KR100552893B1

KR100552893B1 - 전도성 고분자를 이용한 도전성 코팅 용액의 제조 방법

Info

Publication number: KR100552893B1
Application number: KR1020030068086A
Authority: KR
Inventors: 이성주; 김동연
Original assignee: 스마트머티리얼스 테크널러지주식회사
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2006-02-21
Also published as: KR20050031819A

Abstract

본 발명은 전도성 고분자 sulfonated polyaniline(SPAN)을 염기를 가한 N,N-dimethylformamide(DMF) 용액에 용해시켜 도전성 아크릴 섬유 또는 원단을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 아크릴 섬유 제조공정에서 SPAN을 용해시킨 코팅용액을 사용함으로서 별도의 부가적인 공정 없이 도전성 아크릴 섬유를 제조할 수 있고, 기 제조된 아크릴 섬유 및 원단의 경우 SPAN을 용해시킨 코팅용액에 섬유 또는 원단을 담구고 이를 다시 건조함으로서 도전성 아크릴 섬유 또는 원단을 제조할 수 있다.

도전성, 아크릴, SPAN, 코팅용액

Description

전도성 고분자를 이용한 도전성 코팅 용액의 제조 방법{Fabrication Methods of Conductive Coating Solution Using Conducting Polymer}

도 1은 도전성 아크릴 섬유 제조 공정의 개략도 1. 열수 연신조에 코팅액을 사용하는 방법

도 2은 도전성 아크릴 섬유 제조 공정의 개략도 2. 1차 응고욕으로 코팅액을 사용하는 방법

본 발명은 전도성 고분자 sulfonated polyaniline(SPAN)을 염기를 가한 N,N-dimethylformamide(DMF) 용액에 용해시켜 도전성 polyacrylonitrile (PAN, 아크릴) 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다. 기존의 아크릴 섬유의 제조 공정 중 DMF 공정은 DMF를 용매로 사용하여 방사 용액을 제조하여 섬유를 제조하는 방법이나 이는 PAN 섬유의 단점인 정전기가 매우 잘 발생하는 섬유가 제조된다. 따라서 정전기를 제거하기위한 방법이 많이 연구되고 있으나 아직까지 이를 제거하는 효과적인 방법은 발명되지 않고 있는 실정이다. 또한 아크릴 원단의 경우 정전기 발생으로 인하여 많은 불편함이 있으므로 이를 효과적으로 제거하고자 하기 위하여서는 섬유유연 제 등을 사용하여 제거하거나 섬유 위에 금속들을 코팅하여 도전성을 띠게 하는 방법 등이 있으나 일시적이거나, 구리와 같은 금속들을 이용함으로 반도체 공정에 이용하기 어렵고 또한 코팅이 벗겨지기 쉬운 단점이 있어 왔다.

본 발명의 목적은 정전기를 제거 할 수 있고 더 나아가 매우 높은 도전성을 요구하는 전자기파의 차폐까지 가능한 전도성 고분자가 첨가된 아크릴 섬유를 가능한 한 기존의 N,N-dimethyl formamide (DMF) 공정을 거의 그대로 사용하여 제조할 수 있는 방법을 제공하고 기 제조된 아크릴 원단의 경우 접착에 사용되는 바인더 없이 도전성 용액을 코팅하여 도전성을 가지게 하는데 있다.

정전기가 발생하는 아크릴 섬유의 단점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 전도성 고분자를 코팅할 수 있는 코팅용액을 제조 하였다. 일반적으로 도전성을 띠는 전도성 고분자인 SPAN은 DMF 용매에 충분한 양이 용해되지 못한다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 DMF 용매에 2% 이하의 염기를 혼합하여 염기성의 유기용매를 제조하고 여기에 전도성 고분자 중에서 SPAN을 용해시켜 아크릴 섬유 또는 원단에 사용하는 도전성 코팅용액을 제조하였다. 이 용액은 아크릴 섬유가 코팅용액을 통과 시에 섬유의 표면을 순간적으로 용해시키고 용해된 표면의 아크릴과 SPAN과 결합하여 브렌드와 같은 수준의 코팅효과를 가져 바인더 없이 섬유에 코팅이 가능하다. 또한 기 제조된 아크릴 섬유 또는 원단 역시 같은 수준의 코팅 효과를 가져 도전성을 가지게 할 수 있다.

