KR20110044922A - 탄소 섬유의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하기를 포함하는, 재생성 기원의 원료로부터의 탄소 섬유 제조 방법에 관한 것이다:
a) 식물성 글리세롤로부터 아크롤레인을 합성하고;
b) 아크롤레인을 암모산화시켜 아크릴로니트릴을 수득하고;
c) 아크릴로니트릴을 아크릴로니트릴 단일- 또는 공중합체 (PAN) 로 중합하고;
d) PAN 을 PAN 섬유로 전환시키고;
e) PAN 섬유를 부분 산화시키고;
f) 일부 산화된 PAN 섬유를 탄화시킴.
본 발명은 또한 상기 방법에 따라 수득될 수 있는 섬유, 및 이의 용도에 관한 것이다.

Description

탄소 섬유의 제조 방법 {METHOD FOR MANUFACTURING CARBON FIBERS}

본 발명은 재생성 기원의 원료로부터의 탄소 섬유 제조 방법, 및 또한 이러한 방법에 따라 수득될 수 있는 섬유에 관한 것이다.

탄소 섬유는 탄소가 주요 화학 성분인, 5 내지 10 마이크론의 직경을 갖는 극세 섬유로 이루어지는 물질이다. 산소, 질소, 수소 및 덜 자주 황과 같은 기타 원자가 일반적으로 존재한다. 탄소 원자는 서로 결합되며, 섬유의 축에 대해 더 또는 덜 평행하게 정렬된 흑연형의 결정을 형성한다. 수천 개의 이러한 섬유가 서로 꼬여, 스트랜드 (strand) 를 형성한다. 이러한 스트랜드는 단독으로 사용되거나, 직물의 형태로 만들어질 수 있다.

탄소 섬유는 현재 가장 빠르게 개발되고 있는 물질 중 하나이다. 이는 가교된 폴리에스테르 수지 및 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지용 보강재, 또는 폴리아미드와 같은 특정 열가소성 물질의 개선제로서 사용되는데, 이는 실제로 그 중량에 비해 매우 강하고, 심지어는 종종 1 단위 중량 당 강철보다 더 강한 복합물을 수득할 수 있게 한다.

따라서, 이러한 복합물은 매우 양호한 인장 탄성율, 매우 높은 인장 강도 및 낮은 열팽창 계수를 갖는다. 이는 많은 적용물, 예를 들어 항공기 또는 우주선 부품, 스포츠 장비 (테니스 라켓 및 골프 클럽) 및 풍력 터빈에 사용되는 구조 수지에서 금속을 대체할 수 있다. 탄소 섬유는 또한, 대전 방지제로서, 이의 내식성으로 인하여 특수 전극으로서, 가압 기체 탱크, 특히 수소 저장의 보강재로서, 고온 기체의 여과시 적용된다.

탄소 섬유의 기원은 Union Carbide 에 의해 제안되었던 1958 년까지 거슬러 올라간다. 최초의 섬유는 평범한 품질이었지만, 전구체로서 폴리아크릴로니트릴 (PAN) 을 사용하여 급속한 개선이 이루어졌다. 전구체에 따라, 섬유는 상이하다: PAN 으로부터 수득되는 것은 서로 0 이 아닌 각도를 갖고 무작위로 접혀진 흑연형 면을 갖는 상당한 난층 구조이다. 2200 ℃ 초과에서의 열처리 후, 피치 (pitch) 로부터 수득되는 섬유는 흑연형이다. 따라서, 이러한 다양한 전구체로부터 수득되는 섬유는 또한 상이한 특성을 갖는다. 따라서, PAN 으로부터 수득되는 것은 일반적으로 더 양호한 인장 강도를 갖는다.

PAN 으로부터의 탄소 섬유 합성은 전형적으로, 전기로 내의 약 2000 ℃ 의 온도에서 아르곤 또는 질소 하의 불활성 분위기에서 섬유를 배치한 후, 이를 약간 산화시키기 위해 약 300 ℃ 에서 섬유를 점화 (firing) 시키는 단계를 포함한다. 이 단계 후, 섬유는 약 95% 의 탄소를 함유한다. 이후 더 고온에서의 처리는 이의 열 전도도 및 탄성율 (modulus) 을 증가시킨다.

