PEDOT-PSS 분산액을 이용한 폴리우레탄 바인더 코팅 전기 전도성 섬유

••••정보의 장

요 약

폴리우레탄 기반 코팅제를 합성하기 위해 에틸

렌 글리콜과 (3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티

렌 설폰산 (PEDOT-PSS) 분산시켜 전기 도전성 섬

유 코팅제를 제조하였다. 합성은 cone-and-plate

레오미터를 사용하여 유사한 점도를 갖도록 설계

되었다. 합성은 폴리(에틸렌)테레프탈레이트 기재

에 직접 도포하였다. 완성된 코팅제 PEDOT-PSS

는 0.7-6.2wt%로 가공처리하고, 19-155g/m2 중

량을 나타내는 시료를 20℃에서 4시간, 150℃에

서 10분간 건조시켰다. 링 프로브와 표면 토폴로지

를 이용하여 측정한 표면저항은 전자 현미경 (SEM)

으로 관찰하였다. 저항값 측정에 커다란 영향을 미

치는 PEDOT-PSS 농도는 5가지 범위로 증가시키

면서 처리하였다. 가장 가파른 감소는 1-3wt%의

PEDOT-PSS에서 발생하였으며 이것은 여과 한계

점을 나타낸다. 증가한 코팅물의 10배 저항력의 저

하를 나타내지만 샘플이 건조 이후에 노출된 경우

시료의 저항에 큰 영향은 건조 조건의 변화에는 영

향을 미치지 못했다.

서 론

지난 10년간 '스마트 섬유'의 개념은 단순히 표현

이상으로 발전하고 있다.1,2 기술적인 연구의 발전은

새로운 재료와 다른 재료와의 복합화로 완전히 새로

운 범위를 만들고 응용하는 길을 열었다. 섬유는 인

간의 삶 어디에나 함께 하며, 종이나 플라스틱 등의

재료보다 상대적으로 높은 유연성과 내마모성을 자

랑하며 '스마트'기술을 통합하는 가장 유력한 후보이

다. 이러한 섬유는 센서3 및 액츄에이터4, 정전기 방

전(ESD)보호5, 전자기 간섭(EMI)방패6와 가열 또는

냉각장치7,8 등의 응용분야에서 공통적으로 요구되어

지는 전기 도전성을 가지고 있다. 섬유 코팅 및 가

공의 영역 내에서 전도성은 금속 도금9 및 섬유 기재

상에 직접 코팅 또는 도전성 고분자 복합체(CPC)10

에 인쇄하거나 공역 고분자(Polypyrrole과 dopant)

를 이용하여 섬유표면에서 중합으로 제조할 수 있다11. 직접 코팅 방법은 섬유 기재의 가치를 높이는 가

장 오랜된 방법12으로, 일반적으로 직물 기재에 고분

자 물질을 부은 후 칼로 도말하고 건조한다. 건조 단

계에서 고분자 가교가 일어나고 결합하며, 건조 시

에 배합물과 고분자 입자에서 수분(또는 다른 용매)

증발에 의해 코팅이 된다. 금속 또는 탄소와 같은 필

러는 일반적으로 CPC를 만들기 위해 배합에 첨가된

다. 도금/스퍼터링과 CPC 코팅 두 방법은 환원 또는

산화되는 특정 공역 고분자의 전도도와 관련 있다고

35년 전에 Shirakawa 등에 의해 연구되었다.13,14 섬

유 기재 위에서 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜

을 중합하는 방법15,16은 1989년부터 알려져 있으며,

이 기술을 기반으로 Eeonyx사는 Eeontex 제품으로

시판되고 있다.

공역 고분자 계의 또 다른 흥미로운 점은 폴리

(3,4 -에틸렌디옥시티오펜)-폴리스티렌 설폰산

(PEDOT-PSS)이 첨가된 PEDOT는 산화반응이 일

어날 수 있는 안정적인 공역 고분자가 되며, PPS의

분산성과 전도도가 향상된다.17 PEDOT-PSS의 물

22 DYETEC VISION

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분산액은 시판되고 있으며, 유리, 플라스틱, 세라믹

등의 기판 코팅제로 사용되고 있다.18 이러한 작업이

직물에 코팅하는 과정을 수월하게 만들었으며, 섬유

기재에서 합성하는 방법이 초점이 된다.

