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KR101984720B1 - Carbon nanotube fiber composite and the producing method thereof - Google Patents

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KR101984720B1
KR101984720B1 KR1020150173796A KR20150173796A KR101984720B1 KR 101984720 B1 KR101984720 B1 KR 101984720B1 KR 1020150173796 A KR1020150173796 A KR 1020150173796A KR 20150173796 A KR20150173796 A KR 20150173796A KR 101984720 B1 KR101984720 B1 KR 101984720B1
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meth
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Abstract

본 발명은 카본 나노튜브 섬유 복합재 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강산 및 산화제를 사용하지 않고도 고밀도의 카본 나노튜브 섬유를 제조하기 위하여, 카본 나노튜브 섬유 상에 코팅층을 형성하고 상기 코팅층에 결합하는 알코올계, 싸이올계, 또는 이들의 혼합 가교제로부터 카본 나노튜브 섬유내 및 섬유간 가교를 형성함으로써, 카본 나노튜브 섬유의 고밀도화 및 고강도화를 구현하는 카본 나노튜브 섬유 복합재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanotube fiber composite material and a method of manufacturing the carbon nanotube fiber composite material. More particularly, the present invention relates to a carbon nanotube fiber composite material for forming a coating layer on carbon nanotube fibers to produce high density carbon nanotube fibers without using strong acids and oxidizing agents, Carbon nanotube fiber composite material which can realize high density and high strength of carbon nanotube fiber by forming cross-linking between carbon nanotube fibers and fibers from alcohol-based, thiol-based, or mixed cross-linking agent will be.

Description

카본 나노튜브 섬유 복합재 및 이의 제조 방법 {Carbon nanotube fiber composite and the producing method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon nanotube fiber composite material,

본 발명은 카본 나노튜브 섬유 표면에 형성되는 코팅층 및 이에 결합하여 섬유간 가교를 형성하는 가교제를 포함함으로써 섬유의 고밀도화 및 고강도화를 구현할 수 있는 카본 나노튜브 섬유 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanotube fiber composite material capable of realizing high density and high strength of a fiber by including a coating layer formed on the surface of the carbon nanotube fiber and a crosslinking agent for forming a crosslinking between the fibers by bonding thereto.

카본 나노튜브란 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 대롱 모양을 이루는 지름 1nm 크기의 미세한 분자를 말한다. 구체적으로는 탄소 원자가 3개씩 결합한 벌집 모양의 탄소 평면이 말려서 튜브 모양을 이루는 지름 0.5~10nm의 원통형 구조의 탄소 결정체로서 높은 인장력과 전기 전도성 등의 특성을 가지고 있어 차세대 첨단 소재로 주목받고 있다. Carbon nanotubes are fine molecules with a diameter of 1 nm, which are formed by long carbon chains connected by hexagonal rings. Specifically, a honeycomb-like carbon plane in which three carbon atoms are combined is a cylindrical carbon crystal having a tube shape of 0.5 to 10 nm in diameter and has high tensile strength and electrical conductivity, and is attracting attention as a next-generation high-tech material.

카본 나노튜브는 다양한 형태의 소재로 활용될 수 있다. 특히 카본 나노튜브를 응집하여 섬유 형태로 가공하는 경우에는 끊어지지 않는 초강력 섬유, 열과 마찰에 잘 견디는 고내구성 섬유, 전기 전도도 및 열 전도율이 매우 우수한 나노 섬유를 제조할 수 있어 그 응용 및 활용 가능성이 무궁무진한 것으로 생각되고 있다. 현재에도 카본 나노튜브 섬유는 정전기 방지 섬유, 저경도의 고전기용량 섬유 등의 형태로 반도체, 디스플레이를 비롯한 첨단 정밀 산업 분야에 사용되며 그 생산성을 현저히 높이고 있다.Carbon nanotubes can be utilized as various types of materials. In particular, when carbon nanotubes are agglomerated and processed into a fiber form, it is possible to manufacture nanofibers which are excellent in electrical conductivity and thermal conductivity, such as super strong fibers that can not be broken, highly durable fibers that can withstand heat and friction, It is thought to be endless. Currently, carbon nanotube fibers are used in high-precision industrial fields such as semiconductors and displays in the form of antistatic fibers and low-hardness, high-capacity fibers, and their productivity is remarkably increased.

이러한 카본 나노튜브 섬유는 상용화되기 전 적정 강도 및 물성을 가지도록 추가 처리 과정을 거치게 된다. 특히 카본 나노튜브 섬유의 제조 시 통상적인 제조 방법 중 하나인 다이렉트 스피닝(Direct spinning, 직접 방사법)을 사용하는 경우에는, 다른 방법에 비하여 대량의 카본 나노튜브 섬유를 제조할 수 있다는 장점은 있으나 길고 안정적인 형태의 섬유를 제조하기는 어려운 단점이 있어 코팅 층을 형성시키는 등 제조 후 개질하여 사용하는 것이 일반적이다.These carbon nanotube fibers undergo further processing before they are commercialized so as to have appropriate strength and physical properties. In particular, when direct spinning (direct spinning), which is one of common manufacturing methods in the production of carbon nanotube fibers, is used, a large amount of carbon nanotube fibers can be produced as compared with other methods, It is generally difficult to produce fibers of the above-mentioned type.

개질된 카본 나노튜브 섬유의 제조 방법에 대해서는 꾸준한 연구와 시도가 있어 왔는데, 종래로부터 대표적으로 사용되고 있는 방법 중 하나는 강산을 이용하여 카본 나노튜브 섬유의 표면에 화학적으로 작용기를 도입한 후, 이에 다른 화학적 결합을 시도하는 것이다. 그러나 상기한 방법은 카본 나노튜브 섬유의 강도를 향상시킬 수는 있으나, 강산 또는 산화제를 사용함으로 인하여 처리 과정 중 섬유 표면에 결점(defect)을 형성하게 되고 이로부터 카본 나노튜브 섬유 고유의 특성을 전반적으로 저감시키는 단점이 있다. 또한 반응 시간이 길고 강산의 환류(reflux) 등을 위한 고온 조건이 필수적으로 요구되며, 반응 후에는 사용한 강산의 처리 문제를 가지게 되는 등의 불편함이 있다.One of the methods that have been used conventionally is to chemically introduce a functional group onto the surface of carbon nanotube fibers using a strong acid, Chemical bonding. However, the above method can improve the strength of the carbon nanotube fibers. However, due to the use of a strong acid or an oxidizing agent, defects are formed on the fiber surface during the treatment, . Further, the reaction time is long and a high temperature condition is required for reflux of strong acid, etc., and there is a disadvantage that after the reaction, there is a problem of disposal of used strong acid.

따라서 강산 및 산화제를 사용하지 않고도 카본 나노튜브 섬유에 우수한 강도를 부여할 수 있는 제조 방법에 대한 개선된 제안이 필요한 실정이었다. Therefore, there has been a need for an improved method of manufacturing a carbon nanotube fiber capable of imparting excellent strength to a carbon nanotube fiber without using a strong acid and an oxidizing agent.

