KR20120089107A - 전도성 고분자 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전도성 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물은 PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 도펀트로서 PCS(Poly cellulose-sulfonate)를 사용함으로써, 전도성 고분자의 가교 밀도가 높아져, 전도성 고분자 조성물의 전기전도도 및 열적 안정성이 우수하다.
Description
본 발명은 전도성 고분자 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
디지털 기술을 이용하는 컴퓨터가 발달함에 따라 컴퓨터의 보조 장치들도 함께 개발되고 있으며, 개인용 컴퓨터, 휴대용 전송장치, 그 밖의 개인 전용 정보처리장치 등은 키보드, 마우스와 같은 다양한 입력장치(Input Device)를 이용하여 텍스트 및 그래픽 처리를 수행한다.
하지만, 정보화 사회의 급속한 진행에 따라 컴퓨터의 용도가 점점 확대되는 추세에 있는 바, 현재 입력장치 역할을 담당하는 키보드 및 마우스만으로는 효율적인 제품의 구동이 어려운 문제점이 있다. 따라서, 간단하고 오조작이 적을 뿐 아니라, 누구라도 쉽게 정보입력이 가능한 기기의 필요성이 높아지고 있다.
또한, 입력장치에 관한 기술은 일반적 기능을 충족시키는 수준을 넘어서 고신뢰성, 내구성, 혁신성, 설계 및 가공 관련기술 등으로 관심이 바뀌고 있으며, 이러한 목적을 달성하기 위해서 텍스트, 그래픽 등의 정보 입력이 가능한 입력장치로서 터치패널(Touch panel)이 개발되었다.
이러한 터치패널은 전자수첩, 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), El(Electroluminescence) 등의 평판 디스플레이 장치 및 CRT(Cathode Ray Tube)와 같은 화상표시장치의 표시면에 설치되어, 사용자가 화상표시장치를 보면서 원하는 정보를 선택하도록 하는데 이용되는 도구이다.
터치패널의 종류는 저항막방식(Resistive Type), 정전용량방식(Capacitive Type), 전기자기장방식(Electro-Magnetic Type), 소오방식(SAW type; Surface Acoustic Wave Type) 및 인프라레드방식(Infrared Type)으로 구분된다. 이러한 다양한 방식의 터치패널은 신호 증폭의 문제, 해상도의 차이, 설계 및 가공 기술의 난이도, 광학적 특성, 전기적 특성, 기계적 특성, 내환경 특성, 입력 특성, 내구성 및 경제성을 고려하여 전자제품에 채용되는데, 현재 가장 광범위한 분야에서 사용하는 방식은 저항막방식 터치패널과 정전용량방식 터치패널이다.
저항막방식 터치패널의 경우, 상/하부 투명전극막이 스페이서에 의해 이격되고 눌림에 의해 서로 접촉될 수 있도록 배치된 형태이다. 상부 투명전극막이 형성되어 있는 상부 전도성 필름이 손가락, 펜 등의 입력수단에 의해 눌릴 때 상/하부 투명전극막이 통전되고, 그 위치의 저항값 변화에 따른 전압변화를 제어부에서 인지하여 접촉좌표를 인식하는 방식으로 디지털 저항막방식과 아날로그 저항막방식이 있다.
정전용량방식 터치패널의 경우, 제1 투명전극이 형성된 상부 전도성 필름과 제2 투명전극이 형성된 하부 전도성 필름이 서로 이격되며, 제1 투명전극과 제2 투명전극이 접촉하지 못하게 절연재가 삽입된다. 또한, 상부 전도성 필름과 하부 전도성 필름에는 투명전극과 연결된 전극배선이 형성된다. 전극배선은 입력수단이 터치스크린에 접촉함에 따라 제1 투명전극과 제2 투명전극에서 발생하는 정전용량의 변화를 제어부에 전달한다.
종래에는 ITO(Indium Tin Oxide; 인듐-주석 산화물)를 이용하여 투명전극을 형성하였으나, 현재 이를 대체하기 위한 물질로서 전도성 고분자에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 전도성 고분자는 ITO에 비해 유연성이 뛰어나고 코팅 공정이 단순한 장점이 있다. 이러한 장점으로 인해, 전도성 고분자는 터치패널 뿐만 아니라 차세대 기술인 플렉시블 디스플레이(Flexible display)의 핵심적인 요소로서 기대가 주목되고 있다.