〈실시 예 1〉

DMF(99.5%) 용액 890g에 10g의 진한 암모니아수 가하고 SPAN분말을 100g을 가하여 용해시키고 이를 열수 연신조에 넣어 110℃로 가열하였다. 이때 사용한 SPAN은 아닐린 단량체 하나에 대하여 0.25에서 0.60 사이의 범위에서 -SO₃H 기가 치환된 폴리머를 사용하였다. DMF에 용해시킨 아크릴 용액을 방사하여 응고욕을 지나 바로 열수 연수조를 거치게 하고 세척 공정에서 1M염산 용액을 거치고 다시 물로서 완전히 세척하였다. 완전히 건조 후 전기전도도를 측정한 결과 0.1 S/cm 이상의 전기전도도를 보였다. 섬유를 24시간 이상 물에 담가 놓고 다시 건조 후 전기전도도를 측정하여도 10%이하의 전기전도도의 감소가 있었다. 아크릴 섬유의 인장강도 등 기계적 성질은 기존의 PAN 섬유 보다 높은 온도에서 열수 연신이 가능함으로 기존의 섬유와 물성과 비교하였을 시 5%이상 물성이 향상되는 것을 확인하였다. 열수연신조에 사용하는 코팅용액은 수분의 함량이 적을수록 코팅효과가 뛰어나며 수분함량이 0.01에서 75wt% 까지의 범위에서 코팅이 가능함을 확인하였다. 또한 열수 연신 중 가열과정에서 암모니아가 날아갈 경우 SPAN의 침전이 생기므로 계속해서 액성이 염기성를 나타낼 수 있도록 암모니아를 가하여 준다.

〈실시 예 2〉

DMF(99.5%) 용액 890g에 10g의 1M NaOH 수용액을 가하고 여기에 SPAN 분말 100g을 용해시키고 이를 열수 연신조에 넣어 110℃로 가열하였다. DMF에 용해시킨 아크릴 용액을 방사하여 응고욕을 지나 바로 열수 연수조를 거치게 하고 세척 공정 에서 초기엔 1M 염산 용액을 거치고 다시 물로서 완전히 세척하였다. 완전히 건조 후 전기전도도를 측정한 결과 0.1 S/cm 이상의 전기전도도를 보였다. 섬유를 24시간 이상 물에 담가 놓고 다시 건조 후 전기전도도를 측정하여도 10%이하의 전기전도도의 감소가 있었다. 아크릴 섬유의 인장강도 등 기계적 성질은 기존의 아크릴 섬유의 물성과 비교하였을 시 5%이상 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

〈실시 예 3〉

DMF(99.5%) 용액 450g에 10g의 진한 암모니아수와 440g의 증류수를 가하고 여기에 SPAN 분말을 100g을 용해시키고 이를 1차 응고욕에 넣었다. DMF에 용해시킨 아크릴 용액을 방사하여 코팅용액이 들어 있는 1차 응고욕을 지나 다시 1M의 염산 수용액이 있는 2차 응고욕을 지나 열수 연수조를 거치게 하였다. 완전히 건조 후 전기전도도를 측정한 결과 0.1 S/cm 이상의 전기전도도를 보였다. 섬유를 24시간 이상 물에 담가 놓고 다시 건조 후 전기전도도를 측정하여도 10%이하의 전기전도도의 감소가 있었다. 아크릴 섬유의 인장강도 등 기계적 성질은 기존의 아크릴 섬유의 물성과 비교하였을 시 5% 이내의 오차 범위에서 같은 성질을 나타내었다. 1차 응고욕에 사용하는 코팅용액은 수분의 함량이 열수 연신조에 사용하는 코팅용액보다 높게 나타났는데 수분함량이 30에서 90wt% 까지의 넓은 범위에서 코팅이 가능함을 확인하였다.

