KR101075979B1 - 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조방법, 이를 이용한 투명 전도성 필름의 제조방법, 이에 의해 제조된 투명 전도성 필름 - Google Patents

중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조방법, 이를 이용한 투명 전도성 필름의 제조방법, 이에 의해 제조된 투명 전도성 필름 Download PDF

Info

Publication number
KR101075979B1
KR101075979B1 KR1020090065899A KR20090065899A KR101075979B1 KR 101075979 B1 KR101075979 B1 KR 101075979B1 KR 1020090065899 A KR1020090065899 A KR 1020090065899A KR 20090065899 A KR20090065899 A KR 20090065899A KR 101075979 B1 KR101075979 B1 KR 101075979B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film
transparent conductive
conductive film
polymer
carbon nanotubes
Prior art date
Application number
KR1020090065899A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110008518A (ko
Inventor
이택수
서창우
Original Assignee
주식회사 엑사이엔씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엑사이엔씨 filed Critical 주식회사 엑사이엔씨
Priority to KR1020090065899A priority Critical patent/KR101075979B1/ko
Publication of KR20110008518A publication Critical patent/KR20110008518A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101075979B1 publication Critical patent/KR101075979B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04Coating
    • C08J7/0427Coating with only one layer of a composition containing a polymer binder
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18Manufacture of films or sheets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • C08K3/041Carbon nanotubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00Use of pretreated ingredients
    • C08K9/02Ingredients treated with inorganic substances
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C08L101/12Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by physical features, e.g. anisotropy, viscosity or electrical conductivity
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/24Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2300/00Characterised by the use of unspecified polymers
    • C08J2300/12Polymers characterised by physical features, e.g. anisotropy, viscosity or electrical conductivity
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/011Nanostructured additives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00Properties
    • C08L2201/10Transparent films; Clear coatings; Transparent materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2203/00Applications
    • C08L2203/20Applications use in electrical or conductive gadgets

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은, a) 탄소나노튜브를 산처리하는 단계; b) 상기 a) 단계에서 산처리된 탄소나노튜브가 분산된 분산용액을 제조하는 단계; c) 상기 b) 단계의 분산용액에 단량체를 첨가하여 분산 및 교반시키는 단계; 및 d) 상기 c) 단계에서 첨가된 단량체를 중합체로 중합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조방법, 이를 이용한 투명 전도성 필름의 제조방법, 이에 의해 제조된 투명 전도성 필름을 제공한다.
탄소나노튜브, 중합체, 투명 전도성 필름