다만, 이러한 전도성 고분자는 0.1 S/cm ~ 100 S/cm의 전기전도도를 갖는 바, ITO를 대체함에 있어, 상대적으로 낮은 전기전도도를 갖는 문제점이 있다. 또한, 기존의 전도성 고분자는 열이 가해지는 경우, 전도성 고분자의 배열이 불규칙해짐으로써, 전기전도도의 변화 폭이 커져 안정성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자를 포함한 전도성 고분자 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전도성 고분자 조성물은 하기의 화학식1로 표시되는 PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(상기식에서 n은 2 이상의 정수임.)
여기서, 본 발명은 상기 조성물은 상기 PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자 0.1중량% ~ 50중량% 및 상기 용매 50중량% ~ 99.9중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자는 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리페닐렌계, 폴리아닐린계 또는 폴리아세틸렌계 전도성 고분자 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리티오펜계 전도성 고분자는 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리셀룰로오스술포네이트(PEDOT/PCS)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 용매는 물, 지방족 알코올, 지방족 케톤, 지방족 카르복실산 에스테르, 지방족 카르복실산 아미드, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 아세토 니트릴 및 지방족 술폭시드 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 조성물은 추가 도펀트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 추가 도펀트는 디메틸설폭사이드(DMSO), N-메틸피롤리돈(NMP), N,N-디메틸포름아미드(DMF) 및 N-디메틸아세트이미드(DMA)인 극성용매 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 조성물은 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 바인더는 아크릴계 바인더, 에폭시계 바인더, 에스터계 바인더, 우레탄계 바인더, 에테르계 바인더, 카복실계 바인더 및 아미드계 바인더 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전도성 고분자 조성물의 제조방법은 (A)전도성 고분자 단량체, PCS(Poly cellulose-sulfonate) 및 용매를 포함하는 전도성 고분자 단량체 용액을 제조하는 단계 및 (B)상기 전도성 고분자 단량체 용액을 중합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명은 상기 중합은 산화제를 첨가하여 산화중합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전도성 고분자 단량체 용액은 상기 전도성 고분자 단량체 0.1중량% ~ 50중량%, 상기 PCS(Poly cellulose-sulfonate) 0.01중량% ~ 10중량% 및 상기 용매 40중량% ~ 99중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전도성 고분자 단량체는 티오펜, 아닐린, 피롤, 아세틸렌, 페닐렌 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 전도성 고분자 단량체인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전도성 고분자 단량체는 3,4-에틸렌디옥시티오펜(EDOT)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 용매는 물, 지방족 알코올, 지방족 케톤, 지방족 카르복실산 에스테르, 지방족 카르복실산 아미드, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 아세토 니트릴 및 지방족 술폭시드 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 도펀트로 PCS(Poly cellulose-sulfonate)를 사용하여 전도성 고분자를 도핑함으로써, 전도성 고분자간의 가교 밀도가 높아져 전기전도도가 향상된다.
또한, 본 발명에 따르면, PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자 조성물은 분자 구조의 안정성이 높아, 열에 의한 전기전도도의 변화 폭이 작다.
도 1은 PCS(Poly cellulose-sulfonate)의 화학구조를 도시한 도면이다.
도 2는 PCS(Poly cellulose-sulfonate)이 물에 용해된 경우, 화학구조변화를 도시한 도면이다.
도 3은 PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑하여 전도성 고분자 단량체 EDOT을 중합하는 화학반응을 도시한 도면이다.
도 2는 PCS(Poly cellulose-sulfonate)이 물에 용해된 경우, 화학구조변화를 도시한 도면이다.
도 3은 PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑하여 전도성 고분자 단량체 EDOT을 중합하는 화학반응을 도시한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물은 PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 도펀트로 PCS(Poly cellulose-sulfonate)를 사용함으로써, 전도성 고분자의 가교 밀도가 높아져, 전도성 고분자 조성물의 전기전도도 및 열적 안정성이 향상된다. 이하, 전도성 고분자 조성물의 구성요소별로 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 전도성 고분자는 탄소원자 하나 당 한개의 π 전자를 갖는 전기전도성을 띄는 고분자로서 일반적으로 약 10,000 이상의 분자량을 갖는다. 전도성 고분자는 기존의 투명전극으로 일반적으로 사용되던 ITO(Indium Tin Oxide)에 비해 경량임과 동시에 유연성이 높은 박막을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
도펀트(dopant)는 전도성 고분자의 
궤도함수의 일부에 전하를 첨가하거나 제거하여 전하 운송체 역할을 하는 물질을 말한다. 도펀트는 전도성 고분자에 전도성을 주기 위해 일반적으로 첨가된다. 이렇게 전도성 고분자에 도펀트를 첨가하여 전하 운송체를 만드는 것을 도핑(doping)이라고 한다. 상세하게는 전도성 고분자에 전하를 제공하는 경우 환원도핑(n-type doping)이라고 하며, 전도성 고분자로부터 전하를 제거하는 경우 산화도핑(p-type doping)이라고 한다.