PEDOT-PSS 필름의 전도성은 에틸렌글리콜과

같이 특정 고 비점 용제의 첨가에 의해 증가되는 것

을 발견했다.19 이 현상의 메커니즘은 PEDOT-PSS

입자의 팽윤되고 보다 확장된 중합체 사슬 연결 형

성됨으로써 도전성 입자 간의 전자 수송과 접촉을

촉진한다.

본 연구에서는 공역 폴리머 계를 이용한 직접 코

팅 방식으로 전도성 직물을 연구하였다. 이 방법에

대한 몇 가지 참고문헌이 포함되어 있다. 아크릴 바

인더와 공역 고분자 계를 첨가하여 1010Ω/square

를 나타내는 polypyrrole(PanipolⓇ W)과 104Ω/

square의 Polyaniline(EeonomerⓇ 7000) 사이

의 저항 값을 가지는 폴리에스테 기질에 대한 연구

가 있으며20, 분산된 Polyaniline(OrmeconⓇ : D

1012W-1, D 1032W 그리고 D 1005W-1)과 분

산된 PEDOT-PSS(Clevios P)를 직물에 처리하고

acrylate와 폴리우레탄 또는 실리콘 바인더를 이용

하여 연구 된 것이 있으며, PEDOT-PPS 가공의 경

우 106Ω의 저항값을 나타내었고, Polyaniline 가공

의 경우 최고 104Ω의 저항값을 나타내었다.21 두 연

구는 폴리아닐린 제품과 가공의 어려움을 보고하고

합성 최적화의 중요성을 강조했다. 두 연구논문에

모두 마찰 견뢰도를 코팅의 수준을 평가하는 척도로

나타내지 않았다.12 또한, 에틸렌 글리콜과 같은 전

도성 향상제의 첨가를 하지 않았다. 고형분 함유량

1.09 wt%의 함량을 가지는 PEDOT-PSS 분산액을

이용하였을 때의 유변학적 거동의 변화를 관찰하였

다. 실제 코팅 단계에 해당하는 전단 속도에서 점도

가 흘러 거친 표면에 평평하게 하는 코팅을 위해서

충분히 점도를 낮춰야 하며, 낮은 전단 속도에서의

점도는 필름이 형성되는 동안에 완전히 직물을 통과

하지 않거나, 기공(유출)을 덮지 않아야 한다.

증점제는 이미 모든 직접적인 섬유 코팅 방법에

사용되고 있으며, 특수한 배합을 위한 유동 개질제

는 PEDOT-PSS 분산이 필요할 경우에 첨가한다.

이전 연구에서 소수성의 에톡실화 우레탄(HEUR)

유동 개질제인 BorchiⓇ GEL L75N를 사용하여 에

틸렌글리콜과 PEDOT-PSS 분산액 코팅제의 희박

효과를 연구하였다.22 PEDOT-PSS 분산액을 소량

(20 wt이하%) 첨가하면 사용되는 물의 양이 절반을

사용하는 효과를 나타내는 희박 효과를 보여주었다.

따라서 PEDOT-PSS 분산액의 양이 낮아지면, 팽

윤된 입자는 분산 시에 주목할 만한 부피를 차지하

는 것을 보여주고 있다. BorchiⓇ GEL L75N에 대

한 연구는 희박효과에 대한 상용성이 우수한 개질제

이다. BorchiⓇ GEL L75N에 대한 추가적인 연구들

은 Orgiles-Calpena에 의해 진행되었다.23

본 연구에서는 산업적으로 이용가능한 직접 코팅

에 사용하기 위해 열가소성 폴리우레탄 바인더와

PEDOT-PSS를 이용하여 높은 전도성의 섬유 코팅

기술을 기술하였으며,표면 저항에 미치는 영향으로

PEDOT-PSS의 양과 에틸렌글리콜의 양, 코팅 퇴

적물 및 건조 단계를 검토하였다.