Description

중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조방법, 이를 이용한 투명 전도성 필름의 제조방법, 이에 의해 제조된 투명 전도성 필름{METHOD FOR MANUFACTURING CARBON NANO TUBE SOLUTION HAVING POLYMER AND METHOD FOR MANUFACTURING TRANSPARENCY CONDUCTIVITY FILM USING THE SAME AND TRANSPARENCY CONDUCTIVITY FILM MANUFACURED BY THE METHOD}
본 발명은, 탄소나노튜브 용액의 제조방법, 이를 이용한 투명 전도성 필름의 제조방법 및 이에 의해 제조된 투명 전도성 필름에 관한 것으로서, 중합공정을 통해 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조방법, 이를 이용한 투명 전도성 필름의 제조방법 및 이에 의해 제조된 투명 전도성 필름에 관한 것이다.
최근 휴대용 단말기나 태양전지와 같은 제품에서 터치패널을 주로 이용하게 되면서 투명 전도성 필름은 반드시 필요한 부재이며, 수요가 크게 늘어나고 있는 상황이다. 일반적으로는 주석이 도핑된 산화 인듐막(Indium tin oxide, ITO)은 낮은 저항막을 쉽게 얻을 수 있기 때문에 많이 이용되고 있다. 산화 인듐막은 물성이 우수하고 많은 장점들이 있지만, 원재료인 인듐(In)의 고갈과 그에 따른 가격의 상승문제에 따른 공급의 불안정한 문제점이 있다. 또한 산화 인듐막은 유연성이 없기 때문에 폴리머기질 등의 플렉시블한 재질에서는 사용하지 못하는 단점이 있으며, 고온 고압 환경하에서 제조가 가능하므로 생산공정상의 단가가 높아지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 전도성 고분자, 탄소나노튜브 등과 같은 새로운 소재를 이용한 연구가 비교적 활발히 이루어지고 있다. 전도성 고분자는 플렉시블한 기질에 코팅시킬 수도 있지만, 전기전도도가 떨어지거나 투명도에 따른 문제점이 있기 때문에 그 용도가 제한적이다.
최근에는 탄소나노튜브를 이용한 투명전도성필름에 관한 연구가 진행되고 있는데, 이는 탄소나노튜브가 물리적, 화학적 물성이 좋기 때문에 주목을 받고 있다. 탄소나노튜브는 반데르발스 힘에 의해 다발형태로 존재하므로 분산을 통한 공정이 필요하며, 정제 공정으로 높은 순도를 가진 탄소나노튜브를 통해 전기 전도도를 얻을 수 있다.
현재의 기술로는 탄소나노튜브의 표면 개질이나 고분자 수지 등의 복합체를 이용한 투명 전도성 필름에 관해 연구가 진행되고 있다. 특히 가시 광선영역에서의 높은 투과도와 우수한 전기 전도도를 가지고 있어 많은 분야에서의 응용성이 뛰어나다.
앞서 설명한 반데르 발스 힘에 의한 다발 형태의 탄소나노튜브는 표면 개질을 통해 분산성 향상으로 보다 투명한 투명 전도성 필름 제조할 수 있다. 또는 탄소나노튜브의 표면 개질을 통해 화학적 결합을 유도하여 보다 나은 특성을 얻고자 한다. 하지만 이러한 탄소나노튜브을 이용한 투명 전도성 필름은 산화 인듐 막에 비해 온도, 습도, 외부적인 환경요인에 따른 안정성과 투명도, 전기 전도성, 내구성 등이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것이 고분자 수지나 바인더를 믹싱(mixing) 혹은 블렌딩(blending)을 통해 탄소나노튜브 분산용액을 개선시켜 투명 전도성 필름에 적용시키거나 코팅 공정을 통해 탄소나노튜브 필름 위에 고분자 수지를 이용한 막을 형성하는 방법이다. 내구성이나 안정성에 따른 장점이 있지만 고분자를 이용할 경우 탄소나노튜브의 고유 물성을 왜곡할 수 있으며, 고온에서 사용할 경우 고분자 변형이 발생할 수 있다는 것을 단점이 있고 코팅을 통한 고분자 수지 막의 경우 추가 공정이 들어가기 때문에 생산단가에 따른 문제점이 생긴다.
