WO2015065034A1 - 활성탄소섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

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WO2015065034A1
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Abstract

본 발명은 활성탄소섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활성탄소섬유용 필라멘트형 전구체 섬유를 활성화하여 제조된 필라멘트형 활성탄소섬유로서, 0.01 ~ 1.0 g/denier의 강도를 가져 내구성이 향상된 활성탄소섬유에 관한 것이다.

Description

활성탄소섬유 및 그 제조방법
본 발명은 직물, 편물 등에 사용될 수 있는 활성탄소섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래 활성탄소섬유는 면, 비스코스 레이온, 폴리아크릴로니트릴, 피치, 페놀계 스테이플 섬유(staple fiber)를 활성화하여 사용하였다. 그러나 스테이플 섬유는 1~6mm의 짧은 단섬유(short fiber)로 구성되어 있어, 활성화에 필요한 고열의 열처리 공정에서 free shrinkage를 일으키면서 파우더 또는 그래뉼계 활성탄소와 대비하여 상대적으로 내구성은 뛰어나지만 활성탄소섬유 자체의 강도는 저하되는 문제가 있다. 그 결과, 활성탄소섬유를 사용하는 도중 상당 부분이 쉽게 마모되어 파우더로 흘러내리게 된다.
최근 활성탄소섬유의 용도는 지속적으로 확장되고 있으며, 특히, 활성탄소섬유가 10 ~ 20 Å 사이의 미세기공(micro pore) 분포도가 높아 SOx 또는 NOx 처리에 탁월한 성능을 나타내어 뛰어난 대기정화 능력이 있다는 것이 확인됨에 따라, 도로 팬스, 화생방 보호의 등에 적용되고 있다.
그러나, 도로 팬스 또는 화생방 보호의 용도로 적용하기 위해서는 1회 사용 후 폐기하지 않고 재생 사용할 수 있어야 하는데, 스테이플 섬유의 취약한 구조로 인해 미세기공(micro pore)가 쉽게 붕괴될 수 있고, 또한, 단순 수세와 같은 방식으로는 재생이 불가능한 문제가 있다.
한편, 활성탄소섬유는 그 재료에 따라 셀룰로오스계 섬유, 아크로니트릴계 섬유, 페놀계 섬유, 피치(pitch)계 섬유, 폴리비닐알코올계 등의 섬유로부터 탄소 섬유가 제조되었으나, 생산성과 경제성의 이유로 현재에는 대부분 셀룰로오스계, PAN(poly acrylonitrile, 폴리아크릴로니트릴)계와 피치계 탄소섬유가 생산되고 있다.
셀룰로오스계 활성탄소섬유의 원료는 목면, 마, 라마 등의 천연 셀룰로오스 섬유; 목재, 대나무 등에서 얻어지는 펄프섬유; 및 비스코스 레이온, 폴리노직 등의 재생 셀룰로오스 섬유가 사용되고 있다. 상기 원료 셀룰로오스섬유에 인화합물 0.5~20중량%로 부착 또는 함유시켜 처리하고 200-350℃의 비활성 조건하에서 셀룰로오스섬유의 감소율이 40~70%이고 또한 인의 잔조율이 70%이상 함유되도록 저온 열처리하고, 다시 수증기를 5용량%이상 함유하는 분위기 중에서 450~1,000℃에서 셀룰로오스계 섬유의 감소율이 65-95%, 인의 잔존율이 10% 이하가 되도록 열처리하여 활성화시켜 고흡착성능을 가진 활성탄소섬유를 제조한다.
아크로니트릴계 활성탄소섬유의 원료인 폴리아크로니트릴(PAN)을 산화성 분위기에서 포화산소결합량이 80% 이상이 될 때까지 산화처리하고 이어서 활성화하여 활성탄소섬유를 제조한다.
페놀계 활성탄소섬유는 노보락섬유를 알데히드기로서 균일하게 경화처리하여 만든 경화노브락섬유 또는 경화노브락섬유구조물을 10~49용량%의 수증기와 90~51용량%의 비활성가스의 혼합가스 분위기 하에서 250℃에서 승온하여 700℃까지 200~2,000℃/시간의 승온속도로서 소성하여 제조한다.
