소수화 코팅에 따른 산화내구성

이처럼 전도성 고분자 사슬은 산소 및 수분과의 반응으로 컨쥬게이션 구조 및 전도성의 불가역적 손실이 발생함으로써 전도성이 떨어지게 된 다. 또한 만약 컨쥬게이션 구조가 유지되더라도 질소산화물과 같이 헤테 로 원자에서 산소가 반응하여, 고분자의 전자 구조 자체가 변형될 수도 있다[108].

따라서 전도성 고분자와 공기의 접촉을 최소화한다면 전도성 상실을 늦출 수 있을 것으로 기대된다[28, 91]. 실제로 불활성 대기 중에서는 폴 리피롤과 같은 전도성 고분자가 보다 나은 안정성을 보인다는 연구들이 보고되기도 하였다[107].

본 연구에서는 폴리피롤 섬유복합체에 초소수성을 구현하기 위하여 표면소수화 코팅 공정을 거쳤다. 이는 표면에너지를 낮출 뿐만 아니라 폴리피롤 전도성 레이어를 덮어 공기와의 접촉을 차단하는 효과도 있기 때문에 산화 내구성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

이에 최적조건으로 선정된 AF27과 F100에 대하여 폴리피롤 증착만 진행한 시료와 폴리피롤 증착 및 소수화 코팅을 진행한 시료를 20주 간 상온에 방치한 후, 시간에 따른 표면저항의 변화를 관찰하였다. Figure 62는 초기 표면저항값(_)에 대하여 시간에 따라 변화된 표면저항값 (_)의 변화율을 나타낸 그래프이다. 그래프에서 각 산화 조건에 따라 폴리피롤 증착만 진행한 시료는 샘플 코드 뒤에 P를, 폴리피롤 증착과 소수화 코팅을 모두 진행한 시료는 H로 표기하였다.

실험 결과, 20주 간 상온에 방치하여 공기와 반응시킨 폴리피롤 증착 시료의 최종 표면저항은 AF27_P가 296±72Ω/□, F100_P는 54±7Ω/□로 각각 162%와 121%의 표면저항 상승률을 나타냈다. 반면 표면소수화 코 팅한 시료의 경우, AF27_H는 236±19Ω/□, F100_H는 45±7Ω/□로 초기 표면저항 대비 각각 80%, 20%의 상승률을 보였다. 최종적으로 표면소수

화 코팅을 진행한 시료는 코팅하지 않은 시료보다 모든 조건에서 공기 산화에 의한 표면저항 상승률이 낮게 나타났다. 소수화 코팅을 진행하지 않은 AF27_P와 F100_P는 20주 동안 표면저항이 꾸준히 상승한 반면, 표면소수화 코팅한 AF27_H와 F100_H는 4주 이후 표면저항이 일정한 수준을 이루면서 안정적인 전도성을 보여주었다. 이를 통하여 코팅에 의 해 형성된 소수성 레이어가 폴리피롤과 공기와의 접촉을 효과적으로 차 단함으로써 산화내구성 확보에 기여했음을 확인하였다.

실온에 방치한 후, 초기 2주까지 모든 시료에서 급격한 표면저항의 상 승이 나타났다. 특히 초기 표면저항값이 높을수록 표면저항의 상승률은 급격하게 증가하였는데, 이는 폴리피롤의 도핑수준 및 컨쥬게이션 구조 의 안정성과 연속성이 상대적으로 떨어지기 때문으로 풀이된다[107, 109]. 반면, 2주 이후부터는 표면저항의 상승률이 미미하게 증가함에 따 라 표면저항값이 일정하게 유지됨을 확인하였다. 이는 섬유 표면에서 공 기에 노출된 폴리피롤의 양이 한정적이므로 반응할 수 있는 폴리피롤의 양이 감소하여 시간에 따른 산소와의 반응이 활발하게 일어나지 못했기 때문으로 사료된다.

산화제 조건에 따라 살펴보면 단독산화제 처리 시료인 F100_H가 혼 합산화제 처리 시료인 AF27_H에 비하여 산화내구성이 우수하게 나타났 다. 산화로 인한 전도성 상실은 폴리피롤과 공기 중 산소가 반응하면서 폴리피롤의 화학적인 분해를 야기하여 발생한다[91, 107]. 따라서 공기에 노출된 폴리피롤이 많을수록 산화내구성은 떨어진다고 유추할 수 있다.

단독산화제로 폴리피롤을 증착한 시료는 혼합산화제에 비하여 폴리피롤 의 증착량이 훨씬 많고 두꺼운 레이어를 형성하였다. 이로 인하여 혼합 산화제에 비해 공기에 노출되어 있는 폴리피롤이 적음에 따라 산소와의 반응이 덜 일어난 것으로 사료된다.

Figure 62. Effect of atmospheric aging on the surface resistivity of cotton fabrics after treatment with polypyrrole deposition and hydrophobic coating.