KR20120134503A - 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 탄소나노섬유 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 탄소나노섬유에 관한 것으로, 상세하게는 탄화수소계 고분자를 용매에 용해한 후 전기방사하여 섬유를 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 섬유에 방사선을 조사하여 안정화시키는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 안정화된 섬유를 탄화시키는 단계(단계 3)를 포함하는 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 탄소나노섬유는 전기방사를 통해 제조된 섬유의 안정화 시 단순 열처리가 아닌 방사선 조사를 통해 섬유의 안정화를 수행하여 빠른 시간 안에 섬유를 안정화시키고 이를 탄화시킴으로써 탄소나노섬유의 수율을 향상시키고, 더욱 강도가 향상된 탄소나노섬유를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 탄소나노섬유에 관한 것이다.
일반적으로 전기방사를 통해 제조되는 나노 섬유는 직경이 수십 ~ 수백 nm 이하이고, 부직포로 형성되는 경우, 공극률이 50 ~ 90 %로 매우 높으며, 기공이 서로 연결되어 있어 다공성 물질 중에서 면적 대 부피 비율이 가장 높은 섬유이다. 이와 같이 전기 방사를 통해 제조되는 나노 섬유 웹은 2/3가 의료분야에 사용되고, 그외 여과 분야 등에서도 사용되고 있다.
최근, 전기 방사를 통해 제조된 나노섬유를 탄소 섬유와 같은 고강도 섬유 재료와 같이 복합재료의 강화 물질로 적용하려는 연구가 많이 이루어지고 있으며, 특히, 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile, PAN)은 고강도 탄소섬유를 제조하기 위해 많이 사용되고 있다. 그러나, 에너지 및 환경문제의 해결과 항공 우주기술 개발을 위해 탄소 섬유를 사용하는 비중이 급격하게 증가하고 있으며, 이에 대한 중요성이 커짐에 따라 낮은 공정비용으로 탄소섬유를 양산하는 방법이 요구되고 있다. 이는, 탄소 섬유를 제조하기 위한 전구체인 폴리아크릴로나이트릴의 단가가 높기 때문으로, 폴리아크릴로나이트릴 전구체를 저렴한 가격의 대체물질로 대체하는 방안이 시급히 개발되어야 할 것이다.
한편, 리그닌(lignin)은 목재에서 펄프를 생산하기 위해 화학적으로 제거되는 부분으로, 화학 펄핑(pulping)의 폐액에는 다량의 리그닌이 함유되어 있음에도, 대부분 폐액과 함께 버려져 환경오염의 원인이 되기도 한다. 그러나, 펄프폐액의 pH를 적절히 조절하여 리그닌을 쉽게 얻을 수 있기 때문에 폴리아크릴로나이트릴을 대신하여 리그닌을 이용하여 탄소 섬유를 제조한다면, 공정비용 및 환경오염을 크게 줄일 수 있을 것이다. 실제로 리그닌을 폴리아크릴로나이트릴계 탄소 섬유의 일부분으로 이용했을 경우, 폴리아크릴로나이트릴 전구체만을 사용하여 제조되는 탄소 섬유의 생산단가는 $7.85/lb인 반면, 리그닌(lignin)을 첨가하여 제조되는 탄소 섬유는 생산단가가 최대 $5.14/lb로, 약 35%의 비용을 절감하여 탄소 섬유를 생산할 수 있다.
한편, 폴리아크릴로나이트릴 섬유를 탄소섬유로 제조하기 위해서는 리니어 구조의 폴리아크릴로나이트릴 섬유를 200 ~ 300 ℃의 온도에서 섬유 내부 분자 간의 가교 반응 또는 사다리 구조를 형성시킨 후, 1000 ℃ 이상의 온도에서 탄화시켜 폴리아크릴로나이트릴계 탄소 섬유를 제조할 수 있다. 또한 폴리아크릴로나이트릴/리그닌을 혼합하고 이를 전기방사함으로서 습식방사나 용융방사에 비하여 쉽고 편리한 방법으로 폴리아크릴로나이트릴/리그닌 섬유 및 가볍고 강도가 높은 탄소섬유를 제조할 수 있다.