피치계 활성탄소섬유는 석탄계의 피치, 석유계의 피치(천연 또는 인공의 아스팔트 포함), 각종의 유기합성 및 석유화학공업에서 부산물로 발생되는 피치 또는 합성수지, 천연수지의 건류에 의해서 얻어지는 핏치 등을 응용하여 성형한 섬유를 산화성가스함유 분위기 하에서 50~400℃로 열처리하면 피치계 섬유를 불융화하고 암모니아 함유 분위기하에서 활성화하여 제조한다.
폴리비닐알코올계 활성탄소섬유는 탈수제를 부착 또는 함유하고 있는 폴리비닐알코올계섬유(PVA)를 35% 이상 중량이 감소되도록 가열하고 이런 탈수와 탄화반응을 일으켜 탄화질섬유를 만드는 공정과 이 탄소질 섬유를 800~1,200℃에서 미량의 산소 존재하에서 고온고습활성화 하는 공정으로 활성탄소섬유를 제조한다.
이때 활성탄소섬유의 수율은 케리어 가스나 수증기에 의해 변화 가능하지만 폴리아크릴로 니트릴계는 50% 수준, 비스코스 레이온이나 면과 같은 셀룰로오스계, 페놀계는 공히 20% 수준의 낮은 수율을 보이고 있다.
상술한 바와 같은 다양한 재료를 이용한 활성탄소섬유는 모두 그 재료가 스테이플 섬유(Staple Fiber) 형태로서, 스테이플 섬유 형태의 재료로 제조된 활성탄소섬유이며, 이러한 스테이플 섬유로 제조된 활성탄소섬유를 이용하여 형태적으로 종이상, 직물상, 펠트상의 다양한 형태로의 가공이 가능하다.
그러나, 스테이플 섬유 형태의 재료로 제조된 활성탄소섬유는 모두 그 내구성에 있어서 한계가 있다.
본 발명은 내구성이 향상된 활성탄소섬유 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 또한, 내구성이 향상된 활성탄소섬유로 제조된 직물 또는 편물을 제공하고자 한다.
이에 본 발명은 바람직한 제1 구현예로서, 활성탄소섬유용 필라멘트형 전구체 섬유를 활성화하여 제조된 필라멘트형 활성탄소섬유로서, 0.01 ~ 1.0 g/denier 의 강도를 가지는 활성탄소섬유를 제공한다.
상기 구현예에 의한 활성탄소섬유용 필라멘트형 전구체 섬유는 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유, 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유 및 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 필라멘트형 전구체 섬유는 그 강도가 5~12 g/denier 인 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 필라멘트형 전구체 섬유는 그 단사섬도가 0.05~10 denier이고, 전체섬도가 300~30,000 denier인 것일 수 있다.
본 발명은 또한 바람직한 제2 구현예로서, (S1) 필라멘트형 전구체 섬유를 안정화시키는 단계; 및 (S2) 안정화된 필라멘트형 전구체 섬유를 비활성 분위기하에서 탄화하여 활성화시키는 단계를 포함하는, 활성탄소섬유의 제조방법을 제공한다.
상기 구현예에 의한 (S1) 단계 이전에 필라멘트형 전구체 섬유를 알칼리 용액에 침적시키는 단계를 추가로 포함하는 것일 수 있고, 상기 구현예에 의한 필라멘트형 전구체 섬유는 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유 또는 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유인 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 (S1) 단계 이전에 필라멘트형 전구체 섬유를 건조시키는 단계를 추가로 포함하는 것일 수 있고, 상기 구현예에 의한 건조시키는 단계 이전에 필라멘트형 전구체 섬유를 알칼리 용액에 침적시키는 단계를 추가로 포함하는 할 수 있으며, 상기 구현예에 의한 필라멘트형 전구체 섬유는 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유인 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 (S1) 단계의 안정화는, 필라멘트형 전구체 섬유가 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유 또는 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유이면 비활성 분위기 하에서 200 ~ 350℃의 온도로 10~240분간 열처리하여 안정화시키고, 필라멘트형 전구체 섬유가 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유이면 공기 중에서 200~300℃의 온도로 30~240분간 열처리하여 안정화시키는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 (S2) 단계의 활성화는, 필라멘트형 전구체 섬유가 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유 또는 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유이면 비활성 분위기 하에서 300 ~ 500℃의 온도로 1~30분간 저온탄화시킨 후, 650~1,050℃의 온도에서 활성화시키고, 필라멘트형 전구체 섬유가 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유이면 비활성 분위기 하에서 500 ~ 950℃의 온도로 1~30분간 고온탄화시킨 후, 650~1,050℃의 온도에서 활성화시키는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 알칼리 용액은 인산 수용액, 인산암모늄 수용액 및 염화아연 수용액으로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 건조는 100 ~ 150℃의 온도에서 열처리하여 건조시키는 것일 수 있다.