본 발명의 목적은, 외부적인 환경요인에 따른 안정성 확보와 높은 투명도 및 우수한 투명도를 달성하기 위해, 단량체를 중합 공정을 통해 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조방법, 이를 이용한 투명 전도성 필름의 제조방법, 이에 의해 제조된 투명 전도성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명은, a) 탄소나노튜브를 산처리하는 단계; b) 상기 a) 단계에서 산처리된 탄소나노튜브가 분산된 분산용액을 제조하는 단계; c) 상기 b) 단계의 분산용액에 단량체를 첨가하여 분산 및 교반시키는 단계; 및 d) 상기 c) 단계에서 첨가된 단량체를 중합체로 중합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액을 베이스 필름에 도포하여, 상기 베이스 필름 위에 전도성 코팅막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 투명 전도성 필름을 제공한다.
본 발명에 따르면, 중합 공정을 통해 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액과, 이를 이용한 투명 전도성 필름을 손쉽고 간단하게 제조할 수 있다.
그리고, 이에 의해 제조된 투명 전도성 필름은 투명도와 전기전도도가 우수 하고, 외부적인 환경요인에 따른 안정도 또한 우수하기 때문에 각종 디스플레이뿐만 아니라 발광 다이오드 소자, 유기전자발광소자, 터치 패널 또는 태양전지 등에 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조방법은, a) 탄소나노튜브를 산처리하는 단계; b) 상기 a) 단계에서 산처리된 탄소나노튜브가 분산된 분산용액을 제조하는 단계; c) 상기 b) 단계의 분산용액에 단량체를 첨가하여 분산 및 교반시키는 단계; 및 d) 상기 c) 단계에서 첨가된 단량체를 중합체로 중합시키는 단계를 포함한다.
상기 a) 단계의 탄소나노튜브는, 탄소 나노 섬유, 그라핀, 또는 흑연을 포함하는 탄소나노튜브; MWNT(multi wall nanotube); TWNT(Thin wall nanotube); 및 SWNT(single wall nanotube) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 a) 단계에서는, 질산, 황산, 염산, 및 과염소산 중에서 선택된 1종 이상의 산용액으로 산처리하여, 순도 95%이상의 탄소나노튜브로 정제할 수 있다.
이와 같은, 상기 산처리 단계에서는 고온에서 비정질 탄소를 태운 다음에 산을 통해 촉매 등을 제거하게 된다. 이로 인해 전술한 바와 같이, 순도 95% 이상의 탄소나노튜브를 얻을 수 있는 것이다. 또한 표면 기능화로 실현 가능하며, 이에 의해 탄소나노튜브의 분산성을 높이는 효과를 볼 수 있다.
상기 b) 단계에서 분산용액은, 상기 a) 단계에서 산처리된 탄소나노튜브 및 계면활성제를 용매에 첨가한 후, 분산시켜 제조할 수 있다. 구체적으로는 초음파를 통해 분산시킬 수 있다.
상기 b) 단계에서 분산용액은, 용매 100중량부를 기준으로, 상기 탄소나노튜브 0.1~ 10중량부 및 상기 계면활성제 0.5~10중량부로 첨가하여 제조할 수 있다.
여기서, 상기 계면활성제는, 트리톤 엑스백, 소듐 라우릴 설페이트, 리튬 도데실 설페이트, 소듐 도데실 벤젠설페이트, 폴리 비닐 피롤리돈, 암모늄 라우릴 설페이트, 아카시아, 폴리 비닐 알코올, 소듐 클로레이트, 소듐 카르복시메틸셀룰로오스, 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드, 및 폴리 에틸렌 옥사이드 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 이때, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제 등의 분산력의 차이가 있을 수 있으나, 본 발명에서는 구분 없이 사용이 가능하다.
여기서, 상기 용매는, 증류수, 아세톤, 메틸알콜, 에틸알콜, 부틸알콜, 이소프로필알콜, 에틸렌글라이콜, 다이에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌글라이콜, 테트라하이드로푸란, 메틸피롤리돈, 클로로포름, 디메틸포름아마이드, 톨루엔, 벤젠, 헥산, 에틸아세테이트, 디메틸설폭사이드, 글리세린, 에틸렌디클로라이드, 메틸렌클로라이드, 부타논, 및 자일렌 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 용매는 탄소나노튜브를 분산시키는 용매로 쓰일 뿐만 아니라 중합공정인 상기 d) 단계에서 단량체를 분산시킬 용매역할을 하며, 이는 투명전도성 필름을 제조 시에 건조 단계를 거쳐 제거할 수 있다.
