KR102699543B1 - 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리(1,3-프로필렌석시네이트)글리콜에 탄소나노튜브를 첨가하여 혼합하는 원료혼합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 원료에 사슬연장제, 디이소시아네이트 및 촉매를 혼합하여 열가소성 폴리우레탄으로 중합하는 중합단계, 상기 중합단계를 통해 중합된 열가소성 폴리우레탄을 건조하는 건조단계 및 상기 건조단계를 통해 건조된 열가소성 폴리우레탄을 가열압축하여 필름으로 제조하는 압축단계로 이루어진다.
상기의 과정을 통해 제조되는 열가소성 폴리우레탄 필름은 중합과정에서 전도성 입자가 균일하게 분산되어 우수한 전기 전도성을 나타낼 뿐만 아니라, 형상기억 성능을 나타낸다.
상기의 과정을 통해 제조되는 열가소성 폴리우레탄 필름은 중합과정에서 전도성 입자가 균일하게 분산되어 우수한 전기 전도성을 나타낼 뿐만 아니라, 형상기억 성능을 나타낸다.
Description
본 발명은 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중합과정에서 전도성 입자가 균일하게 분산되어 우수한 전기 전도성을 나타낼 뿐만 아니라, 형상기억 성능을 나타내는 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법에 관한 것이다.
폴리우레탄은 이소시아네이트와 폴리올을 반응시켜 반복단위 내에 우레탄 혹은 우레아기가 결합을 가지도록 합성함으로써 제조되는데, 이렇게 제조된 폴리우레탄은 표면이 부드러우며, 마찰 저항성이 양호하고, 신축성, 유연성, 굴곡성, 내약품성, 내한/내열성 등의 장점을 나타낸다.
한편, 전기 전도성 고분자 복합소재는 전하 저장, 정전기 방전 보호 및 첨단 연료전지 막 분야에서 매우 유용하게 사용될 수 있어 스마트 분야에서 빠르게 성장하고 있는 현대 기술분야 중 하나다.
대표적인 전기 전도성 고분자 복합소재로는 가공성, 경량성 및 신축성 등의 기계적 성능을 나타내도록 하기위해 열가소성 폴리우레탄(TPU, Thermoplastic Polyurethane)에 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube), 탄소나노섬유(CNF, Carbon Nano Fiber) 및 그래핀(Graphene) 등의 전도성 입자를 분산시켜 제조하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.
상기와 같은 성분으로 이루어지는 전기 전도성 고분자 복합소재를 제조하는 대표적인 방법으로는 열가소성 폴리우레탄을 압출할 때 탄소나노튜브와 같은 전도성 입자를 첨가하여 블렌딩하는 방법과 전도성 입자와 열가소성 폴리우레탄을 별도로 분산시켜 용매에 용해시킨 후, 고분자 용액에 전도성 입자의 현탁액을 첨가하여 캐스팅하는 방법이 주로 시도되고 있다.
그러나, 상기의 방법은 디메틸포름아미드(DMF, dimethylformamide)나, 테트라히드로푸란(THF, Tetrahydrofuran) 등의 유기용매를 필요로 하며, 과도한 전도성 입자를 분산시키는데 한계가 있는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 중합과정에서 전도성 입자가 균일하게 분산되어 우수한 전기 전도성을 나타낼 뿐만 아니라, 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름을 제공하는 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 목적은 폴리(1,3-프로필렌석시네이트)글리콜에 탄소나노튜브를 첨가하여 혼합하는 원료혼합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 원료에 사슬연장제, 디이소시아네이트 및 촉매를 혼합하여 열가소성 폴리우레탄으로 중합하는 중합단계, 상기 중합단계를 통해 중합된 열가소성 폴리우레탄을 건조하는 건조단계 및 상기 건조단계를 통해 건조된 열가소성 폴리우레탄을 가열압축하여 필름으로 제조하는 압축단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 원료혼합단계에서는 상기 탄소나노튜브가 2.75 내지 3.75 중량%로 혼합되는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 중합단계는 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 원료 100 중량부에 사슬연장제 10 내지 15 중량부, 디이소시아네이트 65 내지 70 중량부 및 촉매 0.05 내지 0.1 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 중합단계는 1000 내지 1500rpm의 교반속도로 10 내지 20분 동안 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 사슬연장제는 1,3-프로판디올로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 디이소시아네이트는 4,4'-메틸렌디시클로헥실디이소시아네이트로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 촉매는 주석(II) 2-에틸헥사노에이트로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 건조단계는 상기 중합단계를 통해 중합된 열가소성 폴리우레탄을 상온에서 경화시킨 후에 진공건조기에 투입하고 75 내지 85℃의 온도에서 10 내지 15시간 동안 건조하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 압축단계는 상기 건조단계를 통해 건조된 열가소성 폴리우레탄을 유압프레셔에 투입하고 260 내지 280℃의 온도로 가열압축하여 0.2 내지 0.3 밀리미터 두께의 필름으로 제조하는 과정으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법은 중합과정에서 전도성 입자가 균일하게 분산되어 우수한 전기 전도성을 나타낼 뿐만 아니라, 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 단면을 FE-SEM으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1을 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 