본 발명은 PCS(Poly cellulose-sulfonate)를 사용하여 전도성 고분자를 도핑함으로써, 전도성 고분자 조성물의 전기전도도가 높아지며, 열적안정성이 증대된다. 이때, 도펀트로 사용되는 PCS(Poly cellulose-sulfonate)는 도 1의 화학구조를 갖는 백색, 담황색을 띄는 물질이다. PCS는 물에 용해되는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 Na+ 이온이 해리되면서, H+이온이 술포네이트기에 공유결합하여 술폰산기가 형성된다. 이하, 전도성 고분자의 PCS(Poly cellulose-sulfonate) 도핑에 따른 전기전도도 및 열적안정성의 향상원리를 예를 들어 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전도성 고분자 단량체 EDOT을 산화중합하는 경우, PEDOT의 양이온과 PCS의 술포네이트기 음이온이 전기적 인력에 의해 서로 이끌려, 긴 사슬형태를 이룬다. 이때, PCS는 히드록시기(OH-)를 포함함으로써, PCS 분자간에 수소결합에 의해 전도성 고분자 사슬의 가교 밀도가 높다. 따라서 PEDOT 전도성 고분자간의 거리가 짧아져, 전도성 고분자 조성물의 전기전도도가 향상된다. 또한, 전도성 고분자 사슬간의 가교 밀도가 높아 분자구조의 안정성이 증대되므로, 열을 가하여도 고분자 사슬의 변형이 적어 전기적 특성을 유지할 수 있다. 이는 예로 든 상기 PEDOT 뿐만 아니라 다른 전도성 고분자에도 PCS(Poly cellulose-sulfonate)의 도핑에 의한 전기전도도 및 열적안정성 향상 효과는 동일하게 적용된다.
여기서, PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자는 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리페닐렌계, 폴리아닐린계 또는 폴리아세틸렌계 중 어느 하나일 수 있다.
이때, 바람직하게는 폴리티오펜계 전도성 고분자는 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리셀룰로오스술포네이트(PEDOT/PCS)이다. PEDOT/PCS는 전기전도도 및 내열 저항 안전성이 높으며, 우수한 투명도를 갖는다는 장점이 있다.
본 발명의 조성물에 PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자는 0.1중량% ~ 50중량% 가 포함된다. 바람직하게는 1중량% ~ 3중량%가 포함된다. PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자량이 0.1 중량% 미만인 경우, 1 ㏀/□ 이하의 고전도성을 실현하기 어려우며, 50중량%를 초과하는 경우에는 착색성을 가진 전도성 고분자량의 증가에 따라 투명전극의 투과율이 저하된다.
다음으로, 용매는 전도성 고분자를 용액상에 분산시키기 위해 첨가된다. 용매는 물, 지방족 알코올, 지방족 케톤, 지방족 카르복실산 에스테르, 지방족 카르복실산 아미드, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 아세토 니트릴, 지방족 술폭시드, 물 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시에 불과하며, 상기예에 한정되는 것은 아니다.
이때, 용매는 전도성 고분자 조성물에 50중량% ~ 99.9중량%가 포함되며, 바람직하게는 60중량% ~ 99중량%가 포함된다. 용매는 전도성 고분자를 용액상에 분산시키기 위해 첨가된다. 용매가 50중량% 미만인 경우, 전도성 고분자의 분산성이 떨어지며, 99.9중량%를 초과하는 경우에는 전도성 고분자 조성물의 전기전도도가 감소된다.
본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물은 추가 도펀트를 더 포함할 수 있다. 추가 도펀트는 전도성 고분자와 PCS(Poly cellulose-sulfonate)사이에 스크린 효과를 나타내어, 낮은 전기전도도를 갖는 PCS(Poly cellulose-sulfonate)를 전도성 고분자로부터 이격시킴으로써, 전체적으로 전도성 고분자 조성물의 전기전도도가 향상된다. 추가 도펀트는 전도성 고분자의 구조적 변화를 일으켜 도펀트로 남아있지 않지만, 도핑과 같은 효과를 나타내므로 2차 도펀트라고 한다.
