KR20200060686A - Polyvinylalcohol polymer fiber, process for producing the same, and method for strengthening polyvinylalcohol polymer fiber - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 폴리비닐 알코올 고분자 섬유 및 이의 제조방법, 및 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 강도 향상방법에 관한 발명이다.The present invention relates to a polyvinyl alcohol polymer fiber, a method for manufacturing the same, and a method for improving the strength of a polyvinyl alcohol polymer fiber.
폴리비닐 알코올 고분자 섬유는 고강도 고분자 섬유로, 다른 고강도 고분자 섬유와는 달리 황산과 같은 강산성 용매 없이도 제조가 가능한 장점이 있다. 또한, 무독성 고분자 섬유이고, 생분해성(BIODEGRADABLE) 특성이 있고, 나아가 생체친화적인 특성이 있어 다양한 응용분야에 적용이 가능하다.Polyvinyl alcohol polymer fiber is a high-strength polymer fiber, and unlike other high-strength polymer fibers, it has the advantage that it can be produced without a strong acidic solvent such as sulfuric acid. In addition, it is a non-toxic polymer fiber, has biodegradable (BIODEGRADABLE) properties, and further has bio-friendly properties, and can be applied to various applications.
다만, 케블러(Kevlar), 벡트란(Vectran) 등의 초고강도 섬유와 비교하여 다소 낮은 기계적 물성을 갖기 때문에, 여전히 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 강도를 향상시킬 필요가 있으며, 이에 대한 연구가 진행되고 있다.However, since it has somewhat lower mechanical properties compared to ultra-high-strength fibers such as Kevlar and Vectran, it is still necessary to improve the strength of polyvinyl alcohol polymer fibers, and research is ongoing. .
또한, 폴리비닐 알코올 고분자 섬유에 별도의 성분 추가를 통하여 기능성을 부여할 경우, 기존의 섬유들과 대비하여 적용분야의 확장 등의 다양한 장점들을 확보할 수 있다.In addition, when adding functionality through the addition of a separate component to the polyvinyl alcohol polymer fiber, it is possible to secure various advantages such as expansion of the application field compared to the existing fibers.
예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-0713781호는 고강도 폴리비닐알코올 섬유의 제조방법, 및 이로부터 제조되는 고강도 폴리비닐알코올 섬유를 개시하고 있으며, 구체적으로는 물의 함량이 5 내지 40 부피%인 방사용 용매와 폴리비닐알코올을 혼합하여 500 내지 10,000 poise의 점도를 가지는 폴리비닐알코올 도프를 제조하는 단계; 상기 폴리비닐알코올 도프를 건습식 방사하는 단계; 30 내지 500 mm의 길이를 가지며, 30 내지 60 ℃의 공기를 공급하는 에어갭 구간에 상기 방사되는 폴리비닐알코올 섬유를 통과시키는 단계; 기 폴리비닐알코올 섬유를 응고조 및 추출조에 통과시키는 단계; 및 기 폴리비닐알코올 섬유를 열연신하는 단계를 포함하는 고강도 폴리비닐알코올 섬유의 제조방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 방법은 섬유를 형성하는 방사 공정을 조절하여 섬유의 강도를 증가시키는 기술로, 공정 조절이 까다롭고, 공정비용이 증가하는 문제점이 있다.For example, Republic of Korea Patent No. 10-0713781 discloses a method for producing high-strength polyvinyl alcohol fibers, and high-strength polyvinyl alcohol fibers produced therefrom, specifically, a room having a water content of 5 to 40% by volume Preparing a polyvinyl alcohol dope having a viscosity of 500 to 10,000 poise by mixing a solvent and polyvinyl alcohol; Dry-drying the polyvinyl alcohol dope; Passing the spun polyvinyl alcohol fiber through an air gap section having a length of 30 to 500 mm and supplying air at 30 to 60 ° C; Passing the base polyvinyl alcohol fiber through a coagulation and extraction tank; And heat-stretching the existing polyvinyl alcohol fiber. However, the method is a technique to increase the strength of the fiber by adjusting the spinning process to form the fiber, there is a problem that the process control is difficult, and the process cost increases.
이에 본 발명의 발명자들은 공정을 조절하는 것이 아니라, 방사 용액의 조성을 조절하여, 제조되는 고분자 섬유의 강도를 향상시키는 방법을 연구하였고, 특정 금속을 방사용액에 혼합하는 경우 폴리비닐알코올의 강도가 증가하는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the inventors of the present invention did not control the process, but studied the method of controlling the composition of the spinning solution to improve the strength of the polymer fibers produced, and when the specific metal is mixed with the spinning solution, the strength of the polyvinyl alcohol increases. After confirming that, the present invention was completed.
본 발명의 목적은 우수한 강도를 갖는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유, 이의 제조방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 섬유 형성 공정이 아닌 섬유 형성 용액의 조성을 조절하여 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 강도를 향상시키는 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a polyvinyl alcohol polymer fiber having excellent strength, and a method for manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide a method of improving the strength of the polyvinyl alcohol polymer fiber by adjusting the composition of the fiber forming solution rather than the fiber forming process.
이를 위하여 본 발명은To this end, the present invention
폴리비닐알코올 고분자, 및 이에 분산된 표준환원전위가 0.3 이상인 금속 원소를 포함하고, 직경이 2 μm 내지 500 μm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리비닐알코올 고분자 섬유를 제공한다.Provided is a polyvinyl alcohol polymer fiber, and a polyvinyl alcohol polymer fiber comprising a metal element having a standard reduction potential of 0.3 or more dispersed therein and having a diameter in a range of 2 μm to 500 μm.
또한 본 발명은In addition, the present invention
폴리비닐 알코올 용액에 표준환원전위가 0.3 이상인 금속을 염의 형태로 혼합하여 방사용액을 제조하는 단계; 및Preparing a spinning solution by mixing a metal having a standard reduction potential of 0.3 or more in a polyvinyl alcohol solution in the form of a salt; And
상기 방사용액을 방사하여 2 μm 내지 500 μm 범위 직경을 갖는 섬유를 수득하는 단계;Spinning the spinning solution to obtain fibers having a diameter in the range of 2 μm to 500 μm;
를 포함하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a polyvinyl alcohol polymer fiber comprising a.
나아가 본 발명은Furthermore, the present invention
폴리비닐 알코올 용액에 표준환원전위가 0.3 이상인 금속을 염의 형태로 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 및Preparing a mixed solution by mixing a metal having a standard reduction potential of 0.3 or more in a polyvinyl alcohol solution in the form of a salt; And
상기 혼합용액으로부터 섬유를 제조하는 단계;Preparing fibers from the mixed solution;
를 포함하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 강도 향상방법을 제공한다.It provides a method for improving the strength of the polyvinyl alcohol polymer fiber containing.