일본특허 특개2010-31449호에서는 폴리아크릴로나이트릴, 폴리카르보디이미드, 폴리이미드, 폴리벤조아졸, 리그닌 등의 열가소성 탄소 전구체 1종 이상을 이용하여 탄소섬유를 제조하고 있으며, 상기 전구체를 이용하여 섬유를 제조한 후, 이를 안정화 및 탄화 열처리함으로써 탄소섬유를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 전기 방사된 폴리아크릴로나이트릴 섬유는 표면적이 넓고 부직포 형태를 이루고 있어 열에 의해 안정화를 수행할 시 표면이 쉽게 발화되거나 부직포 안쪽의 폴리아크릴로나이트릴 섬유로 열이 전달되지 않는 문제가 있어 섬유의 안정화를 원활히 수행할 수 없다.
이에, 본 발명자들은 폴리아크릴로나이트릴과 같은 탄화수소계 고분자를 전구체로하여 탄소 나노섬유를 제조하는 방법을 연구하던 중, 전기방사를 통해 전구체로부터 섬유를 제조한 후, 방사선을 이용하여 상기 섬유을 안정화시킴으로써 빠른시간 안에 더욱 기계적 특성이 우수한 섬유를 제조할 수 있는 방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 탄소나노섬유를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄화수소계 고분자를 용매에 용해한 후 전기방사하여 섬유를 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 섬유에 방사선을 조사하여 안정화시키는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 안정화된 섬유를 탄화시키는 단계(단계 3)를 포함하는 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 탄소나노섬유는 전기방사를 통해 제조된 섬유의 안정화 시 단순 열처리가 아닌 방사선 조사를 통해 섬유의 안정화를 수행하여 빠른 시간 안에 섬유를 안정화시키고 이를 탄화시킴으로써 탄소나노섬유의 수율을 향상시키고, 더욱 강도가 향상된 탄소나노섬유를 제조할 수 있다. 아울러, 가격이 저렴한 리그닌을 이용하는 경우, 종래의 전구체 재료를 사용하는 것보다 더욱 낮은 공정비용으로 탄소 나노섬유를 제조할 수 있고, 에너지 절약은 물론 환경적 효과 또한 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소나노섬유의 제조방법을 단계별로 나타낸 모식도이고;
도 2는 본 발명에 따른 탄소나노섬유의 제조방법으로 제조된 탄소나노섬유를 나타낸 사진이고;
도 3은 탄소나노섬유의 온도에 따른 중량변화를 나타낸 열중량 분석 그래프이고;
도 4는 탄소나노섬유의 열적거동을 분석한 시차주사열량계 분석 그래프이고;
도 5는 안정화 수행 시 조사된 방사선의 총 조사선량에 따른 탄소나노섬유의 인장강도 변화 그래프이고;
도 6은 실시예 1의 탄소나노섬유를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 7은 실시예 2 내지 4의 단계 1에서 전기방사를 통해 제조된 섬유를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 8은 실시예 2 내지 4의 탄소나노섬유를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 탄소나노섬유의 제조방법으로 제조된 탄소나노섬유를 나타낸 사진이고;
도 3은 탄소나노섬유의 온도에 따른 중량변화를 나타낸 열중량 분석 그래프이고;
도 4는 탄소나노섬유의 열적거동을 분석한 시차주사열량계 분석 그래프이고;
도 5는 안정화 수행 시 조사된 방사선의 총 조사선량에 따른 탄소나노섬유의 인장강도 변화 그래프이고;
도 6은 실시예 1의 탄소나노섬유를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 7은 실시예 2 내지 4의 단계 1에서 전기방사를 통해 제조된 섬유를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 8은 실시예 2 내지 4의 탄소나노섬유를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
본 발명은
탄화수소계 고분자를 용매에 용해한 후 전기방사하여 섬유를 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 섬유에 방사선을 조사하여 안정화시키는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 안정화된 섬유를 탄화시키는 단계(단계 3)를 포함하는 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 탄소나노섬유의 제조방법을 각 단계별 순서로 나타낸 모식도를 도 1에 나타내었다.
