가된 리그닌용액에 단량체화합물 또는 단량체화합물이 용해된 용액을 첨가하여 그라프트 공중합반응을 수행하는 단계와, 상기 그라프트 공중합반응을 종결시켜 생성된 리그닌계공중합체를 분리 건조하는 단계를 포함한다. 이 때 리그닌용액은 산소가 존재 하지 않은 분위기에서 준비되는 것이 바람직하다. 또한, 그라프트 공중합반응의 종결은 pH 1-5를 갖는 산성욕에 침전시켜 이루어지는 것이 바람직하다. First, the step of synthesizing the lignin-based copolymer is to prepare a lignin solution by dissolving the lignin and anhydrous halogen salt, adding an oxidation / reduction initiator to the lignin solution, and the lignin added to the oxidation / reduction initiator A graft copolymerization reaction is performed by adding a monomer compound or a solution in which the monomer compound is dissolved in the solution, and separating and drying the lignin copolymer produced by terminating the graft copolymerization reaction. At this time, the lignin solution is preferably prepared in an atmosphere in which oxygen is not present. In addition, the termination of the graft copolymerization reaction is preferably carried out by precipitation in an acid bath having a pH of 1-5.

특히, 본 발명에서는 리그닌계공중합체를 합성하기 위해 경질 목재에서 얻어진 oxyphenylpropene 고분자로 이루어진 리그닌을 사용하였는데, 경질목재 리그닌은 하기 [구조식1]과 같이 주로 alkoxy기가 치환된 방향환과 OH-기를 갖는 propene기의 반복 단위를 갖는 Coniferyl alcohol과 Sinapyl alcohol의 구조로 구분된다. 따라서, 경질목재 리그닌은 alkyl기가 aromatic ring에 치환되거나, sulfur가 고분자와 결합하여 sulfonate기가 치환될 수 있다. Particularly, in the present invention, lignin composed of oxyphenylpropene polymer obtained from hard wood was used to synthesize lignin-based copolymer, and hard wood lignin is a propene group having an aromatic ring and an OH group substituted with an alkoxy group, as shown in the following [Formula 1]. It is divided into the structure of Coniferyl alcohol and Sinapyl alcohol with repeating units of. Therefore, hardwood lignin may be substituted with an alkyl group in an aromatic ring, or sulfur may be combined with a polymer to replace a sulfonate group.

[구조식 1]

Figure pat00001
[Structural formula 1]
Figure pat00001

그 결과 리그닌 주쇄인 oxyphenylpropene 방향환의 곁가지에 그라프트 될 수 있는 단량체화합물의 라디칼 반응이 수행되는 그라프트 공중합반응을 통해 리그닌계 공중합체를 합성할 수 있다. 이 때 그라프트 공중합반응은 리그닌 10-50중량%와 50-90중량%의 단량체화합물이 사용되는 것이 바람직하다. As a result, the lignin-based copolymer can be synthesized through a graft copolymerization reaction in which a radical reaction of a monomer compound that can be grafted to the side of the oxyphenylpropene aromatic ring, which is a lignin main chain, is performed. At this time, the graft copolymerization reaction preferably uses 10-50% by weight of lignin and 50-90% by weight of a monomer compound.

본 발명에서 그라프트 공중합반응에 사용될 수 있는 단량체화합물은 -COOH, -C≡N, -H 둥의 치환체를 갖는 CH2=CHY(Y= COOH, C≡N, H)등일 수 있는데, 바람직하게는 아크릴로나이트릴(AN, acrylonitrile), 아크릴산 (AA, acrylic acid), 에틸 아크릴에이트 (EA, ethyl acrylate), 비닐알콜(VA, vinylachol), 비닐 에스테르 (VE, vinyl ester), 이미드(I, imide), 벤질이미다졸(BI, benzimidazol), 페놀(phenol), 에칠렌(E, ethylene), 프로필렌(P, propylene), 비닐클로라이드(VC, vinylchloride), 스타이렌(S, styrene), 아닐린(A, analine), 메칠메타클레이트(MMA, methylmethacrylate), 비닐리덴클로라이드(VDC, vinylidence chloride), 비닐리덴 플루오라이드(VDF, vinylidene fluoride) 및 각종 피치(pitch) 등이 사용될 수 있다. 특히 아크릴로나이트릴은 구조내의 nitrile기가 라디칼 반응을 방해하지 않기 때문에 리그닌 주쇄에 단량체가 비교적 규칙적으로 배열된 그라프트 공중합체의 합성이 가능하다. In the present invention, the monomer compound that can be used for the graft copolymerization reaction may be -COOH, -C≡N, -H CH 2 = CHY (Y = COOH, C≡N, H), etc., preferably Is acrylonitrile (AN, acrylonitrile), acrylic acid (AA, acrylic acid), ethyl acrylate (EA, ethyl acrylate), vinyl alcohol (VA, vinylachol), vinyl ester (VE, vinyl ester), imide (I , imide), benzylimidazole (BI, benzimidazol), phenol (phenol), ethylene (E, ethylene), propylene (P, propylene), vinyl chloride (VC, vinylchloride), styrene (S, styrene), aniline (A, analine), methyl methacrylate (MMA, methylmethacrylate), vinylidene chloride (VDC, vinylidence chloride), vinylidene fluoride (VDF, vinylidene fluoride) and various pitch (pitch) and the like can be used. In particular, the acrylonitrile does not interfere with the radical reaction of the nitrile group in the structure, and thus, it is possible to synthesize a graft copolymer in which monomers are arranged on a regular basis in the lignin backbone.

