폴리아크릴로니트릴(PAN) 필름에 히드록실아민(HA)을 반응시켜 히드록시기와 아민기를 생성시키고, 히드라진으로 처리하여 가교결합을 도입시키는 방법을 검토하였다. HA와 히드라진을 각각 처리하거나 2단계 또는 동시 처리하여 개질시킨 PAN 시료들의 반응도, 물 및 N,N'-디메틸포름아미드(DMF) 팽윤도, FTIR 스펙트럼, 원소함량, 열분석 결과들을 분석하여 효율적으로 기능기와 가교결합을 도입시키는 방법을 제시하였다. PAN 필름은 HA와의 반응에 의해 기능기가 도입되고 친수성이 향상되지만 형태안정성이 감소하며, 히드라진 처리에 의해 DMF 팽윤도가 감소한다. 히드라진 및 HA를 2단계로 처리하면 형태안정성은 향상되지만 기능기 도입이 어려워지고, 히드라진과 HA를 동시에 처리하면 형태안정성과 친수성을 효율적으로 향상시킬 수 있다.
Polyacrylonitrile(PAN)/metal oxide(MO) nanocomposite mats with a thickness of 0.12 mm were electrospun by adding 0 to 10 wt% of MO nanoparticles ($Fe_2O_3$, ZnO, $SnO_2$, $Sb_2O_3-SnO_2$) into PAN. Pt electrode was patterned on $Al_2O_3$ substrate by DC sputtering and then the PAN(/MO) mats on the Pt patterned $Al_2O_3$ were electrically wired to investigate the $CO_2$ gas sensing properties. As the MO content rose, the fiber diameter decreased due to the presence of lumps caused by the presence of MOs in the fiber. The PAN/2% ZnO mat revealed a faster response time of 93 s and a relatively short recovery of 54 s with a ${\Delta}R$ of 0.031 M${\Omega}$ at a $CO_2$ concentration of 200 ppm. The difference in sensitivity was not observed significantly for the PAN/MO fiber mats in the $CO_2$ concentration range of 100 to 500 ppm. It can be concluded that an appropriate amount of MO nanoparticles in the PAN backbone leads to improvement of the $CO_2$ gas sensing properties.
고분자 재료의 사용이 늘어남에 따라 난연성 고분자 재료에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다. 고분자 재료의 난연성 향상을 위한 방법으로 제조된 섬유의 후처리 또는 섬유내 난연제의 도입에 관한 연구가 진행되고 있다. 많은 고분자들 중 탄소섬유 전구체인 폴리아크릴로니트릴(PAN)은 의류용으로도 많이 사용되고 있어서 낮은 난연성을 지닌 PAN으로 이루어진 소재의 난연성 향상이 절실히 요구되고 있다. 본 총설 논문에서는 PAN 섬유의 후처리(안정화 또는 화학반응)을 통한 난연성 PAN 섬유와, 유/무기 소재(실리카, 2차원 소재, 탄소나노튜브)과 함께 혼합하여 섬유로 제조하는 난연성 PAN 복합소재의 제조에 대한 연구를 소개하고자 한다.
Kim, Ye-Na;Park, Eun-Young;Lee, Deuk-Yong;Lee, Myung-Hyun;Lee, Se-Jong;Kim, Bae-Yeon;Cho, Nam-Ihn
한국세라믹학회지
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제44권4호
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pp.194-197
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2007
Polyacrylonitrile (PAN)/$Fe_2O_3$ nanocomposite membranes with a thickness of 0.02 mm were electrospun by adding 0 to 5 wt% of $Fe_2O_3$ into PAN. The surface tension, density, kinematic viscosity and dynamic viscosity of the PAN solution were determined to be $33.8{\pm}1mN/m$, 0.9794 g/ml, $1548.6mm^2/sec$ and 1516.7 cP, respectively. The average diameters of PAN fibers containing 0, 1 2, 3, and 4 wt% $Fe_2O_3$ particles were 300, 260, 210, 130, and 90 nm, respectively. Fourier-transform infrared spectroscopy results showed that the addition of $Fe_2O_3$ nanoparticles to the PAN mat reduced the absorption peak intensity at $2242cm^{-1}$ ($C{\equiv}N$ bond) while it caused a sharp increase in the peak intensity at $2356cm^{-1}$(C=O bond). Thus, it appears that an appropriate amount of $Fe_2O_3$ nanoparticles in the PAN backbone leads to an improvement of the performance of the $CO_2$ gas sensor, most likely due to the change of functional groups in the membrane.