이러한 추가 도펀트로는 산소 및 질소를 함유하는 유기 화합물이 바람직하며, 에테르기 화합물, 카르보닐기 화합물, 극성용매 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
에테르기를 함유하는 화합물로는 디에틸렌글리콜모노에틸에테르 등이 사용되며, 카르보닐기를 함유하는 화합물로서는 이소프론, 프로필렌카보네이트, 시클로헥사논 또는 부티로락톤 등이 사용된다.
이때, 바람직하게는 극성용매를 추가 도펀트로 사용한다. 극성용매는 전도성 고분자 조성물의 전기전도도를 향상시키는 성능이 우수한 장점이 있다. 극성용매는 디메틸설폭사이드(DMSO), N-메틸피롤리돈(NMP), N,N-디메틸포름아미드(DMF), N-디메틸아세트이미드(DMA) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
또한, 추가 도펀트는 전도성 고분자 조성물에 0.5중량% ~ 15중량%가 포함되며, 바람직하게는 1.5중량% ~ 5중량%가 포함된다. 추가 도펀트가 0.5중량% 미만인 경우, 전기전도도 향상효과가 미미하며, 15중량%를 초과하는 경우, 도펀트 첨가에 따른 전기전도도의 향상효과가 없으므로 추가 도펀트가 낭비될 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물은 바인더를 더 포함할 수 있다. 바인더는 전도성 고분자 조성물의 베이스 부재와의 접착력을 높인다. 바인더는 아크릴계 바인더, 에폭시계 바인더, 에스터계 바인더, 우레탄계 바인더, 에테르계 바인더, 카복실계 바인더 및 아미드계 바인더 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물일 수 있다.
이때, 바인더는 전도성 고분자 조성물에 0.5중량% ~ 10중량%가 포함되며, 바람직하게는 2중량% ~ 8중량%가 포함된다. 바인더가 0.5중량% 미만인 경우, 접착력 향상효과가 미미하며, 10중량%를 초과하는 경우, 전도성 고분자에 비해 상대적으로 비율이 높아져 전도성 고분자 조성물의 전기전도도가 감소된다.
본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물은 상기 첨가제 외에도 분산안정제, 계면활성제 등 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전도성 고분자 조성물의 제조방법은 (A)전도성 고분자 단량체, PCS(Poly cellulose-sulfonate) 및 용매를 포함하는 전도성 고분자 단량체 용액을 제조하는 단계 및 (B)상기 전도성 고분자 단량체 용액을 중합하는 단계를 포함한다. 본 발명은 전도성 고분자를 중합함에 있어, 도펀트로 PCS(Poly cellulose-sulfonate)를 사용하여 전도성 고분자를 도핑함으로써, 전도성 고분자 조성물의 전기전도도 및 열적안정성이 향상된다. 이하 전도성 고분자 조성물의 제조공정별로 나누어 살펴보기로 한다. 앞에서 설명한 부분과 중복되는 부분은 생략하거나 간략히 언급하도록 하겠다.
먼저, 전도성 고분자 단량체, PCS(Poly cellulose-sulfonate) 및 용매를 포함하는 전도성 고분자 단량체 용액을 제조한다. 여기서, 전도성 고분자 단량체는 티오펜, 아닐린, 피롤, 아세틸렌, 페닐렌 또는 이들의 유도체일 수 있다. 이때, 바람직하게는 전도성 고분자 단량체는 3,4-에틸렌디옥시티오펜(EDOT)을 사용할 수 있다. 전도성 고분자 단량체 EDOT을 중합한 폴리에틸렌디옥시티오펜(PEDOT)은 전기전도도가 높으며, 우수한 투과율을 갖는다는 장점이 있다.
이때, 전도성 고분자 단량체는 전도성 고분자 단량체 용액에 0.1중량% ~ 50중량%가 포함된다. 바람직하게는 1중량% ~ 3중량%가 포함된다. 전도성 고분자 단량체가 0.1중량% 미만인 경우, 전도성 고분자 조성물의 전기전도도가 낮다. 전도성 고분자 단량체가 50중량%를 초과하는 경우, 전도성 고분자 조성물의 투과율이 저하되며, 가공이 용이하지 않다.