본 발명에 따르면, 복잡하게 섬유 형성 공정의 조건을 조절할 필요 없이, 섬유 형성을 위한 용액의 조성을 조절함으로써 높은 강도를 갖는 폴리비닐 알코올 섬유를 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 섬유는 촉매 특성을 갖는 금속 원소를 포함함으로써, 무전해 도금 등의 응용분야에 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, there is an advantage in that polyvinyl alcohol fibers having high strength can be obtained by adjusting the composition of the solution for fiber formation, without the need to complicatedly control the conditions of the fiber formation process. In addition, the fiber of the present invention has a merit that can be easily applied to applications such as electroless plating by including a metal element having catalytic properties.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 고분자 섬유의 SEM 사진이고,
도 2는 금속 원소의 함량에 따른 고분자 섬유의 물성 향상을 보여주는 그래프이고,
도 3은 제조된 고분자 섬유 내 금속의 상태를 보여주는 XPS 그래프이고,
도 4는 금속 원소 혼합시의 온도에 따른 섬유의 물성을 보여주는 그래프이고,
도 5는 금속 원소 혼합시의 혼합 시간에 따른 섬유의 물성을 보여주는 그래프이고,
도 6은 혼합되는 금속의 종류에 따른 섬유의 물성을 보여주는 그래프이고, 및
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 섬유의 무전해 도금 결과를 보여주는 사진이다.1 is a SEM photograph of a polymer fiber prepared according to an embodiment of the present invention,
2 is a graph showing the improvement in physical properties of polymer fibers according to the content of metal elements,
Figure 3 is an XPS graph showing the state of the metal in the prepared polymer fiber,
Figure 4 is a graph showing the properties of the fiber according to the temperature when mixing metal elements,
5 is a graph showing the properties of the fiber according to the mixing time when mixing metal elements,
Figure 6 is a graph showing the properties of the fiber according to the type of metal to be mixed, and
7 is a photograph showing the results of electroless plating of the fibers prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 폴리비닐알코올 고분자, 및 이에 분산된 표준환원전위가 0.3 이상인 금속 원소를 포함하고, 직경이 2 μm 내지 500 μm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리비닐알코올 고분자 섬유를 제공한다.The present invention provides a polyvinyl alcohol polymer fiber comprising a polyvinyl alcohol polymer and a metal element having a standard reduction potential of 0.3 or more dispersed therein, and having a diameter in a range of 2 μm to 500 μm.
이하 본 발명의 폴리비닐알코올 고분자 섬유를 각 구성별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the polyvinyl alcohol polymer fiber of the present invention will be described in detail for each configuration.
본 발명에 따른 폴리비닐알코올 고분자 섬유는 폴리비닐알코올 고분자를 포함한다. 폴리비닐 알코올 고분자는 그 자체로 강도가 높기 때문에 다양한 응용분야에 적용이 가능하고, 특히 강산성 용매 없이도 제조가 가능하여 제조 공정상 유리하고, 또한, 무독성이고 생분해성이며, 생체친화성이 있기 때문에 의료 분야를 포함한 매우 다양한 분야에 적용이 가능한 장점이 있다.The polyvinyl alcohol polymer fiber according to the present invention includes a polyvinyl alcohol polymer. Since polyvinyl alcohol polymer has high strength in itself, it can be applied to various fields of application. Especially, it can be manufactured without a strong acid solvent, so it is advantageous in the manufacturing process, and it is also non-toxic, biodegradable, and bio-friendly. It has the advantage that it can be applied to a wide variety of fields including fields.
그러나, 케블러, 벡트란과 같은 초고강도 고분자 섬유와 비교해서는 강도가 낮기 때문에, 응용분야의 확장을 위하여 추가적인 강도의 향상이 요구된다.However, since the strength is low compared to ultra-high-strength polymer fibers such as Kevlar and Vectran, additional strength enhancement is required to expand the application field.
이를 위하여 본 발명에 따른 폴리비닐알코올 고분자 섬유는 상기 폴리비닐 알코올 고분자에 분산된 표준환원전위가 0.3 이상인 금속 원소를 포함한다. 상기 표준환원전위가 0.3 이상인 금속 원소가 폴리비닐알코올 고분자와 혼합됨으로써, 폴리비닐알코올 고분자 섬유의 기계적 강도가 향상되는 효과가 있다. To this end, the polyvinyl alcohol polymer fiber according to the present invention includes a metal element having a standard reduction potential of 0.3 or more dispersed in the polyvinyl alcohol polymer. The metal element having a standard reduction potential of 0.3 or more is mixed with a polyvinyl alcohol polymer, thereby improving the mechanical strength of the polyvinyl alcohol polymer fiber.
한편, 본 발명의 폴리비닐알코올 고분자 섬유는 직경이 2 μm 내지 500 μm이고, 바람직하게는 10 μm 내지 50 μm의 범위이다. 상기 범위 내에서 폴리비닐알코올 고분자 섬유는 최대의 강도를 갖는 장점이 있다.On the other hand, the polyvinyl alcohol polymer fiber of the present invention has a diameter of 2 μm to 500 μm, preferably 10 μm to 50 μm. Within this range, polyvinyl alcohol polymer fibers have the advantage of having maximum strength.
본 발명에 따른 폴리비닐알코올 고분자 섬유에 포함되는 금속 원소는 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu) 및 은(Ag)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기와 같은 고환원성 금속은 폴리비닐알코올 고분자 내에 포함되어 제조되는 섬유의 기계적 강도를 향상시키는 기능을 수행한다. 구체적으로 상기 금속 원소가 고분자에 혼합되었을 때, 혼합 용액을 젤 상태로 만들기 때문에, 추후 제조되는 고분자 섬유의 강도를 향상시키는 것으로 예상되나, 반드시 이와 같은 이론에 한정되는 것은 아니다.The metal element included in the polyvinyl alcohol polymer fiber according to the present invention may be one or more selected from the group consisting of palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au), copper (Cu), and silver (Ag). . The high-reducing metal as described above performs a function of improving the mechanical strength of fibers produced by being included in a polyvinyl alcohol polymer. Specifically, when the metal element is mixed with the polymer, since the mixed solution is made into a gel state, it is expected to improve the strength of the polymer fiber produced later, but is not necessarily limited to this theory.
또한, 본 발명의 폴리비닐알코올 고분자 섬유에 포함되는 금속 원소는 중성의 금속 원소 뿐만 아니라, 이온 상태의 금속도 포함할 수 있으며, 반드시 이와 같은 이론에 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 이온 상태의 금속은 폴리비닐알코올 고분자들의 하이드록시기 사이에서 각 고분자들을 코오디네이션(coordination)시킴에 의하여 고분자 섬유의 강도를 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다.In addition, the metal element included in the polyvinyl alcohol polymer fiber of the present invention may include not only a neutral metal element, but also an ionic metal, and is not necessarily limited to this theory. The metal is expected to be able to improve the strength of the polymer fiber by coordinating each polymer between hydroxy groups of polyvinyl alcohol polymers.