상기 c) 단계에서 단량체는 스티렌, 아크릴산, 피롤, 메타메틸아크릴레이트, 비닐아세테이트, 및 아크릴아마이드 중에서 선택된 1종 이상의 단량체일 수 있다. 그러나 이로 단량체의 종류가 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 사용가능한 다양 한 단량체를 사용할 수도 있다.
상기 b) 단계의 분산용액 100중량부를 기준으로, 단량체 0.1~10중량부로 첨가할 수 있다.
상기 c) 단계는, c1) 상기 b) 단계의 분산용액에 단량체를 첨가하는 단계; c2) 상기 c1) 단계의 용액을 초음파로 30분 내지 2시간 동안 반응시키는 단계; 및 c3) 10~24시간 동안 교반하면서 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로 설명하면 상기 분산 혹은 교반 단계를 통해, 상기 b) 단계의 분산용액에서 상기 단량체를 일정하게 분산시키게 된다. 이는 상기 단량체의 첨가하는 양과 분산 혹은 교반 하는 시간 등을 고려하여 제조할 수 있다. 상기 단량체의 첨가하는 양과 분산 혹은 교반하는 시간에 따라 특성이 다를 수 있다.
상기 d) 단계는, d1) 상기 c) 단계 완료 후, 개시제를 첨가하는 단계; 및 d2) 50~90℃에서 교반시키면서 12~48시간 동안 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 c) 단계의 물질 100중량부를 기준으로 상기 개시제를 0.01~ 10중량부로 첨가할 수 있다.
여기서, 상기 개시제는, 아조비스이소부틸니트릴, 벤조일 퍼옥사이드, 암모늄퍼설페이트, 포타슘 퍼설페이트, 및 소듐 하이드로설피트 중에서 선택된 1종 이상의 개시제일 수 있다. 상기 개시제는 일정 온도에서 개시반응에 관여하며, 이에 라디칼의 생성으로 중합이 시작되면서 중합체가 포함된 탄소나노튜브를 제조할 수 있다.
상기 d) 단계에서 제조된 중합체는, 폴리스티렌, 폴리아크릴산, 폴리피롤, 폴리메타메틸아크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 및 폴리아크릴아마이드 중에서 선택된 1종 이상의 중합체일 수 있다. 상기 중합체는 단위체(Monomer)가 반복되어 연결된 고분자의 한 종류로서, 여기서 중합된 중합체는, 만 이상 수 십만 이하의 분자량을 가질 수 있다.
전술한 중합 공정으로 형성된 중합체는 탄소나노튜브를 감싸거나, 즉 나노 코팅을 하거나, 미세하게 분산되어 있는 형태로 제조 할 수 있다. 여기서 구체적으로 설명하면 중합체는 화학적으로 유도되는 결합 혹은 비공유 결합으로 탄소나노튜브의 표면에서 부분적으로 혹은 코어-셀 형태의 나노코팅을 형성하는 형태로 제조할 수 있다. 이는 탄소나노튜브의 물성에 대해 중합체로 인한 영향을 최대한 낮출 수 있으며, 후술할 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액을 베이스 필름에 도포하는 과정에서의 공기 중 수분흡착이나 외부적인 환경적 요인에 대한 문제점을 해결 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 투명 전도성 필름의 제조방법은, 상기 제조방법에 의해 제조된 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액을 베이스 필름에 도포하여, 상기 베이스 필름 위에 전도성 코팅막을 형성하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 베이스 필름은, 폴리에스테르계 필름, 폴리카보네이트계 필름, 폴리에테르설폰계 필름, 아크릴계 필름, 및 폴리이미드계필름 중에서 선택된 필름일 수 있다. 특히 폴리이미드로 이루어진 필름의 경우 높은 내열성을 가지므로 고온을 요구되는 공정상에서는 매우 효과적으로 사용할 수 있다. 이와 같은 유연한(flexible) 베이스 필름이나, 유리, 수정, 실리콘 웨이퍼, 글래서웨이퍼 등 의 다양한 기재에 전도성 코팅막을 형성할 수도 있다.
여기서, 상기 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액을 베이스 필름에 도포하는 방법은, 스핀 코팅법, 바 코팅법, 잉크젯 프린팅법, 그라비아 프린팅법, 스크린 프린팅법, 오프젯 프린팅법, 스프레이 코팅법, 및 딥 코팅법 중에서 선택된 방법일 수 있다. 또는 베이스 필름에 전이시키는 방법을 사용할 수도 있다. 여기서 구체적으로 설명하면 필터공정을 이용하여 멤브레인을 제거하여 형성된 투명전도성필름을 베이스필름에 전이시키는 방법을 사용할 수도 있다.