실 험

재료

기재. 기재로는 평직 황백색의 PET 방적사 직물

을 정련 후 열고정(Almedahl-kinna AB, Sweden)

을 하여 사용하였다. 직물 원단의 서로 다른 부분에

서 10개의 시편을 채취하여 측정한 결과, 직물의 밀

도는 159 g/m2이었다.

코팅 조성

상업적인 섬유 코팅제인 Performax 16297G

(Diazo Kemi AB, Sweden) 바인더를 사용했으

며, 이 바인더는 하이드록시에틸셀룰로스(HEC)를

23

이용하여 제조된 걸쭉한 수분산액인 지방족 폴리

에스터-폴리우레탄 열가소성 바인더로써 유사 가

소성 거동을 보인다. 고형분 함량은 35 wt%로 조

절하여 사용하였다. PEDOT-PSS 분산액으로 사

용된 Clevios ™ PH 1000 (Heraeus/H.C Starck

GmbH, 독일)의 고형분 함량은 1.09 wt%이며, 점

도는 33 mPa·s(20℃) 평균 입자 직경은 30nm이

다. 전도도 개선제로 사용된 에틸렌글리콜(Sigma

Aldrich)의 끊는점은 198℃이고 점도는 16.1

mPa·s(20℃)이다. HEUR 유동 개질제(BorchiⓇ

GEL L75N, Borchers GmbH/IMCD)의 고형분 함

량은 48 wt%이다.

시료 준비

코팅제는 각각 50~200g 범위에서 600rpm에서

2분간 교반기로 교반하여 표 1에 주어진 처방전에

따라 재료를 혼합하여 제조하였다.

산업적으로 많이 사용되는 knife-over-roll 코

팅 절차를 실험실 적으로 진행하였다. 직물 시료는

25×40cm 절단하여 사용하였다. 배합 가공제는 두

께 조절이 가능한 15cm 폭의 Wehntner ZUA 200

페인트 도구를 사용하여 기재에 코팅하였다. 시료는

소형 텐터 프레임에 올려놓고 장력을 주지 않고 건

조와 낮은 대류의 열처리 오븐(D-36-03-EcoCell,

Rycobel NV)을 사용하여 준비하였다.

코팅은 전단 속도(υ)는 50s-1의 코팅 가공제를 이

용하여 코팅 높이(h)를 200㎛로 고정하여 0.01 m/s

의 코팅속도(γ)로 진행하였다. 각 시료들은 3개씩 준

비하였으며, 각 각의 세트 사이의 시간 간격은 1-4

주 사이로 조절하였다.

PEDOT-PSS의 농도

배합에 있어서 PEDOT-PSS의 농도에 따른 저항

효과를 연구하기 위해, 에틸렌글리콜과 PEDOT-

PSS 분산액의 비를 일정하게 유지하였다.19 이것은

PEDOT-PSS 분산액의 농도가 배합비에서 높아지

면 바인더의 농도가 급격히 낮아지게 되고, 결국 바

인더의 점도가 낮아지면서 도포성을 악화시킨다. 이

러한 문제점을 개선하기 위해 PEDOT-PSS 분산액

과 에틸렌 글리콜의 양에 맞추어 유동성 개질제 BG

L75N를 첨가하였다. 에틸렌글리콜의 끊는점이 높

기 때문에 열처리 온도를 조금 높게 설정하여 코팅

가공시에 직물에 묻어있게 하였다.

코팅 증착

PEDOT-PSS 분산액 60 wt%를 함유한 조성을

이용하여 직물의 코팅 증착에 대한 고형분 함량을

표 2에 나타내었다.

표 1. 가공제의 처방전(코팅 가공제 배합비)

24 DYETEC VISION

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표 2. 코팅 증착의 양에 따른 열처리 및 건조 시간

표 1.에 나타낸 처방전을 이용하여 200mm 간격

의 높이로 조절하여 직물에 도포하였다. 코팅 된 시

료들은 충분히 건조되도록 60℃에서 40 분간 건조

한 후에 150 ℃에서 2 분간 열처리하였다. 첨가된

코팅제의 양과 공정 후의 무게를 측정하여 각각의

농도를 계산하였다.