다만, 이하에서 설명되는 바와 같이, 제조되는 고분자 섬유가 특정 기능성을 추가로 갖기 위해서는 비이온성인 금속 원소를 포함할 필요가 있다.However, as described below, it is necessary for the polymer fibers to be produced to contain non-ionic metal elements in order to further have specific functionality.
본 발명의 폴리비닐알코올 고분자 섬유에는 금속 원소와 폴리비닐알코올 고분자가 질량비로 1: 1600 내지 1: 25의 범위로 포함될 수 있다. 만약 질량비가 상기 범위를 벗어나, 금속 원소가 충분히 포함되지 않는 경우에는 금속 원소 추가에 따른 섬유의 강도 향상 효과를 보기 어렵고, 금속 원소가 지나치게 많이 포함되는 경우에는 금속 원소들 간의 응집 등의 이유로 섬유의 강도가 오히려 더 떨어지는 문제가 있다.The polyvinyl alcohol polymer fiber of the present invention may include a metal element and a polyvinyl alcohol polymer in a range of 1: 1600 to 1: 25 by mass ratio. If the mass ratio is out of the above range, and the metal element is not sufficiently contained, it is difficult to see the effect of improving the strength of the fiber due to the addition of the metal element. There is a problem that the intensity is rather lower.
본 발명의 폴리비닐알코올 고분자 섬유에 포함되는 금속 원소의 크기는 50 nm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 만약 그 크기가 50 nm를 벗어나는 경우에는 폴리비닐알코올 고분자 섬유의 결정성을 떨어뜨려 오히려 강도를 저하시키는 문제점이 있다. 금속 원소는 단분자 형태의 이온의 형태로 투입되더라도 문제가 없기 때문에 하한을 한정하는 것은 실질적으로 의미가 없다.The size of the metal element contained in the polyvinyl alcohol polymer fiber of the present invention is preferably in the range of 50 nm or less. If the size exceeds 50 nm, there is a problem in that the crystallinity of the polyvinyl alcohol polymer fiber is lowered and the strength is lowered. It is practically meaningless to limit the lower limit since the metal element has no problem even when introduced in the form of ions in the form of a single molecule.
일반적인 폴리비닐알코올 고분자 섬유의 인장강도는 약 600 내지 650 MPa의 범위이다. 그러나, 본 발명의 폴리비닐알코올 고분자 섬유는 인장강도가 700 MPa 이상이고, 이하의 실험에 따르면 최대 약 850 MPa로, 약 40 % 정도의 강도 향상 효과가 있다.Typical polyvinyl alcohol polymer fibers have a tensile strength in the range of about 600 to 650 MPa. However, the polyvinyl alcohol polymer fiber of the present invention has a tensile strength of 700 MPa or more, and according to the following experiments, up to about 850 MPa, which has an effect of improving strength of about 40%.
본 발명에 따른 폴리비닐알코올 고분자 섬유는 금속 원소를 포함함으로써 상기와 같이 기계적 강도가 향상될 뿐만 아니라, 금속 원소의 촉매 특성에 따라 다양한 기능성이 부여될 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, 팔라듐을 금속 원소로 포함하는 경우, 해당 섬유는 무전해 도금이 가능하게 되어, 예를 들어 섬유 표면에 전도성 금속을 용이하게 도금할 수 있게 되고, 은을 금속 원소로 포함하는 경우, 해당 섬유는 항균성을 갖게된다. 이처럼, 본 발명에 따른 폴리비닐알코올 고분자 섬유는 포함되는 금속 원소의 특성에 따라 기계적 강도 향상과 함께 다양한 기능성이 부여될 수 있는 장점이 있다.The polyvinyl alcohol polymer fiber according to the present invention has an advantage in that mechanical strength is improved as described above by including a metal element, and various functionalities can be imparted according to the catalytic properties of the metal element. For example, when palladium is included as a metal element, the fiber can be electroless-plated, for example, it is possible to easily plate a conductive metal on the fiber surface, and when silver is included as a metal element, The fiber has antibacterial properties. As such, the polyvinyl alcohol polymer fiber according to the present invention has an advantage that various functionalities can be imparted along with mechanical strength improvement according to the properties of the metal elements included.
또한, 본 발명은 폴리비닐 알코올 용액에 표준환원전위가 0.3 이상인 금속을 염의 형태로 혼합하여 방사용액을 제조하는 단계; 및 상기 방사용액을 방사하여 2 μm 내지 500 μm 범위 직경을 갖는 섬유를 수득하는 단계;를 포함하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a spinning solution by mixing a metal having a standard reduction potential of 0.3 or more in a polyvinyl alcohol solution in the form of a salt; And spinning the spinning solution to obtain a fiber having a diameter in the range of 2 μm to 500 μm; provides a method for producing a polyvinyl alcohol polymer fiber comprising a.
이하 본 발명의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described in detail for each step.
본 발명의 폴리비닐알코올 고분자 섬유의 제조방법은 폴리비닐 알코올 용액에 표준환원전위가 0.3 이상인 금속을 염의 형태로 혼합하여 방사용액을 제조하는 단계를 포함한다.The method for producing a polyvinyl alcohol polymer fiber of the present invention includes the step of preparing a spinning solution by mixing a metal having a standard reduction potential of 0.3 or more in a salt form in a polyvinyl alcohol solution.
본 발명의 제조방법에서 포함되는 표준환원전위가 0.3 이상인 금속은 폴리비닐알코올 고분자 섬유 내에 포함됨으로써, 섬유의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 한다.Metals having a standard reduction potential of 0.3 or more included in the production method of the present invention are included in polyvinyl alcohol polymer fibers, thereby improving the mechanical strength of the fibers.
한편, 상기 금속은 염의 형태로 폴리비닐 알코올 용액과 혼합되며, 이때 금속 염의 용해도를 증가시키기 위하여, AgNO3, HCl, LiCl, NaCl, KCl 등을 함께 투여할 수 있다.On the other hand, the metal is mixed with a polyvinyl alcohol solution in the form of a salt, and in order to increase the solubility of the metal salt, AgNO 3 , HCl, LiCl, NaCl, KCl, etc. may be administered together.
본 발명의 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 제조방법은 상기 방사용액을 방사하여 2 μm 내지 500 μm 범위의 직경을 갖는 섬유를 수득하는 단계를 포함한다. 이때 상기 직경은 10 μm 내지 50 μm일 수 있다. 상기 섬유를 수득하는 단계는 다양한 방법으로 수행될 수 있으며, 예를 들어 습식-스피닝(wet-spinning)의 방법으로 수행될 수 있다.The method for producing the polyvinyl alcohol polymer fiber of the present invention includes the step of spinning the spinning solution to obtain fibers having a diameter in the range of 2 μm to 500 μm. At this time, the diameter may be 10 μm to 50 μm. The step of obtaining the fibers may be performed in various ways, for example, wet-spinning.
