단일벽 카본나노튜브/셀룰로오스의 복합체 및 그 제조방법 document_id A220623060310

일반적으로, 섬유는 석유계 폴리머(polymer)로부터 생산되어 왔다. 그러나 석유계 섬유(합성 섬유)는 심각한 환경문제를 일으킨다. 또한, 합성 섬유를 대체하기 위해 셀룰로오스(cellulose)계 레이온(rayon)이 개발되었다. 그러나 레이온 섬유 제조 공정은 매우 독한 화학물질이 사용되어, 이 또한 환경적인 문제와 함께 인체에 유해한 문제점을 갖는다. 이에 따라, 근래에는 생분해성이면서 환경 친화적인 소재가 개발되어 실용화되고 있다. 대표적인 것이 천연섬유인 라이오셀 섬유(셀룰로오스 섬유)이다. 셀룰로오스는 다른 물질과의 친화력이 매우 높으나 분자 사슬 또는 사슬내의 강한 수소결합으로 만들어지는 결정구조로 인하여 일반적인 용제로 용해가 어렵다. 셀룰로오스의 구조를 파괴하여 용액으로 제조할 수 있는 용제 가운데 널리 사용되고 있는 것은 N-메틸모폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide ; 이하, "NMMO"라 한다)이다. 이러한 NMMO를 이용하여 셀룰로오스를 녹이는 공정을 통상 "라이오셀(Lyocell)"공정이라고 한다. NMMO 용매를 이용한 라이오셀 섬유(셀룰로오스 섬유)의 제조공정은 용매의 전량회수와 재사용에 따른 무공해 공정이면서 인체에 무해한 공정이라는 장점을 갖는다. 라이오셀 섬유는 유리섬유, 탄소섬유 등에 비해 가격이 저렴하고 밀도가 낮으며 생분해성이 좋고 비강성(specific properties) 등이 우수한 특성을 가지고 있다. 또한, 라이오셀 섬유는 레이온 공정에 비해 공정이 간단하고 친환경 공법으로 제조되며 내열성과 형태 안정성이 우수한 특징이 있다. 현재, 위와 같은 라이오셀 공정을 이용한 셀룰로오스 응용 기술이 많이 제시되고 있다. 예를 들어, 미국특허 제4,142,913호 및 제4,144,080호는 NMMO 수화물에 팽윤 분산된 셀룰로오스를 감압 증류하여 셀룰로오스가 용해된 용액을 얻고, 이를 냉각하여 고체상(precursor)을 제조(일종의 칩화)한 후, 압출기에서 용해하여 셀룰로오스 용액을 제조하는 방법이 제시되어 있다. 미국특허 제5,584,919호는 수분함량 5 내지 17%의 고체상 NMMO를 제조한 후, 분말 셀룰로오스와 수평 실린더형 고속 믹서에서 교반하여 그래뉼(granule)상의 프리커서를 만든 다음 압출기에서 용해하는 방법을 개시하였다. 또한, 미국특허 제5,948,905에는 수분함량이 약23%인 NMMO수화물과 셀룰로오스 혼합물내의 물을 증발시켜 셀룰로오스 용액을 제조하기 위해 혼합물을 직경 1.5내지 6.0mm로 구성된 노즐을 통과시키면서 순간적으로 진공 증발시키는 방법이 제시되어 있다. 또한, 대한민국 공개특허 10-2002-0024689호에는 냉각 공기를 이용하여 과냉각된 액상 NMMO 수화물 용매를 사용하여 셀룰로오스 펄프분말이 팽윤된 혼합체를 만들고, 이를 용해시켜 고균질의 셀룰로오스 용액을 제조하는 방법을 제시하고 있다. 그리고 대한민국 등록특허 제0575377호에는 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법으로서, 액상 농축 NMMO에 셀룰로오스 분말을 용해시켜 NMMO 용액을 제조하고, 상기 NMMO 용액에 이산화규소를 분산시켜 NMMO 첨가제용액을 제조한 다음, 상기 NMMO 첨가제용액과 셀룰로오스 분말을 혼합, 팽윤 및 용해시켜 적정 점도를 가지는 셀룰로오스 용액을 제조하고, 상기 셀룰로오스 용액을 오리피스 개수가 500 ~ 2,000인 방사노즐을 통해 압출 방사한 후, 공기층을 통과하여 응고욕에 도달하도록 한 다음, 이를 응고시켜 멀티필라멘트를 얻고, 이후 상기 수득된 멀티필라멘트를 수세, 건조 및 유제 처리하여 권취하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법이 제시되어 있다. 그러나 상기 선행 특허문헌을 포함한 종래 기술에 따른 라이오셀 제품, 즉 셀룰로오스와 NMMO의 혼합용액으로부터 제조된 제품(섬유나 필름)은 인성(tensile strain, tensile stress) 등의 기계적 물성과 열적 안정성 등이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 전기적 특성을 갖지 못하여 그 응용 범위가 제한적인 문제점이 지적된다.