이하, 본 발명에 따른 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법에 있어서, 단계 1은 탄화수소계 고분자를 용매에 용해한 후 전기방사하여 섬유를 제조하는 단계이다. 상기 단계 1에서는 탄화수소계 고분자를 이용하여 섬유를 제조하고, 이때, 전기방사를 통한 섬유의 제조를 위하여, 상기 탄화수소계 고분자를 용매에 용해함으로써 전구체 용액을 제조하고, 제조된 전구체 용액을 전기방사함으로써 섬유를 제조할 수 있다.
이때, 상기 탄화수소계 고분자는 폴리아크릴로나이트릴, 리그닌, 레이온, 핏치(pitch)계 고분자, 페놀계 고분자, 폴리에틸렌, 폴리비닐알코올 등을 사용할 수 있고, 상기 용매는 이소프로필 알코올, 디메틸포름아미드, 테트로하이드로퓨란 등을 사용할 수 있으며, 사용되는 탄화수소계 고분자의 특성에 맞는 용매를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 섬유에 방사선을 조사하여 안정화시키는 단계이다. 일반적으로 탄소나노섬유의 제조는 탄소질 원료로 섬유를 제조하고, 제조된 섬유의 안정화를 수행한 후, 이를 탄화시킴으로써 수행될 수 있다. 이때, 상기 안정화는 예를 들어, 폴리아크릴로나이트릴 섬유의 경우, 섬유를 200 내지 300 ℃의 온도로 가열하여 안정화가 수행될 수 있으며, 전기방사를 통해 리니어(linear) 구조로 형성된 폴리아크릴로나이트릴 섬유가 상기 가열을 통해 섬유 내부 분자간 가교반응이 일어나거나, 리니어 구조에서 사다리 구조로 변환된다. 이와 같이 안정화가 수행된 섬유는 강도가 향상될 뿐만 아니라, 내열성과 같은 특성을 나타낼 수 있어 이후의 탄화 공정에서 섬유의 융착 및 열 용융을 방지할 수 있다. 그러나, 상기 범위의 온도에서 섬유를 가열함으로써 안정화가 수행되는 경우, 부직포의 형태로 형성된 섬유의 내부까지 열을 고르게 전달하기 어렵고, 오랜시간 가열을 수행하여야 하는 문제가 있다. 그러나, 본 발명의 상기 단계 2에서는 방사선을 섬유에 조사함으로써 안정화를 수행하고, 이에 따라 부직포 형태로 제조된 섬유의 내부까지 안정화시킬 수 있고, 단 시간 내에 안정화를 수행할 수 있다.
이때, 상기 방사선은 감마선, 전자선, 이온빔, 중성자빔, 자외선 등을 사용할 수 있으며, 상기 방사선이 조사되는 총 조사량은 500 내지 20000 kGy인 것이 바람직하다. 상기 방사선의 총 조사량이 500 kGy 미만인 경우에는 방사선 조사에 따른 안정화가 섬유 전체에 고르게 수행되지 않는 문제가 있고, 상기 방사선의 총 조사량이 20000 kGy를 초과하는 경우에는 과도한 방사선 조사에 따른 불필요한 비용이 소비되는 문제가 있다.
또한, 상기 단계 2의 안정화는 연속공정 또는 배치(batch) 공정으로 수행될 수 있다. 상기 단계 2에서는 방사선 조사에 의해 섬유의 안정화가 수행되고, 방사선 조사에 의한 안정화는 종래의 단순가열에 의한 안정화와는 달리, 약 10 내지 20 분인 단 시간내에 안정화를 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 단계 2의 안정화는 연속공정으로 수행될 수 있으나, 작업조건에 따라 배치(batch) 공정으로도 수행될 수 있다.