본 발명의 폴리비닐알코올 고분자 섬유의 제조방법은 상기의 방법으로 수득된 폴리비닐 알코올 고분자 섬유를 후처리하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 후처리는 예를 들어 수득된 섬유를 연신하는 단계일 수 있다. 이와 같이 수득된 섬유를 연신하여 고결정성과 고배향성을 가지는 섬유를 얻을 수 있고, 이로 인해 섬유의 강도가 증가하는 효과를 얻을 수 있다.The method for producing a polyvinyl alcohol polymer fiber of the present invention may further include a step of post-processing the polyvinyl alcohol polymer fiber obtained by the above method, and the post-treatment may be, for example, stretching the obtained fiber. Can. By stretching the fibers thus obtained, fibers having high crystallinity and high orientation can be obtained, whereby an effect of increasing the strength of the fibers can be obtained.
상기 연신 공정에서의 연신 온도는 0 내지 180 ℃일 수 있고, 연신율은 2 내지 50 일 수 있다. 연신 온도가 상기의 범위를 벗어나는 경우에는 낮은 연신율로 인해 충분한 결정성을 가지지 못하여 강도가 낮은 문제점이 있고, 연신율이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 연신 공정 중에 섬유가 끊어지는 문제점이 있다.The stretching temperature in the stretching process may be 0 to 180 ° C, and the stretching rate may be 2 to 50 days. When the stretching temperature is outside the above range, there is a problem in that the strength is low due to insufficient crystallinity due to the low elongation, and when the elongation is outside the above range, there is a problem that the fiber is cut during the stretching process.
본 발명의 제조방법에서 방사용액에 포함되는 금속은 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu) 및 은(Ag)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기와 같은 고환원성 금속은 폴리비닐알코올 고분자 내에 포함되어 제조되는 섬유의 기계적 강도를 향상시키는 기능을 수행한다. 구체적으로 상기 금속 원소가 고분자에 혼합되었을 때, 혼합 용액을 젤 상태로 만들기 때문에, 추후 제조되는 고분자 섬유의 강도를 향상시키는 것으로 예상되나, 반드시 이와 같은 이론에 한정되는 것은 아니다.In the manufacturing method of the present invention, the metal included in the spinning solution may be at least one selected from the group consisting of palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au), copper (Cu), and silver (Ag). The high-reducing metal as described above performs a function of improving the mechanical strength of fibers produced by being included in a polyvinyl alcohol polymer. Specifically, when the metal element is mixed with the polymer, since the mixed solution is made into a gel state, it is expected to improve the strength of the polymer fiber produced later, but is not necessarily limited to this theory.
본 발명의 제조방법에서 방사용액에 포함되는 금속은 염의 형태로 혼합되며 예를 들어 염화물 계열의 화합물 형태로 혼합될 수 있다. 이때, 예를 들어 AgCl과 같이 용해되지 않는 물질의 경우 AgNO3와 함께 혼합될 수 있고, PdCl2와 같이 용해도가 떨어지는 경우에는 HCl, LiCl, NaCl, KCl과 함께 혼합되어 용해를 촉진시킬 수 있다.In the manufacturing method of the present invention, the metal contained in the spinning solution is mixed in the form of a salt, and for example, may be mixed in the form of a chloride-based compound. At this time, for example, in the case of a material that does not dissolve, such as AgCl, AgNO 3 may be mixed, and when the solubility is low, such as PdCl 2 , HCl, LiCl, NaCl, and KCl may be mixed together to promote dissolution.
본 발명의 제조방법에서 사용되는 방사용액 중 염 형태의 금속과 폴리비닐알코올의 질량비는 1:1600 내지 1:25의 범위인 것이 바람직하고, 1:200 내지 1:50의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 질량비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 순수한 폴리비닐알코올 섬유 대비 인장강도의 향상이 크지 않은 문제점이 있다.The mass ratio of the metal in the salt form and the polyvinyl alcohol in the spinning solution used in the production method of the present invention is preferably in the range of 1: 1600 to 1:25, and more preferably in the range of 1: 200 to 1:50. . If the mass ratio is outside the above range, there is a problem that the improvement of tensile strength is not large compared to pure polyvinyl alcohol fiber.
본 발명의 제조방법 중 방사용액을 제조하는 단계에서 폴리비닐 알코올 용액에 염 형태의 금속을 혼합할 때의 온도는 0 ℃ 내지 180 ℃의 온도범위인 것이 바람직하다. 혼합시의 온도가 0 ℃ 미만의 온도인 경우에는 방사 용액이 어는 문제점이 있고, 180 ℃를 초과하는 경우에는 방사 용액이 끓는 문제점이 있다.In the manufacturing method of the present invention, the temperature at the time of mixing the salt-shaped metal with the polyvinyl alcohol solution in the step of preparing the spinning solution is preferably in the temperature range of 0 ° C to 180 ° C. If the temperature at the time of mixing is less than 0 ° C, there is a problem that the spinning solution freezes, and when it exceeds 180 ° C, the spinning solution boils.
본 발명의 제조방법 중 방사용액을 제조하는 단계에서 폴리비닐 알코올 용액에 염 형태의 금속을 혼합할 때의 혼합 시간은 1 분 내지 12 시간의 범위인 것이 바람직하다. 1 분 미만으로 혼합하는 경우에는 불균일한 방사용액이 얻어지는 문제점이 있고, 12 시간을 초과하는 경우에는 오히려 금속 원소들의 응집 등의 이유로 섬유의 강도가 저하되는 문제점이 있다.In the manufacturing method of the present invention, the mixing time when mixing the salt-shaped metal with the polyvinyl alcohol solution in the step of preparing the spinning solution is preferably in the range of 1 minute to 12 hours. When mixing for less than 1 minute, there is a problem that a non-uniform spinning solution is obtained, and when it exceeds 12 hours, there is a problem that the strength of the fiber is lowered due to aggregation of metal elements.
나아가 본 발명은 폴리비닐 알코올 용액에 표준환원전위가 0.3 이상인 금속을 염의 형태로 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합용액으로부터 섬유를 제조하는 단계;를 포함하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 강도 향상방법을 제공한다.Furthermore, the present invention comprises the steps of preparing a mixed solution by mixing a metal having a standard reduction potential of 0.3 or more in a polyvinyl alcohol solution in the form of a salt; And manufacturing fibers from the mixed solution.
이하, 본 발명의 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 강도 향상방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for improving the strength of the polyvinyl alcohol polymer fiber of the present invention will be described in detail for each step.
본 발명의 폴리비닐알코올 고분자 섬유의 강도 향상방법은 폴리비닐알코올 용액에 표준환원전위가 0.3 이상인 금속을 염의 형태로 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계를 포함한다.The method for improving the strength of the polyvinyl alcohol polymer fiber of the present invention includes preparing a mixed solution by mixing a metal having a standard reduction potential of 0.3 or more in a salt form in a polyvinyl alcohol solution.
본 발명의 강도 향상방법에서 포함되는 표준환원전위가 0.3 이상인 금속은 폴리비닐알코올 고분자 섬유 내에 포함됨으로써, 섬유의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 한다. Metals having a standard reduction potential of 0.3 or more included in the strength improving method of the present invention are included in the polyvinyl alcohol polymer fiber, thereby improving the mechanical strength of the fiber.