표면을 AFM으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1을 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름을 FT-IR로 측정한 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1을 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 인장특성을 확인하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 전기 전도성을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 연신에 따른 전기 전도성을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 상기 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 민감도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1을 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름을 TGA로 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예 2를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 형상기억 성능을 측정하여 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 단면을 FE-SEM으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1을 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 표면을 AFM으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1을 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름을 FT-IR로 측정한 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1을 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 인장특성을 확인하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 전기 전도성을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 연신에 따른 전기 전도성을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 상기 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 민감도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1을 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름을 TGA로 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예 2를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 형상기억 성능을 측정하여 나타낸 사진이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법은 폴리(1,3-프로필렌석시네이트)글리콜에 탄소나노튜브를 첨가하여 혼합하는 원료혼합단계(S101), 상기 원료혼합단계(S101)를 통해 제조된 원료에 사슬연장제, 디이소시아네이트 및 촉매를 혼합하여 열가소성 폴리우레탄으로 중합하는 중합단계(S103), 상기 중합단계(S103)를 통해 중합된 열가소성 폴리우레탄을 진공건조하는 건조단계(S105) 및 상기 건조단계(S105)를 통해 건조된 열가소성 폴리우레탄을 가열압축하여 필름으로 제조하는 압축단계(S107)로 이루어진다.
상기 원료혼합단계(S101)는 폴리(1,3-프로필렌석시네이트)글리콜에 탄소나노튜브를 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계로, 이때, 상기 탄소나노튜브는 2.75 내지 3.75 중량%로 혼합되는 것이 바람직하며, 상기 원료의 혼합은 공자전 믹서를 이용하여 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같이 탄소나노튜브가 혼합되면 제조되는 열가소성 폴리우레탄 필름에 전기 전도성이 부여될 뿐만 아니라, 연신률, 초기탄성률 및 응력이 향상된 열가소성 폴리우레탄 필름이 제공된다.
상기 원료혼합단계(S101)에서 탄소나노튜브의 함량이 2.75% 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 원료혼합단계(S101)에서 탄소나노튜브의 함량이 3.75%를 초과하게 되면 공자전 믹서를 이용하여 혼합하는 과정에서 혼합물의 뭉침현상이 발생하여 폴리우레탄 중합시 사용이 불가능하기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 중합단계(S103)는 상기 원료혼합단계(S101)를 통해 제조된 원료에 사슬연장제, 디이소시아네이트 및 촉매를 혼합하여 열가소성 폴리우레탄으로 중합하는 단계로, 상기 원료혼합단계(S101)를 통해 제조된 원료 100 중량부에 사슬연장제 10 내지 15 중량부, 디이소시아네이트 65 내지 70 중량부 및 촉매 0.05 내지 0.1 중량부를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 사슬연장제는 10 내지 15 중량부가 함유되며 본 발명을 통해 제조되는 열가소성 폴리우레탄 필름의 분자량을 향상시켜 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하는데 1,3-프로판디올로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 사슬연장제의 함량이 10 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 사슬연장제의 함량이 15 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 상대적으로 디이소시아네이트의 함량이 지나치게 줄어들기 때문에 열가소성 폴리우레탄의 수율이 저하될 수 있어 바람직하지 못하다.