본 발명은 또한 바람직한 제2 구현예로서, 상기 활성탄성섬유로 제조된 직물을 제공한다.
본 발명은 또한 바람직한 제3 구현예로서, 상기 활성탄소섬유로 제조된 편물을 제공한다.
본 발명에 따르면, 필라멘트형 전구체 섬유를 이용하여 내구성이 향상된 활성탄소섬유를 제조할 수 있고, 이로 인하여, 활성탄소섬유를 이용하여 직물, 편물 등을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 장섬유(long fiber) 형태인 필라멘트(filament)형 전구체 섬유를 이용하여 제조되어 내구성이 향상된 활성탄소섬유에 관한 것이다.
상기 활성탄소섬유는 활성탄소섬유용 필라멘트형 전구체 섬유를 활성화하여 제조된 필라멘트형 활성탄소섬유로서, 0.01 ~ 1.0 g/denier의 강도를 가지는 활성탄소섬유일 수 있다.
본 발명에 있어서, 활성탄소섬유가 우수한 내구성을 가질 수 있도록 하기 위하여, 활성탄소섬유를 제조하기 위하여 사용되는 활성탄소섬유용 전구체 섬유가 필라멘트형 전구체 섬유인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 활성탄소섬유용 전구체 섬유의 기계적 물성치가 우수하여야 하며, 구체적으로는, 상기 필라멘트형 전구체 섬유는 그 강도가 3~30g/denier일 수 있으며, 강도가 3 g/denier 미만이면 활성탄소섬유를 제조하기 위한 활성화 공정에서 잔존하는 원사의 강도가 0.01 g/denier 이하로 하락하여 내구성이 우수한 활성탄소섬유를 제조할 수 없는 문제가 있다. 또한, 상기 필라멘트형 전구체 섬유의 강도가 30 g/denier 초과이면 전구체 섬유에 대하여 지나치게 높은 연신배율을 적용하여야 하므로, 전구체 섬유의 생산수율이 저하되어 경제성이 없어지는 문제가 있다.
물론, 전구체 자체의 원사 배향도가 너무 높아 미세기공(micro pore) 형성에는 유리하지만, 실질적인 미세기공면적(BET)이 열처리 온도에 비해 너무 낮아 대기오염 가스 정화용 외 수처리용으로도 적용가능하지만 미세기공면적(BET)가 상대적으로 낮아 수질정화에 요구되는 활성탄소섬유의 량이 늘어난다는 문제점도 공존하고 있다.
이와 같은 상기 활성탄소섬유용 필라멘트형 전구체 섬유는 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유, 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유 및 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있다.
또한, 상기 활성탄소섬유 전구체 섬유는 그 단사섬도가 0.05~10 denier이고, 전체섬도가 300~30,000denier인 것일 수 있다. 활성탄소섬유의 단사섬도가 0.05 denier 미만이거나 10denier 초과이면 활성화 이후 전구체 섬유의 원사 중량감소가 50~90%에 달하므로 활성탄소섬유로 제조되는 원단의 강도나 열처리 불균일이 야기되는 문제가 있다. 또한, 활성탄소섬유의 전체섬도가 300 denier 미만이면 생산성이 낮아 경제성이 떨어지고, 30,000 denier 초과이면 중량이 증가하여 저중량 활성탄소섬유 원단을 제직할 수 없는 문제가 있다. 즉, 통상적으로 사용하는 활성탄소섬유의 원단 중량이 50 ~ 300 g/㎡ 임을 감안한다면 300 denier 미만인 경우 제직 및 제편에 필요한 원사의 수량이 너무 많아 작업하기가 어려우며 30000 denier 이상인 경우 적절한 원단 설계가 나오지 않는다. 또한 밀도가 너무 엉성하게 들어가 원단의 안정성 역시 불안정하다.