한편, 상기 금속은 염의 형태로 폴리비닐 알코올 용액과 혼합되며, 이때 금속 염의 용해도를 증가시키기 위하여, AgNO3, HCl, LiCl, NaCl, KCl 등을 함께 투여할 수 있다.On the other hand, the metal is mixed with a polyvinyl alcohol solution in the form of a salt, and in order to increase the solubility of the metal salt, AgNO 3 , HCl, LiCl, NaCl, KCl, etc. may be administered together.
본 발명의 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 강도 향상방법은 상기 제조된 혼합용액으로부터 섬유를 제조하는 단계를 포함하며, 이때 섬유를 제조하는 단계는 다양한 방법으로 수행될 수 있으며, 예를 들어 습식-스피닝(wet-spinning)의 방법으로 수행될 수 있다.The method for improving the strength of the polyvinyl alcohol polymer fiber of the present invention includes a step of manufacturing fibers from the prepared mixed solution, wherein the step of manufacturing the fibers can be performed in various ways, for example, wet-spinning ( wet-spinning).
본 발명의 강도 향상방법에서 방사용액에 포함되는 금속은 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu) 및 은(Ag)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기와 같은 고환원성 금속은 폴리비닐알코올 고분자 내에 포함되어 제조되는 섬유의 기계적 강도를 향상시키는 기능을 수행한다. 구체적으로 상기 금속 원소가 고분자에 혼합되었을 때, 혼합 용액을 젤 상태로 만들기 때문에, 추후 제조되는 고분자 섬유의 강도를 향상시키는 것으로 예상되나, 반드시 이와 같은 이론에 한정되는 것은 아니다.In the method for improving strength of the present invention, the metal included in the spinning solution may be at least one selected from the group consisting of palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au), copper (Cu), and silver (Ag). The high-reducing metal as described above performs a function of improving the mechanical strength of fibers produced by being included in a polyvinyl alcohol polymer. Specifically, when the metal element is mixed with the polymer, since the mixed solution is made into a gel state, it is expected to improve the strength of the polymer fiber produced later, but is not necessarily limited to this theory.
본 발명의 강도 향상방법에서 혼합용액에 포함되는 금속은 염의 형태로 혼합되며 예를 들어 염화물 계열의 화합물 형태로 혼합될 수 있다. 이때, 예를 들어 AgCl과 같이 용해되지 않는 물질의 경우 AgNO3와 함께 혼합될 수 있고, PdCl2와 같이 용해도가 떨어지는 경우에는 HCl, LiCl, NaCl, KCl과 함께 혼합되어 용해를 촉진시킬 수 있다.In the method for improving the strength of the present invention, the metal contained in the mixed solution is mixed in the form of a salt and may be mixed in the form of, for example, a chloride-based compound. At this time, for example, in the case of a material that does not dissolve, such as AgCl, AgNO 3 may be mixed, and when the solubility is low, such as PdCl 2 , HCl, LiCl, NaCl, and KCl may be mixed together to promote dissolution.
본 발명의 강도 향상방법에서 사용되는 혼합용액 중 염 형태의 금속과 폴리비닐알코올의 질량비는 1:1600 내지 1:25의 범위인 것이 바람직하고, 1:200 내지 1:50의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 질량비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 순수한 폴리비닐알코올 섬유 대비 인장강도의 향상이 크지 않은 문제점이 있다.The mass ratio of the salt-shaped metal and polyvinyl alcohol in the mixed solution used in the strength improving method of the present invention is preferably in the range of 1: 1600 to 1:25, and more preferably in the range of 1: 200 to 1:50. Do. When the mass ratio is outside the above range, there is a problem that the improvement of tensile strength is not large compared to pure polyvinyl alcohol fiber.
본 발명의 강도 향상방법 중 혼합용액을 제조하는 단계에서 폴리비닐 알코올 용액에 염 형태의 금속을 혼합할 때의 온도는 0 ℃ 내지 180 ℃의 온도범위인 것이 바람직하다. 혼합시의 온도가 0 ℃ 미만의 온도인 경우에는 방사 용액이 어는 문제점이 있고, 180 ℃를 초과하는 경우에는 방사 용액이 끓는 문제점이 있다.Among the methods for improving the strength of the present invention, it is preferable that the temperature at the time of mixing the salt form metal with the polyvinyl alcohol solution in the step of preparing the mixed solution is in the temperature range of 0 ° C to 180 ° C. If the temperature at the time of mixing is less than 0 ° C, there is a problem that the spinning solution freezes, and when it exceeds 180 ° C, the spinning solution boils.
본 발명의 강도 향상방법 중 혼합용액을 제조하는 단계에서 폴리비닐 알코올 용액에 염 형태의 금속을 혼합할 때의 혼합 시간은 1 분 내지 12 시간의 범위인 것이 바람직하다. 1 분 미만으로 혼합하는 경우에는 불균일한 방사용액이 얻어지는 문제점이 있고, 12 시간을 초과하는 경우에는 오히려 금속 원소들의 응집 등의 이유로 섬유의 강도가 저하되는 문제점이 있다.In the method for improving the strength of the present invention, the mixing time when mixing the salt-shaped metal with the polyvinyl alcohol solution in the step of preparing the mixed solution is preferably in the range of 1 minute to 12 hours. When mixing for less than 1 minute, there is a problem that a non-uniform spinning solution is obtained, and when it exceeds 12 hours, there is a problem that the strength of the fiber is lowered due to aggregation of metal elements.
본 발명의 강도 향상방법에 의하여 제조되는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 경우 인장강도가 700 MPa 이상이고, 예를 들어 약 850 MPa일 수 있어, 기존의 순수 폴리비닐 알코올 고분자 섬유와 비교하여 약 40 % 가량 기계적 강도가 향상되는 효과가 있다.In the case of the polyvinyl alcohol polymer fiber prepared by the method for improving strength of the present invention, the tensile strength is 700 MPa or more, and may be, for example, about 850 MPa, about 40% compared to the existing pure polyvinyl alcohol polymer fiber. There is an effect that the mechanical strength is improved.
이상의 본 발명에 따른 폴리비닐 알코올 고분자 섬유는 기존의 순수한 폴리비닐 알코올 섬유와 비교하여 기계적 강도가 향상되는 효과가 있고, 또한, 첨가되는 금속의 특성에 따라 추가적으로 섬유에 기능성이 부여되는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 제조방법은 방사 조건을 조절하는 것이 아니기 때문에, 섬유 제조 과정이 까다롭지 않고, 공정비용은 크게 증가하지 않는 장점이 있다.The polyvinyl alcohol polymer fiber according to the present invention has an effect of improving the mechanical strength compared to the existing pure polyvinyl alcohol fiber, and also has an effect of additionally imparting functionality to the fiber according to the properties of the metal to be added. In addition, since the manufacturing method of the present invention does not control the spinning conditions, the fiber manufacturing process is not difficult, and the process cost is not greatly increased.