또한, 상기 디이소시아네이트는 65 내지 70 중량부가 함유되며, 상기 원료 및 상기 사슬연장제 등과의 중합반응을 통해 열가소성 폴리우레탄 필름이 제공될 수 있도록 하는 역할을 하는데, 4,4'-메틸렌디시클로헥실디이소시아네이트(H12MDI, 4,4'-Methylene dicyclohexyl diisocyanate)로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 디이소시아네이트의 함량이 65 중량부 미만이면 상기 원료 및 상기 사슬연장제에 비해 디이소시아네이트의 함량이 지나치게 낮아 열가소성 폴리우레탄의 수율이 저하되며, 상기 디이소시아네이트의 함량 70 중량부를 초과하게 되면 열가소성 폴리우레탄의 수율은 크게 향상되지 않으면서 제조비용을 증가시키기 때문에 바람직하지 못하다.
또한, 상기 촉매는 0.05 내지 0.1 중량부가 함유되며, 상기 중합단계에서 진행되는 중합과정의 속도를 향상시키는 역할을 하는데, 주석(II) 2-에틸헥사노에이트로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 촉매의 함량이 0.05 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 촉매의 함량이 0.1 중량부를 초과하게 되면 본 발명을 통해 제조되는 열가소성 폴리우레탄의 중합과정이 완전히 진행되지 못한 상태에서 중합과정이 종결되어 열가소성 폴리우레탄의 분자량이 지나치게 낮아 기계적 물성이 현저하게 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.
또한, 중합단계(S103)에서 교반속도가 1000rpm 미만이거나 중합시간이 10분 미만이면 제조되는 열가소성 폴리우레탄의 중합도가 낮아 저분자량을 나타내기 때문에 열가소성 폴리우레탄의 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 상기 중합단계(S103)에서 교반속도가 1500rpm을 초과하거나 중합시간이 20분을 초과하게 되면 열가소성 폴리우레탄의 중합도는 크게 향상되지 않으면서 에너지 효율성이나 제조시간 적인 측면을 고려했을 때 바람직하지 못하다.
상기 건조단계(S105)는 상기 중합단계(S103)를 통해 중합된 열가소성 폴리우레탄을 건조하는 단계로, 상기 중합단계를 통해 중합된 열가소성 폴리우레탄을 상온에서 경화시킨 후에 진공건조기에 투입하고 75 내지 85℃의 온도에서 10 내지 15시간 동안 건조하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 중합단계(S103)를 통해 중합된 열가소성 폴리우레탄은 상온에서 24 내지 48시간 방치하면 미반응 이소시아네이트와 공기 중 OH가 반응하여 우레탄형성을 도와 후경화가 진행되는데, 상기와 같은 과정을 통해 상온에서 경화된 폴리우레탄을 진공건조기에 투입한 후에 진공건조하여 수분 및 미반응 물질을 제거하는 과정으로 이루어지게 된다.
상기의 과정으로 이루어지는 건조단계(S105)를 거치면, 수분이나 미반응 물질의 함량이 낮아 기계적 물성이나 전기전도성이 더욱 향상된 열가소성 폴리우레탄이 제공된다.
상기 건조단계(S105)의 건조온도가 75℃ 미만이거나 건조시간이 10시간 미만이면 상기 중합단계(S103)를 통해 중합된 열가소성 폴리우레탄에 함유된 수분이나 미반응 물질의 제거 효과가 지나치게 저하되며, 상기 건조단계(S105)의 건조온도가 85℃를 초과하거나 건조시간이 20시간을 초과하게 되면 열가소성 폴리우레탄에 함유된 수분제거 효과는 크게 향상되지 않으면서 제조공정의 효율성이 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 압축단계(S107)는 상기 건조단계(S105)를 통해 진공건조된 열가소성 폴리우레탄을 가열압축하여 필름으로 제조하는 단계로, 상기 건조단계(S105)를 통해 건조된 열가소성 폴리우레탄을 유압프레셔에 투입하고 260 내지 280℃의 온도로 가열압축하여 0.2 내지 0.3 밀리미터 두께의 필름으로 제조하는 과정으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 상기 가열온도가 260℃ 미만이면 필름제조공정의 효율성이 저하되며, 상기 가열온도가 280℃를 초과하게 되면 폴리우레탄이 탄화되어 외관품질이나 기계적 물성이 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<실시예 1>
폴리(1,3-프로필렌석시네이트)글리콜 60g에 탄소나노튜브 3.032g을 첨가하여 혼합하여 원료를 제조하고, 제조된 원료에 사슬연장제(1,3-프로판디올) 7.76g, 디이소시아네이트(4,4'-메틸렌디시클로헥실디이소시아네이트) 42.5g 및 촉매{주석(II) 2-에틸헥사노에이트} 0.06g을 혼합하고 1200rpm의 속도로 15분 동안 교반하여 중합하여 열가소성 폴리우레탄을 제조하고, 제조된 열가소성 폴리우레탄을 플레이트에 개재한 후에 상온에서 36시간 동안 경화시킨 후에, 경화된 폴리우레탄을 진공건조기에 투입하고 80℃의 온도로 12시간 동안 진공건조하고, 진공건조된 열가소성 폴리우레탄을 유압프레셔에 개재한 후에 270℃의 온도로 압축하여 두께가 2.5mm인 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름을 제조하였다(TPU/CNT 2.75).