건조 조건

60wt% 조성물을 사용한 시료의 코팅 두께는 200

㎛의 높이를 주어 20℃에서 240분, 40℃에서 90,

100℃에서 15분 또는 150℃에서 5분을 건조하였

다. 모든 시료는 150℃에서 2분간 열처리 하였다.

건조 전후의 무게 변화를 측정하였다.

분 석

50mm 콘 플레이트가 설치된 Paar Physica

MCR 500 레오미터를 사용한 조성물의 점도는

표 1에 나타내었다. 점도의 변성을 방지하기 위해

22℃에서 높은 전단 속도로 0.1~100s-1 범위에

서 전단 점도를 측정하였다. 건조 후와 열처리 후

에 multimeter(Agilent 24405A)와 동심 링 프로

브(Warmbier model 880, 외경 15.3mm, 내경

28.6mm)를 이용하여 시료의 표면 저항을 측정하였

다. 시료를 절연성 접시에 놓고, 링 프로브를 시료

와 2.25kg의 접시에 올려놓고 IEC 93:1980 표준에

따라 저항 값을 측정했다.24 표면 저항은 기하하적이

기 때문에 10개를 측정하여 평균값을 구해 측정되었

다. X-ray mapping(Bruker Quantax)이 가능한

JEOL JSM-6610LV를 이용하여 SEM과 EDS분석

을 하였다.

결 과

PEDOT-PSS 농도의 영향

표 1에 명시된 조성물의 전단 점도를 그림 1에 나

타내었다. PEDOT-PSS 분산액 20~60 wt%가 함

유된 배합액은 실제 코팅 공정과 비슷한 높은 전단

속도에서 측정되었다. 30과 50 wt%가 함유된 시

료의 데이터는 20, 40 그리고 60 wt% 함유된 실

험데이터와 겹쳐 있기 때문에 생략되어있다. 70과

80wt% 함유된 시료의 실험데이터는 덜 가파르게 나

타났다(즉, 의가소성 유체의 거동보다 뉴턴 유체 거

동을 보임). 조성물의 배합 조건의 변화에 따른 거동

의 변화를 표 1에 나타내었다. PEDOT-PSS 분산액

과 에틸렌글리콜의 영향으로 조성물이 희박하게 되

었고 전체 고형분 함량도 감소하였다. HEC와 BG

L75N 바인더와 유동 개질제의 메카니즘이 상이하

기 때문에 전체 고형분 함량의 변화에 따라 점도에

대한 영향도 고려해야 한다.26 HEC는 얽혀있는 구

조를 가지고 있기 때문에 물 흡착에 의해서만 성능

을 발휘한다. 전단력이 작용되면, 사슬이 펼쳐지고

(분자량에 비례하여) 결과적으로 점도를 떨어뜨리게

되어 의가소성 거동을 나타낸다.

유동 개질제 BG L75N은 주 사슬이 폴리에틸렌옥

사이드(PEO)의 친수성 사슬로 물 분자와 결합이 가

능하며, 말단기에는 소수성 그룹을 가지고 있기 때

문에 배합액(즉, 바인더 분자)의 소수성 입자들과 상

호 작용이 가능하다. 이러한 상호작용에 의해 꽃 (또

는 별) 모양의 입자와 배합액의 입자들 간에 연관

네트워크를 구축되어 이어질 것이다.

PEO 사슬의 길이와 말단기의 소수성 정도에 의해

전단 속도 대비 점도의 곡선이 달라진다. BG L75N

25

은 60 wt% 이상의 PEDOT-PSS 분산액이 혼합된

배합액의 유변학적 거동을 유지할 수 있고, 고형분

함량이 70, 80 wt%로 증가하면 낮은 전단 속도에서

서로 혼합되기 어려웠다.

코팅 성능과 유변학적 데이터는 상관관계가 있다.

