초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
▶ 생화학 유해가스 선택흡착용 고기능성 활성탄소섬유 및 보호구 응용 제품 개발
- 화생방 보호의 제조기술 개발
- 활성탄소섬유 미세기공 제어기술 개발
- 활성탄소섬유 표면개질 기술 개발
- 화생방 방독면용 중공필터 개발
- 부직포형 나노활성탄소섬유 제조기술 개발
- 활성탄소섬유 기반 유해가스용 가스센서 전극 개발

□ 개발내용 및 결과
▶ 화생방 보호의용 활성탄소섬유 원단 개발
- 원단 강도 : 1.0 kgf/cm 이하 → 9.9 kgf

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
▶ 생화학 유해가스 선택흡착용 고기능성 활성탄소섬유 및 보호구 응용 제품 개발
- 화생방 보호의 제조기술 개발
- 활성탄소섬유 미세기공 제어기술 개발
- 활성탄소섬유 표면개질 기술 개발
- 화생방 방독면용 중공필터 개발
- 부직포형 나노활성탄소섬유 제조기술 개발
- 활성탄소섬유 기반 유해가스용 가스센서 전극 개발

□ 개발내용 및 결과
▶ 화생방 보호의용 활성탄소섬유 원단 개발
- 원단 강도 : 1.0 kgf/cm 이하 → 9.9 kgf/cm
- 비표면적 : 1,381 m²/g
- 세탁내구성(비표면적 유지율) : 95%(5회 세탁 후)
- 저중량 PAN Precursor 개발 : 6K → 3K → 1K
▶ 화생방 보호의 개발
- 시제품 제작 : 7벌(6K 3벌, 3K 3벌, 1K 1벌)
- 보호의 저중량화 : 상하의 합계 2.76 kg(ref. 대비 4.8%↓)
- 인증 평가(NATO 화생방보호의인증(TNO) 평가)
· 소재 평가 : NATO보호의 기준치 통과 (군사비밀로 기재불가)
: Vapour Test(HD) : <19 ㎎.min/㎥
: Convective Flow Test(HD) : <68 ㎎.min/㎥
: Convective Flow Test(GD) : <35 ㎎.min/㎥
· 보호의 Full Suit 평가 : 보호의설계 및 기타 보호용품 개선필요
▶ 생화학 모델가스 흡착평가 기술 개발
- DMMP 흡착평가
· 전문가 입회시험을 통한 파과시간 120.02min, 흡착량 1.5g, 회복성 82.11% 달성
- SOx 흡착평가
· 전문가 입회시험을 통한 파과시간 12.22min, 흡착량 1,926mg, 회복성 83.74% 달성
- NOx 흡착평가
· 전문가 입회시험을 통한 파과시간 17.53min, 흡착량 1,815mg, 회복성 71.35% 달성
▶ 방독면용 블록 필터 개발
- DMMP 센서 민감도 : 24.49%
- DMMP 센서 응답속도 : 623sec
- 건조함량 : 4.52%
- 공기저항 : 74㎜H₂O

□ 기술개발 배경
- 활성탄소섬유는 활성화 조건에 따라 높은 비표면적과 다수의 micro-pore를 보유하고, 높은 흡착성능과 전도성 및 감도, 빠른 기체 감응시간을 보유하여 다른 재료보다 가스 검지 효율이 높은 재료임
- 활성탄소섬유의 성능을 증가시키기 위해서는 활성탄소섬유의 기공 제어 기술이 필요하며, 활성탄소섬유의 기공조절을 통하여 흡착성능 및 가스 검지가 우수한 활성탄소섬유의 제조기술을 확보하고자함
- 본 연구개발에서는 주관기관이 보유하고 있는 셀룰로오스계(라이오셀) 필라멘트 섬유와 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 필라멘트 섬유에 활성화 기술을 개발하여, 기존 분말 또는 비드 형태의 활성탄소보다 흡착성능이 우수하면서도 내구성도 우수한 필라멘트형 활성탄소섬유 직물을 보호의에 적용하고자 함
- 이를 위하여 활성탄소섬유의 미세기공 형성에 적합한 라이오셀과 PAN의 중합과 방사 기술, 내염화 및 활성화 공정 기술, 수축을 고려한 직물 설계 및 직조 기술의 개발을 통해 고성능 고내구성의 필라멘트형 활성탄소섬유 직물 원단의 제조에 관한 원천기술을 확보하고자 함