따라서, 탄소 섬유는 이의 직물화 동안 고온이 필요하기 때문에 매우 에너지 집약적인 생성물인 것으로 이해된다. 이러한 에너지 소비는, 더 경량의 차량을 제조할 수 있게 함에 따라 수송 적용물에서의 에너지 소비를 감소시키는 탄소 섬유의 능력에 의해 보상되지는 않는다.

전기 생산이 주로 화석 자원의 소비로부터 오는 국가의 경우, 이러한 에너지 소비는 특히 환경에 해로운 온실 기체 방출의 증가를 동반한다. 이러한 방출을 감소시키기 위해, 탄소 섬유를 합성하는 방법에 조치를 취하는 것은 쉽지 않다. 그 반면, 탄소 섬유, 특히 재생성 또는 생물 기반 원료의 합성에 통상적으로 사용되는 PAN 보다 더 적은 환경적 영향을 갖는 원료를 사용할 수 있을 것으로 보인다.

이러한 맥락에서, 본 발명의 주제는 재생성 또는 생물 기반 기원의 원료로부터 탄소 섬유를 합성하는 신규한 방법이다.

더 자세하게는, 본 발명의 한 주제는 하기를 포함하는 탄소 섬유의 제조 방법이다:

a) 식물성 기원의 글리세롤로부터 아크롤레인을 합성하고;

b) 아크롤레인을 암모산화 (ammoxidation) 시켜 아크릴로니트릴을 수득하고;

c) 아크릴로니트릴을 아크릴로니트릴의 단일중합체 또는 공중합체 (PAN) 로 중합하고;

d) PAN 을 PAN 섬유로 전환시키고;

e) PAN 섬유를 부분 산화시키고;

f) 부분 산화된 PAN 섬유를 탄화시킴.

상기 방법이 이제 더 자세하게 기재될 것이다. 서론으로써, 이는 단계들이 전체 방법, 특히 수득되는 탄소 섬유의 수율 및/또는 품질에 부정적인 영향을 주지 않는 한, 상기 언급된 것 이외의 단계, 및 특히 (a) 단계 이전의 하나 이상의 단계, (f) 단계 이후의 하나 이상의 단계 및/또는 하나 이상의 중간 단계를 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다.

본 발명에 따른 방법의 제 1 단계의 경우, 아크롤레인은 식물성 기원의 글리세롤로부터 형성된다.

본 발명의 한 바람직한 구현예에 따르면, (a) 단계에서 사용되는 글리세롤은 식물성 기원의 트리글리세라이드의 트랜스에스테르화의 부산물로서 수득된다. 통상적인 트랜스에스테르화 반응은, 실제로 선형 C₁-C₁₀ 모노알코올, 예컨대 메탄올 또는 에탄올 또는 시클릭 C₃-C₆ 모노알코올을 사용하며, 이는 트리글리세라이드와 반응하여 글리세롤 및 C₁-C₁₀ 알코올의 알킬 에스테르가 수득된다. 트리글리세라이드는 R₁ 내지 R₃ 가 야자유, 아마인유, 땅콩유, 코코넛유, 해바라기유, 대두유 또는 유채유와 같은 식물성유 및 식물성 지방의 중요한 성분인, 포화 또는 (다중)불포화, 선형 또는 분지형 C₁₀-C₃₀, 예를 들어 C₁₂-C₁₈ 알킬기를 나타내는 화학식 R₁-CO-O-CH₂-CH(OCO-R₂)-CH₂-O-CO-R₃ 의 화합물이다. 이는 특히 화석 연료에 대한 대체 연료로서 추천되는 바이오디젤의 제조시에 트랜스에스테르화된다. 따라서 본 발명에 따라 사용되는 글리세롤은 식물성유로부터의 바이오디젤 제조의 부산물일 수 있다. 지표로써, 약 1 톤의 글리세롤이 10 톤의 지방산 트리글리세라이드로부터 수득된다.