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 탄소나노튜브 3.584g을 첨가하여 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름을 제조하였다(TPU/CNT 3.25).
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 탄소나노튜브 3.859g을 첨가하여 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름을 제조하였다(TPU/CNT 3.50).
<실시예 4>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 탄소나노튜브 4.135g을 첨가하여 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름을 제조하였다(TPU/CNT 3.75).
<비교예 1>
폴리(1,3-프로필렌석시네이트)글리콜 60g에 사슬연장제(1,3-프로판디올) 7.76g, 디이소시아네이트(4,4'-메틸렌디시클로헥실디이소시아네이트) 42.5g 및 촉매{주석(II) 2-에틸헥사노에이트} 0.06g을 혼합하고 1200rpm의 속도로 15분 동안 교반하여 중합하여 열가소성 폴리우레탄을 제조하고, 제조된 열가소성 폴리우레탄을 상온에서 26시간 동안 방치하여 경화하고, 경화된 열가소성 폴리우레탄을 플레이트에 개재한 후에 진공건조기에 투입하고 80℃의 온도로 12시간 동안 진공건조하고, 진공건조된 열가소성 폴리우레탄을 유압프레셔에 개재한 후에 270℃의 온도로 압축하여 두께가 2.5mm인 열가소성 폴리우레탄 필름을 제조하였다(TPU).
상기 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 단면을 FE-SEM으로 촬영하여 아래 도 2에 나타내었다.
아래 도 2에 나타낸 것처럼, 탄소나노튜브의 함량이 증가할수록 단면에 탄소나노튜브가 많이 관찰되는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1을 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 표면을 AFM으로 촬영하여 아래 도 3에 나타내었다.
아래 도 3에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름은 하드세그먼트와 소프트세그먼트의 양감과 음감의 형성이 각각 잘 이루어지는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1을 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름을 FT-IR로 측정한 그래프를 아래 도 4에 나타내었다.
아래 도 4에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름은 CNO 피크가 사라지고, 우레탄 관련기가 관찰되어 열가소성 폴리우레탄의 합성이 성공적으로 이루어진 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1을 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 인장특성을 확인하여 아래 도 5에 나타내었다.
아래 도 5에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름은 비교예 1을 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름에 비해 응력 및 연신율이 낮게 나타나는 것을 알 수 있는데, 이는 탄소나노튜브가 수소 결합 및 반데르 발스 인력과 같은 열가소성 폴리우레탄의 상호작용에 영향을 미치는 것으로 볼 수 있다.
또한, 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름을 비교한 경우에는, 탄소나노튜브의 함량이 증가할수록 연신율, 초기탄성율 및 응력이 증가하였다.
또한, 상기 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 전기 전도성을 측정하여 아래 도 6에 나타내었다.
{단, 열가소성 폴리우레탄 필름의 전기 전도성은 LED밝기를 참고하였다.}
아래 도 6에 나타낸 것처럼, 10V에서 전도도는 CNT 2.75wt%에서 6.10×10-4(S/cm), CNT 3.25wt%에서 8.23×10-4(S/cm), CNT 3.50wt%에서 5.68×10-3(S/cm), CNT 3.75wt%에서 1.26×10-2(S/cm)이므로 탄소나노튜브의 함량이 증가할수록 전기 전도도 값이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브의 함량이 증가 할수록 LED 밝기가 밝아지는 것으로 전도도 차이를 확인 가능하다.
또한, 상기 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 연신에 따른 전기 전도성을 측정하여 아래 도 7에 나타내었다.