기계적 강도 향상을 위한 카본 나노튜브섬유 후처리 방법 (대한민국 등록특허 제10-1415255호)A method for post-treatment of carbon nanotube fibers to improve mechanical strength (Korean Patent No. 10-1415255)

본 발명의 발명자들은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 다각적인 연구를 수행한 결과, 카본 나노튜브 섬유의 표면에 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층을 코팅하고 이에 결합하는 알코올계, 싸이올계 또는 이들의 혼합 가교제를 처리함으로써 카본 나노튜브 섬유간 가교를 형성하는 카본 나노튜브 섬유 복합재를 제조하였고, 이로부터 강산 및 산화제를 사용하지 않고 고밀도 및 고강도의 카본 나노튜브 섬유의 제조가 가능함을 확인하여 본 발명을 완성하였다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The inventors of the present invention have conducted various researches to solve the above-mentioned problems of the related art. As a result, the inventors of the present invention have found that when an alcohol-based, thiol- It was confirmed that carbon nanotube fiber composite material capable of forming crosslinking between carbon nanotube fibers was prepared by treating mixed crosslinking agent and that it was possible to manufacture carbon nanotube fiber of high density and high strength without using strong acid and oxidizer, Completed.

따라서 본 발명의 목적은 안정적이면서도 고밀도 및 고강도의 카본 나노튜브 섬유 복합재를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a carbon nanotube fiber composite material which is stable and has high density and high strength.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 강산 및 산화제를 사용하지 않고, 공정의 효율과 편의성이 향상된 카본 나노튜브 섬유 복합재의 제조 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for producing a carbon nanotube fiber composite material in which process efficiency and convenience are improved without using a strong acid and an oxidizing agent.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

복수개의 카본 나노튜브 섬유; 및A plurality of carbon nanotube fibers; And

상기 섬유상에 형성된 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층; 을 포함하고,A (meth) acrylic acid-based polymer coating layer formed on the fibrous phase; / RTI >

상기 복수개의 카본 나노튜브 섬유는 상기 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층 상에 결합하는 알코올계, 싸이올계 또는 이들의 혼합 가교제로부터 섬유내 및 섬유간 가교를 형성하는 카본 나노튜브 섬유 복합재를 제공한다.The plurality of carbon nanotube fibers provide a carbon nanotube fiber composite material that forms cross-linkage between fibers and fibers from alcohol-based, thiol-based, or mixed cross-linking agents that bind on the (meth) acrylic acid-based polymer coating layer.

또한 본 발명은, Further, according to the present invention,

(a) 복수개의 카본 나노튜브 섬유 표면에 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층을 형성하는 단계;(a) forming a (meth) acrylic acid-based polymer coating layer on a surface of a plurality of carbon nanotube fibers;

(b) 상기 코팅층에 알코올계, 싸이올계 또는 이들의 혼합 가교제 용액을 코팅하는 단계; 및(b) coating the coating layer with an alcoholic, thiol, or mixed crosslinking agent solution thereof; And

(c) 가교 반응을 수행하는 단계;를 포함하는(c) performing a crosslinking reaction

상기 카본 나노튜브 섬유 복합재의 제조 방법을 제공한다.And a method of producing the carbon nanotube fiber composite material.

상기 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명의 카본 나노튜브 섬유 복합재는 고밀도로 집적화되어 안정적이면서도 고강도를 가진다.Through the above-mentioned object, the carbon nanotube fiber composite material of the present invention is integrated at a high density and is stable and has high strength.

또한 본 발명의 카본 나노튜브 섬유 복합재의 제조 방법에 따르면, 강산 및 산화제를 사용하지 않아 카본 나노튜브 섬유의 표면에 결점(defect)을 발생시키는 문제 없이 개질이 가능하며, 공정 중 환류를 위한 고온 조건이 필요하지 않고, 반응 시간 또한 현저히 감소되며, 사용한 강산 처리의 번거로움이 따르지 않아 공정 전반의 효율 및 편의성이 향상된다.Further, according to the method for producing a carbon nanotube fiber composite material of the present invention, it is possible to modify the carbon nanotube fiber without causing a defect in the surface of the carbon nanotube fiber without using a strong acid and an oxidizing agent, And the reaction time is also remarkably reduced, so that the troublesomeness of the strong acid treatment used is not followed and the efficiency and convenience of the entire process are improved.

도 1은 본 발명의 카본 나노튜브 섬유 복합재의 길이 방향 단면도이다 (X=O 또는 S).
도 2는 코팅층 및 가교 결합을 가지지 않는 카본 나노튜브 섬유의 번들 표면에 대한 현미경(Scanning Electron Microscope) 관찰 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 코팅층 및 가교 결합을 가지는 카본 나노튜브 섬유의 번들 표면에 대한 현미경(Scanning Electron Microscope) 관찰 사진이다.
1 is a longitudinal cross-sectional view (X = O or S) of the carbon nanotube fiber composite material of the present invention.
FIG. 2 is a photograph of a bundle surface of a carbon nanotube fiber having no coating layer and no crosslinking by a scanning electron microscope. FIG.
3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the bundle surface of the carbon nanotube fiber having the coating layer and the crosslinking according to the present invention.

본 발명에서는 강도가 우수한 카본 나노튜브 섬유 복합재 및 강산과 산화제를 사용하지 않고도 이를 제조할 수 있는 제조 방법을 제시한다. 구체적으로 본 발명의 카본 나노튜브 섬유 복합재는 번들 형태로 밀집되어 있는 카본 나노튜브 섬유의 개별 가닥 표면에 폴리머층이 형성되고, 상기 각 폴리머 층 상에 결합하는 알코올계, 싸이올계, 또는 이들의 혼합 가교제로부터 섬유내 및 섬유간 가교를 형성한다. 상기와 같이 가교된 카본 나노튜브 섬유로 이루어진 섬유 번들은 고밀도화 및 고강도화를 구현한다.In the present invention, a carbon nanotube fiber composite material excellent in strength and a manufacturing method capable of manufacturing the carbon nanotube fiber composite material without using a strong acid and an oxidizing agent are proposed. Specifically, the carbon nanotube fiber composite material of the present invention is characterized in that a polymer layer is formed on the surface of individual strands of carbon nanotube fibers packed in a bundle, and an alcohol, thiol, or a mixture thereof To form cross-linking between fibers and fibers from the cross-linking agent. The fiber bundle composed of the crosslinked carbon nanotube fibers as described above realizes high density and high strength.

본 명세서 상에서 사용되는 용어에 있어서, '카본 나노튜브 섬유 복합재'라 함은 가교를 형성할 수 있는 2 이상의 카본 나노튜브 섬유 가닥으로 구성된 섬유 단위를 의미한다. 통상적으로 카본 나노튜브 섬유는 상업적 활용 시 여러 가닥의 섬유를 번들 형태로 밀집되도록 하여 사용하므로 상기 '카본 나노튜브 섬유 복합재'는 그 자체로 하나의 번들형 섬유가 되거나 이를 구성하는 일 구성 부분이 될 수 있다.As used herein, the term 'carbon nanotube fiber composite material' means a fiber unit composed of two or more carbon nanotube fiber strands capable of forming a bridge. Since the carbon nanotube fiber is used by bundling several strands of fibers in a commercial application, the 'carbon nanotube fiber composite material' itself becomes a single bundle-type fiber or a constituent part thereof .

한편, '알코올계 가교제' 또는 '싸이올계 가교제'라 함은 분자 구조 내 가교를 위한 하이드록시기(hydroxyl group, OH-) 또는 싸이올기(thiol group, SH-)를 2개 이상, 바람직하게는 2 ~ 6개 가지면서, 폴리(메타)아크릴산 내의 카르복시기(carboxyl group,-COOH)와 반응하여 카본 나노튜브 섬유의 섬유내 및 섬유간 가교를 형성할 수 있는 물질을 의미한다.The term "alcohol-based crosslinking agent" or "thiol crosslinking agent" refers to a crosslinking agent having two or more hydroxyl groups (hydroxyl group, OH-) or thiol group (SH-) Refers to a material having 2 to 6 carbon atoms capable of reacting with a carboxyl group (-COOH) in poly (meth) acrylic acid to form crosslinks in the fibers and between fibers of the carbon nanotube fibers.