본 발명에 있어서, 활성탄소섬유는 0.01 ~ 1.0 g/denier의 강도를 가질 수 있다.
일반적으로, 활성탄소섬유용 전구체 섬유를 활성화할 때, 내염화 및 탄화공정에서 50~90% 정도의 중량감소 현상이 발생하는데, 탄소(C)를 제외한 나머지 성분인 산소(O), 질소(N) 및 수소(H)가 분해되어 중량감소가 발생됨과 동시에 미세기공이 형성된다.
그러나, 본 발명에서와 같이 필라멘트형 전구체 섬유를 이용할 경우, 가로축 및 세로축 방향으로 장력이 작용하여 전구체 섬유 자체의 수축율이 스테이플 섬유보다 적으며, 활성화 후 전구체 섬유의 원사 강도 저하도 낮아서, 최종 제조된 활성탄소섬유의 강도는 0.01~1.0 g/denier이 될 수 있다.
본 발명에 따른 활성탄소섬유의 제조방법은 (S1) 필라멘트형 전구체 섬유를 안정화시키는 단계; 및 (S2) 안정화된 필라멘트형 전구체 섬유를 비활성 분위기하에서 탄화하여 활성화시키는 단계를 포함하는, 활성탄소섬유의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 필라멘트형 전구체 섬유가 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유 또는 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유일 경우, 상기 (S1) 단계 이전에 필라멘트형 전구체 섬유를 알칼리 용액에 침적시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 필라멘트형 전구체 섬유가 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유일 경우, 상기 (S1) 단계 이전에 필라멘트형 전구체 섬유를 건조시키는 단계를 추가로 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 건조시키는 단계 이전에 필라멘트형 전구체 섬유를 알칼리 용액에 침적시키는 단계를 추가로 포함하는 할 수 있다.
[필라멘트형 전구체 섬유를 알칼리 용액에 침적시키는 단계]
필라멘트형 전구체 섬유를 알칼리 용액에 침적시키는 단계는 활성탄소섬유의 강도 및 수율을 더욱 향상시키기 위하여 실시할 수 있다. 이때, 상기 필라멘트형 전구체 섬유는 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유, 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유 및 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있다.
이때, 알칼리 용액은 인산 수용액, 인산암모늄 수용액 및 염화 아연 수용액으로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 알칼리 용액이라면 이에 한정하지는 않으며, 알칼리 용액의 농도는 5~20%일 수 있다. 이와 같은 농도의 알칼리 용액에 침적시킴으로써 최종적인 활성탄소섬유의 강도와 수율을 더욱 향상시킬 수 있다.
[필라멘트형 전구체 섬유를 건조시키는 단계]
필라멘트형 전구체 섬유를 건조시키는 단계에서 상기 필라멘트형 전구체 섬유는 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유일 수 있다.
이때, 건조는 100~150℃의 온도에서 열처리하여 건조시킬 수 있으며, 건조를 위한 열처리 온도는 전구체 섬유의 중량 감소를 최소화하기 위해서이다. 건조 방식은 열풍건조와 고온 롤러를 사용한 건조 방식이 사용될 수 있으며, 통상적으로 고온 롤러를 사용할 경우 열전달 효율이 좋아 열풍건조 대비 상대적으로 저온으로 짧은시간에 건조처리가 가능하다.
[(S1) 단계]
(S1) 단계는 필라멘트형 전구체 섬유를 안정화시키는 단계이다.
상기 필라멘트형 전구체 섬유는 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유, 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유 및 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있다.