□ 핵심개발 기술의 의의
▶ 활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber, ACF)
- ACF는 분말 또는 비드 형태의 활성탄소에 비해 매우 빠른 흡착속도와 흡착량을 갖고 있어, 세정에 의한 오염원의 제거가 용이하고, 내구성도 매우 우수함
- 본 과제를 통해 내구성과 흡착성능이 우수한 활성탄소섬유를 보호의에 적용하였고, 한국군에 적용 시 기존의 보호의 대비 성능과 내구성 동시에 우수한 화생방 보호의 제조 가능
▶ Filament Precursor 제조 기술
- Precursor의 기계적 물성치 저하 최소화와 실질적인 흡착 메커니즘에 관여하는 Nano Size 활성화 미세기공 형성에 최적화된 원료 중합 및 방사 기술 개발
- 고강력 산업용 원사(Cellulose계 , PAN계) 제조 기술 응용 및 차별화를 통한 ACF용 5.0~8.0g/d의 고강도 활성탄소섬유 Precursor 개발
- 탄화/활성화 수율 증가 및 열처리 비용 감소를 위한 다양한 PAN계 Precursor 개발 : CNT, Graphene Blend
▶ 활성탄화 설비 기술
- 설비 중심적 활성탄소섬유 연속공정 자체 설계를 통해 폭 300mm 수준의 연속식 내염화/탄화/활성화 장비 개발
- PAN 계열 원단에 화학적 처리 없이 직접 내염화를 통한 공정 단순화 및 활성화 공정 기술 개발
- 당사 탄소섬유 개발 기술 응용과 화학연구원의 Batch식 활성화 기술의 연속 공정 도입 기술 적용 및 설비 보완
▶ 활성탄화 기술
- 한국화학연구원의 Batch식 활성화 기술 결과 Feedback을 통한 Fine tuning
- 비표면적 1,300m²/g 이상의 고성능 활성탄소섬유 원단의 연속식 활성화 기술 개발
▶ 활성탄화섬유용 특수제직 기술
- 소재별로 상이한 탄화 활성화 시 60~95 wt%의 중량 감소와 이에 따른 수축을 극복하기 위한 제직 기술 개발
- 기존 방탄직물 및 탄소섬유 직물의 제직 기술의 응용
▶ 활성탄소섬유 표면의 다양한 관능기 도입
- 기상 불소화 표면개질 반응에 의한 불소 관능기 도입
- 처리된 표면에 따라 hydrophobic, hydrophilic, cationic, anionic등의 다양한 성질을 띠며, 이러한 성질등을 이용하여 앞서의 넓은 표면적을 가지는 활성탄소섬유의 선택적 가스 흡/탈착 기능을 부여
- 할로겐 가스(불소) 단독 혹은 질소, 산소 가스 등과 혼합한 반응가스를 사용하여 다양한 성질의 관능기를 부여할 수 있음
▶ 활성탄소섬유 표면의 다양한 관능기 도입
- 다양한 활성화법을 이용한 활성탄소섬유의 기공 성형/제어(KOH, NaOH, MgO, SiO₂등의 활성화제 도입에 의한 선택가스 맞춤형 기공성형)
- 선택적 가스흡착을 위한 활성탄소섬유의 미세기공 제어기술 개발
- Micropore (w<2 nm), Mesopore (250nm) 단위의 미세기공 제어기술 최적화
- 선택가스의 분자량 및 분자크기에 따른 맞춤형 기공형성 기술 보유
▶ Carbon Prepreg Waste의 Batch식 탄화/활성화 기술
- Waste의 섬유 길이를 동일하게 가공 기술개발
- Recycle시 발생하는 Waste에 존재하는 Matrix Resin의 탄화 흄의 처리 기술개발
▶ 활성화 처리된 Recycle ACF의 부직포 제조 및 복합화 기술을 통한 Filter Module Cost Down
- 대기정화에 적합한 Nano Size 기공 분포가 높은 특정 섬유장 분포를 갖는 Recycle ACF의 개선 및 부직포화
- 대기정화 성능개선 및 Filer 압력손실을 최소화한 활성탄소와 복합모듈 제작

□ 적용 분야
▶ 군수 분야
- 고성능 유해가스 흡착 보호의
- 방독면 필터
▶ 민수 분야
- 수처리 분야 : 상하수도 정폐수장 수처리용
- 대기처리 분야 : Scrubber, 도로펜스, 스모그 타워 등
- 생활용 : 공기청정기 탈취필터, 미세먼지 마스크 등
- 원자력발전용 : 오염 토양 수거용 DMT Bag 등
- 에너지 저장용 : Capacitor, RFB 전극재 등

(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 14
• 목차 ... 21
• 제 1 장 서론 ... 23
• 제 1 절 과제의 개요 ... 23
• 1. 개발 대상 기술․제품의 개요 ... 23
• 2. 제품구현을 위한 대상기술 ... 28
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 32
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 32
• 1. 최종 목표 ... 32
• 2. 개발기술의 평가 방법 및 평가 항목 ... 33
• 3. 정량적 목표 항목의 평가방법 및 평가환경 ... 35
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 37
• 1. 단계별 기술개발 추진 방법 ․ 전략 ... 37
• 2. 신뢰성 확보 방안 ... 39
• 3. 생화학 가스 실증평가 및 인증획득 계획(로드맵) ... 39
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 40
• 1. 1차년도 ... 40
• 2. 2차년도 ... 47
• 3. 3차년도 ... 49
• 4. 4차년도 ... 51
• 5. 5차년도 ... 53
• 6. 6차년도 ... 56
• 7. 7차년도 ... 58
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 60
• 1. 보안등급의 분류 및 결정 사유 ... 60
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 60
• 제 3 장 결과 ... 61
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 61
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 61
• 2. 기술개발 결과(정량적 목표항목) ... 67
• 3. 연구개발 추진 실적 ... 68
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 375
• 1. 기술개발 추진 체계 ... 375
• 2. 기술개발팀 편성도 ... 375
• 제 3 절 자체보안관리진단표 ... 376
• 1. 기관명 : 코오롱인더스트리(주) 구미공장 ... 376
• 2. 기관명 : 한국화학연구원 ... 377
• 3. 기관명 : 충남대학교 산학협력단 ... 378
• 제 4 장 사업화 계획 ... 379
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 379
• 1. 보호복 ... 379
• 2. 활성탄소(AC) 및 활성탄소섬유(ACF) ... 379
• 제 2 절 사업화 계획 ... 382
• 1. 개발 완료 후 상용화 계획 ... 382
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 384
• 1. 민수용 활성탄소섬유 응용제품 개발 ... 384
• 끝페이지 ... 386