트랜스에스테르화 단계는 일반적으로 (특히 높은 전단 하의) 교반 반응기, 또는 고정 또는 유동층 반응기 내에서 메탄올과 같은 용매 중에서 산 또는 염기 촉매의 존재 하에, 바람직하게는 나트륨 또는 칼륨 메톡시드와 같은 염기 촉매의 존재 하에 예를 들어 4 내지 8 시간에 걸쳐 20 내지 150 ℃, 바람직하게는 25 내지 100 ℃, 더 바람직하게는 25 내지 80 ℃ 의 온도에서 수행된다. 변형으로서, 트랜스에스테르화는 높은 온도 및 압력에서 초임계 메탄올의 존재 하에 수행될 수 있다. 일반적으로 모든 반응물은 탈수되어, 트리글리세라이드의 비누화를 방지하고 더 쉽게 글리세롤을 분리할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 방법의 (a) 단계의 경우, 글리세롤은 액상 또는 기상에서 아크롤레인으로 탈수된다. 본 발명의 한 바람직한 구현예에 따르면, 글리세롤의 아크롤레인으로의 탈수는 250-350 ℃ 및 1 내지 5 bar 에서, 분자체 산소의 존재 하에 및 유리하게는 특허 출원 WO 2006/087083 에 기재된 바와 같은 산성 고체 촉매와 함께, 바람직하게는 특허 출원 WO 2006/087084 에 기재된 바와 같은 -9 내지 -18 의 해밋 (Hammett) 산도 함수 H₀ 를 갖는 강산 유형의 촉매의 존재 하에 수행된다.

변형으로서, 글리세롤의 탈수는 250 내지 400 ℃, 바람직하게는 260 내지 300 ℃ 의 온도 범위에서 가열함으로써, 특허 출원 US 2008/119663 에 기재된 바와 같이 수행될 수 있다. 액상에서의 반응의 경우, 압력은 반응 매질이 액체 상태로 유지되도록 예를 들어 1 내지 50 bar 로 조절된다. 균질 또는 비균질 산 촉매, 및/또는 미네랄산의 염, 예컨대 칼륨 또는 나트륨 (히드로겐)술페이트는 반응을 가속화하는데 사용될 수 있다. 따라서, 균질 산 촉매 예컨대 황산, 인산, 톨루엔술폰산 또는 메탄술폰산, 또는 비균질 촉매 예컨대 HZSM-5 또는 MCM-22 유형의 제올라이트, 금속 산화물 예컨대 인산과 같은 무기산으로 피복된 알루미늄 산화물, 또는 이온 교환 수지를 사용할 수 있다. 변형으로서, 리파아제 또는 에스테라아제와 같은 생촉매를 사용할 수 있다.

본 상세한 설명은, 문헌 US 2008/0119663 에서 교시한 것처럼 상기 기재된 바와 같은 탈수 촉매의 존재 하에서, 트리글리세라이드로부터 형성됨과 동시에 아크롤레인으로 탈수되는 것으로부터 글리세롤을 배제하지 않는다. 이러한 경우, 이후 임의의 적합한 방법, 예를 들어 증류, 추출, 상 분리 또는 막 분리에 의해 반응 매질로부터 아크롤레인의 분리를 수행하는 것이 바람직할 것이다. 그러나 아크롤레인의 수율을 최적화하기 위해, 트랜스에스테르화 및 탈수 단계를 개별적으로 수행하는 것이 바람직하다. 이를 실행하기 위해, 글리세롤은 유리하게는 증류, 막 분리 또는 상 분리에 의해 트랜스에스테르화 반응 매질로부터 추출된다. 이는 임의로는 이후 아크롤레인으로 전환되기 전에 소량으로 함유하고 있는 비누, 염 및 염기를 제거하기 위해 정제될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 (a) 단계에서 제조되는 아크롤레인은 이후 (b) 단계에서, 아크릴로니트릴을 수득하기 위해 하기의 반응 도식에 따라 암모산화된다:

이러한 암모산화 단계는 당업자에게 잘 공지되어 있으며, 특히 비소 및 덜 전기음성적인 성분의 하나 이상의 산소화 염 (oxygenated salt) 으로부터 형성되는 촉매 상에 아크롤레인, 암모니아, 공기 및 불활성 기체의 혼합물을 통과시킴으로써 200-450 ℃ 에서 수행될 수 있다. 이러한 유형의 방법은 특허 출원 FR 1 410 967 에 기재되어 있다. 변형으로서, 250-350 ℃ 의 온도에서 몰리브덴계 촉매를 사용함으로써 문헌 DE-1 070 170 에 기재된 바와 같이, 또는 300-550 ℃ 의 온도에서 주석 및 안티몬계의 촉매 상에 반응 혼합물을 통과시킴으로써 문헌 US-3,094,552 에 기재된 바와 같이, 또는 그 밖에 250-600 ℃ 의 온도에서 실리카, 몰리브덴 산화물 및 인산의 혼합물로부터 형성되는 촉매의 존재 하에 특허 GB-709 337 에 기재된 바와 같이 수행될 수 있다.

이에 따라 수득된 아크릴로니트릴은 본 발명에 따른 방법의 (c) 단계에서 중합된다. 아크릴로니트릴은 단일중합되거나, 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 하나 이상의 기타 단량체, 바람직하게는 아크릴 단량체, 즉 (메트)아크릴산의 단량체 또는 (메트)아크릴산의 알킬 에스테르, 예컨대 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트 또는 아크릴산의 단량체와 공중합될 수 있다. 실제로, 중합될 단량체의 총중량에 대해 10 중량% 초과로 존재하지 않는 한, 이러한 공단량체는 이후의 (e) 단계에서 열 효과가 더 양호하게 조절되게 한다 (Gupta, A.K. et al ., JMS-Rev. Macromol. Chem. Phys. C31, 1991). 이러한 공단량체는 재생성 기원의 그 자체일 수 있다. 따라서, 아크릴산은 글리세롤로부터 수득될 수 있고, 메틸 메타크릴레이트는 이의 합성을 통해 재생성 기원의 아세톤 및 메탄올을 혼입할 수 있다. 메틸 아크릴레이트는 아크릴로니트릴에 대해 극성에 매우 가깝기 때문에 본 발명에서 사용하기에 바람직하다.

아크릴로니트릴의 (공)중합은 특허 출원 US　2004/068069 에 기재된 바와 같이, 임의로는 아조비스이소부티로니트릴 (AIBN) 과 같은 활성화제 또는 아조카르복실산 에스테르의 존재 하에서 디메틸술폭시드 (DMSO) 또는 디메틸포름아미드 (DMF) 유형의 용매를 사용하여, 라디칼 용액 중합에 의해 통상적 방식으로 수행될 수 있다. 변형으로서, 아크릴로니트릴의 (공)중합은 예를 들어 나트륨 티오시아네이트, 염화아연 또는 과염소산 나트륨 존재 하에 수성 분산물 중에서 수행될 수 있다. 사용될 수 있는 중합 방법은 특히 ["Polymerization of acrylic fibers", Encyclopedia of Polymer Science, Vol. 1, pp. 334-338, 1985] 에 기재되어 있다. PAN 으로 나타내는 수득된 단일중합체 또는 공중합체는 일반적으로 약 80,000 내지 120,000 g/mol 의 중량-평균 분자량을 갖는다.

이러한 PAN 은 이후 본 발명에 따른 방법의 (d) 단계에서 섬유로 형성된다. 이러한 단계는 여러 방법으로 수행될 수 있다.