이하 본 발명의 내용에 대하여 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 내용은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 가장 대표적인 실시 형태만을 기재한 것으로서 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되지 않으며 본 발명은 하기 내용과 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the contents of the present invention will be described in more detail. It is to be understood, however, that the scope of the present invention is not limited thereto and that the present invention covers all of the equivalent scope of the following description.

<카본 나노튜브 섬유 복합재><Carbon nanotube fiber composite material>

본 발명의 카본 나노튜브 섬유 복합재에 대하여 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.The carbon nanotube fiber composite material of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

도 1은 본 발명에 따른 카본 나노튜브 섬유 복합재의 구조를 보여주는 길이 방향의 단면도로서, 가교제로 표시된 화합물 중 X는 O 또는 S를 의미한다. 도 1에서는 이해를 돕기 위하여 가교제를 알칸다이올 또는 알칸싸이올(n=1~10)의 형태로 표시하였으나 반드시 이에 제한하는 것은 아니다.FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing the structure of a carbon nanotube fiber composite material according to the present invention. In the compounds represented by a crosslinking agent, X represents O or S. FIG. 1, the crosslinking agent is shown in the form of an alkane diol or an alkane thiol (n = 1 to 10) in order to facilitate understanding, but the present invention is not limited thereto.

도 1을 보면, 본 발명의 카본 나노튜브 섬유 복합재(100)는 카본 나노튜브 섬유(10), 상기 섬유 표면에 형성된 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층(20) 및 상기 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층(20) 상에 결합하는 알코올계 및/또는 싸이올계 가교제(30)를 포함하고, 상기 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층에 결합된 알코올계 및/또는 싸이올계 가교제는 카본 나노튜브 섬유내 및 섬유간 가교를 형성한다.1, the carbon nanotube fiber composite material 100 of the present invention includes carbon nanotube fibers 10, a (meth) acrylic acid polymer coating layer 20 formed on the fiber surface, and a (meth) acrylic acid polymer coating layer And / or thiol-based crosslinking agent (30) bonded to the (meth) acrylic acid-based polymer coating layer, wherein the alcohol-based and / or thiol- .

본 발명의 카본 나노튜브 섬유 복합재(100)의 구성에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The constitution of the carbon nanotube fiber composite material 100 of the present invention will be described in more detail as follows.

상기 카본 나노튜브 섬유(10)는 본 발명에서 특별히 한정되지 않으며, 그 용도에 따라 다양한 직경 및 길이를 가질 수 있다. 일 예로 직경은 1 ~ 100um일 수 있으며, 구체적인 직경 및 길이는 섬유의 제작 공정에 사용하는 장치에 의해 얼마든지 조절이 가능하다.The carbon nanotube fibers 10 are not particularly limited in the present invention and may have various diameters and lengths depending on the use thereof. For example, the diameter may be 1 to 100 μm, and the specific diameter and length may be controlled by the apparatus used in the fabrication process of the fiber.

상기 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층(20)은 폴리아크릴산, 메타크릴산/아크릴산 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종을 포함하여 구성된다. 상기 폴리머들은 모두 카르복시기(-COOH)를 가지고 있어 가교제의 작용기와 반응하여 가교를 위한 에스테르(ester) 결합 및/또는 싸이오에스테르(thioseter) 결합을 형성할 수 있다.The (meth) acrylic acid-based polymer coating layer 20 is composed of one kind selected from the group consisting of polyacrylic acid, methacrylic acid / acrylic acid copolymer, and combinations thereof. These polymers all have a carboxyl group (-COOH) and can react with the functional groups of the crosslinking agent to form an ester bond and / or a thiosether bond for crosslinking.

상기 (메타)아크릴산계 폴리머층(20)의 두께는 카본 나노튜브 섬유 지름의 0.1 ~ 0.2배인 것이 바람직하다. 두께가 상기 범위 미만일 경우에는 코팅되는 (메타)아크릴산계 폴리머의 양이 지나치게 적어 가교 형성을 위한 기재를 제공하기 어렵고, 상기 범위 초과일 경우에는 코팅층이 지나치게 두꺼워 카본 나노튜브 섬유의 물성 발현을 저감시키는 등의 문제가 발생할 수 있기 때문이다.The thickness of the (meth) acrylic acid polymer layer 20 is preferably 0.1 to 0.2 times the diameter of the carbon nanotube fiber. When the thickness is less than the above range, the amount of the (meth) acrylic acid-based polymer to be coated is too small to provide a base material for crosslinking formation. When the thickness is above the range, the coating layer is too thick to reduce the physical properties of the carbon nanotube fiber And the like.

상기 가교제(30)로는 알코올계 가교제, 싸이올계 가교제 또는 이들의 혼합물로 이루어진 가교제를 사용한다.As the cross-linking agent (30), a cross-linking agent comprising an alcohol-based cross-linking agent, a thiol-based cross-linking agent, or a mixture thereof is used.

상기 알코올계 가교제는 최소한 2 이상의 하이드록시기를 가질 때 카본 나노튜브 섬유(10)간에 가교를 형성할 수 있으나, 분자 구조 내 하이드록시기가 지나치게 많아지는 경우에는 분자 자체의 크기가 거대해져 카본 나노튜브 섬유(10)간에 위치하기 어렵게 되므로, 분자 구조 내 2 ~ 6개의 하이드록시기(OH-)를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 알코올계 가교제는 도 1에서 알칸다이올(바람직하게는 알킬렌글리콜, n=1~10)로 표현되고 있으나, 카본 나노튜브 섬유(10)간에 위치할 수 있는 구조라면 본 발명의 알코올계 가교제의 종류를 반드시 알칸을 모체로 하는 화합물이나 다이올로 한정할 것은 아니다. 다만, 이 경우 지나치게 분자 구조가 크면 카본 나노튜브 섬유(10)간에 위치하여 가교를 형성하기 어려워지므로, 탄소 수가 1 ~ 10개인 물질로 제한하여 사용할 수 있다. 구체적으로 본 발명에서 사용 가능한 알코올계 가교제로 바람직하게는 탄소수 1 ~ 10의 알칸다이올(바람직하게는 알킬렌글리콜), 다이알킬렌글리콜, 트리알킬렌글리콜, 다이페놀 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 펜틸렌글리콜, 헥실렌글리콜, 다이에틸렌글리콜, 다이프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 다이페놀 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다.When the alcohol-based crosslinking agent has at least two hydroxyl groups, it can form a bridge between the carbon nanotube fibers 10. However, when the hydroxyl group in the molecular structure is excessively large, the size of the molecule itself becomes large, (OH-) in the molecular structure, because it becomes difficult to locate between the hydroxyl groups (10). The alcohol-based crosslinking agent of the present invention is represented by an alkanediol (preferably an alkylene glycol, n = 1 to 10) in FIG. 1, but if it has a structure capable of being positioned between the carbon nanotube fibers 10, The kind of the crosslinking agent is not necessarily limited to a compound or a diol having an alkane as its parent. However, in this case, if the molecular structure is excessively large, the carbon nanotube fibers 10 are located between the carbon nanotube fibers 10 and it is difficult to form the crosslinking. Therefore, the carbon nanotube fibers can be limited to materials having 1 to 10 carbon atoms. Specifically, the alcohol-based crosslinking agent usable in the present invention is preferably an alkane diol having 1 to 10 carbon atoms (preferably an alkylene glycol), a dialkylene glycol, a trialkylene glycol, a diphenol, and a combination thereof Can be used. More preferably, one selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, pentylene glycol, hexylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, diphenol and combinations thereof is used .