실제로, 60~70wt% PEDOT-PSS 분산액에 대한

유변학적 거동의 변화로 인해 코팅의 품질에 눈에

띄는 영향을 미쳤다. 코팅 과정에서 직물은 유출 브

리드에 의해 코팅액이 스며들어 코팅 후 직물 표면

에 젖은 자국이 남아있었다.

그림 1에 제시된 결과는 코팅 공정(높은 전단 속

도)에서 보다 막을 형성하는 동안(낮은 전단 속도)에

점성이 높아지는 현상을 보여주고 있다.

그림 1. 표 1의 처방된 코팅액의 전단 속도에 따른 점도

그림 2는 표 1에 처방된 코팅액을 토대로 가공을

하였을 때, PEDOT-PSS의 농도에 따른저항 값을

보여주고 있다.

그림 2. 농도별 PEDOT-PSS 가공 코팅함량에 따른 표면 저항

저항 값은 코팅 가공 후( 20~80 wt% 조성비)

PEDOT-PSS 0.7 wt%와 6.2 wt%사이에서 다섯

자리 이상의 감소보이며, PEDOT-PSS의 농도와

저항 값의 강한 상관관계가 발견되었다. PEDOT-

PSS의 농도가 1~3 wt%사이에서 가장 가파르게 저

항 값이 감소하였고 PEDOT-PSS의 농도가 4 wt%

이상에서는 안정적으로 나타났다. 이 거동은 전도성

복합 재료의 전형이며, 저항력이 저하되는 임계점을

소위 percolation 임계점이라고 하며, 이러한 임계

점이 발생하는 이유는 전자들이 전도성 경로를 확립

하기 위해 충분히 가까워지고 그 수가 많아지는 행

동적 영역에 의해서 발생된다.27 또한, 전도성 물질

에 이러한 경로의 농도가 증가하면 전자들이 존재하

는 경로가 포화하면서 percolation 임계점에 비해

저항 값에 미치는 영향이 발생하지 않는다. 이와 관

련된 연구는 Rehnby 및 weiser 등이 몇 가지 중요

한 세부 사항을 발표함으로써 어려운 결과를 직접적

으로 비교하였다. Rehnby와 Weiser의 연구는 단위

면적당 저항을 같은 범위에서 측정되었지만 기하학

적인 측정이 아닌 저항을 사용하였다. Rehnby의 연

구는 PEDOT-PSS 분산액을 코팅하여 108/square의

저항을 나타냈으며, 폴리아닐린을 함유한 코팅액을

사용하여 더 낮은 104/square의 저항을 달성하였다.

74~78wt%사이의 조성물은(폴리아닐린의 고형분

함량 6~10 wt%, PEDOT-PSS 1.3wt%)어느 농도

가 가공공정에 유리한 농도인지 명확히 나타나지는

않지만, 6.2 wt%농도에서 가장 낮은 표면 저항을

(PEDOT-PSS 코팅)나타냈다. 이전의 Rehnby20와

Weiser21 연구에 비해 본 연구 결과는 낮은 저항을

나타내었다.

또한, 코팅물의 고형분 함량(표 1)감소하면서

PEDOT-PSS 분산액의 농도의 증가하면서 저항이

변화하는 패턴을 그림 2에 나타내었다. 최고 농도의

PEDOT-PSS 분산액을 사용하였을 때의 저항은 소

량 감소하였으며, 이것은 낮은 고형분 함량의 코팅

26 DYETEC VISION

정보의 장┃PEDOT-PSS 분산액을 이용한 폴리우레탄 바인더 코팅 전기 전도성 섬유

물을 적게 도포된 것이다. PEDOT-PSS 분산액의

농도와 바인더 농도에 따른 섬유 기재에 미치는 결

합력은 향후 연구를 더 진행해야한다.