이와 같이, 상기 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액을 베이스 필름에 도포할 때는 수십 내지 수백 nm두께로 도포할 수 있으며, 용매 건조 등에 따라 다양한 두께의 투명 전도성 필름을 제조할 수도 있다. 바람직하게 코팅두께가 0.1~ 500㎛일 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다.
그리고, 본 발명에 따른 투명 전도성 필름의 제조방법은, 상기 전도성 코팅막을 세척하는 단계; 및 상기 전도성 코팅막을 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 투명 전도성 필름은, 상기 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
여기서, 투명 전도성 필름은 투명도가 65~90%일 수 있고, 표면저항이 100~1000Ω/□일 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하기로 하나, 이로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 여기서, 구체적으로 언급하지 않은 내용은 당업계에 알려진 일반적인 내용이므로, 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 통상 이 분야의 기술적 지식을 가진 자는 다른 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해 할 수 있으며, 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것으 아니다.
1. 시료의 준비
아래 비교예와 실시예에서는 아크 방점(arc discharge) 방법으로 제조된 단일벽 탄소나노튜브(한화나노텍)를 사용하였으며, 이때 탄소나노튜브의 길이는 20㎛ 정도이며, 두께는 1~10nm 정도였다.
하기 실시예에서 쓰일 단량체는 미리 정제를 통해 준비하였다. 그리고, 베이스 필름으로는 하드코팅(KIMOTO, KB FILM AFPSC)이 된 PET 필름을 사용하였다.
2. 전기전도도의 측정
투명 전도성 필름의 전기 전도도 측정은 4-probe 방식으로 Ω/□의 단위로 측정하였다.
3. 투명도 측정
투명 전도성 필름의 투명도는 사용한 베이스 필름 또는 공기 중의 대비로 100으로 환산하여 UV-vis 분광계(VARIAN)를 이용하여 투명도를 측정하였다.
4. 안정도
투명 전도성 필름의 안정도는 고온, 저온 등과 같은 외부적인 환경조건에 따른 필름의 안정도를 측정하였다. 이는 비교예와 실시예를 통해 제조된 필름을 임의로 열쇼크 테스트 중간에 면 저항 값의 변화를 측정하여 안정도를 확인하였다. 구체적으로 설명하면 투명 전도성 필름을 고온 80℃에서 30분간, 저온 -40℃에서 30 분간 10회 반복 테스트로 열쇼크 테스트를 진행함으로써 면저항 값의 변화를 측정하여 안정도를 확인하였다.
비교예 및 실시예는 다음과 같다.
비교예
단일벽 탄소나노튜브 1g을 300℃에서 30분간 열처리를 하였다. 그 후 얻어진 단일벽 탄소나노튜브를 질산용액에 넣고 끓여서 정제를 한 후, 증류수로 희석 시킨 뒤에 필터링하여 불순물이 제거된 단일벽 탄소나노튜브를 얻었다.
단일벽 탄소나노튜브를 계면활성제를 이용하여 초음파 분산을 통해 균일하게 분산용액을 제조하는데 있어 정제된 탄소나노튜브 40mg와 계면활성제인 SDS(sodium dodecyl sulfate) 1%을 증류수 100g에 넣은 뒤에 20분간 초음파(UL Tech, Ultrasonic Generator)를 이용하여 균일하게 분산시켰다. 분산시킨 단일벽 탄소나노튜브를 원심분리기(한일, Supra 22K)를 이용하여 분산이 되지 않은 다발형태 탄소나노튜브를 제거하였다. 이는 16000rpm에서 1시간 동안 작동하였으며, 가라앉은 탄소나노튜브를 확인할 수 있었다. 이와 같이 탄소나노튜브 용액의 제조를 완료하였다.
상기 탄소나노튜브 용액을 스프레이(NAno NC, electrospray system)를 이용하여 베이스 필름으로서 PET 필름을 위에 도포를 하여 전도성 코팅막을 형성함으로서, 투명 전도성 필름을 얻었다. 얻어진 투명 전도성 필름을 증류수로 세척하여 계면활성제를 제거한 뒤에 80℃에서 건조시켰다. 이러한 세척과 건조 과정을 통해 제조된 투명 전도성 필름의 투명도와 전도도를 측정하였다.