일반적으로 리그닌의 농도가 낮을수록 그라프트 중합에 있어서 곁가지 반응은 줄어든다. 여기에서 사용되는 과산화물은 하기 [반응식1]에서와 같이 개시제 역할을 하고, 리그닌에 라디칼을 생성시켜 하기 [구조식2]와 같이 AN 단량체와 중합 반응하는 역할을 한다. In general, the lower the lignin concentration, the less the side reactions in graft polymerization. The peroxide used herein serves as an initiator as in the following [Scheme 1], and generates a radical in the lignin to polymerize with the AN monomer as shown in the following [Scheme 2].

[반응식1][Scheme 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

[구조식2][Formula 2]

Figure pat00003
Figure pat00003

구체적인 예를 들어 리그닌계 공중합체를 합성하는 단계의 일예를 개략적으로 살펴보면, 다음과 같다. 먼저 리그닌과 분쇄된 무수 할로겐 염을 정제된 용제에 용해시켜 리그닌용액을 제조하고, 용해된 두 가지 반응물을 20분 동안 질소로 버블링하면서 과산화수소를 반응물에 부가하여 균일하게 혼합한다. 다음 단량체화합물로서 AN을 리그닌 혼합용액에 첨가한 후 온도를 70℃로 유지하면 중합반응을 통해 반응물이 점차 중합되면서 점도가 높아진다. 반응 온도는 20-100℃의 범위에서 가능하다. 그라프트 중합을 위한 반응시간은 1-12시간 이고, 반응을 종결시키기 위해 과산화물이 사용되는데 일예로 1 wt% hydroquinone 수용액이 사용될 수 있으며, 상기 수용액으로 수세 후 건조하였다. 그 후 반응생성물에 10배의 물을 부어 교반한 다음 생성물을 침전시켜 적합한 응고용매로 세척하고 건조시켜서 리그닌계공중합체를 얻을 수 있는데, 수율은 하기 수학식1과 계산할 수 있다. Looking at a specific example of the step of synthesizing the lignin-based copolymer as a specific example, as follows. First, lignin and crushed anhydrous halogen salt are dissolved in a purified solvent to prepare a lignin solution. Hydrogen peroxide is added to the reactants and mixed uniformly while bubbling the dissolved two reactants with nitrogen for 20 minutes. Next, when AN is added to the lignin mixed solution as a monomer compound and the temperature is maintained at 70 ° C., the reactant gradually polymerizes through a polymerization reaction, thereby increasing the viscosity. The reaction temperature is possible in the range of 20-100 ° C. The reaction time for the graft polymerization is 1-12 hours, and a peroxide is used to terminate the reaction. For example, a 1 wt% aqueous hydroquinone aqueous solution may be used, and washed with water. Thereafter, 10 times of water is poured into the reaction product, the mixture is stirred, the product is precipitated, washed with a suitable coagulation solvent, and dried to obtain a lignin copolymer. The yield can be calculated by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