아래 도 7에 나타낸 것처럼 열가소성 폴리우레탄 필름이 연신됨에 따라 전도성이 감소하는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 열가소성 폴리우레탄 필름을 연신 시키는 과정에서 연결되어 있던 탄소나노튜브가 분리되는 현상에서 기인하는 것으로 판단된다.
또한, 상기 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 민감도를 측정하여 아래 도 8에 나타내었다.
아래 도 8에 나타낸 것처럼, [(dR/R)/(dL/L)]로 값을 계산한 결과, 탄소나노튜브의 함량이 3.75wt%인 실시예 4를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 경우 gauge factor의 값이 높아 민감도가 가장 우수하기 때문에, 인장 센서로서 가장 적합하다.
또한, 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1을 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름을 TGA로 측정하여 아래 도 9에 나타내었다.
아래 도 9에 나타낸 것처럼, 첫 번째 피크인 Hard segment의 분해 온도는 CNT 2.75wt% 331℃, CNT 3.25wt% 335℃, CNT 3.50wt% 330℃이며, CNT 3.75wt%의 경우 322℃로 10℃ 감소한 것을 확인할 수 있다. 이러한 현상은 나노입자 크기의 탄소나노튜브가 열가소성 폴리우레탄 필름의 Hard segment에서 분자간 수소 결합을 약간 감소시킨 결과로 볼 수 있다.
두 번째 피크인 Soft segment의 분해 온도는 CNT 2.75wt% 419℃, CNT 3.25wt% 420℃, CNT 3.50wt% 421℃, CNT 3.75wt% 418℃로 유사한 분해 온도를 나타내고 있다. 또한, 탄소나노튜브의 함량이 높을수록 잔류량이 비례적으로 증가하여 필름 내의 탄소나노튜브가 고르게 분포되어 중합되었음을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 2를 통해 제조된 열가소성 폴리우레탄 필름의 형상기억 성능을 측정하여 아래 도 10에 나타내었다.
아래 도 10에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 2를 통해 제조된 폴리우레탄 필름은 우수한 형상기억 성능을 나타내는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법은 중합과정에서 전도성 입자가 균일하게 분산되어 우수한 전기 전도성을 나타낼 뿐만 아니라, 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름을 제공한다.
S101 ; 원료혼합단계
S103 ; 중합단계
S105 ; 건조단계
S107 ; 압축단계
S103 ; 중합단계
S105 ; 건조단계
S107 ; 압축단계
Claims (9)
- 폴리(1,3-프로필렌석시네이트)글리콜에 탄소나노튜브를 첨가하여 혼합하는 원료혼합단계;
상기 원료혼합단계를 통해 제조된 원료에 사슬연장제, 디이소시아네이트 및 촉매를 혼합하여 열가소성 폴리우레탄으로 중합하는 중합단계;
상기 중합단계를 통해 중합된 열가소성 폴리우레탄을 건조하는 건조단계; 및
상기 건조단계를 통해 건조된 열가소성 폴리우레탄을 가열압축하여 필름으로 제조하는 압축단계;로 이루어지며,
상기 원료혼합단계에서는 상기 탄소나노튜브가 2.75 내지 3.75 중량%로 혼합되고,
상기 중합단계는 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 원료 100 중량부에 사슬연장제 10 내지 15 중량부, 디이소시아네이트 65 내지 70 중량부 및 촉매 0.05 내지 0.1 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 중합단계는 1000 내지 1500rpm의 교반속도로 10 내지 20분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 사슬연장제는 1,3-프로판디올로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 디이소시아네이트는 4,4'-메틸렌디시클로헥실디이소시아네이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 촉매는 주석(II) 2-에틸헥사노에이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 건조단계는 상기 중합단계를 통해 중합된 열가소성 폴리우레탄을 상온에서 경화시킨 후에 진공건조기에 투입하고 75 내지 85℃의 온도에서 10 내지 15시간 동안 건조하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 압축단계는 상기 건조단계를 통해 건조된 열가소성 폴리우레탄을 유압프레셔에 투입하고 260 내지 280℃의 온도로 가열압축하여 0.2 내지 0.3 밀리미터 두께의 필름으로 제조하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 전도성과 형상기억 성능을 나타내는 열가소성 폴리우레탄 필름의 제조방법.
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