유변학적 거동을 통해 확인이 어려웠으나, 3.4~

6.2 wt%의 PEDOT-PSS(60~80 wt%의 조성물)와

1.8~2.5 wt%(40~50 wt%의 조성물)를 비교하면

저항이 감소하였으며, 이것은 70~80wt에서 만족스

러운 코팅 특성을 나타냈다. PEDOT-PSS 분산액과

조성물 제조법을 서술하였으며, 이를 이용하여 저항

과 코팅 성능을 고려한 최적의 코팅 농도는 60wt%

의 조성물을 사용할 때로 나타났다.

코팅 증착의 영향

그림 3의 저항값은 60wt%의 조성물을 사용하여

코팅 증착된 표면 저항을 나타내고 있다.

그림 3. 코팅 증착에 따른 시료의 표면 저항. 평균값

및 표준 편차 표기

PEDOT-PSS 분산액이 동일한 비율로 첨가된 코

팅 증착이 19~80g/m2로 증가함에 따라 표면 저항

은 상당히 감소하는 결과를 나타냈다. 조성물에서

PEDOT-PSS의 농도(그림 2)에 의해 크게 감소 되

지는 않았지만, 10n의 변화는 보였다.

저진공 SEM 및 EDS (그림 4)을 이용하여 여러

종류의 증착 형태를 연구하였다. 기재에 균일한 막

을 형성하지는 못했다.

그림 4. 코팅 두께 a)38.7 g/m2과 77.3 g/m2

시료의 SEM 이미지 및 EDS 분석결과

대신에 코팅은 네트워크로 형성되어 지속적이고

아주 잘 분산되지만 다소 조밀하게 형성되었다. 기

재인 섬유의 표면 거칠기에 대한 이미지에서 확인할

수 있듯이, 만약에 코팅 증착이 너무 많아지면 실제

로 막 형성이 가능하지만, 섬유 소재의 구조상 코팅

조성물이 많이 버려진다.

38.7g/m2의 코팅된 섬유는 얼룩진 코팅 조성물의

얇은 선과 얼룩이 나타났다. 대조적으로, 77.3g/m2

을 증착 한 시료에서는 조밀한 코팅 네트워크를 형

성되어 조금 더 두꺼운 선과 얼룩 반점이 적게 나타

내었다. EDS분석을 통하여 PEDOT-PSS에서 얻을

수 있는 유황의 존재를 나타내고 있다.

저항 감소가 기판에 PEDOT-PSS의 증가함에 따

라 예상만큼 크지 않은 이유를 코팅 형태에 의해 설

명된다.

80g/m2이하의 코팅 증착은 평균적으로 열처리 후

에 116g/m2, 910Ω/square의 다소 낮은 저항을 나

타냈다. 그것은 기판에 PEDOT-PSS의 양이 증가

함에 따라 증착량이 지속적으로 증가하지만, 저항은

27

116g/m2 이하로 계속 감소하지 않았다는 것이 연구

결과로 나왔다. 이러한 결과의 원인에 대한 관련 연

구를 찾기 어려웠으며, 추가적인 연구가 필요하다.

다만, 저항 측정 시스템에 가능한 접촉 저항을 제외

하지 않는 2점 저항 측정으로 인해이러한 결과가 나

왔는지도 모른다. 따라서 향후 연구는 현재 개발에

필요한 4점 저항 측정을 위한 측정 장치가 포함되어

야 한다.

실제로, 코팅 증착의 목적은 제품의 종류에 따라

달라진다. 코팅 두께가 두꺼워지고 좀 더 균일해짐

에 따라 전도성 소재에서의 섬유 감각의 손실과 기

판 플라스틱 필름이 더 많이 필요하게 된다. 안정적

이고 낮은 저항의 섬유 성질을 가능한 한 유지되는

경우, 35-40g/m2의 코팅 증착이 좋을 것이다.

건조 공정의 영향

그림 5는 건조 및 열처리 후 시료들의 저항에 대한

건조 단계 (온도와 시간)의 효과를 나타낸 것이다.

