폴리피롤 증착 및 소수화 코팅 직물의 화학적 성분 변화 75

Figure 36. XPS spectra of samples polypyrrole deposited with various ratios of oxidants and hydrophobic coated (survey scan).

Figure 37. XPS N1s region of samples polypyrrole deposited with various ratios of oxidants and hydrophobic coated.

Table 9는 XPS를 통해 검출된 성분의 정량분석을 실시한 결과이다.

이론적으로 도핑된 폴리피롤의 질소에 대한 탄소의 비율(C/N)과 질소에 대한 황의 비율(S/N)은 각각 4.0과 0.25를 나타낸다. 이러한 경우 폴리피 롤 백본을 따라 4개의 피롤 단위 당 1개의 양이온이 존재하며, 따라서 도핑레벨은 25%이 된다[20]. 하지만 본 연구에서는 이론적인 값보다 C/N과 S/N이 높게 나타났다. 이는 면과 폴리피롤이 OH-NH 간 반응으 로 서로 결합되면서 단위면적 당 C의 비율이 증가하고, N 및 S의 비율 이 감소했기 때문이다.

C/N은 폴리피롤과 셀룰로오스 간 결합으로 인하여 셀룰로오스 성분 이 반영된 것으로 풀이된다. 이론적으로 계산해 보면 폴리피롤 4개 단위 당 셀룰로오스 단위 4개가 결합되었을 때 C/N은 10이 된다. F100_H 조 건에서는 다른 시료에 비하여 C/N의 비율이 다소 높게 나타났다.

S/N-N+는 산화제의 잔여물을 나타내는 것으로 F100_H에서만 0.1%가 검출되었음에 따라 시료 내 산화되지 못한 미 반응 물질이 존재함으로써 C/N 값이 증가한 것으로 보인다. 반면 S/N은 산화제 내 FeCl3의 함량이 증가할수록 증가하였다. S/N은 폴리피롤의 도핑 수준을 파악할 수 있는 지표로 중합 과정에서 FeCl3로부터 방출된 Cl^-이온이 도판트로 작용함으 로써 FeCl3 비율이 증가할수록 폴리피롤 내 도핑효과를 증대시킨 것으로 보인다[19, 20].

산소는 전도성을 방해하는 요소로 작용한다[71]. 시료 내 산소의 비율 은 A100_H가 14.0%, AF72_H가 13.0%, AF55_H 및 AF27_H는 12.9%, F100_H는 12.6%로 산화제 내 APS의 비율이 증가할수록 산소의 양도 증가하는 것을 확인하였다. 앞서 언급했듯이 APS에는 이미 S2O8의 형태 로 구조 내에 산소가 존재하며, 폴리피롤이 중합될 때 부산물로서 카르 보닐 그룹을 형성하는 요인으로 작용할 수 있으므로 APS의 투입 비율

이 최종 폴리피롤 증착 시료의 산소 비율을 증가시키는데 영향을 미친 것으로 판단된다[20, 24, 71].

XPS 분석 결과, 전반적으로 FeCl3의 함량이 증가할수록 샘플 내 산소 의 양이 감소하고 도핑수준이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 최종 폴 리피롤 증착 면직물의 전도성에도 유의한 영향을 미칠 것으로 보인다.

단, XPS는 표면으로부터 수십 나노미터 범위 내의 화학적인 구조를 파 악할 수 있는 분석법으로 표면에만 국한되기 때문에, 이를 통하여 전도 성 섬유 복합체의 전기전도성을 예측하기에는 한계가 있다. 전도성 고분 자의 전기전도성은 도핑수준, 고분자 사슬의 결함 유무, 카운터 이온의 이동성뿐만 아니라 전자의 이동경로 및 전도성 레이어의 연속성 등의 영 향을 받는다[20]. 특히 면직물과 결합된 폴리피롤 섬유복합체의 전기전도 성에는 보다 다양한 변수들이 영향을 미칠 것으로 판단된다.

Sample Element (at.%)

S/N C/N Proportion of N

S/N-N+

C N O S Si -NH- -N+ =N+

A100_H 74.8 7.4 14.0 2.2 1.6 0.30 10.2 0.71 0.29 0.00 0.0 AF72_H 75.6 7.9 13.0 2.9 0.6 0.36 9.5 0.59 0.32 0.09 0.0 AF55_H 75.7 7.6 12.9 2.9 0.9 0.38 10.0 0.55 0.34 0.11 0.0 AF27_H 75.7 7.2 12.9 3.0 1.1 0.42 10.5 0.54 0.33 0.13 0.0 F100_H 77.1 5.9 12.6 2.7 1.8 0.46 13.1 0.56 0.34 0.10 0.1 Table 9. Elemental analysis of samples polypyrrole deposited with various ratios of oxidants and hydrophobic coated by XPS technique

1.2. 전도성 및 발열성능