{GPW/(MW+LW)}×100{GPW / (MW + LW)} × 100

GPW : 그라프트 중합체 중량GPW: Graft Polymer Weight

MW : 단량체화합물의 중량MW: weight of monomer compound

LW : 리그닌의 중량LW: weight of lignin

다음으로, 리그닌계공중합체 방사용액을 준비하는 단계는 용매에 위와 같이 합성된 리그닌계공중합체가 10 내지 50중량% 포함되도록 용해시켜 이루어진다. 여기서, 용매는 리그닌계공중합체와 중합체에 포함된 단량체화합물이 동시에 용해될 수 있는 용매를 사용되는 것이 바람직한데, 보다 바람직하게는 dimethyl sulfoside(DMSO), dimethyl acetamide(DMAc), dimethyl formamide(DMF) 중 어느 하나가 사용되는 것이다. Next, the step of preparing a lignin-based copolymer spinning solution is made by dissolving the lignin-based copolymer synthesized as above in the solvent 10 to 50% by weight. Here, the solvent is preferably a solvent that can dissolve the lignin copolymer and the monomer compound contained in the polymer at the same time, more preferably dimethyl sulfoside (DMSO), dimethyl acetamide (DMAc), dimethyl formamide (DMF) Either one is used.

다음으로, 습식방사섬유를 얻는 단계에서 습식방사섬유는 준비된 리그닌계공중합체 방사용액을 응고욕내에서 연신시켜서 공지된 방법으로 습식방사하여 얻어지는데, 습식방사의 일예로서 후술하는 실시예와 같이 방사용액을 직경 0.2mm 바늘을 부착한 주사기 이용해 10% v/v의 DMF 응고욕에 방사한 후, 권취하여 습식방사섬유를 얻을 수 있다. Next, in the step of obtaining the wet spinning fibers, the wet spinning fibers are obtained by stretching the prepared lignin-based copolymer spinning solution in a coagulation bath and wet spinning in a known manner, as an example of wet spinning, spinning solution It was spun into a 10% v / v DMF coagulation bath using a syringe with a 0.2mm diameter needle, and then wound to obtain a wet spinning fiber.

다음으로, 안정화섬유를 얻는 단계는 습식방사섬유를 산화 안정화하여 수행되는 것인데, 산화안정화는 공기 중에서 습식방사섬유를 20-250℃로 처리하는 것이다. Next, the step of obtaining a stabilizing fiber is performed by oxidative stabilization of the wet spinning fiber, the oxidation stabilization is to treat the wet spinning fiber at 20-250 ℃ in air.

다음으로, 탄소섬유를 얻는 단계는 안정화섬유를 탄화하여 수행되는데, 탄화는 안정화섬유를 1500℃ 이하에서 공지된 방법으로 처리하여 수행된다.Next, the step of obtaining the carbon fiber is carried out by carbonizing the stabilizing fibers, the carbonization is carried out by treating the stabilizing fibers in a known method at 1500 ℃ or less.

상술된 방법으로 제조된 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유는 50%이상의 탄화수율을 갖게 되므로, 리그닌공중합체를 이용하고 비교적 간단한 공정을 수행하여 저가로 얻을 수 있음에도 불구하고 탄화수율이 우수한 것을 알 수 있다. Carbon fiber using the lignin copolymer prepared by the above-described method has a carbonization yield of 50% or more, and thus it can be seen that the carbonization yield is excellent even though it can be obtained at low cost by using a lignin copolymer and performing a relatively simple process. have.

실시예 1Example 1

1. 리그닌계공중합체 1의 합성1. Synthesis of Lignin Copolymer 1

도2에 도시된 방법을 사용하여 27.52g의 DMSO가 담겨있는 250mL 둥근 플라스크에 9.44 g의 경질목재 리그닌(PC1369)과 9.40 CaCl2 넣고 30% 과산화수소 수용액을 8.5 mL 첨가하여 질소상태에서 반응 시켰다. 이 리그닌 혼합용액에 DMSO 10 g에 용해된 9.35 g의 AN을 첨가하여 70 ℃에서 12시간 더 반응시켰다. pH 2를 갖는 생성물 슬러리의 10배(v/v) 산성수를 반응물에 부가하여 반응을 종결하고, 생성된 침전물은 응고제로 세척한 다음 건조하여 89.6%의 수율을 갖는 리그닌계공중합체 1을 합성하였다.In a 250 mL round flask containing 27.52 g of DMSO, 9.44 g of hardwood lignin (PC1369) and 9.40 CaCl 2 were prepared using the method shown in FIG. 30 mL of hydrogen peroxide solution was added and 8.5 mL was added to react with nitrogen. 9.35 g of AN dissolved in 10 g of DMSO was added to the lignin mixed solution, followed by further reaction at 70 ° C for 12 hours. The reaction was terminated by adding 10 times (v / v) acidic water of the product slurry with pH 2 to the reactants, and the resulting precipitate was washed with a coagulant and dried to synthesize lignin copolymer 1 having a yield of 89.6%. It was.