이하 본 발명을 실시예, 비교예 및 실험예를 통하여 보다 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 내용은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 예시적인 기재일 뿐, 이하의 내용에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정 해석되는 것이 의도되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples, comparative examples, and experimental examples. However, the following contents are merely exemplary descriptions for more specifically describing the present invention, and it is not intended that the scope of the present invention be limitedly interpreted by the following contents.
<실시예 1><Example 1>
DMSO:물 = 4:1인 용매에 80 mg/ml의 농도로 PVA(폴리비닐알코올)을 90 ℃에서 녹여 방사용액을 준비하였다. 상기 방사용액의 온도를 80 ℃로 낮추고 이에 200 μg/ml의 농도로 PdCl2를 투입하였다. 이때 PdCl2의 용해도 향상을 위하여 KCl을 질량비로 PdCl2의 절반의 양으로 투입하였다. 수초 내에 방사용액은 검정색으로 변하였다. 30 분간 용해 후, 상기 방사용액을 16 Gauge Needle을 이용하여 상온에서 메탄올 응고욕에 40 ml/h로 방사하여 섬유를 수득하였다. 수득된 섬유를 건조시킨 후 연신기를 이용하여 120 ℃에서 연신율 15 로 연신하였다.A spinning solution was prepared by dissolving PVA (polyvinyl alcohol) at a concentration of 80 mg / ml in a solvent of DMSO: water = 4: 1 at 90 ° C. The temperature of the spinning solution was lowered to 80 ° C. and PdCl 2 was added thereto at a concentration of 200 μg / ml. At this time, in order to improve the solubility of PdCl 2 , KCl was added in a mass ratio of half of PdCl 2 . Within seconds, the spinning solution turned black. After dissolving for 30 minutes, the spinning solution was spun at 40 ml / h in a methanol coagulation bath at room temperature using a 16 gauge needle to obtain fibers. After the obtained fiber was dried, it was stretched at a stretching rate of 15 at 120 ° C using a stretching machine.
<실시예 2><Example 2>
투입된 PdCl2의 농도를 400 μg/ml로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that the concentration of PdCl 2 added was 400 μg / ml.
<실시예 3><Example 3>
투입된 PdCl2의 농도를 800 μg/ml로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that the concentration of PdCl 2 added was 800 μg / ml.
<실시예 4><Example 4>
투입된 PdCl2의 농도를 1600 μg/ml로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.A polyvinyl alcohol fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that the concentration of the injected PdCl 2 was 1600 μg / ml.
<실시예 5><Example 5>
투입된 PdCl2의 농도를 3200 μg/ml로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.A polyvinyl alcohol fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that the concentration of the injected PdCl 2 was 3200 μg / ml.
<실시예 6><Example 6>
PdCl2 투입 전, 방사용액의 온도를 상온으로 낮추는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 3, except that the temperature of the spinning solution was lowered to room temperature before PdCl 2 was introduced.
<실시예 7><Example 7>
16 게이지 니들 대신 22 게이지 니들을 사용하고, 방사속도를 40 ml/h가 아니라 10 ml/h로 수행한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.A polyvinyl alcohol fiber was prepared in the same manner as in Example 5, except that a 22 gauge needle was used instead of the 16 gauge needle and the spinning speed was performed at 10 ml / h instead of 40 ml / h.
<실시예 8><Example 8>
PdCl2 대신 HAuCl4·H2O를 사용하고 KCl을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 7, except that HAuCl 4 · H 2 O was used instead of PdCl 2 and KCl was not used.
<실시예 9><Example 9>
PdCl2 대신 PtCl4를 사용하고 KCl을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 7, except that PtCl 4 was used instead of PdCl 2 and no KCl was used.
<실시예 10><Example 10>
PdCl2 대신 AgNO3를 사용하고 KCl을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 7, except that AgNO 3 was used instead of PdCl 2 and no KCl was used.
<실시예 11><Example 11>
PdCl2 대신 CuCl2를 50 mg/ml의 농도로 사용하고 KCl을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 7, except that CuCl 2 was used instead of PdCl 2 at a concentration of 50 mg / ml and no KCl was used.
<실시예 12><Example 12>
용해시간을 30 분이 아니라 1 시간동안 수행한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 3, except that the dissolution time was performed for 1 hour instead of 30 minutes.
<실시예 13><Example 13>
용해시간을 30 분이 아니라 2 시간동안 수행한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 3, except that the dissolution time was performed for 2 hours instead of 30 minutes.
<실시예 14><Example 14>
용해시간을 30 분이 아니라 4 시간동안 수행한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 3, except that the dissolution time was performed for 4 hours instead of 30 minutes.
<실시예 15><Example 15>
용해시간을 30 분이 아니라 8 시간동안 수행한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 3, except that the dissolution time was performed for 8 hours instead of 30 minutes.
<실시예 16><Example 16>
용해시간을 30 분이 아니라 12 시간동안 수행한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 3, except that the dissolution time was performed for 12 hours instead of 30 minutes.
<비교예 1><Comparative Example 1>
용해시간을 30 분이 아니라 24 시간동안 수행한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 3, except that the dissolution time was performed for 24 hours instead of 30 minutes.
<비교예 2><Comparative Example 2>
용해시간을 30 분이 아니라 24 시간동안 수행한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 6, except that the dissolution time was performed for 24 hours instead of 30 minutes.
<비교예 3><Comparative Example 3>
PdCl2 대신 MgCl2를 사용하고 KCl을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 7, except that MgCl 2 was used instead of PdCl 2 and KCl was not used.
<비교예 4><Comparative Example 4>
PdCl2 대신 CaCl2을 사용하고 KCl을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 7, except that CaCl 2 was used instead of PdCl 2 and no KCl was used.
<비교예 5><Comparative Example 5>
PdCl2 과 KCl 대신 KCl만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 7, except that only KCl was used instead of PdCl 2 and KCl.
<비교예 6><Comparative Example 6>
PdCl2 대신 NaCl을 사용하고 KCl을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 7, except that NaCl was used instead of PdCl 2 and no KCl was used.
<비교예 7><Comparative Example 7>
PdCl2과 KCl을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 폴리비닐 알코올 섬유를 제조하였다.Polyvinyl alcohol fibers were prepared in the same manner as in Example 7, except that PdCl 2 and KCl were not used.
<실험예 1><Experimental Example 1>
연신 전후의 섬유 관찰Fiber observation before and after stretching
금속 원소가 포함되는 경우 고분자 섬유의 건전성을 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.When a metal element is included, the following experiment was performed to confirm the integrity of the polymer fiber.