고농도의 초산수용액을 분리 농축하기 위해 polyacrylonitrile (PAN) 중공사 복합막을 제조한 후 투과증발 분리실험을 통해 제조된 복합막의 분리성능을 확인하였다. 제조된 중공사 복합막의 코팅여부를 알아보고자 SEM 사진을 측정하였으며 코팅두께가 $3.85{\mu}m$로 균일하게 코팅된 것을 확인할 수 있었다. 또한 막의 투과성능평가 실험을 수행한 결과 가교제의 농도와 가교온도가 증가함에 따라 투과도는 감소하고 선택도는 증가하는 경향을 나타내었고, 대표적인 결과로 가교제인 glutaraldehyde 농도 13 wt%, 가교온도 $140^{\circ}C$에서 투과도 $250g/m^2{\cdot}hr$, 선택도 13의 결과를 얻을 수 있었으며, 또 다른 가교제로서 poly (acrylic acid) 농도 9 wt%, 가교온도 $140^{\circ}C$일 때 투과도 $330g/m^2{\cdot}hr$, 선택도 9의 값을 얻을 수 있었다.
Polyacrylonitrile(PAN) 고분자 용액으로부터 전기방사된 고분자 나노섬유를 다양한 농도의 KOH 용액을 이용하여 다공성 나노탄소섬유를 제조하였으며, 그에 따른 세공 구조 및 이산화탄소 흡착 특성을 평가하였다. PAN 용액으로부터 제조된 활성나노탄소섬유는 KOH 활성화 농도가 증가함에 따라 섬유 직경이 감소하였으며, 표면의 산소관능기가 증가하는 경향을 보였다. 또한 질소 흡착에 따른 세공특성을 분석한 결과 KOH 활성화 농도 증가에 따라 활성나노탄소섬유의 비표면적이 증가하고, 미세공은 4 M KOH로 활성화한 나노탄소섬유가 가장 많았으며, 중간세공은 8 M KOH로 활성화한 활성나노탄소섬유가 가장 많았다. 또한 0, $25^{\circ}C$에서 KOH 활성화제의 농도가 BET 및 XPS에서 나타난 것처럼 이산화탄소 흡착을 강화시키도록 세공 및 표면 특성에 영향을 주었다.
Polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers have high specific strength, elastic modulus, thermal resistance, and thermal conductivity. Due to these properties, they have been increasingly widely used in various spheres including leisure, aviation, aerospace, military, and energy applications. However, if exposed to air at high temperatures, they are oxidized, thus weakening the properties of carbon fibers and carbon composite materials. As such, it is important to understand the oxidation reactions of carbon fibers, which are often used as a reinforcement for composite materials. PAN-based carbon fibers T300 and T700 were isothermally oxidized in air, and microstructural changes caused by oxidation reactions were examined. The results showed a decrease in the rate of oxidation with increasing burn-off for both T300 and T700 fibers. The rate of oxidation of T300 fibers was two times faster than that of T700 fibers. The diameter of T700 fibers decreased linearly with increasing burn-off. The diameter of T300 also decreased with increasing burn-off but at slower rates over time. Cross-sectional observations after oxidation reactions revealed hollow cores in the longitudinal direction for both T300 and T700 fibers. The formation of hollow cores after oxidation can be traced to differences in the fabrication process such as the starting material and final heat treatment temperature.
In this study, the effect of high-energy proton irradiation on the optical properties of polyacrylonitrile (PAN) films was investigated. PAN thin films spin-coated on a substrate were irradiated 150 keV proton ions at various fluences. The changes in the chemical structure and optical properties were investigated by FT-IR and UV-vis spectroscopy. The results of the FT-IR analysis revealed that the cyclization reaction took place by proton irradiation and the degree of cyclization increased with an increasing fluence. Based on the UV-vis analysis, the optical band gap of PAN decreased from 2.84 to 2.52 eV with an increasing fluence due to the formation of carbon clusters by proton irradiation. In addition, the number of carbon atoms per carbon cluster and the number of carbon atoms per conjugation length were found to be increased with an increasing fluence.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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