2. 리그닌계공중합체 방사용액 제조2. Preparation of lignin copolymer spinning solution

20.0% 공중합체 1을 DMF 용매에 녹여서 리그닌계공중합체 방사용액을 제조하였다. A lignin copolymer spinning solution was prepared by dissolving 20.0% copolymer 1 in DMF solvent.

3.습식방사섬유 제조3. Manufacture of wet spinning fibers

제조된 리그닌계공중합체 방사용액을 직경 0.2mm 바늘을 부착한 주사기 이용해 10% v/v의 DMF 응고욕에 방사해서 권취하였다. 얻어진 방사섬유의 사진과 전자현미경 사진 (SEM)은 도 5에 제시하였다. SEM 사진을 통해 섬유의 평균직경 범위는 70~90 μm이고, 표면의 거칠기가 매우 큰 섬유임을 알 수 있었다.The prepared lignin copolymer spinning solution was wound by spinning in a 10% v / v DMF coagulation bath using a syringe with a 0.2 mm diameter needle. Photographs and electron micrographs (SEM) of the obtained spinning fibers are shown in FIG. 5. SEM images showed that the average diameter of the fiber ranged from 70 to 90 μm and the surface roughness was very large.

4. 안정화섬유 제조4. Stabilized Fiber Manufacturing

습식방사하여 얻은 방사섬유를 열풍순환爐를 사용하여 압축공기를 분당 5~20 mL의 유속으로 공급하고, 분당 1 ℃의 승온 속도로 225 ℃까지 승온 시키고, 그 온도에서 1시간 유지시킨 다음 실온까지 공냉하여 산화안정화단계를 수행하였다.The spinning fiber obtained by wet spinning is supplied with hot air circulation at a flow rate of 5 to 20 mL per minute, heated to 225 ° C at a temperature rising rate of 1 ° C per minute, maintained at that temperature for 1 hour, and then to room temperature. Air cooling was carried out for the oxidation stabilization step.

5. 탄소섬유1 제조5. Carbon Fiber 1 Manufacturing

도 4에 도시된 바와 같이 안정화 섬유를 질소 분위기에서 관형 열처리로를 이용하여 분당 5 ㅀC 승온속도로 1000ㅀC 까지 승온하여, 그 온도에서 1시간 유지시킨 다음 실온까지 공냉하였다. 탄소화 과정 후 얻어진 탄소섬유1의 수율은 45.50~54.90 %이었다.
As shown in FIG. 4, the stabilized fibers were heated to 1000 ° C. at a temperature increase rate of 5 ° C. per minute using a tubular heat treatment furnace in a nitrogen atmosphere, maintained at that temperature for 1 hour, and then cooled to room temperature. The yield of carbon fiber 1 obtained after the carbonization process was 45.50 ~ 54.90%.

실시예 2Example 2

후술하는 방법에 의해 합성된 리그닌계공중합체 2를 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법으로 탄소섬유2를 제조하였다.Carbon fiber 2 was prepared in the same manner as in Example 1 except that lignin-based copolymer 2 synthesized by the method described below was used.

1. 리그닌계공중합체2의 합성1. Synthesis of Lignin Copolymer 2

도 3에 도시된 바와 같이 2중 개시방법을 2단계에 걸쳐서 실시하였다. 첫째 단계에서는 azobisisobutyronitrile (AIBN)를 이용해서 AN을 중합하고, 둘째 단계에서는 중합된 olygomer/polyacrylonitrile(PAN)을 DMSO에 용해되어 있는 리그닌/CaCl2/과산화물에 혼합하여 반응을 진행시켜 리그닌과 PAN의 공중합체를 얻는 방법이다.As shown in FIG. 3, the dual initiation method was performed in two stages. In the first step, AN is polymerized using azobisisobutyronitrile (AIBN), and in the second step, the polymerized olygomer / polyacrylonitrile (PAN) is mixed with lignin / CaCl 2 / peroxide dissolved in DMSO to proceed with the reaction of lignin and PAN. This is how to get coalescence.