상기 투명 전도성 필름의 표면저항은 704Ω/□이었으며, 투명도는 81%이었다. 그리고 비교예에 따른 투명 전도성 필름의 외부적인 환경요인에 따른 면저항 값의 변화는 표 1에 나타내었으며, 열 쇼크 테스트결과로써 10회 반복했을 때에 면저항의 변화율은 14%였다.
실시예
실시예에서는 단일벽 탄소나노튜브를 계면활성제를 이용하여 분산된 용액에 단량체를 첨가하여 단량체를 중합시키는 것 이외에는 비교예와 동일하게 하였다. 정제된 단일벽 탄소나노튜브 100mg와 계면활성제인 SDS(sodium dodecyl sulfate) 1%을 증류수 200g에 넣고 20분간 초음파(UL Tech, Ultrasonic Generator)를 이용하여 균일하게 분산시켰다.
이 분산용액에 단량체인 메타메틸아크릴레이트 0.18g을 넣고 초음파(JAC ULTRASONIC 2010P)를 이용하여 1시간 동안 반응시키고, 교반기(Wisd, MSH-20A)를 이용하여 12시간 이상 교반하면서 반응시켰다. 그 후에 개시제로 아조비스이소부티로니트릴 3mg을 넣고 60℃인 반응조에서 교반시키면서 24시간 동안에 반응시켰다. 이에 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조를 완료하였다.
이렇게 얻어진 중합체로서 폴리메타메틸아크릴레이트를 포함하는 탄소나노튜브 용액을 스프레이(NAno NC, electrospray system)를 통해 베이스 필름으로서 PET 필름 위에 도포를 하여 전도성 코팅막을 형성함으로서, 투명 전도성 필름을 얻었다. 얻어진 투명 전도성 필름을 증류수로 세척하여 계면활성제를 제거한 뒤에 80℃에서 건조시켰다. 이러한 세척과 건조 과정을 통해 제조된 투명 전도성 필름의 투 명도와 전도도를 측정하였다.
상기 투명 전도성 필름의 표면저항은 640Ω/□이었으며, 투명도는 81%이었다.
그리고 실시예에 따른 투명 전도성 필름의 외부적인 환경요인에 따른 면저항 값의 변화는 표 1에 나타내었다. 열 쇼크 테스트(thermal shock test) 결과로써 10회 반복했을 때에 면 저항의 변화율 1.8%였다.
표 1[비교예와 실시예의 열 쇼크 테스트에 따른 면 저항값]
비교예 실시예
고온 상온 저온 상온 고온 상온 저온 상온
1 734 718 711 720 648 648 650 649
2 753 736 729 736 648 647 649 648
3 765 752 750 756 649 647 648 648
4 785 771 763 771 650 647 648 648
5 800 785 778 786 651 648 650 649
6 809 795 788 796 656 654 655 655
7 823 809 803 810 655 652 654 653
8 829 818 812 818 654 651 652 652
9 838 827 821 827 654 651 652 652
10 846 834 828 835 654 651 651 652
이로부터, 중합공정을 통해 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액을 제조한 결과, 중합체의 함유가 전도성 코팅막에 영향을 미침을 알 수 있었다.
본 발명의 실시예에 따른 투명 전도성 필름의 투명도와 비교예의 투명 전도성 필름의 투명도는 동일하나, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전도성 필름의 면저항값이 비교예 보다 매우 우수함을 알 수 있었다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전도성 필름은 외부적인 환경적 요인에 따른 안정도가 상당히 우수함을 알 수 있었다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 소량의 단량체를 이용한 중합 공정을 통해 중 합체를 형성함으로써, 탄소나노튜브에 미치는 환경적인 요인을 줄이고, 탄소나노튜브용액의 분산성을 향상 시킬 수 있다. 또한 이러한 분산 용액을 플렉시블한 기질에 코팅하여 손쉽게 우수한 안정도와 높은 전기적 특성 및 우수한 투명도를 갖는 투명 전도성 필름을 얻을 수 있다. 이처럼 전기 전도도와 투명도가 우수하여 각종 디스플레이나 터치패널 등에 적용할 수 있다.
도 1은 비교예와 실시예에 따른 투명 전도성 필름의 저온과 고온에서의 안정도에 관한 그래프이다. 이는 면 저항 값의 변화를 그래프화 한 것이다.