한 방법에 따르면, PAN 을 알킬 카르보네이트, 특히 에틸렌 카르보네이트 (에틸렌 글리콜 및 탄산의 에스테르) 와 같은 하나 이상의 가소제와 혼합하며, 이를 110-160 ℃ 에서 가열하여 연화시키고, 미세 다이 (die) 를 통해 주입하여 예를 들어 물로 구성된 배쓰 (bath) 에 낙하시키는데, 여기서 이는 섬유 형태로 응고되고 고형화된다. 이러한 방법은 직물 아크릴 섬유를 제조하는데 사용되는 방법과 상당히 유사하다.

또다른 방법에 따르면, PAN 을 용매 (DMSO, DMF, DMA 또는 무기염의 수용액) 에 용해시키고, 이를 미세 다이를 통해 수취 챔버 (receiving chamber) 또는 건조 오븐에 주입하는데, 여기서 중합체는 용매의 증발 후에 고형 섬유를 형성한다.

모든 경우에서, 이와 같이 수득되는 섬유를 세척하고, 원하는 섬유 직경이 얻어질 때까지 연신시킨다. 연신은 또한 이후 탄화 동안 탄소-탄소 결합의 정확한 형성을 촉진하고, 우수한 고화성을 갖는 섬유를 생성할 분자 종류가 배열되게 할 수 있다.

실제 탄화 이전에, 섬유는 이의 원자 배열을 더 가교된 구조로 전환하기 위해 화학적으로 약간 변형될 필요가 있다. 안정화 또는 부분 산화 공정으로 공지된 이러한 공정은 본 발명에 따른 방법의 (e) 단계를 구성한다.

이러한 공정은 공기의 존재 하에서 수십 분 동안 200-300 ℃ 로 PAN 섬유를 가열함으로써 수행된다. 이러한 방식으로, 섬유가 이의 원자 배열을 변형시키고 극성 표면 관능기가 형성되며; 이는 가소성 상태로부터 열적으로 안정한 불용해성 상태로 변화시킨다. 이러한 반응은 발열성이기 때문에, 열폭주가 발생할 수 있으므로 열 전달이 제어되는 것을 확실히 하는 것이 바람직하다.

안정화 공정 이후, 본 발명에 따른 방법의 (f) 단계를 구성하는 실제 탄화는, 불활성 기체로 퍼지되고 공기가 노 (furnace) 에 재진입하는 것을 방지하기 위해 대기압 초과의 압력에서 유지되는 노에서 1200 내지 1500 ℃ 의 온도로 (e) 단계로부터의 섬유를 가열함으로써 수행된다.

탄화 동안, 탄소 이외의 대부분의 원자는 산소 및 수소에 대해서는 수증기, 질소 원자에 대해서는 시안화 수소 및 암모니아, 기체 질소, 일산화탄소 및 이산화탄소의 형태 (극성 표면 관능기로부터 기원함) 로 축출된다. 이러한 원자의 배제는 강한 결합을 형성함으로써 탄소가 미세결정질 형태로 구성될 수 있게 한다. 탄화는 임의로는 전체 과정의 더 양호한 조절을 위해, 2 개의 상이한 온도에서 2 단계로 수행될 수 있다. 따라서 제 1 탄화 단계는 400-800 ℃ 에서 수행될 수 있으며, 섬유는 임의로는 이러한 단계 동안 연신된다.

이러한 탄화 단계의 마지막에서, 처리 온도에 따라 "고강도" 또는 "중탄성율" 섬유로 공지된 섬유가 수득된다. 이후 2000 내지 3000 ℃ 의 흑연화 단계는 임의로는 "고탄성율" 섬유로 공지된 섬유를 수득할 수 있게 한다.

탄화/흑연화 이후, 섬유와 섬유가 혼입될 매트릭스의 접촉을 증진시키기 위한 관점에서 기타 단계가 수행될 수 있다. 따라서, 예를 들어 공기 또는 이산화탄소의 존재 하에서 처리하거나, 차아염소산나트륨, 질산, 또는 황산, 수산화나트륨 및 중탄산암모늄의 용액으로 액상에서 처리함으로써 이의 표면을 약하게 산화시킬 수 있다. 모든 이러한 공정은 매트릭스에 대해 불완전한 접착력을 야기할 수 있는 표면 결함의 생성을 피하기 위해 잘 제어되어야만 한다.