단계1: 19.8 g의 AN과 22 mg의 AIBN을 50 g DMSO 용매에 용해시켜 질소분위기 하에서 70 ℃로 2시간 반응시키면, 밝은 황색이 되면서 점도가 높아지는 현상이 관찰된다. 그리고 2단계에서 준비된 리그닌 용액에 혼합하여 추가로 4시간동안 반응시킨다. Step 1: When 19.8 g of AN and 22 mg of AIBN are dissolved in 50 g of DMSO solvent and reacted at 70 ° C. for 2 hours under a nitrogen atmosphere, a phenomenon that the viscosity becomes bright and yellow is observed. And then mixed with the lignin solution prepared in step 2 and reacted for an additional 4 hours.

단계2: 40g의 DMSO에 용해된 8.0g 의 경질목재 리그닌, 8.0g의 CaCl2를 넣고 분산하고, 30% 과산화수소 수용액을 4.3 mL 첨가한 다음 6시간 동안 질소 분위기하애서 반응을 진행시킨다. Step 2: Add 8.0 g of hardwood lignin and 8.0 g of CaCl 2 dissolved in 40 g of DMSO, disperse, add 4.3 mL of 30% aqueous hydrogen peroxide solution, and then proceed under nitrogen atmosphere for 6 hours.

단계1과 단계2에서 준비된 용액을 혼합하여 6시간 반응시킨다. 이렇게 해서 얻어진 고상성분의 양은 17.7 wt%이고 총 12시간을 반응시킨 후 반응을 종결시키기 위해서 pH 2 로 맞추어진 산성수를 10배 (v/v)첨가하였다. 생성된 침전물은 적합한 응고제로 세척한 다음 70℃에서 건조하여 62.8 % 수율을 갖는 리그닌계 공중합체 2를 합성하였다.
The solution prepared in Step 1 and Step 2 was mixed and reacted for 6 hours. The amount of the solid component thus obtained was 17.7 wt% and after 12 hours of reaction, acidic water adjusted to pH 2 was added 10 times (v / v) to terminate the reaction. The resulting precipitate was washed with a suitable coagulant and then dried at 70 ° C. to synthesize lignin based copolymer 2 having a yield of 62.8%.

이상의 실시예에서 그 내용중에 다르게 명기하지 않는 한 사용된 농도는 wt%, 온도는 ℃이다. 경질목재 리그닌은 PC1369를 사용하였고 DMSO는 Yakuri Pure Chemical Co., Korea 사의 것을 사용하였으며, 과산화 수소는 30% 수용액으로 Ducksan Pure Chemicals Co. Ltd, Korea를 사용하였고, 1 % hydroquinone 수용액을 사용하였다.
In the above examples, the concentration used is wt% and the temperature is ° C unless otherwise specified. Hardwood lignin was used as PC1369 and DMSO was used by Yakuri Pure Chemical Co., Korea. Hydrogen peroxide was used as a 30% aqueous solution. Ltd, Korea, and 1% hydroquinone aqueous solution was used.

실험예 1Experimental Example 1

20.0 % 공중합체 1 혹은 2를 DMF 용매에 녹여서 방사용액을 제조한 후 합성 Brookfield 점도계를 이용해 25℃에서 점도를 측정하였고 그 결과를 표1에 나타내었다. After dissolving 20.0% copolymer 1 or 2 in DMF solvent to prepare a spinning solution, the viscosity was measured at 25 ° C. using a synthetic Brookfield viscometer and the results are shown in Table 1.

구분division Synteesis routeSynteesis route Copolymer solution wt% in DMFCopolymer solution wt% in DMF Viscosity (cP)Viscosity (cP) 리그닌계 공중합체1Lignin copolymer 1 CaCl2 - H2O2 CaCl 2 -H 2 O 2 3030 17.9617.96 5050 84.0384.03 4040 273273 리그닌계공중합체2Lignin copolymer 2 Double initiationDouble initiation 1515 431.90431.90 2020 673.07673.07

실험예 2Experimental Example 2

실시예1에서 얻어진 습식방사섬유의 외형을 관찰하고 그 결과사진(a)과 전자현미경 사진(SEM)(b)을 도 5 에 나타내었다. SEM 사진을 통해 섬유의 평균직경 범위는 70~90 μm이고, 표면의 거칠기가 매우 큰 섬유임을 알 수 있었다.
The appearance of the wet spinning fiber obtained in Example 1 was observed, and the photograph (a) and the electron micrograph (SEM) (b) are shown in FIG. 5. SEM images showed that the average diameter of the fiber ranged from 70 to 90 μm and the surface roughness was very large.