또한, 도펀트로서 PCS(Poly cellulose-sulfonate)를 첨가한다. 본 발명은 전도성 고분자 단량체를 중합시, 도펀트로서 PCS(Poly cellulose-sulfonate)를 사용함으로써, PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자를 제조할 수 있다. PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자 조성물은 면저항이 500 Ω/□ 이하인 우수한 전기전도도를 가지며, 열에 의한 분자구조 변화가 적어 안정성이 높다.
이때, PCS(Poly cellulose-sulfonate)는 전도성 고분자 단량체 용액에 0.01중량% ~ 10중량%가 포함된다. 바람직하게는 0.1중량% ~ 3중량%가 포함된다. PCS(Poly cellulose-sulfonate)가 0.01중량% 미만인 경우, 전도성 고분자의 도핑 효과가 낮으며, 10중량%를 초과하는 경우, PCS(Poly cellulose-sulfonate)의 추가적인 첨가에 따른 전기전도도 향상효과가 미미하다.
또한, 용매는 전도성 고분자 단량체와 PCS(Poly cellulose-sulfonate)를 용해시켜 분산시키는 역할을 한다. 용매는 전도성 고분자 단량체 용액에 40중량% ~ 99중량%가 포함된다.
다음으로, 전도성 고분자 단량체 용액을 중합한다. 전도성 고분자 단량체 용액을 중합함으로써, PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자를 얻을 수 있다. 전도성 고분자 단량체 용액을 중합시키는 방법으로 화학적 중합, 전기화학적 중합, 열중합, 광중합 등이 이용될 수 있다.
여기서, 화학적 중합 중 산화중합을 이용하여 전도성 고분자를 중합함이 바람직하다. 산화중합은 저렴한 비용으로 고분자 중합이 가능하며, 중합방법이 간단하다는 장점이 있다. 산화중합은 APS(Ammonium peroxy disulfate), 염산(HCl) 또는 루이스산(Lewis acid)과 같은 산화제를 전도성 고분자 단량체 용액에 첨가하여 중합이 용이하게 단량체를 산화시킨 다음, 전도성 고분자로 중합하게 된다. 이때, 산화제는 전도성 고분자 단량체 1몰 대비 0.0001몰 ~ 4몰이 첨가된다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
둥근 100ml 반응용기에 용매로 물, 전도성 고분자 단량체 3.4-에틸렌디옥시티오펜(EDOT) 및 PCS(Poly cellulose-sulfonate)를 넣고 30 분간 교반 및 초음파 처리(sonification)하여 전도성 고분자 단량체 용액을 제조하였다. 이때, 전도성 고분자 단량체 용액의 조성비는 물 69.7%, EDOT 30% 및 PCS(Poly cellulose-sulfonate) 0.3%이다. 이후, 전도성 고분자 단량체 용액에 산화제 Fe2(SO4)35H2O를 14.08 mmol을 첨가한 후, 25℃에서 3시간 동안 산화중합시켜 PEDOT/PCS 전도성 고분자 조성물을 제조하였다. 전도성 고분자 조성물을 베이스 부재 위에 코팅하고 100℃에서 2분간 오븐에서 건조시켜 전도성 필름을 제조하였다.
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 전도성 고분자 단량체 용액의 조성비를 물 69.3%, EDOT 30% 및 PCS(Poly cellulose-sulfonate) 0.7%로 달리하였다.
전도성 고분자 조성물을 베이스 부재 위에 코팅하고 100℃에서 2분간 오븐에서 건조시켜 전도성 필름을 제조하였다.
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 전도성 고분자 단량체 용액의 조성비를 물 69.1%, EDOT 30% 및 PCS(Poly cellulose-sulfonate) 0.9%로 달리하였다.
전도성 고분자 조성물을 베이스 부재 위에 코팅하고 100℃에서 2분간 오븐에서 건조시켜 전도성 필름을 제조하였다.
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 전도성 고분자 단량체 용액의 조성비를 물 68.8%, EDOT 30% 및 PCS(Poly cellulose-sulfonate) 1.2%로 달리하였다.
전도성 고분자 조성물을 베이스 부재 위에 코팅하고 100℃에서 2분간 오븐에서 건조시켜 전도성 필름을 제조하였다.
<비 교 예1>
상기 실시예1과 동일하게 실시하되, 도펀트로서 PCS(Poly cellulose-sulfonate)대신에 폴리스티렌술포네이트(PSS)를 첨가하였다. 전도성 고분자 단량체 용액의 조성비는 물 69.7%, EDOT 30% 및 PSS 0.3% 이었다.
전도성 고분자 조성물을 베이스 부재 위에 코팅하고 100℃에서 2분간 오븐에서 건조시켜 전도성 필름을 제조하였다.