Claims (18)

  1. a) 탄소나노튜브를 산처리하는 단계;
    b) 상기 a) 단계에서 산처리된 탄소나노튜브 및 계면활성제를 용매에 첨가한 후, 분산시켜 분산용액을 제조하는 단계;
    c) 상기 b) 단계의 분산용액에 단량체를 첨가하여 분산 및 교반시키는 단계; 및
    d) 상기 c) 단계에서 단량체가 첨가된 분산용액에 개시제를 첨가한 후, 교반 및 반응시켜 상기 단량체를 중합체로 중합시켜 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액을 제조하는 단계; 및
    e) 상기 d) 단계에서 제조된 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액을 베이스 필름에 도포하여, 상기 베이스 필름 위에 전도성 코팅막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 a) 단계의 탄소나노튜브는, 탄소 나노 섬유, 그라핀, 또는 흑연을 포함하는 탄소나노튜브; MWNT(multi wall nanotube); TWNT(Thin wall nanotube); 및 SWNT(single wall nanotube) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 a) 단계에서는, 질산, 황산, 염산, 및 과염소산 중에서 선택된 1종 이상의 산용액으로 산처리하여, 순도 95%이상의 탄소나노튜브로 정제하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 계면활성제는, 트리톤 엑스백, 소듐 라우릴 설페이트, 리튬 도데실 설페이트, 소듐 도데실 벤젠설페이트, 폴리 비닐 피롤리돈, 암모늄 라우릴 설페이트, 아카시아, 폴리 비닐 알코올, 소듐 클로레이트, 소듐 카르복시메틸셀룰로오스, 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드, 및 폴리 에틸렌 옥사이드 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 용매는, 증류수, 아세톤, 메틸알콜, 에틸알콜, 부틸알콜, 이소프로필알콜, 에틸렌글라이콜, 다이에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌글라이콜, 테트라하이드로푸란, 메틸피롤리돈, 클로로포름, 디메틸포름아마이드, 톨루엔, 벤젠, 헥산, 에틸아세테이트, 디메틸설폭사이드, 글리세린, 에틸렌디클로라이드, 메틸렌클로라이드, 부타논, 및 자일렌 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 c) 단계에서 단량체는 스티렌, 아크릴산, 피롤, 메타메틸아크릴레이트, 비닐아세테이트, 및 아크릴아마이드 중에서 선택된 1종 이상의 단량체인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    c1) 상기 b) 단계의 분산용액에 단량체를 첨가하는 단계;
    c2) 상기 c1) 단계의 용액을 초음파로 30분 내지 2시간 동안 반응시키는 단계; 및
    c3) 10~24시간 동안 교반하면서 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 개시제가 첨가된 분산용액을 50~90℃에서 교반시키면서 12~48시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 개시제는, 아조비스이소부틸니트릴, 벤조일 퍼옥사이드, 암모늄퍼설페이트, 포타슘 퍼설페이트, 및 소듐 하이드로설피트 중에서 선택된 1종 이상의 개시제인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 d) 단계에서 제조된 중합체는, 폴리스티렌, 폴리아크릴산, 폴리피롤, 폴리메타메틸아크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 및 폴리아크릴아마이드 중에서 선택된 1종 이상의 중합체인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스 필름은, 폴리에스테르계 필름, 폴리카보네이트계 필름, 폴리에테르설폰계 필름, 아크릴계 필름, 및 폴리이미드계필름 중에서 선택된 필름인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액을 베이스 필름에 도포하는 방법은, 스핀 코팅법, 바 코팅법, 잉크젯 프린팅법, 그라비아 프린팅법, 스크린 프린팅법, 오프젯 프린팅법, 스프레이 코팅법, 및 딥 코팅법 중에서 선택된 방법인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 전도성 코팅막을 세척하는 단계; 및
    상기 전도성 코팅막을 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름의 제조방법.
  16. 청구항 1에 따른 제조방법에 의해 제조된 투명 전도성 필름.
  17. 청구항 16에 있어서, 투명도가 65~90%인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름.
  18. 청구항 16에 있어서, 표면저항이 100~1000Ω/□인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 필름.
KR1020090065899A 2009-07-20 2009-07-20 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조방법, 이를 이용한 투명 전도성 필름의 제조방법, 이에 의해 제조된 투명 전도성 필름 KR101075979B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090065899A KR101075979B1 (ko) 2009-07-20 2009-07-20 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조방법, 이를 이용한 투명 전도성 필름의 제조방법, 이에 의해 제조된 투명 전도성 필름