실험예 3Experimental Example 3

실시예1에서 얻어진 안정화섬유의 외형을 관찰하고 그 결과사진(a)과 전자현미경 사진(SEM)(b)을 도 6에 나타내었다. SEM 사진을 통해 섬유의 평균직경 범위는 65~80 μm 임을 알 수 있었다.The appearance of the stabilized fiber obtained in Example 1 was observed, and as a result, the photograph (a) and the electron micrograph (SEM) (b) are shown in FIG. 6. SEM images showed that the average diameter of the fibers ranged from 65 to 80 μm.

실험예 4Experimental Example 4

실시예1에서 얻어진 탄소섬유의 외형을 관찰하고 그 결과사진(a)과 전자현미경 사진(SEM)(b)을 도 7에 나타내었다. SEM 사진을 통해 섬유의 평균직경 범위는 51~60 μm 임을 알 수 있었다.
The appearance of the carbon fiber obtained in Example 1 was observed, and as a result, the photograph (a) and the electron micrograph (SEM) (b) are shown in FIG. 7. SEM images showed that the average diameter of the fibers ranged from 51 to 60 μm.

이상의 실험예들은 리그닌계공중합체를 원료로 하여 제조된 방사용액을 본 발명의 제조방법과 같이 습식방사하게 되면 비교적 간단한 공정을 수행하여 저가로 탄화수율이 우수한 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. In the above experimental examples, when the spinning solution prepared from the lignin copolymer was wet-spun as in the manufacturing method of the present invention, carbon fiber using the lignin copolymer having excellent carbonization yield was obtained by performing a relatively simple process. I can see.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Various changes and modifications will be possible.

Claims (13)