상기 단계 2의 안정화는 섬유로 장력이 가해지는 조건 또는 섬유로 장력이 가해지지 않는 조건(non tension)으로 수행될 수 있다. 일반적으로, 탄소나노섬유를 제조하기 위한 섬유의 안정화 수행 시, 효율적인 진행을 위하여 섬유에 장력(tension)을 인가하여 분자구조가 일축방향으로 배열하도록 하여 실시한다. 이에, 상기 단계 2의 안정화는 섬유로 장력이 가해지는 조건으로 수행될 수 있으며, 섬유로 장력이 가해지지 않는 조건(non tension)으로도 안정화가 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 안정화된 섬유를 탄화시키는 단계이다. 상기 단계 2에서 안정화가 수행된 섬유를 탄화시킴으로써, 섬유가 탄소나노섬유로 변환된다. 이때, 상기 단계 3의 탄화는 안정화가 수행된 섬유를 불활성 분위기에서 500 내지 2000 ℃의 온도로 가열함으로써 수행된다. 상기 불활성 분위기는 질소분위기인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 상기 탄화가 500 ℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우에는 섬유의 탄화가 부분적으로 이루어져 탄소나노섬유를 제조할 수 없는 문제가 있고, 상기 탄화가 2000 ℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우에는 과도하게 높은 온도로 인하여 불필요한 에너지가 소비되는 문제가 있고, 섬유가 연소될 수 있는 문제가 있다.
본 발명에 따른 탄소나노섬유 제조방법은 종래기술에서 나노사이즈의 섬유를 가열하여 안정화함으로써 섬유의 연소가 일어나는 문제를 해결하기 위해 방사선을 이용하여 나노섬유의 안정화를 수행하였다. 즉, 열에 취약한 단점을 가지는 나노사이즈의 섬유를 종래의 가열이 아닌 방사선 조사를 통해 안정화를 수행하여 섬유의 연소문제를 해결하고, 이를 탄화처리함으로써 탄소나노섬유를 제조하였다. 이에 따라, 전기방사된 나노사이즈 섬유가 단시간 내에 탄소나노섬유로 제조될 수 있으며, 안정화 효율이 우수함에 따라 탄소나노섬유로의 수율이 높은 효과가 있다.
한편, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되되, 800 MPa 이상의 인장강도를 나타내는 것을 특징으로 하는 탄소나노섬유을 제공한다.
본 발명에 따른 탄소나노섬유는 전기방사를 통해 제조된 탄소질 섬유를 안정화 및 탄화시켜 제조된다. 특히, 섬유의 안정화를 방사선 조사를 통해 수행함으로써, 섬유의 안정화를 극대화시키고, 이에 따라 800 MPa 이상의 인장강도를 나타낼 수 있다. 이는 방사선 조사를 통해 부직포형태로 이루어진 섬유의 내부까지 고르게 안정화를 수행하였기 때문으로, 본 발명에 따른 탄소나노섬유가 종래의 단순가열로 안정화가 수행되어 제조된 탄소나노섬유보다 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있게 한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1> 탄소나노섬유의 제조 1
단계 1 : 디메틸포름아미드에 15 중량%의 농도로 폴리아크릴로나이트릴을 용해시켜 방사원액을 제조하였고, 나노 크기의 섬유를 제조하기 위해 니들(needle)의 팁(tip) 크기는 0.36 mm, syringe flow pump의 전압은 15 kV, 방사원액 공급 속도는 0.02 mL/min로 설정하였으며, 팁(tip)과 콜렉터(collector) 사이의 간격은 100 mm로 설정하여 전기방사공정으로 폴리아크릴로나이트릴 나노 섬유를 제조하였다.
단계 2 : 상기 단계 1에서 전기방사공정으로 제조된 폴리아크릴로나이트릴 나노 섬유로 전자선 가속기를 이용하여 1.14 MeV, 4 mA 조건으로 전자선을 5000 kGy의 총 조사선량으로 조사함으로써, 폴리아크릴로나이트릴 나노 섬유의 안정화를 수행하였다.