이때, 상기 필라멘트형 전구체 섬유가 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유 또는 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유이면 질소(N2)와 같은 비활성 기체 분위기 아래 비활성 분위기 하에서 200 ~ 350℃의 온도로 10~240분간 열풍 또는 고온 롤러에 의해 열처리하여 안정화시키고, 필라멘트형 전구체 섬유가 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유이면 공기 중에서 200~300℃의 온도로 30~240분간 열처리하여 안정화시키는 것일 수 있다. 이때, 안정화 온도 및 시간은 최적의 안정화 효과를 고려하여 설정된 것이다.
[(S2) 단계]
(S2) 단계는 안정화된 필라멘트형 전구체 섬유를 활성화시키는 단계이다.
이때, 상기 필라멘트형 전구체 섬유가 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유 또는 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유이면 비활성 분위기 하에서 300 ~ 500℃의 온도로 1~30분간 저온탄화시킨 후, 650~1,050℃의 온도에서 활성화시키고, 필라멘트형 전구체 섬유가 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유이면 비활성 분위기 하에서 500 ~ 950℃의 온도로 1~30분간 고온탄화시킨 후, 650~1,050℃의 온도에서 활성화시키는 것일 수 있다.
이때, 필라멘트형 전구체 섬유를 탄화시킨 후, 비표면적(BET) 수준에 따라 650~1,050℃의 온도범위에서 질소(N2)분위기에 스팀(H2O), 이산화탄소(CO2), 산소(O2), 암모니아(NH3)를 5 ~ 35% 범위에서 투입하여 활성화시키는 것일 수 있다. 통상적으로는 스팀(H2O)과 이산화탄소(CO2)이 사용될 수 있다.
이와 같은, 상기에 규정된 탄화시간에 의하여, 온도별로 서서히 상승하면서 열분해가 이루어져야 내구성 확보 및 균일한 흡착성능을 확보할 수 있다.
또한, 탄화는 N2와 같은 비활성 분위기하에서 수행되며, 활성화는 CO2나 Steam을 사용하여 활성탄소 섬유 전구체 표면에서 미세기공을 형성시킬 수 있으며, 이때 미세기공의 형성성은 CO2가 우수하나 비표면적 향상 측면에서는 Steam을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 전술한 활성탄소섬유로 제조된 직물 또는 편물에 관한 것이다. 상기 활성탄소섬유로 제조된 직물 또는 편물이 적절한 내구성을 가지기 위해서는, 전술한 바와 같이, 활성탄소섬유의 강도가 0.01~1.0g/de이어야 하고, 동시에 직물 또는 편물의 중량이 10~600g/m2일 수 있다. 직물 또는 편물의 중량이 10g/m2 미만이면 직물 또는 편물 자체가 초경량 박막형이 되어 원하는 내구성을 확보하지 못하고, 600g/m2 초과이면 내염화 및 활성화 공정에서 열처리가 균일하게 진행되지 못하여 부분 BET 및 물성 불균일 현상이 발생할 수 있다. 이에, 직물 또는 편물의 중량은 바람직하게는 20~500g/m2일 수 있다.
이하 본 발명을 구체적인 실시예를 통해 설명하겠는 바, 본 발명이 이들 실시예에 한정되지 않고 기술적 사상이 허용되는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지 자에 의하여 다양하게 변경되어 실시될 수 있음은 물론이다.
실시예1 및 실시예 2
표 1에 나타난 바와 같은 활성탄소용 전구체 섬유를 사용하여 300g/㎡ 중량으로 원단을 제직하였다. 원단 조직은 2/2 능직을 적용하였다. 이렇게 제조한 원단을 10% 인산(H3PO4) 수용액에 침지한 후 120℃ 열풍에서 40분 동안 건조하였다. 이를 다시 220 ~ 300℃의 비활성분위기(N2)에서 20분간 탄화시킨 후 650 ~ 950℃의 온도 범위를 가지는 활성화로에서 Steam을 사용하여 20분간 활성화하여 활성탄소섬유를 제조하였다.