실시예 1에서 얻어지는 섬유에 대하여 연신을 수행하기 전의 섬유와 연신을 수행한 이후의 섬유를 SEM(JEOL, JSM-6710F)으로 확인하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에 따르면, 팔라듐이 포함된 고분자 섬유의 경우에도 연신 전 및 후에 결함이 없이 건전한 형태로 섬유가 수득된다는 것을 확인할 수 있다. 사진상 섬유의 직경은 약 50 μm이다.For the fibers obtained in Example 1, the fibers before stretching and the fibers after stretching were confirmed by SEM (JEOL, JSM-6710F) , and the results are shown in FIG. 1. According to FIG. 1, it can be confirmed that even in the case of a polymer fiber containing palladium, fibers are obtained in a healthy form without defects before and after stretching. The diameter of the fiber in the picture is about 50 μm.
<실험예 2><Experimental Example 2>
섬유의 기계적 물성 확인Check the mechanical properties of the fiber
금속 원소의 함량에 따른 수득된 섬유의 기계적 물성 개선 정도를 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.The following experiment was performed to confirm the degree of improvement in the mechanical properties of the obtained fiber according to the content of the metal element.
비교예 7, 실시예 1 내지 5에 의하여 제조된 폴리비닐알코올 섬유에 대하여 UTM(Instron 3344)를 이용하여 인장강도를 측정하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.The tensile strength was measured using UTM (Instron 3344) for the polyvinyl alcohol fibers prepared according to Comparative Examples 7, Examples 1 to 5, and the results are shown in FIG. 2.
도 2에 따르면, Pd/PVA의 질량비가 증가함에 따라 인장강도가 증가하다가 1:100에서 인장강도가 가장 높으며, 그 후 다시 감소하는 것을 알 수 있고, 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 섬유는 모두 기존의 PVA 섬유보다 인장강도가 증가하는 것을 알 수 있다. 특히, 비가 1:100인 경우에는 순수 PVA 섬유 대비 인장강도가 약 40 % 증가하는 것을 알 수 있다.According to Figure 2, as the mass ratio of Pd / PVA increases, it can be seen that the tensile strength increases, the highest tensile strength at 1: 100, and then decreases again, the fiber produced by the embodiment of the present invention All can be seen that the tensile strength is increased than the existing PVA fiber. In particular, when the ratio is 1: 100, it can be seen that the tensile strength of the pure PVA fiber is increased by about 40%.
<실험예 3><Experiment 3>
섬유 내부의 팔라듐 상태 분석Palladium status analysis inside the fiber
제조된 섬유 내부에 금속이 어떠한 상태로 존재하는지를 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.The following experiments were performed to confirm the presence of metal in the manufactured fibers.
본 발명의 실시예 1에 의하여 제조된 섬유에 대하여 XPS(ThermoFisher, K-Alpha+)를 사용하여 XPS 분석을 수행하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.XPS analysis was performed using XPS (ThermoFisher, K-Alpha +) on the fibers produced by Example 1 of the present invention, and the results are shown in FIG. 3.
도 3에 따르면, 335.0 eV 피크를 통하여 환원된 상태의 팔라듐과, 336.7 eV 피크를 통하여 산화물 또는 염화물 상태의 팔라듐이 존재하는 것을 확인할 수 있고, 피크의 강도를 통하여, 섬유 내부에는 금속이 주로 환원된 상태로 존재한다는 것을 알 수 있다.According to FIG. 3, it can be confirmed that palladium in a reduced state through a 335.0 eV peak and palladium in an oxide or chloride state exist through a 336.7 eV peak. It can be seen that it exists as a state.
<실험예 4><Experimental Example 4>
금속 혼합시의 온도에 따른 강도 변화 확인Confirmation of strength change according to temperature during metal mixing
폴리비닐 알코올에 금속을 혼합할때의 온도에 따라, 수득되는 섬유의 강도가 어떻게 변하는지 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.The following experiment was performed to confirm how the strength of the obtained fiber changes depending on the temperature when the metal is mixed with polyvinyl alcohol.
비교예 7, 실시예 3, 및 실시예 6에서 제조된 섬유에 대하여 UTM(Instron 3344)를 이용하여 인장강도를 측정하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.The tensile strength was measured using UTM (Instron 3344) for the fibers prepared in Comparative Example 7, Example 3, and Example 6, and the results are shown in FIG. 4.
도 4에 따르면, 80 ℃에서 혼합하는 경우 인장강도가 가장 우수하나, 상온에서 혼합하는 경우에도 순수 PVA 섬유보다는 인장강도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 4, when mixing at 80 ° C., the tensile strength is the best, but even when mixing at room temperature, it can be seen that the tensile strength is increased rather than pure PVA fiber.
<실험예 5><Experimental Example 5>
혼합시간에 따른 강도 변화 확인Check the strength change according to mixing time
폴리비닐 알코올에 금속을 혼합하는 시간에 따라, 수득되는 섬유의 강도가 어떻게 변하는지 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.The following experiment was performed to confirm how the strength of the obtained fiber changes with the time of mixing the metal with polyvinyl alcohol.
실시예 3, 실시예 12 내지 16, 및 비교예 1, 비교예 7에서 제조된 섬유에 대하여 UTM(Instron 3344)를 이용하여 인장강도를 측정하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.Tensile strength was measured using UTM (Instron 3344) for the fibers prepared in Examples 3, 12 to 16, and Comparative Examples 1 and 7, and the results are shown in FIG. 5.
도 5에 따르면, 30 분동안 혼합하는 경우, 순수 PVA 섬유보다 인장강도가 크게 개선되고, 12시간 혼합하는 경우까지 순수 PVA 섬유보다 인장강도가 높아지나, 24 시간동안 혼합하는 경우에는 오히려 순수 PVA 섬유보다 인장강도가 떨어지는 것을 확인할 수 있다.According to Figure 5, when mixed for 30 minutes, the tensile strength is significantly improved than that of pure PVA fiber, the tensile strength is higher than that of pure PVA fiber until 12 hours of mixing, but when mixed for 24 hours, rather than pure PVA fiber It can be seen that the tensile strength is lower.
<실험예 6><Experimental Example 6>
혼합되는 금속에 따른 인장강도의 변화 확인Confirmation of change in tensile strength according to mixed metal
폴리비닐 알코올과 혼합되는 금속의 종류에 따른 수득되는 섬유의 인장강도 변화를 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.The following experiment was performed to confirm the change in tensile strength of the obtained fiber according to the type of metal mixed with polyvinyl alcohol.
실시예 7 내지 11, 및 비교예 3 내지 7에 의하여 제조된 섬유에 대하여 UTM(Instron 3344)를 이용하여 인장강도를 측정하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.Tensile strength was measured using UTM (Instron 3344) for the fibers prepared in Examples 7 to 11 and Comparative Examples 3 to 7, and the results are shown in FIG. 6.
도 6에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 고환원성 금속을 포함하는 섬유는 순수 PVA 섬유보다 인장강도가 증가하였으나, Mg, Ca, K, Na와 같은 상대적으로 환원성이 낮은 금속을 포함하는 경우 순수 PVA보다 인장강도가 크게 증가하지 않는다는 것을 알 수 있다.According to Figure 6, the fiber containing the high-reduction metal according to an embodiment of the present invention has increased tensile strength than pure PVA fiber, but contains a relatively low-reduction metal such as Mg, Ca, K, Na It can be seen that the tensile strength does not increase significantly compared to PVA.