상기 싸이올계 가교제는 최소한 2 이상의 싸이올기를 가질 때 양쪽 카본 나노튜브 섬유(10)에 결합하여 가교를 형성할 수 있으나, 분자 구조 내 싸이올기가 지나치게 많아지는 경우에는 분자 자체의 크기가 거대해져 카본 나노튜브 섬유(10)간에 위치하기 어려우므로 분자 구조 내 2 ~ 6개의 싸이올기(SH-)를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 싸이올계 가교제는 도 1에서 알칸다이싸이올(n=1~10)로 표현되고 있으나, 카본 나노튜브 섬유(10)간 위치할 수 있는 구조라면 반드시 알칸을 모체로 하는 화합물에만 한정할 것은 아니다. 다만, 지나치게 분자 구조가 클 경우에는 카본 나노튜브 섬유(10)간 위치하여 가교를 형성하기 어려워지므로, 분자 구조 내 탄소 수 1 ~ 10을 가지는 물질로 제한하여 사용할 수 있다. 구체적으로 본 발명에서 사용 가능한 싸이올계 가교제로 바람직하게는 탄소수 1 ~ 10의 알칸다이싸이올, 알칸트리싸이올, 다이싸이오페놀 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 1,2-에탄다이싸이올, 1,1-프로판다이싸이올, 1,2-프로판다이싸이올, 1,3-프로판다이싸이올, 2,2-프로판다이싸이올, 2,5-헥산다이싸이올, 1,6-헥산다이싸이올, 2,9-데칸다이싸이올, 1,8-옥탄다이싸이올, 1,2,3-프로판트리싸이올, 1,4-다이싸이오페놀 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다.When the thiol crosslinking agent has at least two or more thiol groups, it can bond to both carbon nanotube fibers 10 to form crosslinking. However, when the thiol group in the molecular structure is excessively large, the size of the molecule itself becomes large, It is preferable to include 2 to 6 thiol groups (SH &lt; - &gt;) in the molecular structure because they are difficult to locate between nanotube fibers 10. The thiol crosslinking agent of the present invention is represented by an alkane dithiol (n = 1 to 10) in FIG. 1, but it should be limited only to a compound containing an alkane as a parent in the structure capable of being positioned between the carbon nanotube fibers It is not. However, when the molecular structure is excessively large, the carbon nanotube fibers 10 are located between the carbon nanotube fibers 10 and it is difficult to form the crosslinking. Therefore, the carbon nanotube fibers 10 can be limited to a material having 1 to 10 carbon atoms in the molecular structure. Specifically, as the thiol type crosslinking agent usable in the present invention, one selected from the group consisting of alkanedithiol, alkanetricol, dithiophenol and combinations thereof having 1 to 10 carbon atoms can be used. More preferably 1,2-ethanedithiol, 1,1-propanedithiol, 1,2-propanedithiol, 1,3-propanedithiol, 2,2- , 5-hexanedithiol, 1,6-hexanedithiol, 2,9-decanedithiol, 1,8-octanedithiol, 1,2,3-propanetrythiol, 1,4- Dithiophenol, and a combination of these may be used.

상술한 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층(20)과 이에 결합하는 알코올계, 싸이올계 또는 이들의 혼합 가교제(30)는 카본 나노튜브 섬유(10)내 및 섬유간 가교 결합을 형성한다.The (meth) acrylic acid-based polymer coating layer 20 and the alcohol-based, thiol-based, or mixed crosslinking agent 30 bonded thereto form a cross-link in the carbon nanotube fibers 10 and between the fibers.

구체적으로, 상기 가교 결합은 에스테르 결합 및/또는 싸이오에스테르 결합에 해당한다. (메타)아크릴산계 폴리머가 가지는 카르복시기(COOH-)에 대하여 알코올계 가교제의 하이드록시기(OH-)가 반응하면 에스테르 결합, 싸이올계 가교제의 싸이올기(SH-)가 반응하면 싸이오에스테르 결합을 형성한다. 따라서 상기 가교제들을 혼용하여 사용하는 경우에는 카본 나노튜브 섬유 복합재 내에 에스테르 결합 및 싸이오에스테르 결합이 공존할 수 있다.Specifically, the crosslinking corresponds to an ester bond and / or a thioester bond. When the hydroxyl group (OH-) of the alcohol-based crosslinking agent reacts with the carboxyl group (COOH-) of the (meth) acrylic acid-based polymer, the ester bond or the thiol group (SH-) of the thiol- . Therefore, when the cross-linking agents are used in combination, an ester bond and a thioester bond may coexist in the carbon nanotube fiber composite material.

이해를 돕기 위하여, 상기 가교 구조의 일 예로서 폴리메타크릴산 코팅층에 대하여 다이에틸렌글리콜로 섬유내(코팅층내) 가교를 형성한 구조를 하기 화학식 1, 폴리메타크릴산 코팅층에 대하여 에틸렌글리콜로 섬유간(코팅층간) 가교를 형성한 구조를 하기 화학식 2로 제시한다 (가교 결합 부위를 표시함).For the sake of clarity, as an example of the crosslinked structure, a structure in which crosslinking in a fiber (coating layer) is formed with a diethylene glycol on a polymethacrylic acid coating layer is shown in the following Chemical Formula 1, The cross-linked structure of the liver (coating layer) is shown in the following formula (2) (indicating cross-linking site).

Figure 112015119909199-pat00001
Figure 112015119909199-pat00001

Figure 112015119909199-pat00002
Figure 112015119909199-pat00002

상기 화학식 1 및 화학식 2와 같이 섬유내 및 섬유간 가교를 형성하는 본 발명의 카본 나노튜브 섬유 복합재(100)는 구조적 특징상 번들 내 섬유 가닥 간의 틈(slip)을 효과적으로 줄여 섬유 번들의 고밀도화를 가능하게 한다. 이와 같이 개별 섬유간 간격이 좁아지게 되면 섬유간의 상호 인력, 이를테면 카본 나노튜브 섬유 사이에 존재하는 파이-파이 결합력이 증가하게 되고, 이에 형성된 가교 자체로부터 제공되는 결합력이 더해져 섬유 번들 전체의 강도가 향상된다.The carbon nanotube fiber composite material 100 according to the present invention, which forms cross-linkages between fibers and fibers as shown in the above-described Formulas (1) and (2), can effectively reduce the slip between the fiber strands in the bundle due to its structural characteristics, . When the distance between the individual fibers is narrowed, the mutual attractive force between the fibers, such as the pi-pie bonding force existing between the carbon nanotube fibers, increases, and the bonding force provided from the crosslinking itself is added to improve the strength of the entire fiber bundle do.