실시예 3
3600데니어 3000필라멘트인 PAN계 전구체 섬유를 동일 조직으로 상기의 실시예 1,2와 동일하게 제직하였다. 이를 화학적 침착처리 없이 다시 230℃ 공기 분위기에서 4시간동안 내염화를 시킨 후 다시 450 ~ 800℃로 상승하는 온도분포 사이에서 5분간 비활성 분위기에서 탄화 처리하였다. 이렇게 제조된 시료를 다시 950℃의 활성화로에서 Steam을 사용하여 20분간 활성화하여 활성탄소섬유를 제조하였다.
실시예 4
3600데니어 3000필라멘트인 아라미드계 전구체 섬유를 동일 조직으로 상기 실시예 1, 2와 동일하게 제직하고 10% 인산(H3PO4) 수용액에 침지한 후 120℃ 열풍에서 40분 동안 건조하였다. 이를 다시 220 ~ 300℃의 비활성분위기(N2)에서 20분간 탄화시킨 후 650 ~ 950℃의 온도 범위를 가지는 활성화로에서 Steam을 사용하여 20분간 활성화하여 활성탄소섬유를 제조하였다.
비교예 1 및 비교예 2
표 1에 나타난 바와 같은 활성탄소용 전구체 섬유를 이용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 활성탄소섬유를 제조하였다.
표 1
활성탄소용 전구체 섬유
명칭 강도(g/denier) 단사섬도(denier) 전체섬도(denier) 활성화 수율(%)
실시예1 비스코스 레이온계 필라멘트형 전구체 섬유 3.2 1.8 300 17
실시예2 라이오셀계 필라멘트형 전구체 섬유 5.8 1.6 1500 23
실시예3 PAN계 필라멘트형 전구체 섬유 8.0 1.2 3600 42
실시예4 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유 25 1.2 1500 32
비교예1 면 단섬유 전구체 섬유 - - 450 15
비교예2 의류용 비스코스 레이온 스테이플 전구체 섬유 2.1 2.2 300 11
실시예 및 비교예에서 제조된 활성탄소섬유에 대하여 아래와 같은 방법으로 강도를 측정하였다.
(1)강도
전구체 섬유 및 활성탄소섬유의 강도는 KS K0412에 의거하여 측정하였다.
표 2
활성탄소섬유 강도
실시예1 0.04
실시예2 0.25
실시예3 0.31
실시예4 0.71
비교예1 0.01 이하
비교예2 0.01 이하
물성측정 결과, 단섬유 또는 스테이플 전구체 섬유를 이용하여 활성탄소섬유를 제조한 비교예 1 및 비교예 2는, 필라멘트형 전구체 섬유를 이용하여 활성탄소섬유를 제조한 실시예에 비해 강도가 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 본 발명의 실시예에는 반영하지 않았으나 이외 핏치계, 페놀계의 단섬유에 대해서는 수율이 극히 떨어질 뿐만 아니라 내구성이 현저히 미치지 못하는 것으로 나타나 물성을 파악하기가 매우 곤란하였다.

Claims (16)

  1. 활성탄소섬유용 필라멘트형 전구체 섬유를 활성화하여 제조된 필라멘트형 활성탄소섬유로서, 0.01 ~ 1.0 g/denier의 강도를 가지는 활성탄소섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄소섬유용 필라멘트형 전구체 섬유는 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유, 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유 및 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유로 구성된 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 활성탄소섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필라멘트형 전구체 섬유는 그 강도가 5~12 g/denier인 것임을 특징으로 하는 활성탄소섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필라멘트형 전구체 섬유는 그 단사섬도가 0.05~10 denier이고, 전체섬도가 300~30,000 denier인 것임을 특징으로 하는 활성탄소섬유.