<실험예 7><Experimental Example 7>
기능성의 추가 확인Additional confirmation of functionality
본 발명에 따른 폴리비닐알코올 섬유의 기능성을 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.The following experiment was performed to confirm the functionality of the polyvinyl alcohol fiber according to the present invention.
비교예 1 및 실시예 3에서 제조된 폴리비닐알코올 고분자 섬유를 니켈 도금욕에 침지하여 무전해 도금을 진행하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.The polyvinyl alcohol polymer fibers prepared in Comparative Examples 1 and 3 were immersed in a nickel plating bath to conduct electroless plating, and the results are shown in FIG. 7.
도 7에 따르면, 순수 PVA 섬유의 경우 니켈 금속이 도금되지 않았음을 확인할 수 있고, 본 발명의 실시예 3에 따른 섬유의 경우 니켈 금속이 섬유 표면에 도금된 것을 확인할 수 있어, 본 발명에 따르면, 첨가되는 금속의 특성에 따라 강도 향상과 함께 추가적으로 기능성이 부여되는 장점이 있다는 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 7, it can be confirmed that nickel metal was not plated in the case of pure PVA fiber, and in the case of the fiber according to Example 3 of the present invention, it was confirmed that nickel metal was plated on the fiber surface. , It can be seen that according to the properties of the metal to be added, there is an advantage that additional functionality is provided along with strength improvement.
Claims (19)
A polyvinyl alcohol polymer fiber comprising a polyvinyl alcohol polymer, and a metal element having a standard reduction potential of 0.3 or more dispersed therein, and having a diameter in the range of 2 μm to 500 μm.
상기 금속 원소는 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu) 및 은(Ag)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리비닐알코올 고분자 섬유.
According to claim 1,
The metal element is a polyvinyl alcohol polymer fiber, characterized in that at least one member selected from the group consisting of palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au), copper (Cu) and silver (Ag).
상기 금속 원소는 이온 상태의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리비닐알코올 고분자 섬유.
According to claim 1,
The metal element is a polyvinyl alcohol polymer fiber, characterized in that it comprises an ionic metal.
상기 금속 원소의 크기는 50 nm 이하인 것을 특징으로 하는 폴리비닐알코올 고분자 섬유.
According to claim 1,
Polyvinyl alcohol polymer fiber, characterized in that the size of the metal element is 50 nm or less.
상기 고분자 섬유의 인장강도는 700 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 폴리비닐알코올 고분자 섬유.
According to claim 1,
Polyvinyl alcohol polymer fiber, characterized in that the tensile strength of the polymer fiber is 700 MPa or more.
상기 고분자 섬유는 촉매 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리비닐알코올 고분자 섬유.
According to claim 1,
The polymer fiber is a polyvinyl alcohol polymer fiber, characterized in that it has a catalytic property.
상기 방사용액을 방사하여 2 μm 내지 500 μm 범위 직경을 갖는 섬유를 수득하는 단계;
를 포함하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 제조방법.
Preparing a spinning solution by mixing a metal having a standard reduction potential of 0.3 or more in a polyvinyl alcohol solution in the form of a salt; And
Spinning the spinning solution to obtain fibers having a diameter in the range of 2 μm to 500 μm;
Method for producing a polyvinyl alcohol polymer fiber comprising a.
상기 제조방법은 수득된 섬유를 연신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 제조방법.
The method of claim 7,
The manufacturing method is a method of producing a polyvinyl alcohol polymer fiber further comprising the step of stretching the obtained fiber.
상기 금속은 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu) 및 은(Ag)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 제조방법.
The method of claim 7,
The metal is palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au), copper (Cu) and a method for producing polyvinyl alcohol polymer fibers, characterized in that at least one member selected from the group consisting of silver (Ag).
상기 방사용액 내의 염 형태의 금속과 폴리비닐 알코올의 질량비는 1:1600 내지 1:25인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 제조방법.
The method of claim 7,
Method for producing a polyvinyl alcohol polymer fiber, characterized in that the mass ratio of the salt-form metal and the polyvinyl alcohol in the spinning solution is 1: 1600 to 1:25.
상기 질량비는 1:200 내지 1:50인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 제조방법.
The method of claim 10,
The mass ratio is 1: 200 to 1:50 method for producing polyvinyl alcohol polymer fiber, characterized in that.
상기 방사용액 제조를 위한 혼합은 0 내지 100 ℃의 온도범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 제조방법.
The method of claim 7,
The mixing method for producing a spinning solution is a polyvinyl alcohol polymer fiber production method characterized in that it is carried out in a temperature range of 0 to 100 ℃.
상기 방사용액 제조를 위한 혼합은 1 분 내지 12 시간의 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 제조방법.
The method of claim 7,
The method for producing a polyvinyl alcohol polymer fiber, characterized in that mixing for preparing the spinning solution is performed in a range of 1 minute to 12 hours.
상기 혼합용액으로부터 섬유를 제조하는 단계;
를 포함하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 강도 향상방법.
Preparing a mixed solution by mixing a metal having a standard reduction potential of 0.3 or more in a polyvinyl alcohol solution in the form of a salt; And
Preparing fibers from the mixed solution;
Method for improving the strength of a polyvinyl alcohol polymer fiber comprising a.
상기 금속은 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu) 및 은(Ag)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 강도 향상방법.
The method of claim 14,
The metal is palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au), copper (Cu) and silver (Ag) at least one member selected from the group consisting of polyvinyl alcohol polymer fiber strength improvement method.
상기 혼합용액 내의 염 형태의 금속과 폴리비닐 알코올의 질량비는 1:1600 내지 1:25인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 강도 향상방법.
The method of claim 14,
Method for improving the strength of polyvinyl alcohol polymer fibers, characterized in that the mass ratio of the salt-shaped metal and polyvinyl alcohol in the mixed solution is 1: 1600 to 1:25.
상기 혼합용액 제조를 위한 혼합은 0 내지 100 ℃의 온도범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 강도 향상방법.
The method of claim 14,
Method for improving the strength of the polyvinyl alcohol polymer fiber, characterized in that the mixing for preparing the mixed solution is performed in a temperature range of 0 to 100 ℃.
상기 혼합용액 제조를 위한 혼합은 1 분 내지 12 시간의 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 강도 향상방법.
The method of claim 14,
Method for improving the strength of the polyvinyl alcohol polymer fiber, characterized in that the mixing for preparing the mixed solution is performed in a range of 1 minute to 12 hours.
상기 방법으로 제조되는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 인장강도는 700 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 폴리비닐 알코올 고분자 섬유의 강도 향상방법.
The method of claim 14,
Tensile strength of the polyvinyl alcohol polymer fiber prepared by the method is 700 MPa or more, characterized in that the strength improvement method of the polyvinyl alcohol polymer fiber.
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