<비 교 예2>
상기 실시예1과 동일하게 실시하되, 도펀트로서 PCS(Poly cellulose-sulfonate)대신에 폴리스티렌술포네이트(PSS)를 첨가하여, 전도성 고분자 단량체 용액의 조성비는 물 69.3%, EDOT 30% 및 PSS 0.7%로 하였다.
전도성 고분자 조성물을 베이스 부재 위에 코팅하고 100℃에서 2분간 오븐에서 건조시켜 전도성 필름을 제조하였다.
<
시 험
예 >
실시예 및 비교예의 전도성 고분자 조성물로 제조된 전도성 필름의 열처리 전후의 면저항을 평가하였다. 면저항의 경우 Mitsubishi chemical사의 Loresta EP MCP-T360 을 사용하였다. 열처리는 150℃ 오븐에서 30분간 실시하였다.
|
|
열처리 전 |
열처리 후 | ||
| 면저항(Ω/□) |
산포(%) | 면저항(Ω/□) | 산포(%) | |
| 실시예1 |
157.0 | 6.4 | 163.8 | 12.2 |
| 실시예2 |
181.0 | 7.9 | 199.1 | 12.6 |
| 실시예3 |
195.3 | 7.5 | 211.4 | 12.5 |
| 실시예4 |
238.5 | 8.1 | 251.3 | 12.8 |
| 비교예1 |
212.8 | 15.0 | 224.0 | 33.5 |
| 비교예2 |
265.2 | 15.5 | 278.8 | 33.7 |
상기 표 1의 실험데이터 결과값에서 알 수 있듯이, PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑한 전도성 고분자 PEDOT/PCS는 PEDOT/PSS보다 면저항값이 낮아 전기전도도가 더 우수함을 알 수 있다. 또한, PEDOT/PCS는 열처리 전후 면저항값의 산포(%)가 낮아 열에 대한 안정성이 우수함을 확인할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물 및 이의 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 명확해질 것이다.
Claims (15)
- 하기의 화학식1로 표시되는 PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물.
<화학식 1>
(상기식에서 n은 2 이상의 정수임.) - 청구항 1에 있어서,
상기 조성물은 상기 PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자 0.1중량% ~ 50중량% 및 상기 용매 50중량% ~ 99.9중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 PCS(Poly cellulose-sulfonate)로 도핑된 전도성 고분자는 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리페닐렌계, 폴리아닐린계 또는 폴리아세틸렌계 전도성 고분자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물. - 청구항 3에 있어서,
상기 폴리티오펜계 전도성 고분자는 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리셀룰로오스술포네이트(PEDOT/PCS)인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 용매는 물, 지방족 알코올, 지방족 케톤, 지방족 카르복실산 에스테르, 지방족 카르복실산 아미드, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 아세토 니트릴 및 지방족 술폭시드 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 조성물은 추가 도펀트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물. - 청구항 6에 있어서,
상기 추가 도펀트는 디메틸설폭사이드(DMSO), N-메틸피롤리돈(NMP), N,N-디메틸포름아미드(DMF) 및 N-디메틸아세트이미드(DMA)인 극성용매 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 조성물은 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물. - 청구항 8에 있어서,
상기 바인더는 아크릴계 바인더, 에폭시계 바인더, 에스터계 바인더, 우레탄계 바인더, 에테르계 바인더, 카복실계 바인더 및 아미드계 바인더 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물. - (A)전도성 고분자 단량체, PCS(Poly cellulose-sulfonate) 및 용매를 포함하는 전도성 고분자 단량체 용액을 제조하는 단계; 및
(B)상기 전도성 고분자 단량체 용액을 중합하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 중합은 산화제를 첨가하여 산화중합하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 전도성 고분자 단량체 용액은 상기 전도성 고분자 단량체 0.1중량% ~ 50중량%, 상기 PCS(Poly cellulose-sulfonate) 0.01중량% ~ 10중량% 및 상기 용매 40중량% ~ 99중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 전도성 고분자 단량체는 티오펜, 아닐린, 피롤, 아세틸렌, 페닐렌 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 전도성 고분자 단량체인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 전도성 고분자 단량체는 3,4-에틸렌디옥시티오펜(EDOT)인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 용매는 물, 지방족 알코올, 지방족 케톤, 지방족 카르복실산 에스테르, 지방족 카르복실산 아미드, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 아세토 니트릴 및 지방족 술폭시드 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 조성물의 제조방법.
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