  5. (S1) 필라멘트형 전구체 섬유를 안정화시키는 단계; 및
    (S2) 안정화된 필라멘트형 전구체 섬유를 비활성 분위기하에서 탄화하여 활성화시키는 단계를 포함하는 활성탄소섬유의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (S1) 단계 이전에 필라멘트형 전구체 섬유를 알칼리 용액에 침적시키는 단계를 추가로 포함하는 활성탄소섬유의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 필라멘트형 전구체 섬유는 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유 또는 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유인 것임을 특징으로 하는 활성탄소섬유의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 (S1) 단계 이전에 필라멘트형 전구체 섬유를 건조시키는 단계를 추가로 포함하는 활성탄소섬유의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 건조시키는 단계 이전에 필라멘트형 전구체 섬유를 알칼리 용액에 침적시키는 단계를 추가로 포함하는 활성탄소섬유의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 필라멘트형 전구체 섬유는 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유인 것임을 특징으로 하는 활성탄소섬유의 제조방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 (S1) 단계의 안정화는
    필라멘트형 전구체 섬유가 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유 또는 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유이면 비활성 분위기 하에서 200 ~ 350℃의 온도로 10~240분간 열처리하여 안정화시키고,
    필라멘트형 전구체 섬유가 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유이면 공기 중에서 200~300℃의 온도로 30~240분간 열처리하여 안정화시키는 것임을 특징으로 하는, 활성탄소섬유의 제조방법.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 (S2) 단계의 활성화는
    필라멘트형 전구체 섬유가 셀룰로오스계 필라멘트형 전구체 섬유 또는 아라미드계 필라멘트형 전구체 섬유이면 비활성 분위기 하에서 300 ~ 500℃의 온도로 1~30분간 저온탄화시킨 후, 650~1,050℃의 온도에서 활성화시키고,
    필라멘트형 전구체 섬유가 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트형 전구체 섬유이면 비활성 분위기 하에서 500 ~ 950℃의 온도로 1~30분간 고온탄화시킨 후, 650~1,050℃의 온도에서 활성화시키는 것을 특징으로 하는, 활성탄소섬유의 제조방법.
  13. 제6항 또는 제9항에 있어서,
    상기 알칼리 용액은 인산 수용액, 인산암모늄 수용액 및 염화아연 수용액으로 구성된 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 활성탄소섬유의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 건조는 100 ~ 150℃의 온도에서 열처리하여 건조시키는 것임을 특징으로 하는 활성탄소섬유의 제조방법.
  15. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 활성탄소섬유로 제조된 직물.
  16. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 활성탄소섬유로 제조된 편물.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101659728B1 (ko) * 2016-03-31 2016-09-26 에스지생활안전 주식회사 복합활성탄소섬유 부직포의 제조방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100206488B1 (ko) * 1995-11-09 1999-07-01 이구택 활성탄소 섬유의 제조방법
KR20050063501A (ko) * 2003-12-22 2005-06-28 재단법인 포항산업과학연구원 폴리아클리로니트릴 섬유를 이용한 슈퍼커패시터 전극용활성탄소섬유 제조방법
KR20050079100A (ko) * 2004-02-04 2005-08-09 크린에어테크놀로지 주식회사 활성탄소섬유를 포함하는 세라믹 필터 및 그의 제조방법
US20050252379A1 (en) * 2004-05-13 2005-11-17 Von Blucher Hasso Adsorption filter material and its use
US20070004301A1 (en) * 2004-07-05 2007-01-04 Peter Heinrich Textile composite material comprising activated carbon fibres and production thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100206488B1 (ko) * 1995-11-09 1999-07-01 이구택 활성탄소 섬유의 제조방법
KR20050063501A (ko) * 2003-12-22 2005-06-28 재단법인 포항산업과학연구원 폴리아클리로니트릴 섬유를 이용한 슈퍼커패시터 전극용활성탄소섬유 제조방법
KR20050079100A (ko) * 2004-02-04 2005-08-09 크린에어테크놀로지 주식회사 활성탄소섬유를 포함하는 세라믹 필터 및 그의 제조방법
US20050252379A1 (en) * 2004-05-13 2005-11-17 Von Blucher Hasso Adsorption filter material and its use
US20070004301A1 (en) * 2004-07-05 2007-01-04 Peter Heinrich Textile composite material comprising activated carbon fibres and production thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101659728B1 (ko) * 2016-03-31 2016-09-26 에스지생활안전 주식회사 복합활성탄소섬유 부직포의 제조방법

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