〈실시 예 4〉

DMF(99.5%) 용액 890g에 10g의 진한 암모니아수를 가하고 여기에 SPAN 분말 100g을 용해시켰다. 이 용액에 아크릴 원단을 침지시켜 약 20분간 방치하였다. 원 단을 꺼내어 1M 염산용액에 30분간 넣어 염기 성분을 완전히 제거한 후 꺼내어 증류수로 세척 후 건조시켰다. 완전히 건조 후 전기전도도를 측정한 결과 0.01 S/cm 이상의 전기전도도를 보였다. 원단을 24시간 이상 물에 담가 놓고 다시 건조 후 전기전도도를 측정하여도 10%이하의 전기전도도의 감소가 있었다. 원단용 코팅용액은 수분 함량이 적을수록 수분의 함량이 적을수록 코팅효과가 뛰어나며 수분함량이 0.01에서 30wt% 까지의 범위에서 최적의 코팅 효과를 보임을 확인하였다.

〈실시 예 5〉

DMF(99.5%) 용액 890g에 10g의 진한 암모니아수를 가하고 SPAN 분말을 100g을 용해시키 코팅 용액을 제조하였다. 여기에 아크릴 섬유를 침지시켜 약 20분간 방치하였다. 코팅된 아크릴 섬유를 꺼내어 1M 염산용액에 30분간 넣어 염기 성분을 완전히 제거한 후 꺼내어 증류수로 세척 후 건조시켰다. 완전히 건조 후 전기전도도를 측정한 결과 0.01 S/cm 이상의 전기전도도를 보였다. 섬유를 24시간 이상 물에 담가 놓고 다시 건조 후 전기전도도를 측정하여도 10%이하의 전기전도도의 감소가 있었다. 아크릴 섬유의 기계적 성질은 기존의 아크릴 섬유의 물성과 비교하였을 시 5%이내의 오차범위에서 같은 성질을 나타내었다. 섬유용 코팅용액은 수분 함량이 적을수록 수분의 함량이 적을수록 코팅효과가 뛰어나며 수분함량이 0.01에서 30wt% 까지의 범위에서 최적의 코팅 효과를 보임을 확인하였다.

본 발명에 따르면 기존의 아크릴 섬유의 DMF 공정에 새로운 코팅용액을 사용함으로 기존의 공정을 그대로 사용할 수 있다.용매의 회수는 기존의 DMF 회수 공정 을 그대로 사용할 수 있어 별도의 부가적인 공정없이 기존의 공정을 사용하여 도전성 섬유를 제조함으로 추가적인 공정없이 고부가가치의 도전성 아크릴 섬유를 제조할 수 있다. 또한 기 제조된 아크릴 원단 및 섬유의 경우 바인더를 사용하지 않고 도전성 원단 및 섬유를 제조할 수 있다.

Claims

도전성 코팅용액을 제조 시 sulfonated polyaniline (SPAN)을 염기(NH₄OH, NaOH)가 포함된 N,N-dimethylformamide(DMF)용액에 용해시켜 제조하고 이를 사용하여 도전성 아크릴 섬유 또는 원단을 제조하는 방법
청구항 1에 있어서, 도전성 코팅용액 제조 시 DMF에 대하여 0.01wt%에서 90wt%의 범위의 수분 함량을 가지게 하는 방법
청구항 1에 있어서, 도전성 코팅용액 제조 시 SPAN은 아닐린 단량체 기준으로 0.25에서 0.60 사이의 범위에서 -SO₃H 기가 치환된 폴리머를 사용하는 방법
청구항 1의 도전성 코팅용액을 아크릴 섬유 제조 시 열수 연신조에 사용하는 방법
청구항 1의 도전성 코팅용액을 아크릴 섬유 제조 시 1차 응고욕으로 사용하는 방법
청구항 1의 도전성 코팅용액에 아크릴 섬유와 원단을 침지시켜 코팅 후 산성용액(염산, 황산수용액)으로 세척하여 사용하는 방법