<카본 나노튜브 섬유 복합재의 제조 방법>&Lt; Production method of carbon nanotube fiber composite material >

한편, 이상에서 설명한 카본 나노튜브 복합재는 On the other hand, in the carbon nanotube composite material described above,

(a) 복수개의 카본 나노튜브 섬유 표면에 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층을 형성하는 단계;(a) forming a (meth) acrylic acid-based polymer coating layer on a surface of a plurality of carbon nanotube fibers;

(b) 상기 코팅층에 알코올계, 싸이올계 또는 이들의 혼합 가교제 용액을 코팅하는 단계; 및(b) coating the coating layer with an alcoholic, thiol, or mixed crosslinking agent solution thereof; And

(c) 가교 결합 반응을 수행하는 단계;를 포함하는(c) performing a crosslinking reaction; and

카본 나노튜브 섬유 복합재의 제조 방법을 통하여 제조될 수 있다.Can be produced through a method for producing a carbon nanotube fiber composite material.

이때 본 발명의 제조 방법 중 상기 (a)단계의 카본 나노튜브 섬유로는 다이렉트 스피닝(Direct spinning, 직접 방사법)을 통하여 제조된 것을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 다이렉트 스피닝이란 카본 나노튜브 섬유의 건식 제조 방법 중 하나로서, 수직으로 세워진 고온의 가열로 상단 주입구에 액상의 탄소 공급원과 촉매를 이송(carrier) 가스와 함께 주입하여 가열로 내에서 카본 나노튜브를 합성하고 이송(carrier) 가스와 함께 가열로의 하단으로 내려온 카본 나노튜브 집합체를 가열로 내부 또는 외부에서 권취(wind-up)하여 섬유를 얻을 수 있는 방법을 말한다.At this time, among carbon nanotube fibers of the step (a) of the present invention, those prepared through direct spinning (direct spinning) are most preferably used. Direct spinning is one of the dry manufacturing methods of carbon nanotube fibers. It is a method of producing carbon nanotubes in a furnace by injecting a liquid carbon source and a catalyst together with a carrier gas into an upper injection port by vertically erected high temperature heating. And carbon nanotube aggregates, which have been brought down to the lower end of the heating furnace together with carrier gas, can be obtained by wind-up in or out of a heating furnace.

이하, 상기의 제조 방법을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the above production method will be described in more detail.

상기 (a) 단계는 (메타)아크릴산계 폴리머를 카본 나노튜브 섬유(10) 표면에 고르게 코팅하여 (메타)아크릴산계 폴리머층(20)을 형성하는 단계이다. 구체적으로, 상기 (메타)아크릴산계 폴리머층(20)은 카본 나노튜브 섬유(10) 표면에 모노머(monomer) 및 개시제를 포함하는 코팅 용액 또는 폴리(메타)아크릴산을 포함하는 코팅 용액 을 제공한 후 열처리함으로써 형성할 수 있다.In the step (a), the (meth) acrylic acid polymer is uniformly coated on the surface of the carbon nanotube fibers 10 to form the (meth) acrylic acid polymer layer 20. Specifically, the (meth) acrylic acid-based polymer layer 20 is formed by providing a coating solution containing a monomer and an initiator or a coating solution containing poly (meth) acrylic acid on the surface of the carbon nanotube fibers 10 Followed by heat treatment.

상기 모노머는 아크릴산, 메타크릴산 또는 이들의 혼합물 형태일 수 있으며, 첨가되는 모노머는 폴리머 형태, 이를테면 폴리(메타)아크릴산과 같은 형태로 중합된 후 가교 결합 반응을 위한 기질로서 작용하게 되므로, 모노머는 중합을 위한 개시제와 함께 사용된다.The monomer may be acrylic acid, methacrylic acid, or a mixture thereof. Since the added monomer is polymerized in the form of a polymer, such as poly (meth) acrylic acid, and then acts as a substrate for the crosslinking reaction, It is used with initiators for polymerization.

상기 개시제는 중합 방식에 따라 열개시제(Thermoinitiator) 및/또는 광개시제(photoinitiator)를 사용할 수 있는데, 바람직하게는 포타슘 퍼설페이트(potassium persulfate, KPS), 벤조일 퍼옥사이드(Benzoyl peroxide, BPO), 벤조인(Benzoin, BN), 벤조인메틸 에터(Benzoin methyl ether, BME), 2,2-디메톡시-2-페닐아세톤(2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다.The initiator may be a thermoinitiator and / or a photoinitiator depending on the polymerization method. Preferably, the initiator is selected from the group consisting of potassium persulfate (KPS), benzoyl peroxide (BPO), benzoin Benzoin methyl ether (BME), 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, and combinations thereof. Species can be used.

상술한 모노머 또는 폴리머는 필요에 따라 통상의 유기 용매 등에 희석한 형태로 코팅용액을 구성할 수 있다.The above-mentioned monomer or polymer may be formed into a coating solution in the form of a diluted solution or the like in a conventional organic solvent.

본 단계의 코팅 용액을 제공하는 방법으로는 분무 또는 침지 공정이 모두 가능하나, 바람직하게는 침지 공정에 의할 수 있다. 침지 공정에 따를 때 함침 시간은 구체적인 공정 조건에 따라 변화할 수 있으므로 반드시 어느 특정의 범위에 한정하는 것은 아니나, 바람직하게는 30분 ~ 12시간으로 할 수 있다. 상기 시간 범위 미만에서는 충분한 함침 효과가 나타나기 어렵고, 상기 범위 초과에서는 함침 효과 차이가 크지 않아 비경제적이기 때문이다. 공정의 효율성과 함침률을 모두 고려할 때 가장 바람직하게는 2시간 내외로 함침할 수 있다.As a method of providing the coating solution of this step, a spraying or an immersion process is all possible, but preferably an immersion process can be performed. The impregnation time in accordance with the immersion process may vary depending on the specific process conditions, and is not necessarily limited to any specific range, but may be preferably 30 minutes to 12 hours. Below this time range, a sufficient impregnation effect is hard to appear, and if the above range is exceeded, the difference in impregnation effect is not large and it is uneconomical. Considering both the efficiency of the process and the rate of impregnation, it is most preferable to impregnate it to about 2 hours or less.

코팅 용액에 대하여 카본 나노튜브 섬유를 충분히 함침한 후에는, 이를 꺼내어 과량의 용매를 제거한 후 가열함으로써 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층을 형성한다. 모노머 및 열개시제를 사용하는 경우에는 상기 가열 과정에서 모노머가 폴리(메타)아크릴산 형태로 중합됨과 동시에, 상기 중합된 폴리머가 카본 나노튜브 섬유 복합재의 번들의 안쪽 표면까지 고르게 침투하여 코팅된다. 만일 개시제로서 열개시제 대신, 또는 이와 함께, 광개시제를 사용하는 경우에는 폴리머 중합을 위하여 자외선(UV)을 조사하는 과정을 더 포함할 수 있다. 가열 과정 중에는 추가적으로 잉여 용매를 더 제거할 수 있으며, 이 때 필요에 따라 진공 오븐 (vacuum oven) 등을 사용할 수 있다.After sufficiently impregnating the carbon nanotube fibers with the coating solution, the polymer nanofibers are removed from the coating solution to remove excess solvent and then heated to form a (meth) acrylic acid polymer coating layer. In the case of using a monomer and a thermal initiator, the monomer is polymerized in the form of poly (meth) acrylic acid during the heating process, and the polymer is evenly penetrated to the inner surface of the bundle of the carbon nanotube fiber composite material. If a photoinitiator is used instead of, or in addition to, a thermal initiator as an initiator, it may further include irradiating ultraviolet (UV) light for polymer polymerization. During the heating process, additional residual solvent may be further removed, and a vacuum oven or the like may be used as needed.