리그닌계공중합체를 합성하는 단계;
상기 합성된 리그닌계공중합체가 10 내지 50중량% 포함되는 리그닌계공중합체 방사용액을 준비하는 단계;
상기 방사용액을 습식방사하여 습식방사섬유를 얻는 단계;
상기 습식방사섬유를 산화안정화하여 안정화섬유를 얻는 단계; 및
상기 안정화섬유를 탄화하여 탄소섬유를 얻는 단계를 포함하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법.
Synthesizing the lignin copolymer;
Preparing a lignin-based copolymer spinning solution containing 10 to 50% by weight of the synthesized lignin-based copolymer;
Wet spinning the spinning solution to obtain wet spinning fibers;
Oxidatively stabilizing the wet spinning fibers to obtain stabilizing fibers; And
Carbon fiber manufacturing method using a lignin-based copolymer comprising the step of carbonizing the stabilizing fiber to obtain a carbon fiber.
제 1 항에 있어서,
상기 리그닌계공중합체를 합성하는 단계는 리그닌과 무수 할로겐염을 용해시켜 리그닌용액을 준비하는 단계와, 상기 리그닌 용액에 산화/환원개시제를 부가하는 단계와, 상기 산화/환원개시제가 부가된 리그닌용액에 단량체화합물 또는 단량체화합물이 용해된 용액을 첨가하여 그라프트 공중합반응을 수행하는 단계와, 상기 그라프트 공중합반응을 종결시켜 생성된 리그닌계공중합체를 분리 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법.
The method of claim 1,
The synthesizing of the lignin copolymer may include preparing a lignin solution by dissolving lignin and anhydrous halogen salt, adding an oxidation / reduction initiator to the lignin solution, and adding the oxidation / reduction initiator to the lignin solution. A lignin comprising the step of performing a graft copolymerization reaction by adding a monomer compound or a solution in which the monomer compound is dissolved, and separating and drying the lignin copolymer produced by terminating the graft copolymerization reaction. Carbon fiber manufacturing method using a pore polymer.
제 2 항에 있어서,
상기 단량체화합물은 아크릴로나이트릴(AN, acrylonitrile), 아크릴산 (AA, acrylic acid), 에틸 아크릴에이트 (EA, ethyl acrylate), 비닐알콜(VA, vinylachol), 비닐 에스테르 (VE, vinyl ester), 이미드(I, imide), 벤질이미다졸(BI, benzimidazol), 페놀(phenol), 에칠렌(E, ethylene), 프로필렌(P, propylene), 비닐클로라이드(VC, vinylchloride), 스타이렌(S, styrene), 아닐린(A, analine), 메칠메타클레이트(MMA, methylmethacrylate), 비닐리덴클로라이드(VDC, vinylidence chloride), 비닐리덴 플루오라이드(VDF, vinylidene fluoride) 및 각종 피치(pitch) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법.
The method of claim 2,
The monomer compound is acrylonitrile (AN, acrylonitrile), acrylic acid (AA, acrylic acid), ethyl acrylate (EA, ethyl acrylate), vinyl alcohol (VA, vinylachol), vinyl ester (VE, vinyl ester), I, imide, benzimidazol (BI, benzimidazol), phenol, ethylene (E, ethylene), propylene (P, propylene), vinyl chloride (VC, vinylchloride), styrene (S, styrene ), Aniline (A, analine), methylmethacrylate (MMA, methylmethacrylate), vinylidene chloride (VDC, vinylidence chloride), vinylidene fluoride (VDF) and any one of the various (pitch) Carbon fiber manufacturing method using a lignin copolymer characterized in that.
제 2 항에 있어서,
상기 그라프트 공중합반응은 리그닌 10-50중량%와 50-90중량%의 단량체화합물이 사용되는 것을 특징으로 하는 리그린계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법.
The method of claim 2,
The graft copolymerization method is a carbon fiber manufacturing method using a lignin copolymer, characterized in that the monomer compound of 10-50% by weight and 50-90% by weight lignin is used.
제 2 항에 있어서,
상기 산화/환원 개시제는 과산화물인 것을 특징으로 하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법.
The method of claim 2,
The oxidation / reduction initiator is a carbon fiber manufacturing method using a lignin-based copolymer, characterized in that the peroxide.
제 2 항에 있어서,
상기 그라프트 공중합반응의 종결은 pH 1-5를 갖는 산성욕에 침전시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법.
The method of claim 2,
Terminating the graft copolymerization reaction is a carbon fiber manufacturing method using a lignin-based copolymer, characterized in that the precipitate is formed in an acidic bath having a pH of 1-5.
제 1 항에 있어서,
상기 방사용액은 상기 리그닌계공중합체와 상기 중합체에 사용된 단량체화합물이 동시에 용해될 수 있는 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법.
The method of claim 1,
The spinning solution is a carbon fiber manufacturing method using a lignin copolymer, characterized in that the lignin copolymer and a monomer compound used in the polymer can be dissolved at the same time.
제 7 항에 있어서,
상기 용매는 dimethyl sulfoside(DMSO), dimethyl acetamide(DMAc), dimethyl formamide(DMF) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법.
The method of claim 7, wherein
The solvent is dimethyl sulfoside (DMSO), dimethyl acetamide (DMAc), dimethyl formamide (DMF) carbon fiber manufacturing method using a lignin copolymer, characterized in that any one of.
제 1 항에 있어서,
상기 습식방사섬유는 상기 방사용액을 응고욕내에서 연신시켜서 습식방사하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법.
The method of claim 1,
The wet spinning fiber is a carbon fiber manufacturing method using a lignin-based copolymer, characterized in that obtained by spinning the spinning solution in a coagulation bath and wet spinning.
제 1 항에 있어서,
상기 산화안정화는 상기 습식방사섬유를 공기 중에서 20-250℃에서 처리하는 것을 특징으로 하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법.
The method of claim 1,
The oxidation stabilization is a carbon fiber manufacturing method using a lignin copolymer, characterized in that the wet spinning fibers are treated at 20-250 ℃ in air.
제 1 항에 있어서,
상기 탄화는 상기 안정화 섬유를 1500℃ 이하에서 처리하는 것을 특징으로 하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유제조방법.
The method of claim 1,
The carbonization is a carbon fiber manufacturing method using a lignin-based copolymer, characterized in that for treating the stabilized fiber at 1500 ℃ or less.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 탄소섬유제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유.
Carbon fiber using a lignin-based copolymer, characterized in that produced by any one of carbon fiber manufacturing method of claim 1.
제 12 항에 있어서,
상기 탄소섬유는 50%이상의 탄화수율을 갖는 것을 특징으로 하는 리그닌계공중합체를 이용한 탄소섬유.
13. The method of claim 12,
The carbon fiber is a carbon fiber using a lignin-based copolymer, characterized in that having a carbonization yield of 50% or more.
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