단계 3 : 상기 단계 2에서 전자선에 의해 안정화가 수행된 폴리아크릴로나이트릴 나노 섬유를 질소분위기에서 분당 10 ℃의 승온 속도로 1000 ℃까지 승온시킨 후 온도를 1시간 동안 유지하며 탄화시켜 탄소나노섬유를 제조하였다. 각 단계별로 제조된 섬유의 사진을 도 2에 나타내었다.
<실시예 2> 탄소나노섬유의 제조 1
단계 1 : 9:1의 중량비로 혼합된 폴리아크릴로나이트릴 및 리그닌을 15중량%의 농도로 디메틸포름아미드에 용해시켜 방사원액을 제조하였고, 나노 크기의 섬유를 제조하기 위해 니들(needle)의 팁(tip) 크기는 0.36 mm, syringe flow pump의 전압은 15 kV, 방사원액 공급 속도는 0.02 mL/min로 설정하였으며, 팁(tip)과 콜렉터(collector) 사이의 간격은 100 mm로 설정하여 전기방사공정으로 폴리아크릴로나이트릴/리그닌 나노 섬유를 제조하였다.
단계 2 : 상기 단계 1에서 전기방사공정으로 제조된 폴리아크릴로나이트릴/리그닌 나노 섬유로 전자선 가속기를 이용하여 1.14 MeV, 4 mA 조건으로 전자선을 5000 kGy의 총 조사선량으로 조사함으로써, 폴리아크릴로나이트릴/리그닌 나노 섬유의 안정화를 수행하였다.
단계 3 : 상기 단계 2에서 전자선에 의해 안정화가 수행된 폴리아크릴로나이트릴/리그닌 나노 섬유를 질소분위기에서 분당 10 ℃의 승온 속도로 1000 ℃까지 승온시킨 후 온도를 1시간 동안 유지하며 탄화시켜 탄소나노섬유를 제조하였다.
<실시예 3> 탄소나노섬유의 제조 3
상기 실시예 2의 단계 1에서 7:3의 중량비로 혼합된 폴리아크릴로나이트릴 및 리그닌을 15중량%의 농도로 디메틸포름아미드에 용해시켜 방사원액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 탄소나노섬유를 제조하였다.
<실시예 3> 탄소나노섬유의 제조 3
상기 실시예 2의 단계 1에서 5:5의 중량비로 혼합된 폴리아크릴로나이트릴 및 리그닌을 15중량%의 농도로 디메틸포름아미드에 용해시켜 방사원액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 탄소나노섬유를 제조하였다.
<실시예 4> 탄소나노섬유의 제조 4
상기 실시예 2의 단계 2에서 전자선을 10000 kGy의 총 조사선량으로 조사한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 탄소나노섬유를 제조하였다.
<실시예 5> 탄소나노섬유의 제조 5
상기 실시예 2의 단계 2에서 전자선을 15000 kGy의 총 조사선량으로 조사한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 탄소나노섬유를 제조하였다.
<실험예 1> 열적특성 분석
폴리아크릴로나이트릴/리그닌 나노 섬유(중량비의 5:5) 매트, 방사선 조사에 의해 안정화가 수행된 나노 섬유 매트, 탄소나노섬유 매트의 열적 성질을 분석하기 위해 열중량분석기(TGA)/시차주사열량계(DSC)를 이용하여 온도에 따른 중량변화 및 열적거동을 측정하였고, 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 전기방사된 폴리아크릴로나이트릴/리그닌 나노 섬유 매트는 1000 ℃의 온도에서 약 62.6 %에 해당하는 량이 잔류하였고, 전자선에 의해 안정화가 수행된 폴리아크릴로나이트릴/리그닌 나노 섬유 매트 약 82.5%에 해당하는 잔류량을 나타내어 안정화로 인하여 내열성이 향상된 구조로 전환되었음을 알 수 있다. 또한, 탄화 후 제조된 탄소나노섬유는 약 99.7 %의 높은 잔류량을 나타내어 탄화를 통해 섬유가 탄소나노섬유로 완전히 전환되었음을 알 수 있다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 안정화가 수행되지 않은 대조군은 약 300 ℃의 온도에서 발열피크가 관찰되는 것을 알 수 있으며, 이는 섬유의 연소에 의한 발열로 인한 것이다. 즉, 안정화가 수행되기 전 섬유는 약 300 ℃의 온도에서 연소될 수 있음을 알 수 있으며, 종래의 가열을 통한 안정화방법은 섬유의 연소를 초래할 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 방사선을 통하여 안정화를 수행한 섬유의 경우, 발열피크가 거의 나타나지 않는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 제조방법에서 방사선 조사를 통해 안정화를 수행함으로써 나노섬유의 내열성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 높은 수율로 탄소나노섬유를 제조할 수 있음을 확인하였다.