섬유는 또한 이의 수송, 직조 또는 권취 동안 이를 보호할 목적으로 사이즈 처리 (sizing treatment) 또는 오일 처리될 수 있다. 이러한 처리는 섬유에 코팅 물질을 적용하는 것으로 이루어지며, 이러한 코팅 물질은 복합물의 제조에 사용되는 접착제와 상용 가능하도록 선택되며, 이는 예를 들어 에폭시드 수지, 폴리에스테르 또는 폴리우레탄으로부터 선택될 수 있다.

본 발명의 또다른 주제는 상기 기재된 방법에 따라 수득될 수 있는 탄소 섬유이다.

이러한 탄소 섬유는 상당한 양의 재생성 또는 생물 기반 기원 또는 보다 동시대적 기원의 탄소, 즉 ¹⁴C 를 포함하는 것을 특징으로 한다. 실제로, 살아있는 유기체, 특히 본 발명에 따른 방법의 제 1 단계에 사용되는 식물성 물질로부터 취해진 모든 탄소 샘플은 하기 3 가지 동위 원소의 혼합물이다: 주변과의 지속적인 탄소 교환에 의해 일정하게 유지되며 1.2 × 10^{- 12} 인 ¹⁴C/¹²C 비율의 ¹²C, ¹³C 및 ¹⁴C. 비록 ¹⁴C 가 방사성이고 이의 농도가 경시적으로 감소될지라도, 이의 반감기는 5730 년이므로, ¹⁴C 함량은 식물성 물질의 추출에서부터 섬유의 제조시까지 및 심지어 섬유의 사용 종료시까지 일정한 것으로 여겨진다.

더 자세하게는, 본 발명에 따른 탄소 섬유는 10^-12 초과 1.2 × 10^-12 이하인, ¹²C 함량에 대한 ¹⁴C 함량의 동위 원소 비율을 갖는 것으로 여겨지며, 이때 ¹⁴C 는 6 개의 양성자 및 8 개의 중성자를 갖는 동위 원소를 나타내는 반면, ¹²C 는 6 개의 양성자 및 6 개의 중성자를 갖는 안정한 동위원소를 나타낸다. 100% 의 재생성 탄소를 함유하는 탄소 섬유는 1.2 × 10^{- 12} 이하의 ¹⁴C 를 함유한다.

탄소 섬유의 ¹⁴C 함량은 고고학 유물, 고목재, 뼈, 토탄 (peat) 또는 심지어 바다 조개의 연대 결정을 위한 잘 공지된 기술에 따라 측정될 수 있다. 이는 예를 들어 하기 기술에 따라 측정될 수 있다:

- 액체 섬광 분석기에 의한 방법: 이 방법은 ¹⁴C 의 붕괴로부터 야기되는 "베타" 입자를 계수하는 것으로 이루어진다. 공지된 질량의 샘플 (공지된 수의 탄소 원자) 로부터 야기되는 베타 방사선을 특정 시간에 걸쳐 측정한다. 이러한 "방사성" 은 ¹⁴C 원자의 수에 비례하므로, 측정할 수 있다. 샘플에 존재하는 ¹⁴C 는 베타 방사선을 방출하고, 이는 섬광 액체 (신틸레이터 (scintillator)) 와 접촉하여 양성자를 발생시킨다. 이러한 양성자는 상이한 에너지 (0 내지 156 keV) 및 ¹⁴C 스펙트럼으로 공지된 형태를 갖는다. 이러한 방법의 두 변형에 따르면, 분석은 적합한 흡수 용액 중의 탄소계 샘플에 의해 사전에 생성된 CO₂, 또는 탄소계 샘플의 벤젠으로의 사전 전환 이후의 벤젠에 초점을 맞춘다.