상기 가열은 150 ~ 250℃의 온도 범위에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기한 온도 범위 미만에서는 카본 나노튜브 섬유에 대한 폴리(메타)아크릴산의 고른 코팅 효과 및 모노머를 포함하는 경우의 중합 반응이 충분히 일어나기 어렵고, 상기 범위 초과에서는 폴리(메타)아크릴산의 열분해나 기화 또는 기타 부반응 등이 일어나는 문제가 생길 수 있기 때문이다. 가장 바람직하게는 200℃ 내외의 온도에서 본 단계를 수행할 수 있다.The heating is preferably performed at a temperature ranging from 150 to 250 ° C. Below the above-mentioned temperature range, it is difficult to obtain a uniform coating effect of the poly (meth) acrylic acid on the carbon nanotube fibers and a polymerization reaction in the case of containing the monomers. When the ratio exceeds the above range, thermal decomposition or vaporization of poly (meth) Side reactions may occur. Most preferably, this step can be carried out at a temperature of around 200 ° C.

가열 시간은 구체적인 공정 조건에 따라 변화할 수 있으므로 특정하게 제한되는 것은 아니나, 가열 시간이 지나치게 짧을 경우에는 카본 나노튜브 섬유의 번들 내로 폴리(메타)아크릴산이 침투하여 고르게 코팅되기 어렵고, 모노머를 사용하는 경우에는 이의 중합률 또한 저하될 수 있으며, 지나치게 가열 시간이 길 경우에는 무의미한 공정이 지속되어 비경제적일 수 있다. 따라서 본 발명의 충분한 효과 발현 및 효율적인 공정 수행을 위하여 바람직하게는 30 ~ 12시간, 보다 바람직하게는 1시간 내외로 가열할 수 있다.The heating time may vary depending on specific process conditions, and is not particularly limited. When the heating time is too short, poly (meth) acrylic acid penetrates into the bundles of carbon nanotube fibers and is hardly uniformly coated. The polymerization rate thereof may also be lowered, and if the heating time is too long, a meaningless process may be continued and be uneconomical. Therefore, in order to sufficiently express the effect of the present invention and to perform an efficient process, it may be heated to preferably 30 to 12 hours, more preferably about 1 hour.

다음으로 상기 (b) 단계는 카본 나노튜브 섬유(10)에 코팅된 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층(20) 상에 알코올계, 싸이올계, 또는 이들의 혼합 가교제(30) 용액을 코팅하는 단계이다. 단, 본 (b) 단계에서의 가교제 코팅이라 함은 구체적인 의미에서 상술한 (a) 단계에서의 폴리(메타)아크릴산 코팅과는 구별되는 의미임을 명확히 한다. 즉, 본 단계의 코팅은 각 카본 나노튜브 섬유 상에 독립적인 코팅층을 형성하기 위한 것이 아닌, 가교를 형성하기 위한 물질 처리로서의 의미를 가진다.Next, the step (b) is a step of coating an alcohol-based, thiol-based or mixed crosslinking agent (30) solution on the (meth) acrylic acid-based polymer coating layer 20 coated on the carbon nanotube fibers 10 . However, the crosslinking agent coating in the step (b) is a meaning distinct from the poly (meth) acrylic acid coating in the above-mentioned step (a) in a concrete sense. That is, the coating in this step has a meaning as a material treatment for forming a bridge, not for forming an independent coating layer on each carbon nanotube fiber.

상기 코팅은 분무 또는 침지 공정으로 모두 수행 가능하나, 바람직하게는 침지 공정에 의할 수 있다.The coating can be carried out both by a spraying or an immersion process, but preferably by an immersion process.

침지 공정에 의할 때, 함침 시간은 구체적인 공정 조건에 따라 변화할 수 있으므로 반드시 어느 특정의 범위에 한정하는 것은 아니나, 바람직하게는 30분 ~ 12시간으로 할 수 있다. 상기 시간 범위 미만에서는 충분한 함침 효과가 나타나기 어렵고, 상기 범위 초과에서는 함침 효과 차이가 크지 않아 비경제적이기 때문이다. 공정의 효율성과 함침률을 모두 고려할 때 가장 바람직하게는 2시간 내외로 함침할 수 있다.In the immersion step, the impregnation time may vary depending on the specific process conditions, and therefore, the impregnation time is not limited to any specific range, but is preferably 30 minutes to 12 hours. Below this time range, a sufficient impregnation effect is hard to appear, and if the above range is exceeded, the difference in impregnation effect is not large and it is uneconomical. Considering both the efficiency of the process and the rate of impregnation, it is most preferable to impregnate it to about 2 hours or less.

함침되는 가교제의 총 함량은 카본 나노튜브 섬유와 0.1:1 ~ 1:1의 중량비로 포함되도록 한다. 가교제의 함량이 상기 범위 미만일 경우에는 가교 효과가 저감되고, 상기 범위 초과일 경우에는 부반응 등이 발생하여 카본 나노튜브 섬유의 물성이 저하될 수 있기 때문이다.The total content of the crosslinking agent impregnated is in the range of 0.1: 1 to 1: 1 by weight with the carbon nanotube fibers. If the content of the crosslinking agent is less than the above range, the crosslinking effect is reduced. If the amount is more than the above range, side reactions may occur and the physical properties of the carbon nanotube fibers may be deteriorated.

다음으로 상기 (c) 단계는 폴리(메타)아크릴산과 가교제의 반응을 통하여 카본 나노튜브 섬유 내 및 섬유간 가교를 형성하는 단계이다. Next, the step (c) is a step of forming crosslinks in the carbon nanotube fibers and between the fibers through the reaction of the poly (meth) acrylic acid with the crosslinking agent.

상기 가교 결합 반응은 150 ~ 250℃에서 열처리하거나 자외선을 조사하여 수행될 수 있다. 가교화 방식은 구체적인 가교 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다.The cross-linking reaction may be performed by heat treatment at 150 to 250 ° C or irradiation of ultraviolet rays. The crosslinking method may vary depending on the kind of the specific crosslinking material.

특히 열처리를 하는 경우에는, 상기 (b) 단계에서 함침 코팅 방식을 사용하였다면 코팅 용액에서 카본 나노튜브 섬유(10)를 꺼내어 과량의 용매를 제거한 후 가열하는 것이 바람직하며, 가열 과정 중에 추가적으로 잉여 용매를 더 제거할 수도 있다. 이 때 필요에 따라 진공 오븐 (vacuum oven) 등을 사용할 수 있다.Particularly, in the case of heat treatment, if the impregnation coating method is used in the step (b), it is preferable to take out the carbon nanotube fibers 10 from the coating solution to remove excess solvent and then heat the coating solution. You can also remove more. At this time, a vacuum oven or the like may be used as needed.

본 단계의 열처리를 위한 가열 온도는 150 ~ 250℃인 것이 바람직하다. 상기 온도 범위 미만에서는 가교 결합 반응이 충분히 나타나기 어렵고, 초과에서는 (메타)아크릴산계 폴리머 및 가교제의 열분해, 기화, 부반응 등의 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 가장 바람직하게는 200℃ 내외의 온도로 가열할 수 있다.The heating temperature for the heat treatment in this step is preferably 150 to 250 ° C. If the temperature is lower than the above range, the cross-linking reaction is not sufficiently exhibited, and if exceeded, problems such as pyrolysis, vaporization, and side reaction of the (meth) acrylic acid polymer and the crosslinking agent may occur. Most preferably at a temperature of about 200 &lt; 0 &gt; C or less.

가열 시간은 구체적인 공정 조건에 따라 변화할 수 있으므로 어느 특정의 범위로 제한되는 것은 아니나, 가열 시간이 지나치게 짧으면 가교 결합 반응 효율이 저하될 수 있고, 지나치게 길면 무의미한 공정이 지속되어 비경제적일 수 있으므로, 본 발명의 충분한 효과 발현 및 효율적인 공정 수행을 위하여 바람직하게는 30분 ~ 12시간, 보다 바람직하게는 1시간 내외로 가열할 수 있다.The heating time may vary depending on the specific process conditions and is not limited to a specific range. However, if the heating time is too short, the crosslinking reaction efficiency may be deteriorated. If the heating time is excessively long, In order to exhibit a sufficient effect of the present invention and to perform an efficient process, it may be heated to preferably 30 minutes to 12 hours, more preferably about 1 hour.

이상에서 설명한 본 발명의 카본 나노튜브 섬유 복합재(100)의 제조 방법은 강산 및 산화제를 사용하지 않는 것을 특징으로 한다. 따라서 제조 과정 중 카본 나노튜브 섬유의 표면에 결점(defect)이 형성되거나 카본 나노튜브 섬유의 기타 우수한 물성이 저하되지 않으며, 종래 대비 낮은 온도 조건과 짧은 공정 시간을 확보할 수 있어 공정의 편의성과 효율이 향상된다. The method of manufacturing the carbon nanotube fiber composite material 100 of the present invention described above is characterized by using no strong acid and no oxidizing agent. Accordingly, defects are formed on the surface of the carbon nanotube fibers during the manufacturing process, other excellent physical properties of the carbon nanotube fibers are not deteriorated, and low temperature conditions and short process times can be secured compared with the conventional methods, .

이렇게 제조된 카본 나노튜브 섬유 복합재는 고밀도 및 고강도를 가져 초강력 섬유, 고내구성 섬유, 전도성 섬유 등의 형태로 각종 의류, 반도체, 디스플레이, 센서 등의 기술 분야에 적용될 수 있다.The carbon nanotube fiber composite material thus manufactured has high density and high strength and can be applied to various fields of clothing, semiconductor, display, sensor, etc. in the form of super strong fiber, high durable fiber, conductive fiber and the like.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제조예, 실시예 및 실험예를 제시한다. 다만 하기 내용은 본 발명의 구성 및 효과에 관한 일 예들에 해당할 뿐이며 본 발명의 권리 범위 및 효과가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preparation examples, examples and experimental examples are presented to facilitate understanding of the present invention. It is to be understood, however, that the scope of the present invention is not limited thereto.

<< 제조예Manufacturing example > - > - 다이렉트direct 스피닝을Spinning 이용한 카본 나노튜브 섬유의 제조 Fabrication of Carbon Nanotube Fibers Used

아세톤(acetone) 96.0 중량%에 티오펜(thiophene) 4.0 중량%를 혼합한 방사 용액과 운반 기체인 수소를 준비하였다. 상기 방사 용액 10 ml/hr, 운반 기체 2 L/min, 촉매 전구체인 페로센(ferrocene)을 80℃에서 승화시켜 운반 기체와 함께 0.015 L/min 의 속도로 1,200℃의 온도로 가열된 수직 원통형 반응기의 상단에 유입시켰다. 이후 반응기 하단의 배출구로 배출되는 카본 나노튜브 섬유를 보빈 (bobbin)으로 구성된 권취 수단으로 감아 회수하였다.A spinning solution in which 96.0% by weight of acetone and 4.0% by weight of thiophene were mixed and hydrogen as a carrier gas were prepared. The spinning solution was sublimated at 80 ml / hr, carrier gas at 2 L / min, catalytic precursor ferrocene at 80 ° C, and fed to a vertical cylindrical reactor heated to a temperature of 1,200 ° C at a rate of 0.015 L / Lt; / RTI &gt; Thereafter, the carbon nanotube fibers discharged to the discharge port at the lower end of the reactor were wound by a winding means composed of a bobbin and recovered.

< < 실시예Example > - 코팅층 도입 및 가교 결합 반응> - Introduction of coating layer and crosslinking reaction

1. 폴리메타크릴산의 함침1. impregnation of polymethacrylic acid

상기 제조예의 제조 과정으로 생성된 카본 나노튜브 섬유를 폴리메타크릴산 용액(25% 수용액)에서 2시간 동안 충분히 함침시킨 후 꺼내어 과량의 폴리메타크릴산 용액을 제거한 후 100℃에서 1시간 동안 가열하여 폴리메타크릴산 코팅층을 형성하였다.The carbon nanotube fibers produced in the manufacturing process of the above production example were sufficiently impregnated in a polymethacrylic acid solution (25% aqueous solution) for 2 hours, and then taken out to remove excess polymethacrylic acid solution, followed by heating at 100 ° C for 1 hour Thereby forming a polymethacrylic acid coating layer.

2. 다이에틸렌글리콜의 함침 및 가교 결합 반응2. Impregnation and cross-linking reaction of diethylene glycol

상기 폴리메타크릴산 함침 과정을 거친 카본 나노튜브 섬유를 다이에틸렌글리콜 용액에서 2시간 동안 함침시킨 후 꺼내어 과량의 다이에틸렌글리콜 용액을 제거한 다음, 200℃에서 1시간 동안 가열하여 가교 결합 반응을 수행하여 카본 나노튜브 섬유 복합재를 제조하였다.The carbon nanotube fibers impregnated with the polymethacrylic acid were impregnated in a diethylene glycol solution for 2 hours and then taken out to remove an excess amount of a diethylene glycol solution and then heated at 200 ° C for 1 hour to perform a crosslinking reaction Carbon nanotube fiber composite material.

<< 실험예Experimental Example 1> - 카본 나노튜브 섬유 번들(bundle)의 표면 관찰 1> - Observation of surface of carbon bundle fiber bundle

본 실험예 1에서는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)을 이용하여 상기 제조예 및 실시예에 따라 제조된 카본 나노튜브 섬유 번들의 표면을 비교 관찰하였다.In Experimental Example 1, surfaces of carbon nanotube fiber bundles prepared according to the above Preparation Examples and Examples were compared and observed using a scanning electron microscope.

상기 제조예에 따라 제조된 카본 나노튜브 섬유의 번들 표면에 대한 관찰 결과를 도 2로, 상기 실시예에 따라 제조된(코팅층 및 가교 결합 있음) 본 발명의 카본 나노튜브 섬유 복합재의 번들 표면의 관찰 결과를 도 3으로 제시한다.Observation results of the surface of the bundle of the carbon nanotube fiber prepared according to the above Preparation Example are shown in FIG. 2, and the observation of the surface of the bundle of the carbon nanotube fiber composite of the present invention (with coating layer and crosslinking) The results are shown in Fig.

상기 관찰 결과, 도 2에 나타난 바와 같이 코팅층 및 가교 결합을 가지지 않는 섬유들이 이루는 번들은, 번들 내 섬유 가닥간 틈(slip)이 크고 뚜렷한 반면, 도 3에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 코팅층과 가교 결합을 가지는 섬유 복합재로 이루어진 번들은 번들 내 섬유간 틈이 거의 관찰되지 않고 고밀도로 구성되어 있음을 확인할 수 있었다.As a result of the observation, as shown in FIG. 2, the bundles of the coating layer and the fibers having no cross-linking were large and distinct in the fiber strands in the bundle, while the coating layer and the cross- It was confirmed that the bundle made of the fiber composite material having the bond had a high density without any gap between the fibers in the bundle.

<< 실험예Experimental Example 2>  2>

본 실험예 2에서는 본 발명에 따른 카본 나노튜브 섬유 복합재에 대하여 IR 분석을 수행하여 최종 구조를 확인하였다. IR 데이터는 도 4로 제시한다.In the Experimental Example 2, the carbon nanotube fiber composite according to the present invention was subjected to IR analysis to confirm the final structure. The IR data is shown in FIG.

도 4의 IR 데이터를 참조하면, 본 발명의 카본 나노튜브 섬유 복합재에 폴리메타크릴산 코팅층 및 이를 에스터 결합으로 가교하는 다이에틸렌글리콜이 존재함을 확인할 수 있다.Referring to the IR data of FIG. 4, it can be confirmed that the carbon nanotube fiber composite material of the present invention has a polymethacrylic acid coating layer and a diethylene glycol crosslinked by ester bonding thereof.

<< 실험예Experimental Example 3>  3>

본 실험예 3에서는 본 발명에 따른 카본 나노튜브 섬유 복합재의 파단 강도를 측정하기 위하여 Textechno사의 Favimat+ Fiber Test 장치를 이용하였으며 시편의 파지 거리를 20mm로 하여 그립으로 잡고 인장 방향으로 2mm/min의 속도로 파단이 발생할 때까지 당겨 파단 강도를 측정하였다.In Experimental Example 3, in order to measure the fracture strength of the carbon nanotube fiber composite material according to the present invention, an Favimum + Fiber Tester of Textechno was used. The gripping distance of the specimen was set at 20 mm and gripped at a rate of 2 mm / min in the tensile direction The fracture strength was measured until the fracture occurred.

파단 강도의 측정 결과는 하기 표 1과 같다.The measurement results of the breaking strength are shown in Table 1 below.

samplesample 처리방법Processing method 파단강도(Breaking Strength ( cNcN )) 실시예Example 가교결합Crosslinking 4.284.28 제조예Manufacturing example 미처리(Pristine)Pristine 2.272.27

상기 표 1를 참조하면, 실시예에 따라 제조된 본 발명의 코팅층 및 가교를 가지는 카본 나노튜브 섬유 복합재가 코팅층을 가지지 않는 제조예의 경우에 비하여 약 2배 가까이 파단 강도가 향상된 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the breaking strength of the coating layer of the present invention and the carbon nanotube fiber composite material according to the present invention improved about twice as much as that of the production example having no coating layer.

100 : 카본 나노튜브 섬유 복합재
10 : 카본 나노튜브 섬유
20 : (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층
30 : 알코올계 또는 싸이올계 가교제
100: Carbon nanotube fiber composite material
10: Carbon nanotube fiber
20: (meth) acrylic acid-based polymer coating layer
30: Alcohol-based or thiol-based cross-linking agent

Claims (14)

복수 개의 카본 나노튜브 섬유; 및
상기 섬유 상에 폴리메타크릴산, 폴리아크릴산, 메타크릴산/아크릴산 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종에 의해 형성된 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층; 을 포함하고,
상기 복수 개의 카본 나노튜브 섬유는 상기 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층 상에 결합하는 탄소수 1 ~ 10의 알칸다이싸이올, 프로판트리싸이올, 다이싸이오페놀 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 싸이올계 가교제에 의해 섬유내 및 섬유간 가교를 형성하는 카본 나노튜브 섬유 복합재.
A plurality of carbon nanotube fibers; And
(Meth) acrylic acid-based (meth) acrylic acid copolymer formed by one kind selected from the group consisting of polymethacrylic acid, polyacrylic acid, methacrylic acid / acrylic acid copolymer, A polymer coating layer; / RTI &gt;
Wherein the plurality of carbon nanotube fibers are selected from the group consisting of alkane dithiol having 1 to 10 carbon atoms, propanetriethol, dithiophenol, and combinations thereof, which are bonded on the (meth) acrylic acid polymer coating layer. A carbon nanotube fiber composite material which forms a cross-link between fibers and fibers by a thiol-based cross-linking agent of the species.
제1항에 있어서,
상기 카본 나노튜브 섬유의 직경은 1 ~ 100um인 것을 특징으로 하는 카본 나노튜브 섬유 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the diameter of the carbon nanotube fibers is 1 to 100 mu m.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층의 두께는 카본 나노튜브 섬유 지름의 0.1 ~ 0.2배인 것을 특징으로 하는 카본 나노튜브 섬유 복합재.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the (meth) acrylic acid polymer coating layer is 0.1 to 0.2 times the diameter of the carbon nanotube fiber.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) 복수개의 카본 나노튜브 섬유 표면에 폴리메타크릴산, 폴리아크릴산, 메타크릴산/아크릴산 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종에 의해 형성된 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층을 형성하는 단계;
(b) 상기 코팅층에 탄소수 1 ~ 10의 알칸다이싸이올, 프로판트리싸이올, 다이싸이오페놀 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 싸이올계 가교제 용액을 코팅하는 단계; 및
(c) 가교 반응을 수행하는 단계;를 포함하는
카본 나노튜브 섬유 복합재의 제조 방법.
(a) forming on a surface of a plurality of carbon nanotube fibers a (meth) acrylic acid-based polymer coating layer formed of one selected from the group consisting of polymethacrylic acid, polyacrylic acid, methacrylic acid / acrylic acid copolymer, ;
(b) coating one or more thiol-based crosslinking agent solutions selected from the group consisting of alkanedithiol, propanetriethol, dithiophenol and combinations thereof having 1 to 10 carbon atoms on the coating layer; And
(c) performing a crosslinking reaction
A method for producing a carbon nanotube fiber composite material.
제9항에 있어서,
상기 (메타)아크릴산계 폴리머 코팅층은 모노머(monomer) 및 개시제를 포함하는 코팅 용액 또는 폴리메타크릴산, 폴리아크릴산, 메타크릴산/아크릴산 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종을 포함하는 코팅 용액을 카본 나노튜브 섬유 표면에 코팅한 후 열처리하여 형성하는 것을 특징으로 하는 카본 나노튜브 섬유 복합재의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The (meth) acrylic acid-based polymer coating layer includes a coating solution containing a monomer and an initiator, or one selected from the group consisting of polymethacrylic acid, polyacrylic acid, methacrylic acid / acrylic acid copolymer, and combinations thereof Wherein the coating solution is coated on the surface of the carbon nanotube fiber and then heat-treated to form the coating solution.
제10항에 있어서,
상기 모노머는 아크릴산, 메타크릴산 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 카본 나노튜브 섬유 복합재의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the monomer is one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, and combinations thereof.
제10항에 있어서,
상기 열처리는 50 ~ 150℃로 수행하는 것을 특징으로 하는 카본 나노튜브 섬유 복합재의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature of 50 to 150 占 폚.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 코팅은 분무 또는 침지 공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 카본 나노튜브 섬유 복합재의 제조 방법.
11. The method according to claim 9 or 10,
Wherein the coating is carried out by spraying or dipping. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 21. &lt; / RTI &gt;
제9항에 있어서,
상기 가교 반응은 150 ~ 250℃에서 열처리하거나 자외선을 조사하여 수행하는 것을 특징으로 하는 카본 나노튜브 섬유 복합재의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the cross-linking reaction is performed by heat treatment at 150 to 250 ° C or irradiation of ultraviolet rays.
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