그림 5. 건조 온도, 열처리 전후에 대한 표면 저항 변화

열처리 전에 20℃에서 서서히 건조한 경우에는

2600Ω/square을 나타났으며, 150℃에서 급격히

건조한 경우에는 740Ω/square을 나타나는 등 높은

건조 온도에서 낮은 저항을 나타냈다. 열처리 후에

감소하는 1700~1950Ω/square는 통계적으로 유

의하지 않았다. 열처리 공정은 이렇게 건조 공정의

영향과 무관하게 보인다. 이것은 열처리 전의 20℃

에서 건조한 모든 시료에서 매우 높은 변동을 보이

는 흥미로운 결과이며, 모든 경우는 열처리 공정 후

보다 큰 표준 편차를 보였다.

이것은 고온에서 짧게 노출되는 경우보다 낮은 온

도에서 수분의 기화 현상에 의한 필름 형성이 가능

하다는 것을 보여준다. 열처리 공정은 필름형성에

주요한 공정이며, 20℃에서 건조한 경우를 제외하고

는, 열처리 공정 후에 일반적으로 표준 편차 적게 분

포된 저항 값을 나타냈다. 열처리 전의 모든 시료는

많은 양의 수분을 함유하고 있으며, 이것은 전자의

이동에 기여하지만 열처리 후의 메카니즘에 의해 보

다 높은 저항을 나타낼 수 있다. 20 ℃에서 건조한

모든 시료들은 다른 온도에서 건조된 시료들과 마찬

가지로 열처리 전의 수분 함량은 모두 동일하였다.

열가소성 바인더의 열처리는 폴리머 상호 확산과

얽혀있는 구조에 따라 열처리 후의 대부분의 시료

에서 저항이 증가하는 것은 PEDOT-PSS 복합체와

바인더 분자 사이의 결합에 의한 것으로 설명된다.

150℃에서 건조된 시료의 저항은 열처리 후에 저항

이 더 상승하였으며, 모든 시료에서 동일 결과가 나

타나지 않은 이유에 대해서 의문시 될 수 있다. 그러

나 코팅 과정에서 본질적으로 섬유와 바인더 고분자

간의 물리적 결합이 상승하는 기재와의 결합을 말하

는 고분자 얽힘과 완화 후의 평형 상태에서 코팅 된

다. 향후의 과제는 보다 효율적으로 필름 형성의 메

커니즘을 조사해야 한다.

PEDOT-PSS의 농도와 코팅 증착에 의한 저항력

에 미치는 영향을 고려하여 건조 공정과 열처리에 의

한 코팅은 아마도 무관할 것이다. 권장 사항이 필요

한 경우에는 보다 빠른 고온 건조가 바람직하다.

결론

PEDOT-PSS를 첨가하여 기존의 직접 코팅 방식

으로 "스마트"와 산업용 섬유로 사용되는 전도성 섬

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유을 얻을 수 있었다. 조성물에서 에틸렌글리콜의 첨

가와 최적화 공정을 통하여 필자가 아는 한, 이전에

발표된 연구에 비해 가장 낮은 저항을 달성하였다.

PEDOTPSS의 농도, 코팅 조성, 건조 단계의 세

가지 측면에서 코팅 공정을 연구하였다.

조성물의 배합은 PEDOT-PSS와 에틸렌글리콜의

5종류의 농도에 의해 CPCs와 유사한 퍼코레이션 임

계값을 보이며 저항이 감소하였으며, 이를 토대로 조

성물 배합은 코팅 성질 및 전도도 모두에서 매우 중

요하다는 것을 증명하였다. 코팅 얼룩이 증가함으로

인해 전자의 활동이 가능한 활로가 생성되었지만, 이

미 최소의 코팅 얼룩에서 전도성 네트워크가 형성되

었다. 이것은 비교적 얇은 코팅에 의해서 높은 전도

성과 내구성이 고려된 기재에 결합이 가능한 전도성

직물 개발이 가능하였다.

결과적으로 고온에서 고속 건조 공정이 저속 공정

보다는 전도성이 우수한 코팅 공정이었다. 요약하면,

전도성 코팅은 공역 고분자 계의 배합과 직접 코팅과

같은 일반적인 생산공정을 통하여 전도성 코팅을 성

공적으로 진행하였다.

출처 : Textile Research Journal 83/2012

제공 : 이 재 호

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