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090065899A KR101075979B1 (ko) 2009-07-20 2009-07-20 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조방법, 이를 이용한 투명 전도성 필름의 제조방법, 이에 의해 제조된 투명 전도성 필름

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110008518A KR20110008518A (ko) 2011-01-27
KR101075979B1 true KR101075979B1 (ko) 2011-10-21

Family

ID=43614507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090065899A KR101075979B1 (ko) 2009-07-20 2009-07-20 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조방법, 이를 이용한 투명 전도성 필름의 제조방법, 이에 의해 제조된 투명 전도성 필름

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101075979B1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101300774B1 (ko) * 2011-02-22 2013-09-03 애경화학 주식회사 탄소 나노 튜브 및 아크릴계 수성 중합체를 함유하는 조성물 및 이를 이용한 전도성 투명 전극
KR101257403B1 (ko) * 2011-03-03 2013-04-23 동의대학교 산학협력단 탄소나노튜브 코팅막을 이용한 전주 방법
KR101951290B1 (ko) * 2012-04-18 2019-02-22 롯데정밀화학 주식회사 필름 및 그의 제조방법
CN103183327B (zh) * 2013-03-18 2015-05-27 江苏苏美仑智能科技有限公司 碳纳米管的处理剂及其水溶性碳纳米管的制备方法
KR101526218B1 (ko) * 2013-11-20 2015-06-09 (주)지오데코 레독스 흐름형 이차전지 분리판 및 그의 제조방법
CN105199641B (zh) * 2015-10-14 2017-12-01 深圳市华星光电技术有限公司 碳纳米管导电球的制备方法与碳纳米管球导电胶的制备方法
CN106700297A (zh) * 2015-11-18 2017-05-24 天津工业大学 一种羧基化碳纳米管与聚苯乙烯的复合材料的制备方法
CN106700116A (zh) * 2015-11-18 2017-05-24 天津工业大学 一种表面活性剂调节聚苯乙烯/不同功能化碳纳米管膜材料多孔结构的方法
CN113346074B (zh) * 2020-03-03 2024-03-15 香港科技大学 一种多层结构的电极材料及其制备方法
CN113713630B (zh) * 2021-04-20 2023-09-19 保定源汉升新材料科技有限公司 一种吸附气态汞的复合膜合成方法及复合膜

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100689866B1 (ko) 2005-10-12 2007-03-09 인하대학교 산학협력단 비닐계 고분자가 그래프팅된 탄소나노튜브의 제조방법 및그 전구체

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100689866B1 (ko) 2005-10-12 2007-03-09 인하대학교 산학협력단 비닐계 고분자가 그래프팅된 탄소나노튜브의 제조방법 및그 전구체

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110008518A (ko) 2011-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101075979B1 (ko) 중합체를 포함하는 탄소나노튜브 용액의 제조방법, 이를 이용한 투명 전도성 필름의 제조방법, 이에 의해 제조된 투명 전도성 필름
US8637122B2 (en) Method of manufacturing transparent conductive film containing carbon nanotubes and binder, and transparent conductive film manufactured thereby
Yan et al. Highly elastic and transparent multiwalled carbon nanotube/polydimethylsiloxane bilayer films as electric heating materials
Lee et al. Electrically conductive and strong cellulose-based composite fibers reinforced with multiwalled carbon nanotube containing multiple hydrogen bonding moiety
JP5473148B2 (ja) 導電性が改善された透明導電性フィルム及びその製造方法
JP5364582B2 (ja) カーボンナノチューブ組成物および透明導電性フィルム
Liao et al. Carbon nanotube/polyaniline composite nanofibers: facile synthesis and chemosensors
US8778116B2 (en) Method for producing carbon nanotube-containing conductor
Li et al. A facile approach for the fabrication of highly stable superhydrophobic cotton fabric with multi-walled carbon nanotubes− azide polymer composites
KR101856214B1 (ko) 전도성 필름 및 그 제조방법
KR20120006458A (ko) 전도성 도료 조성물 및 이를 이용한 전도막의 제조방법
KR102543985B1 (ko) 전도막 및 이를 포함하는 전자 소자
WO2016208371A1 (ja) 導電積層体、それを用いた成型体、静電容量式タッチセンサーおよび面状発熱体、ならびに成型体の製造方法
JP6176431B2 (ja) 活性エネルギー線硬化性コーティング組成物及びコーティング剤
KR101356260B1 (ko) 전극기판의 제조방법
Ni et al. Facile fabrication of flexible UV-cured polyelectrolyte-based coatings for humidity sensing
KR101210496B1 (ko) 탄소나노튜브를 이용한 투명전도성 및 초소수성 필름의 제조방법
KR101670275B1 (ko) 투명 면상 발열체
JP5688395B2 (ja) 導電性パターンの形成方法、および透明導電性フィルム
JP2017200871A (ja) 固定化物及びその製造方法
CN112176313A (zh) 一种玻璃碳/碳纳米管薄膜复合材料及其制备方法与应用
Zhang et al. Research on graphene and its application in touch screen
KR101219170B1 (ko) 전도성 잉크 및 이를 이용한 투명전극
KR20120061487A (ko) 투명 전도성 필름, 그 제조방법 및 그를 이용한 투명전극
KR20110058269A (ko) 분산성이 향상된 탄소나노튜브를 포함하는 자외선 경화 도료 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151014

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161005

Year of fee payment: 6