<실험예 2> 인장강도 측정
방사선이 조사된 총 조사선량에 따라 탄소나노섬유의 인장강도 변화를 관찰하기 위하여, 각각 다른 전자선의 총 조사선량으로 안정화가 수행된 폴리아크릴로나이트릴/리그닌을 기반으로 탄소나노섬유의 인장강도를 ASTMD 638에 따라 Instron 5569를 이용하여 측정하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 전자선이 조사된 량이 증가할수록 탄소나노섬유의 강도가 증가하는 것을 알 수 있으며, 2000 kGy의 조사선량으로 전자선이 조사되어 안정화가 수행되었던 탄소나노섬유는 800 MPa의 높은 인장강도를 나타내었다. 이를 통해, 본 발명에 따른 제조방법에서 방사선 조사를 통해 안정화를 수행함으로써 나노섬유의 인장강도를 향상시킬 수 있고, 기계적 특성이 우수한 탄소나노섬유를 제조할 수 있음을 확인하였다.
<실험예 3> 주사전자현미경 분석
본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 탄소나노섬유의 미세구조를 분석하기 위하여, 주사전자현미경을 통해 탄소나노섬유를 관찰하였고, 그 결과를 도 6 내지 8에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 탄소나노섬유는 안정화 후 탄화됨으로써, 폴리아크릴로나이트릴 섬유에서 탄소나노섬유로 전환되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 폴리아크릴로나이트릴과 리그닌을 이용하여 탄소나노섬유를 제조하는 경우에도 탄소나노섬유가 제조되는 것을 알 수 있다. 이를 통하여, 본 발명에 따른 제조방법에서 방사선 조사를 통해 안정화를 수행함으로써 탄소나노섬유를 제조할 수 있음을 확인하였다.
Claims (9)
- 탄화수소계 고분자를 용매에 용해한 후 전기방사하여 섬유를 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 섬유에 방사선을 조사하여 안정화시키는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 안정화된 섬유를 탄화시키는 단계(단계 3)를 포함하는 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 탄화수소계 고분자는 폴리아크릴로나이트릴, 리그닌, 레이온, 핏치(pitch)계 고분자, 페놀계 고분자, 폴리에틸렌 및 폴리비닐알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 용매는 이소프로필 알코올, 디메틸포름아미드 및 테트로하이드로퓨란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 2의 방사선은 감마선, 전자선, 이온빔, 중성자빔 또는 자외선인 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 2의 방사선은 500 내지 20000 kGy의 총조사량으로 조사되는 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 2의 안정화는 연속공정 또는 배치(batch)공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 2의 안정화는 섬유로 장력이 가해지는 조건 또는 섬유로 장력이 가해지지 않는 조건(non tension)으로 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소나노섬유의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 3의 탄화는 안정화된 섬유를 불활성 분위기에서 500 내지 2000 ℃의 온도로 가열하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 탄소나노섬유의 제조방법.
- 제1항의 제조방법으로 제조되되, 800 MPa 이상의 인장강도를 나타내는 것을 특징으로 하는 탄소나노섬유.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20121126 Patent event code: PE09021S01D |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20130531 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20121126 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |