KR101804577B1 - Carbon nanotube fibers and method of preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소나노튜브 섬유 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 습식방사법에 의해 탄소나노튜브/고분자 복합체 섬유를 제조하고 후공정을 통해 고분자를 순차적으로 제거하여 탄소나노튜브의 함량이 매우 높은 탄소나노튜브 복합체 섬유 및 순수 탄소나노튜브로만 이루어진 탄소나노튜브 섬유를 포함한다.
본 발명의 탄소나노튜브 제조 방법은 용매에 탄소나노튜브를 혼합하여 분산 처리하는 단계; 탄소나노튜브 분산 용액에 고분자를 추가적으로 혼합하여 방사 용액을 제조하는 단계; 탄소나노튜브/고분자 용액을 응고액에 방사하는 단계; 및 제조된 탄소나노튜브/고분자 복합체 섬유를 용매 또는 열처리 분위기에서 고분자를 순차적으로 제거시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브 섬유는 종래의 습식 방사법에 의해 제조된 탄소나노튜브 복합체 섬유보다 탄소나노튜브의 함량을 크게 증가시킬 수 있고, 궁극적으로 순수 탄소나노튜브로만 이루어진 탄소나노튜브 섬유를 제조할 수 있으며, 전기적, 기계적 특성이 우수하고 대량 생산이 가능하여 상업적 측면에서도 매우 유리하게 적용될 수 있다. The present invention relates to a carbon nanotube fiber and a method of manufacturing the carbon nanotube fiber. The carbon nanotube / polymer composite fiber is produced by a wet spinning method, and the polymer is sequentially removed through a post-process to obtain a carbon nanotube Composite fibers and pure carbon nanotubes.
The method of manufacturing carbon nanotubes according to the present invention includes the steps of mixing and dispersing carbon nanotubes in a solvent; Preparing a spinning solution by additionally mixing a polymer in a carbon nanotube dispersion solution; Spinning the carbon nanotube / polymer solution into the coagulating solution; And sequentially removing the polymer in the solvent or heat treatment atmosphere of the carbon nanotube / polymer composite fiber produced.
The carbon nanotube fibers prepared according to the present invention can significantly increase the content of carbon nanotubes compared with the carbon nanotube composite fibers prepared by the conventional wet spinning method and ultimately can produce carbon nanotube fibers composed purely of pure carbon nanotubes Can be produced, has excellent electrical and mechanical characteristics, can be mass-produced, and can be very advantageously applied commercially.

Description

탄소나노튜브 섬유 및 이의 제조방법{CARBON NANOTUBE FIBERS AND METHOD OF PREPARING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a carbon nanotube fiber,

본 발명은 탄소나노튜브 섬유 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 종래 습식 방사법에 의해 제조되는 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유에 비해 섬유 내 탄소나노튜브의 함량이 매우 높고, 기존 섬유공정 설비를 이용하여 대량 및 연속 생산될 수 있으며, 전기적, 기계적 특성이 우수한 탄소나노튜브 섬유 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon nanotube fiber and a method of manufacturing the carbon nanotube fiber. More specifically, the present invention relates to a carbon nanotube-polymer composite fiber produced by a conventional wet spinning method, The present invention relates to a carbon nanotube fiber which can be mass produced continuously and continuously, and which has excellent electrical and mechanical properties, and a method for producing the carbon nanotube fiber.

탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)는 높은 기계적, 전기적, 열적 성질 등으로 인하여 전기화학적 에너지 저장 재료, 분자 전자 재료, 센서 재료, 구조 재료 등 다양한 분야에서 응용이 가능할 것으로 제안되어 왔다. 특히, 탄소나노튜브를 이용하여 탄소나노튜브 섬유를 제조할 경우, 탄소나노튜브의 구조적 특징과 우수한 기계적 물성 때문에, 탄소나노튜브 섬유가 기존의 아라미드 섬유나 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 탄소섬유 등과 같은 슈퍼 섬유(super fiber)에 비해 훨씬 높은 고강도, 고탄성을 가질 것으로 예상되고 있다. BACKGROUND ART Carbon nanotubes (CNTs) have been proposed to be applicable in various fields such as electrochemical energy storage materials, molecular electronic materials, sensor materials, and structural materials due to their high mechanical, electrical and thermal properties. Particularly, when carbon nanotube fibers are manufactured using carbon nanotubes, the carbon nanotube fibers can be used as super fibers such as conventional aramid fibers, ultra high molecular weight polyethylene fibers, and carbon fibers because of the structural characteristics and excellent mechanical properties of the carbon nanotubes it is expected to have higher strength and higher elasticity than super fibers.

탄소나노튜브 섬유(carbon nanotube fiber)는 이의 제조 방법과 구성 성분에 따라 그 종류가 다양하며, 일반적으로 순수하게 탄소나노튜브만으로 이루어진 탄소나노튜브 섬유, 및 탄소나노튜브 이외 고분자 등을 포함하는 탄소나노튜브 복합체 섬유로 분류될 수 있다. 여기서, 탄소나노튜브 복합체 섬유는 다시 탄소나노튜브가 주성분인 복합체 섬유, 및 탄소나노튜브가 분산상으로 첨가되어 있는 복합체 섬유로 나눌 수 있다.BACKGROUND ART [0002] Carbon nanotube fibers have various types according to their manufacturing methods and constituents, and generally include carbon nanotube fibers consisting purely of carbon nanotubes, and carbon nanotubes including polymers other than carbon nanotubes Tube composite fibers. Here, the carbon nanotube composite fiber may be divided into a composite fiber mainly composed of carbon nanotubes and a composite fiber having carbon nanotubes dispersed therein.

일반적으로 탄소나노튜브 섬유를 제조하는 방법은 건식 공정(Dry Process)과 습식 공정(Wet Process)으로 구분할 수 있다. Generally, carbon nanotube fibers can be divided into a dry process and a wet process.

건식 공정은 실리콘 기판 위에 탄소나노튜브를 성장시켜 얻은 탄소나노튜브 집합체로부터 섬유를 인출하는 방법이 대표적이다. 이러한 건식 공정은 전통적인 방적 공정과 유사하다는 장점이 있다. 그러나, 건식 공정은 탄소나노튜브 집합체의 제조와 대량 생산이 어렵고, 탄소나노튜브 섬유의 기계적 물성 및 생산성이 탄소나노튜브 집합체에 영향을 크게 받는다는 단점이 있다.In the dry process, a method of extracting fibers from a carbon nanotube aggregate obtained by growing carbon nanotubes on a silicon substrate is typical. This dry process has the advantage of being similar to traditional spinning processes. However, the dry process is disadvantageous in that it is difficult to produce and mass-produce carbon nanotube aggregates, and the mechanical properties and productivity of carbon nanotube fibers are greatly influenced by carbon nanotube aggregates.

습식 공정은 종래 습식 방사 공정과 매우 유사한 공정으로서, 탄소나노튜브 분산체를 제조한 후 이를 응고욕에 방사하여 최종 탄소나노튜브 섬유를 제조한다. 이러한 습식공정은 다양한 종류의 탄소나노튜브를 사용할 수 있으며, 섬유의 기계적 물성이나 생산성이 탄소나노튜브 분산체 및 후공정에 의해 좌우되므로 상업적 측면에서 건식 공정에 비해 보다 유리하다. 그러나, 습식 공정에 의해 순수하게 탄소나노튜브만으로 이루어진 탄소나노튜브 섬유를 제조하는 방법은 미국 Rice 대학의 Ericson 등이 제안한 방식이 유일하다(SCIENCE 2004: 305: 1447~1450). 또한, 습식 공정의 경우, 강산의 사용에 따른 장비의 부식성 문제가 야기되며, 섬유 내 존재하는 기포나 결함 등으로 인해 상대적으로 기계적 물성이 낮다. The wet process is a process very similar to the conventional wet spinning process, in which a carbon nanotube dispersion is prepared and then spun in a coagulating bath to produce a final carbon nanotube fiber. Such a wet process can use various kinds of carbon nanotubes, and since the mechanical properties and productivity of the fibers depend on the carbon nanotube dispersion and the post-process, the wet process is more advantageous than the dry process in terms of commercial use. However, the method proposed by Ericson et al. (Rice University, USA) is the only method to produce carbon nanotube fibers composed purely of carbon nanotubes by a wet process (SCIENCE 2004: 305: 1447-1450). Further, in the wet process, corrosion of the equipment is caused by the use of strong acid, and mechanical properties are relatively low due to bubbles or defects existing in the fibers.

이와 같은 방식에 의해 제조되는 탄소나노튜브 섬유에 비해 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유에 대한 연구가 상대적으로 활발히 이루어지고 있다. 다만, 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유는 고분자 대비 탄소나노튜브의 함량이 10 중량%를 넘기지 못하는 경우가 대부분이다. 따라서, 탄소나노튜브가 주성분인 탄소나노튜브 복합체 섬유(예컨대, 고분자 대비 탄소타노튜브의 함량이 20 ~ 80 중량%인 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유)를 제조하는 새로운 방법이나, 순수하게 탄소나노튜브로만 이루어진 탄소나노튜브 섬유를 제조하는 새로운 방법의 개발은 매우 중요하다.Compared to the carbon nanotube fibers produced by such a method, research on carbon nanotube-polymer composite fibers is relatively active. However, the carbon nanotube-polymer composite fiber often contains less than 10% by weight of carbon nanotubes relative to the polymer. Therefore, a new method for producing carbon nanotube composite fibers (for example, carbon nanotube-polymer composite fibers having a carbon nanotube content of 20 to 80 wt% relative to a polymer), which is a main component of carbon nanotubes, It is very important to develop a new method to fabricate carbon nanotube fibers made of carbon nanotubes alone.

본 발명자들은 탄소나노튜브 및 고분자로 이루어진 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 열처리하거나 용매에 침지시킬 경우, 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유에서 고분자가 순차적으로 제거되어 섬유 내 탄소나노튜브의 함량이 매우 높은 탄소나노튜브 섬유를 얻을 수 있다는 것을 알았다.The present inventors have found that when carbon nanotube-polymer composite fibers composed of carbon nanotubes and polymers are heat-treated or immersed in a solvent, polymers are sequentially removed from the carbon nanotube-polymer composite fibers, and the content of carbon nanotubes in the fibers is very high Carbon nanotube fibers can be obtained.

이에, 본 발명은 고분자 대비 탄소나노튜브의 함량이 매우 높아 전기적, 기계적 특성이 우수하면서, 기존 섬유 공정 설비를 이용하여 대량 및 연속 생산할 수 있는 탄소나노튜브 섬유 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a carbon nanotube fiber and a method of manufacturing the carbon nanotube fiber, which are excellent in electrical and mechanical properties and have a high content of carbon nanotubes relative to a polymer, and can be produced in large quantities and continuously using existing fiber processing facilities.

본 발명은 탄소나노튜브를 포함하거나 또는 탄소나노튜브 및 고분자를 포함하되, 탄소나노튜브의 함량이 20 ~ 100 중량%인 탄소나노튜브 섬유를 제공한다. 상기 탄소나노튜브는 ⅰ) 탄소나노튜브 및 고분자로 이루어진 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 비활성 기체 분위기하에서 300 내지 800 ℃의 열처리하거나, 또는 ⅱ) 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 물, 유기 용매, 산성 용액 및 알칼리성 용액으로 이루어진 군에서 선택된 물질에 침지 처리하여 제조된 것이 특징이다.The present invention provides carbon nanotube fibers containing carbon nanotubes or carbon nanotubes and polymers, wherein the content of carbon nanotubes is 20 to 100% by weight. The carbon nanotubes may be prepared by: i) subjecting the carbon nanotube-polymer composite fiber composed of carbon nanotubes and polymers to heat treatment at 300 to 800 ° C under an inert gas atmosphere; or ii) heat treating the carbon nanotube- , An acidic solution, and an alkaline solution.

또한, 본 발명은 탄소나노튜브를 용매에 넣은 후, 기계적 교반과 함께 초음파 처리하여 탄소나노튜브 분산액을 형성하는 단계; 상기 탄소나노튜브 분산액에 고분자를 혼합한 후 기계적 교반하여 탄소나노튜브/고분자 분산액을 형성하는 단계; 상기 탄소나노튜브/고분자 분산액을 응고액에 방사하여 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 형성하는 단계; 및 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를, (ⅰ) 비활성 기체 분위기하에서 300 내지 800 ℃의 열처리하거나, 또는 (ⅱ) 물, 유기 용매, 산성 용액 및 알칼리성 용액으로 이루어진 군에서 선택된 물질에 침지시켜, 탄소나노튜브 섬유를 형성하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 섬유의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing a carbon nanotube dispersion, comprising: placing a carbon nanotube in a solvent; subjecting the carbon nanotube to mechanical stirring and ultrasonic treatment to form a carbon nanotube dispersion; Mixing a polymer in the carbon nanotube dispersion and mechanically stirring the carbon nanotube dispersion to form a carbon nanotube / polymer dispersion; Spinning the carbon nanotube / polymer dispersion liquid into a coagulating liquid to form a carbon nanotube-polymer composite fiber; And (iii) heat-treating the carbon nanotube-polymer composite fiber at 300 to 800 ° C under an inert gas atmosphere or (ii) immersing the carbon nanotube-polymer composite fiber in a material selected from the group consisting of water, an organic solvent, an acidic solution and an alkaline solution, Thereby forming carbon nanotube fibers. The present invention also provides a method for producing carbon nanotube fibers.

본 발명에 따른 탄소나노튜브 섬유는 고분자 대비 탄소나노튜브의 함량이 매우 높기 때문에, 종래 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유보다 기계적, 전기적 물성이 우수하고, 따라서 액츄에이터, 전기화학적 에너지 저장재료, 분자전자재료, 센서재료, 구조재료 등의 응용분야에 사용될 수 있다. Since the carbon nanotube fiber according to the present invention has a very high content of carbon nanotubes relative to the polymer, it has superior mechanical and electrical properties to the carbon nanotube-polymer composite fiber, and thus can be used as an actuator, an electrochemical energy storage material, , Sensor materials, structural materials, and the like.

본 발명에 따른 탄소나노튜브 섬유의 제조방법은 최종 탄소나노튜브 섬유 내 탄소나노튜브의 함량을 향상시킬 수 있으며, 나아가 탄소나노튜브로만 이루어진 탄소나노튜브 섬유를 제조할 수 있고, 뿐만 아니라, 사용되는 탄소나노튜브의 제한이 없으며, 기존 섬유 공정 설비를 그대로 사용하여 대량 및 연속 생산할 수 있다.The method of manufacturing carbon nanotube fibers according to the present invention can improve the content of carbon nanotubes in the final carbon nanotube fibers and can produce carbon nanotube fibers composed of only carbon nanotubes, There is no limitation of carbon nanotubes, and mass production and continuous production can be done using existing fiber processing equipment.

도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 섬유를 제조하는 과정을 개략적으로 나타낸 그림이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 탄소나노튜브 섬유의 제조시 롤러에 다중벽 탄소나노튜브-폴리에테르에스테르 복합체 섬유가 권취되어 있는 모습을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 탄소나노튜브 섬유의 제조시 다중벽 탄소나노튜브-폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 열처리하기 전과 후의 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 탄소나노튜브 섬유의 제조시 제조된 다중벽 탄소나노튜브-폴리에테르에스테르 복합체 섬유의 용매 처리하는 시간에 따른 다중벽 탄소나노튜브-폴리에테르에스테르 복합체 섬유의 직경 및 표면 형태의 변화를 나타내는 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 탄소나노튜브 섬유의 제조시 다중벽 탄소나노튜브-폴리에테르에스테르 복합체 섬유의 용매 처리 시간에 따른 섬유의 전기전도도 변화를 나타내는 그래프이다. 1 is a schematic view illustrating a process for producing carbon nanotube fibers according to the present invention.
FIG. 2 is a photograph showing a state in which a multi-walled carbon nanotube-polyether ester composite fiber is wound on a roller when carbon nanotube fibers are produced according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a scanning electron micrograph of a multi-walled carbon nanotube-polyether ester composite fiber before and after heat treatment in the production of carbon nanotube fibers according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the diameter of the multi-walled carbon nanotube-polyetherester complex fiber and the diameter of the multiwalled carbon nanotube-polyetherester composite fiber according to the time of solvent treatment of the multiwalled carbon nanotube- And a scanning electron microscope photograph showing a change in surface morphology.
FIG. 5 is a graph showing changes in electrical conductivity of fibers of a multi-wall carbon nanotube-polyether ester composite fiber according to a solvent treatment time in the production of carbon nanotube fibers according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서에 기재된 도면 및 실시예에 도시된 구성은 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is to be understood that the present invention is not limited to the specific embodiments shown and described herein. It is to be understood that the present invention is not limited to the specific embodiments shown and described herein, But should be understood to include all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as of the instant application.

본 발명은 후공정에 의해 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유에서 고분자가 순차적으로 제거된 탄소나노튜브 섬유로서, 구체적으로 ⅰ) 탄소나노튜브 및 고분자로 이루어진 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 비활성 기체 분위기하에서 300 내지 800 ℃의 열처리하거나, 또는 ⅱ) 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 물, 유기 용매, 산성 용액 및 알칼리성 용액으로 이루어진 군에서 선택된 물질에 침지 처리함으로써, 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유에서 고분자가 제거되어 탄소나노튜브를 포함하거나 또는 탄소나노튜브 및 고분자를 포함하되, 탄소나노튜브의 함량이 약 20 ~ 100 중량% 이하인 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a carbon nanotube fiber in which polymers are sequentially removed from a carbon nanotube-polymer composite fiber by a post-process, and more specifically, a carbon nanotube fiber comprising i) a carbon nanotube-polymer composite fiber composed of carbon nanotubes and a polymer in an inert gas atmosphere The carbon nanotube-polymer composite fiber is heat-treated at 300 to 800 ° C, or ii) the carbon nanotube-polymer composite fiber is immersed in a material selected from the group consisting of water, an organic solvent, an acidic solution and an alkaline solution, Is removed to include carbon nanotubes or carbon nanotubes and polymers, and the content of carbon nanotubes is about 20 to 100% by weight or less.

본 발명에서 사용 가능한 탄소나노튜브는 화학적 표면 처리를 하지 않은 순수한 탄소나노튜브나 화학적 표면 처리를 한 탄소나노튜브일 수 있다. 예를 들어, 히드록실기, 카르복실기, 지방족 탄화수소기 및 방향족 탄화수소기로 이루어진 군에서 선택된 것이 표면에 결합된 또는 비결합된 탄소나노튜브일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.The carbon nanotubes usable in the present invention may be pure carbon nanotubes without chemical surface treatment or carbon nanotubes with chemical surface treatment. For example, the carbon nanotube may be a surface-bonded or non-bonded carbon nanotube selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group, an aliphatic hydrocarbon group, and an aromatic hydrocarbon group, but is not limited thereto.

이러한 탄소나노튜브의 구조는 특별히 제한되지 않으며, 당 업계에 알려진 단일벽, 이중벽, 다중벽 구조를 가질 수 있다.The structure of such carbon nanotubes is not particularly limited, and may have a single wall, a double wall, and a multiwall structure known in the art.

상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유의 고분자는 용매에 탄소나노튜브를 분산시켜 얻은 탄소나노튜브 분산액에 용해되어 균일하게 혼합될 수 있도록, 탄소나노튜브를 분산시키기 위해 사용된 용매에 용해될 수 있어야 하며, 물, 유기용매, 산성 용액이나 알칼리성 용액에 의해서 쉽게 제거되거나 또는 열처리에 의해서 쉽게 제거될 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 고분자의 비제한적인 예로는 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스터계 열가소성 엘라스토머, 이온성 폴리에스터, 수용성 폴리머 등이 있다.The polymer of the carbon nanotube-polymer composite fiber should be soluble in the solvent used for dispersing the carbon nanotubes so that the polymer can be uniformly mixed with the carbon nanotube dispersion obtained by dispersing the carbon nanotubes in the solvent. , Water, an organic solvent, an acidic solution or an alkaline solution, or can be easily removed by heat treatment. Non-limiting examples of such a polymer include a polyurethane-based thermoplastic elastomer, a polyester-based thermoplastic elastomer, an ionic polyester, and a water-soluble polymer.

한편, 본 발명은 탄소나노튜브를 용매에 넣은 후, 기계적 교반과 함께 초음파 처리하여 탄소나노튜브 분산액을 형성하는 단계; 상기 탄소나노튜브 분산액에 고분자를 혼합한 후 기계적 교반하여 탄소나노튜브/고분자 분산액을 형성하는 단계; 상기 탄소나노튜브/고분자 분산액을 응고액에 방사하여 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 형성하는 단계; 및 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를, (ⅰ) 비활성 기체 분위기하에서 300 내지 800 ℃의 열처리하거나, 또는 (ⅱ) 물, 유기 용매, 산성 용액 및 알칼리성 용액으로 이루어진 군에서 선택된 물질에 침지시켜, 탄소나노튜브 섬유를 형성하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 섬유의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a carbon nanotube dispersion, comprising: placing a carbon nanotube in a solvent; subjecting the carbon nanotube to mechanical stirring and ultrasonic treatment to form a carbon nanotube dispersion; Mixing a polymer in the carbon nanotube dispersion and mechanically stirring the carbon nanotube dispersion to form a carbon nanotube / polymer dispersion; Spinning the carbon nanotube / polymer dispersion liquid into a coagulating liquid to form a carbon nanotube-polymer composite fiber; And (iii) heat-treating the carbon nanotube-polymer composite fiber at 300 to 800 ° C under an inert gas atmosphere or (ii) immersing the carbon nanotube-polymer composite fiber in a material selected from the group consisting of water, an organic solvent, an acidic solution and an alkaline solution, Thereby forming carbon nanotube fibers. The present invention also provides a method for producing carbon nanotube fibers.

1) 먼저, 탄소나노튜브를 용매에 넣은 후, 교반기와 같은 교반 수단을 통해 기계적 교반하여 탄소나노튜브 분산액을 형성한다. 상기 기계적 교반시, 교반속도는 약 50 내지 30,000 rpm 범위인 것이 적절하다.1) First, the carbon nanotubes are put in a solvent and mechanically stirred through an agitating device such as a stirrer to form a carbon nanotube dispersion. In the mechanical stirring, the stirring speed is suitably in the range of about 50 to 30,000 rpm.

이러한 기계적 교반시, 초음파 처리를 함께 행하면, 보다 균일한 탄소나노튜브 분산액을 얻을 수 있다. 이때, 초음파의 진폭은 약 1 내지 50 %일 수 있다.When such mechanical stirring is carried out together with ultrasonic treatment, a more uniform dispersion of carbon nanotubes can be obtained. At this time, the amplitude of the ultrasonic waves may be about 1 to 50%.

상기 탄소나노튜브의 예로는 히드록실기, 카르복실기, 지방족 탄화수소기 및 방향족 탄화수소기로 이루어진 군에서 선택된 것이 표면에 결합된 또는 비결합된 탄소나노튜브일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. Examples of the carbon nanotubes include, but are not limited to, carbon nanotubes bound to the surface of the carbon nanotubes selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group, an aliphatic hydrocarbon group, and an aromatic hydrocarbon group.

상기 탄소나노튜브의 함량은 용매 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량% 범위인 것이 적절하다.The content of the carbon nanotubes is suitably in the range of 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the solvent.

상기 용매는 탄소나노튜브를 분산시킬 수 있는 것이라면, 특별한 제한없이 사용될 수 있다. The solvent can be used without particular limitation, as long as it can disperse the carbon nanotubes.

2) 이후, 상기와 같이 준비된 탄소나노튜브 분산액은 도 1에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브(CNT) 분산액과 고분자(Polymer)를 혼합한 후 기계적 교반하여 탄소나노튜브/고분자 분산액(CNT/polymer solution)을 제조한다. 상기 기계적 교반은 약 50 ~ 30,000 rpm 범위의 교반속도로 수행되는 것이 적절하다.2, the carbon nanotube dispersion prepared as described above is prepared by mixing a carbon nanotube (CNT) dispersion and a polymer and mechanically stirring the mixture to form a carbon nanotube / polymer dispersion (CNT / polymer solution. The mechanical agitation is suitably carried out at a stirring rate in the range of about 50 to 30,000 rpm.

상기 탄소나노튜브/고분자 분산액에서, 탄소나노튜브의 함량은 고분자 전체 중량을 기준으로 약 5 ~ 80 중량% 범위이며, 바람직하게는 약 40 ~ 60 중량% 범위일 수 있다. In the carbon nanotube / polymer dispersion, the content of the carbon nanotubes may range from about 5 to 80% by weight, and preferably about 40 to 60% by weight based on the total weight of the polymer.

상기 탄소나노튜브/고분자 분산액 내 고형분의 함량은 용매 전체 중량을 기준으로 약 0.1 내지 30 중량% 범위이고, 바람직하게는 약 5 ~ 15 중량% 범위일 수 있다.The solid content in the carbon nanotube / polymer dispersion may be in the range of about 0.1 to 30 wt.%, Preferably about 5 to 15 wt.%, Based on the total weight of the solvent.

3) 이렇게 얻은 탄소나노튜브/고분자 분산액을 이후 방사구를 통해 응고액 속으로 방사하면, 상기 분산액이 약 30 ~ 100 ㎝ 길이의 응고욕을 통과하면서 용매의 확산에 의한 고화가 진행되어 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 얻을 수 있다. 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유는 도 2에 도시된 바와 같이, 롤러에 충분히 권취될 수 있을 정도의 기계적 물성을 갖는다.3) The carbon nanotube / polymer dispersion thus obtained is then spun into a coagulating solution through a spinneret, and the dispersion is solidified by diffusion of a solvent through a coagulation bath having a length of about 30 to 100 cm, - polymer composite fibers can be obtained. As shown in FIG. 2, the carbon nanotube-polymer composite fiber has a mechanical property enough to wind up the rollers sufficiently.

상기 탄소나노튜브/고분자 분산액의 방사 온도는 약 20 ~ 200 ℃ 범위이고, 바람직하게는 약 30 ~ 150 ℃범위일 수 있다.The spinning temperature of the carbon nanotube / polymer dispersion is in the range of about 20 to 200 ° C, preferably about 30 to 150 ° C.

또, 상기 탄소나노튜브/고분자 분산액의 방사시 압력은 약 1 ~ 50 psi 범위일 수 있다.The spinning pressure of the carbon nanotube / polymer dispersion may be in the range of about 1 to 50 psi.

상기 응고액은 탄소나노튜브와 고분자를 고화시키면서 용매를 확산시킬 수 있는 비용매로서, 이의 비제한적인 예로는 물, 메탄올, 에탄올, N-메틸몰포린 옥사이드(N-methylmorpholine oxide, NMMO), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide, DMAc), 다메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO) 등이 있는데, 이들은 단독 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.Examples of non-limiting examples of the coagulating solution include water, methanol, ethanol, N-methylmorpholine oxide (NMMO), dimethyl Dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO) and the like, which may be used alone or in admixture of two or more.

이러한 응고액의 온도는 약 - 5 ~ 30 ℃ 범위이고, 바람직하게는 약 0 ~ 10 ℃ 범위일 수 있다.The temperature of the coagulating solution may be in the range of about-5 to 30 占 폚, preferably about 0 to 10 占 폚.

4) 이후, 도 1에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 열처리하거나 물과 같은 용매에 침지 처리하면, 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유에서 고분자가 순차적으로 제거되어 탄소나노튜브 섬유를 얻을 수 있다. 4, after the carbon nanotube-polymer composite fiber is heat-treated or immersed in a solvent such as water, the polymer is sequentially removed from the carbon nanotube-polymer composite fiber to remove the carbon nanotube fiber Can be obtained.

구체적으로, 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 비활성 기체 분위기하에서 열처리하면, 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유에서 고분자가 순차적으로 제거될 수 있다. 예를 들어, 아르곤 기체 분위기하에서 다중벽 탄소나노튜브-폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 약 600 ℃의 온도로 약 30 분간 열처리하면, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 고분자인 폴리에테르에스테르가 대부분 제거되고 표면에 다중벽 탄소나노튜브만이 존재하는 탄소나노튜브 섬유를 얻을 수 있다. Specifically, when the carbon nanotube-polymer composite fiber is heat-treated in an inert gas atmosphere, the polymer can be sequentially removed from the carbon nanotube-polymer composite fiber. For example, when the multi-walled carbon nanotube-polyether ester composite fiber is heat-treated at a temperature of about 600 ° C for about 30 minutes under an argon gas atmosphere, as shown in FIG. 3, most of the polyether ester as a polymer is removed It is possible to obtain carbon nanotube fibers having only multi-walled carbon nanotubes on the surface.

상기 비활성 기체의 예로는 질소, 아르곤 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다.Examples of the inert gas include, but are not limited to, nitrogen, argon, and the like.

또, 상기 열처리 온도는 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유의 고분자만을 용융시켜 제거할 수 있는 정도의 온도이면 되며, 바람직하게는 약 300 ~ 800 ℃ 범위이고, 보다 바람직하게는 약 500 ~ 600 ℃ 범위일 수 있다.The heat treatment temperature may be a temperature sufficient to melt and remove only the polymer of the carbon nanotube-polymer composite fiber, preferably about 300 to 800 ° C, more preferably about 500 to 600 ° C .

한편, 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 열처리하는 경우 이외, 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 물, 유기 용매, 산성 용액 및 알칼리성 용액으로 이루어진 군에서 선택된 물질에 침지시켜 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유에서 고분자를 순차적으로 제거할 수 있다. 예를 들어, 1.0 % 수산화나트륨 수용액에 다중벽 탄소나노튜브-폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 침지시키면, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 침지 시간이 경과할수록 다중벽 탄소나노튜브-폴리에테르에스테르 복합체 섬유의 표면에 존재하는 폴리에테르에스테르가 순차적으로 제거되고, 이로 인해 다중벽 탄소나노튜브-폴리에테르에스테르 복합체 섬유의 직경이 급격이 감소하며, 상대적으로 섬유 내 다중벽 탄소나노튜브의 함량이 높아진다.In addition to the heat treatment of the carbon nanotube-polymer composite fiber, the carbon nanotube-polymer composite fiber is immersed in a material selected from the group consisting of water, an organic solvent, an acidic solution and an alkaline solution to form a carbon nanotube- The polymer can be removed sequentially. For example, when the multi-walled carbon nanotube-polyetherester composite fiber is immersed in a 1.0% sodium hydroxide aqueous solution, as shown in FIG. 4, the multiwalled carbon nanotube-polyetherester complex fiber The polyetherester present on the surface of the multi-walled carbon nanotube-polyether ester complex fiber is sequentially removed, whereby the diameter of the multi-walled carbon nanotube-polyether ester complex fiber is decreased and the content of the multi-walled carbon nanotube in the fiber is relatively increased.

여기서, 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 침지시키는 물질은 사용된 고분자 종류에 따라 물, 유기용매, 산성 용액 또는 알칼리 용액을 적절하게 선택한다.Here, the material to be immersed in the carbon nanotube-polymer composite fiber is appropriately selected from water, an organic solvent, an acidic solution, or an alkaline solution depending on the kind of polymer used.

상기 유기 용매는 사용된 고분자를 제거할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.The organic solvent is not particularly limited as long as it can remove the used polymer.

또, 상기 산성 용액의 비제한적인 예로는 질산, 황산, 아세트산, 염산, 과산화수소 등이 함유된 용액이 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.The acidic solution may be a solution containing nitric acid, sulfuric acid, acetic acid, hydrochloric acid, hydrogen peroxide and the like, either alone or in combination.

또한, 상기 알칼리성 용액의 예로는 수산화나트륨 수용액 등이 있는데, 이에 제한되지 않는다.Examples of the alkaline solution include, but are not limited to, an aqueous solution of sodium hydroxide and the like.

이와 같이 열처리나 침지 처리하여 얻은 탄소나노튜브 섬유는 탄소나노튜브를 포함하거나 또는 탄소나노튜브 및 고분자를 포함하되, 탄소나노튜브의 함량이 약 20 ~ 100 중량%, 바람직하게는 20 ~ 80 중량%인 섬유이다. The carbon nanotube fibers obtained by the heat treatment or the immersion treatment include carbon nanotubes or include carbon nanotubes and polymers, and the content of carbon nanotubes is about 20 to 100% by weight, preferably 20 to 80% by weight, Lt; / RTI >

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 자세히 설명할 것이다. 그러나, 본 발명이 이로써 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited thereto.

<실시예 1> &Lt; Example 1 >

표면에 히드록실기 및 카르복실기가 결합되어 있는 다중벽 탄소나노튜브 5 g을, 페놀/1,1,2,2-테트라클로로에탄(중량비 60/40) 125 g에 넣은 후, 300 rpm의 교반속도로 3시간 동안 기계적 교반하면서 진폭 10 %의 초음파 처리를 하여 다중벽 탄소나노튜브 분산 용액을 얻었다. 이후, 다중벽 탄소나노튜브 분산 용액에 폴리에테르에스테르 20 g을 첨가한 다음, 300 rpm의 교반속도로 2시간 동안 기계적 교반을 진행하여 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 분산액을 제조하였다. 이어서, 상기 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 분산액을 정량펌프를 이용하여 실린지 노즐을 통해 메탄올 응고액 속으로 방사하여, 폴리에테르에스테르 전체 중량 대비 탄소나노튜브의 함량이 20 중량%인 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 얻었다. 이후, 상기 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 순도 60 %의 질산/순도 95%의 황산 혼합 용액(3 mol/1 mol)에 침지시켜 최종 탄소나노튜브 섬유를 얻었다.5 g of multi-walled carbon nanotubes having a hydroxyl group and a carboxyl group bonded to its surface was placed in 125 g of phenol / 1,1,2,2-tetrachloroethane (weight ratio 60/40), and then stirred at 300 rpm For 3 hours under mechanical stirring to obtain a multiwalled carbon nanotube dispersion solution. Then, 20 g of polyether ester was added to the multi-walled carbon nanotube dispersion solution, followed by mechanical stirring at a stirring speed of 300 rpm for 2 hours to prepare a carbon nanotube / polyether ester dispersion. Then, the carbon nanotube / polyether ester dispersion was spinned into a methanol coagulating solution through a syringe nozzle using a metering pump to prepare a multiwalled carbon nano-particle having a carbon nanotube content of 20 wt% based on the total weight of the polyether ester To obtain a tube / polyetherester complex fiber. Then, the multi-walled carbon nanotube / polyetherester composite fiber was immersed in a nitric acid / purity 95% sulfuric acid mixed solution (3 mol / 1 mol) having a purity of 60% to obtain final carbon nanotube fibers.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

상기 실시예 1에서, 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 순도 60 %의 질산/순도 95%의 황산 혼합 용액(3 mol/1 mol)에 침지시키는 것 대신에, 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 1.0 중량%의 수산화나트륨 수용액에 5 분간 침지시키는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 최종 탄소나노튜브 섬유를 얻었다.Instead of immersing the multi-walled carbon nanotube / polyetherester composite fiber in a sulfuric acid mixed solution (3 mol / 1 mol) having a purity of 60% and a nitric acid / purity of 95% in the above Example 1, / Polyetherester complex fiber was immersed in an aqueous 1.0% by weight aqueous solution of sodium hydroxide for 5 minutes to obtain a final carbon nanotube fiber.

<실시예 3>&Lt; Example 3 >

상기 실시예 1에서, 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 순도 60 %의 질산/순도 95%의 황산 혼합 용액(3 mol/1 mol)에 침지시키는 것 대신에, 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 1.0 중량%의 수산화나트륨 수용액에 10 분간 침지시키는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 최종 탄소나노튜브 섬유를 얻었다.Instead of immersing the multi-walled carbon nanotube / polyetherester composite fiber in a sulfuric acid mixed solution (3 mol / 1 mol) having a purity of 60% and a nitric acid / purity of 95% in the above Example 1, / Polyetherester complex fiber was immersed in an aqueous 1.0% by weight aqueous solution of sodium hydroxide for 10 minutes to obtain a final carbon nanotube fiber.

<실시예 4><Example 4>

상기 실시예 1에서, 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 순도 60 %의 질산/순도 95%의 황산 혼합 용액(3 mol/1 mol)에 침지시키는 것 대신에 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 1.0 중량%의 수산화나트륨 수용액에 15 분간 침지시키는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 최종 탄소나노튜브 섬유를 얻었다.In Example 1, instead of immersing the multi-walled carbon nanotube / polyetherester composite fiber in a nitric acid / purity 95% sulfuric acid mixed solution (3 mol / 1 mol) having a purity of 60% The final carbon nanotube fiber was obtained in the same manner as in Example 1, except that the polyetherester complex fiber was immersed in an aqueous 1.0% by weight aqueous solution of sodium hydroxide for 15 minutes.

<실시예 5>&Lt; Example 5 >

상기 실시예 1에서, 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 순도 60 %의 질산/순도 95%의 황산 혼합 용액(3 mol/1 mol)에 침지시키는 것 대신에, 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 아르곤 기체 분위기하에서 600 ℃의 온도로 30분간 열처리하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 최종 탄소나노튜브 섬유를 얻었다.Instead of immersing the multi-walled carbon nanotube / polyetherester composite fiber in a sulfuric acid mixed solution (3 mol / 1 mol) having a purity of 60% and a nitric acid / purity of 95% in the above Example 1, / Polyetherester complex fiber was heat-treated at a temperature of 600 캜 for 30 minutes in an argon gas atmosphere to obtain a final carbon nanotube fiber.

상기에서 얻은 탄소나노튜브 섬유의 표면은 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 열처리하기 전의 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유와 달리 폴리에테르에스테르가 대부분 제거되고 표면에 다중벽 탄소나노튜브만 남아 있는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 3, the surface of the carbon nanotube fiber obtained above is different from the multi-walled carbon nanotube / polyether ester composite fiber before heat treatment, in which most of the polyether ester is removed and only the multiwall carbon nanotubes I can confirm that it remains.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

화학적 표면 처리하지 않은 순수한 다중벽 탄소나노튜브 5 g을, 페놀/1,1,2,2-테트라클로로에탄(중량비 60/40) 125 g에 넣은 후, 300 rpm의 교반속도로 3시간 동안 기계적 교반하면서 진폭 10 %의 초음파 처리를 하여 다중벽 탄소나노튜브 분산 용액을 얻었다. 이후, 다중벽 탄소나노튜브 분산 용액에 폴리에테르에스테르 20 g을 첨가한 다음, 300 rpm의 교반속도로 2시간 동안 기계적 교반을 진행하여 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 분산액을 제조하였다. 이어서, 상기 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 분산액을 정량펌프를 이용하여 실린지 노즐을 통해 메탄올 응고액 속으로 방사한 후 건조시켜 폴리에테르에스테르 전체 중량 대비 탄소나노튜브의 함량이 20 중량%인 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 얻었다. 5 g of pure multi-walled carbon nanotubes not chemically surface-treated were placed in 125 g of phenol / 1,1,2,2-tetrachloroethane (weight ratio 60/40), and then mechanically agitated for 3 hours at a stirring rate of 300 rpm And subjected to ultrasonic treatment with an amplitude of 10% to obtain a multi-walled carbon nanotube dispersion solution. Then, 20 g of polyether ester was added to the multi-walled carbon nanotube dispersion solution, followed by mechanical stirring at a stirring speed of 300 rpm for 2 hours to prepare a carbon nanotube / polyether ester dispersion. Next, the carbon nanotube / polyether ester dispersion was spun through a syringe nozzle into a methanol coagulating solution using a metering pump and then dried to obtain a multi-walled carbon nanotube having a carbon nanotube content of 20 wt% Carbon nanotube / polyetherester complex fiber was obtained.

<실험예 1><Experimental Example 1>

탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유의 용매 침지 시간에 따른 고분자 제거 여부를 확인하기 위해, 실시예 2 ~ 4에서 얻은 탄소나노튜브 섬유와 비교예 1에서 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유의 직경 변화와 표면의 형태학적 특성을 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였고, 이의 결과를 도 4에 나타내었다.The carbon nanotube fibers obtained in Examples 2 to 4 and the diameter of the multi-walled carbon nanotube / polyether ester composite fiber in Comparative Example 1 were measured in order to confirm whether or not the polymer was removed by the immersion time of the carbon nanotube- Changes and morphological characteristics of the surface were observed using a scanning electron microscope, and the results are shown in FIG.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 1.0% 수산화나트륨 수용액에 침지하는 시간이 경과할수록, 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유의 직경이 급격이 감소하였으며, 또한 표면을 덮고 있는 폴리에테르에스테르는 점차 제거가 되고, 다중벽 탄소나노튜브가 확실히 관찰되었다.As can be seen from Fig. 4, as the time for immersing the multi-walled carbon nanotube / polyetherester complex fiber into the 1.0% sodium hydroxide aqueous solution became longer, the diameter of the multi-walled carbon nanotube / And the polyether ester covering the surface was gradually removed, and the multiwall carbon nanotubes were clearly observed.

이러한 결과로부터 침지 처리 시간이 증가할수록 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유에서 고분자가 제거됨으로써, 상대적으로 다중벽 탄소나노튜브의 함량이 높아진다는 것을 예상할 수 있다. From these results, it can be expected that as the immersion time increases, the polymer is removed from the carbon nanotube-polymer composite fiber, thereby increasing the content of the multi-wall carbon nanotube relatively.

<< 실험예Experimental Example 2>  2>

실시예 1 ~ 5에서 얻은 탄소나노튜브 섬유와 비교예 1에서 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유의 전기전도도를 측정하였고, 이의 결과를 하기 표 1 에 나타내었으며, 또한 실시예 1 ~ 4에서 얻은 탄소나노튜브 섬유의 전기 전도도를 도 5에 나타내었다.The electrical conductivities of the carbon nanotube fibers obtained in Examples 1 to 5 and the multi-walled carbon nanotube / polyether ester composite fibers in Comparative Example 1 were measured. The results are shown in Table 1 below, and in Examples 1 to 4 Fig. 5 shows the electrical conductivity of the carbon nanotube fibers obtained in Example 1. Fig.