- 질량 분석기에 의한 방법: 샘플을 흑연 또는 기체형 CO₂ 로 환원시킨 후, 질량 분석기에서 분석한다. 이러한 기술은 가속 장치 및 질량 분석기를 사용하여, ¹²C 이온으로부터 ¹⁴C 이온을 분리하고, 이에 따라 두 동위 원소의 비율을 측정한다.

물질의 ¹⁴C 함량을 측정하기 위한 이러한 방법은 ASTM D 6866 표준 (특히 D6866-06) 및 ASTMD 7026 표준 (특히 7026-04) 에 정확하게 기재되어 있다. 이러한 방법은 샘플의 ¹⁴C/¹²C 비율을 측정하고, 이를 100% 재생성 기원의 참조 샘플의 ¹⁴C/¹²C 비율과 비교하여, 샘플 중 재생성 기원의 탄소의 상대 백분율을 얻는다.

따라서, 본 발명의 또다른 주제는 2 × 10^-11 초과, 예를 들어 5 × 10^-11 초과, 바람직하게는 10^-12 초과, 최대 1.2 × 10^{- 12} 인, ¹²C 함량에 대한 ¹⁴C 함량의 동위 원소 비율을 갖는 탄소 섬유이다.

본 발명에 따른 탄소 섬유는, 특히 강화 복합물에 통상적으로 사용되는 모든 적용물에서, 특히 항공기 또는 우주선 부품, 스포츠 장비 (테니스 라켓 및 골프 클럽) 및 풍력 터빈의 제조에서; 고온 기체의 여과에서; 대전 방지제로서; 특수 전극으로서; 또는 가압 기체 탱크, 특히 수소 저장의 보강재로서 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 또다른 주제는 전술한 탄소 섬유의 상기 용도이다.

Claims (11)

1. 하기를 포함하는 탄소 섬유의 제조 방법:
   a) 식물성 기원의 글리세롤로부터 아크롤레인을 합성하고;
   b) 아크롤레인을 암모산화시켜 아크릴로니트릴을 수득하고;
   c) 아크릴로니트릴을 아크릴로니트릴의 단일중합체 또는 공중합체 (PAN) 로 중합하고;
   d) PAN 을 PAN 섬유로 전환시키고;
   e) PAN 섬유를 부분 산화시키고;
   f) 부분 산화된 PAN 섬유를 탄화시킴.
2. 제 1 항에 있어서, (a) 단계에서 사용되는 글리세롤이 식물성 기원의 트리글리세라이드의 트랜스에스테르화의 부산물로서 수득되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 글리세롤이 식물성유로부터의 바이오디젤 제조에서 부산물로서 수득되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, (a) 단계에서 글리세롤이 250 내지 400 ℃, 바람직하게는 260 내지 300 ℃ 범위의 온도에서 가열함으로써 아크롤레인으로 탈수되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, (c) 단계에서 아크릴로니트릴이 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트 또는 아크릴산과 같은 하나 이상의 아크릴 공단량체와 공중합되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 공단량체가 중합될 단량체의 총 중량에 대해 10 중량% 초과를 나타내지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, (e) 단계에서 PAN 섬유의 부분 산화가 공기의 존재 하에서 수 분 동안 200-300 ℃ 로 섬유를 가열함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, (f) 단계에서 PAN 섬유의 탄화가, 불활성 기체로 퍼지되고 대기압 초과의 압력으로 유지되는 노에서 1200 내지 1500 ℃ 의 온도로 섬유를 가열함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 수득될 수 있는 탄소 섬유.
10. 5 × 10^-11 초과, 바람직하게는 10^-12 초과인, ¹²C 함량에 대한 ¹⁴C 함량의 동위 원소 비율을 갖는 탄소 섬유.
11. 강화 복합물을 위한, 특히 항공기 또는 우주선 부품, 스포츠 장비 (테니스 라켓 및 골프 클럽) 및 풍력 터빈의 제조에서; 고온 기체의 여과에서; 대전방지제로서; 특수 전극으로서; 또는 가압 기체 탱크, 특히 수소 저장의 보강재로서의 제 9 항 또는 제 10 항에 따른 탄소 섬유의 용도.