전기전도도 (S/cm)Electrical Conductivity (S / cm) 실시예 1Example 1 1.7 × 10-2 1.7 x 10 -2 실시예 2Example 2 1.3 × 10-1 1.3 x 10 -1 실시예 3Example 3 3.4 × 10-1 3.4 x 10 -1 실시예 4Example 4 2.6 × 101 2.6 × 10 1 실시예 5Example 5 1.7 × 102 1.7 x 10 2 비교예 1Comparative Example 1 1.2 × 102 1.2 x 10 2

도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 다중벽 탄소나노튜브/폴리에테르에스테르 복합체 섬유를 수산화나트륨 수용액에 침지하는 시간이 증가할수록 전기전도도가 급격히 증가하였으며, 처리시간이 15분일 때 전기전도도는 1.7 × 102 S/cm로 종래 건식, 습식 방사법에 따라 제조된 순수한 탄소나노튜브 섬유의 전기전도도와 매우 유사하다는 것을 확인할 수 있었다.As can be seen from Fig. 5, the electric conductivity increased sharply as the time for immersing the multi-walled carbon nanotube / polyetherester complex fiber into the aqueous solution of sodium hydroxide increased, and when the treating time was 15 minutes, the electric conductivity was 1.7 x 10 &lt; 2 S / cm, which is very similar to the electrical conductivity of pure carbon nanotube fibers prepared according to the conventional dry and wet spinning method.

Claims (17)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 탄소나노튜브를 용매에 넣은 후, 기계적 교반과 함께 초음파 처리하여 탄소나노튜브 분산액을 형성하는 단계;
상기 탄소나노튜브 분산액에, 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스터계 열가소성 엘라스토머, 이온성 폴리에스터 및 수용성 폴리머로 이루어진 군에서 선택된 고분자를 혼합한 후 기계적 교반하여 탄소나노튜브/고분자 분산액을 형성하는 단계;
상기 탄소나노튜브/고분자 분산액을 응고액에 방사하여 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를 형성하는 단계; 및
상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유를, (ⅰ) 비활성 기체 분위기하에서 300 내지 800 ℃의 열처리하거나, 또는 (ⅱ) 물, 유기 용매, 산성 용액 및 알칼리성 용액으로 이루어진 군에서 선택된 물질에 침지시켜 탄소나노튜브-고분자 복합체 섬유에서 고분자를 순차적으로 제거함으로써, 탄소나노튜브의 함량이 20~100 중량%인 탄소나노튜브 섬유를 형성하는 단계
를 포함하는 탄소나노튜브 섬유의 제조방법.Adding carbon nanotubes to a solvent, and subjecting the carbon nanotubes to ultrasonic treatment together with mechanical stirring to form a carbon nanotube dispersion;
Mixing the carbon nanotube dispersion with a polymer selected from the group consisting of a polyurethane-based thermoplastic elastomer, a polyester-based thermoplastic elastomer, an ionic polyester, and a water-soluble polymer; and mechanically stirring the carbon nanotube dispersion to form a carbon nanotube / polymer dispersion;
Spinning the carbon nanotube / polymer dispersion liquid into a coagulating liquid to form a carbon nanotube-polymer composite fiber; And
The carbon nanotube-polymer composite fiber is subjected to heat treatment at 300 to 800 ° C in an inert gas atmosphere or (ii) immersed in a material selected from the group consisting of water, an organic solvent, an acidic solution and an alkaline solution, Forming a carbon nanotube fiber having a carbon nanotube content of 20 to 100% by weight by sequentially removing the polymer from the tube-polymer composite fiber,
Wherein the carbon nanotube fiber is produced by a method comprising the steps of: 제7항에 있어서,
상기 탄소나노튜브는 히드록실기, 카르복실기, 지방족 탄화수소기 및 방향족 탄화수소기로 이루어진 군에서 선택된 것이 표면에 결합된 또는 비결합된 탄소나노튜브인 것이 특징인 탄소나노튜브 섬유의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the carbon nanotubes are carbon nanotubes bound to the surface of the carbon nanotubes, wherein the carbon nanotubes are selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group, an aliphatic hydrocarbon group, and an aromatic hydrocarbon group. 제7항에 있어서,
상기 탄소나노튜브의 함량은 용매 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%인 것이 특징인 탄소나노튜브 섬유의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the content of the carbon nanotubes is 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the solvent. 제7항에 있어서,
상기 탄소나노튜브의 함량은 고분자 전체 중량을 기준으로 5 ~ 80 중량%인 것이 특징인 탄소나노튜브 섬유의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the content of the carbon nanotubes is 5 to 80 wt% based on the total weight of the polymer. 제7항에 있어서,
상기 탄소나노튜브/고분자 분산액의 고형분 함량은 용매 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 30.0 중량%인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 섬유의 제조방법. 8. The method of claim 7,
Wherein the solid content of the carbon nanotube / polymer dispersion is 0.1 to 30.0 wt% based on the total weight of the solvent. 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 탄소나노튜브 분산액 형성 단계 및 탄소나노튜브/고분자 분산액 형성 단계의 기계적 교반시, 교반 속도는 50 ~ 30,000 rpm 범위인 것이 특징인 탄소나노튜브 섬유의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the stirring speed is in the range of 50 to 30,000 rpm when the carbon nanotube dispersion forming step and the mechanical stirring of the carbon nanotube / polymer dispersion forming step are performed. 제7항에 있어서,
상기 탄소나노튜브/고분자 분산액의 방사는 20 ~ 200 ℃의 온도 및 1 ~ 50 psi의 압력하에서 수행되는 것이 특징인 탄소나노튜브 섬유의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the spinning of the carbon nanotube / polymer dispersion is performed at a temperature of 20 to 200 DEG C and a pressure of 1 to 50 psi. 제7항에 있어서,
상기 응고액은 탄소나노튜브와 고분자를 고화시키면서 용매를 확산시킬 수 있는 비용매인 것이 특징인 탄소나노튜브 섬유의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the coagulating solution is a non-solvent capable of diffusing a solvent while solidifying the carbon nanotube and the polymer. 제7항에 있어서,
상기 응고액의 온도는 - 5 ~ 30 ℃ 범위인 것이 특징인 탄소나노튜브 섬유의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the temperature of the coagulating solution is in the range of-5 to 30 占 폚. 제7항 내지 제11항, 및 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되고, 탄소나노튜브를 포함하거나, 또는 탄소나노튜브 및 고분자를 포함하되, 탄소나노튜브의 함량이 20~100 중량%인 탄소나노튜브 섬유.A method for producing a carbon nanotube according to any one of claims 7 to 11 and 13 to 16, which comprises a carbon nanotube, or a carbon nanotube and a polymer, wherein the carbon nanotube content Of carbon nanotube fibers are 20 to 100% by weight.
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