의류소재로서 활용 가능한 초소수성 폴리피롤 섬유복합체의 산화제 처리 조건에 따른 전도성과 초소수성, 섬유의 물성변화를 종합하여 최적 조건을 선정하였다. Figure 61은 APS와 FeCl3의 혼합비율에 따른 표면 저항, 접촉각, 그리고 인장강도 유지율을 나타낸 그래프이다.
단독산화제를 사용하는 경우, 선행연구의 결과와 같이 APS보다는 FeCl3를 산화제로 사용하였을 때 보다 우수한 전도성을 달성하였고, 표 면에 형성된 마이크로-나노의 이중구조 거칠기로 인하여 접촉각 150° 이 상, shedding angle 10° 미만의 초소수성 표면을 달성할 수 있었다. 그러 나 중합 과정에서 발생하는 Fe(OH)3 및 HCl가 면섬유의 수소결합을 깨 뜨리고 가수분해를 야기함으로써 물성저하를 유발하여 인장강도를 크게 떨어뜨리고 외관을 뻣뻣하게 만드는 결과를 나타냈다.
반면 혼합산화제의 경우, FeCl3를 단독으로 사용한 조건보다 상대적으 로 표면저항은 높았지만, 폴리피롤 입자가 작게 형성되어 섬유 내부로 까지 확산됨으로써 전자의 연속적인 이동경로를 확보하여 적은 증착량에 도 불구하고 우수한 전도성을 달성하였다. 산화제의 혼합비율에 따라서 는 APS의 비율이 감소하고 FeCl3의 비율이 증가할수록 폴리피롤의 도핑 효율이 증가함에 따라 표면저항은 낮아져서 전도성이 향상되는 효과를 확인하였다. 이를 통하여 APS를 단독으로 사용했을 때의 낮은 전도성의 한계는 혼합산화제를 사용함으로써 크게 개선할 수 있었다. 초소수성은 접촉각이 최대 165°로 단독산화제 조건보다 우수하게 나타났으나, 표면 에 형성된 폴리피롤 입자가 100nm 이하로 작아 나노 구조 사이로 물방 울이 침투함으로써 shedding angle은 단독산화제 조건보다 다소 높게 나 타났다. 하지만 모든 혼합산화제 조건에서 접촉각 150° 이상, shedding
angle 10° 미만을 기록하여 초소수성 표면은 만족하였다. 섬유의 물성변 화 측면에서 볼 때, 혼합산화제는 단독산화제보다 섬유에 미치는 영향이 상대적으로 작게 나타났다. 중합의 메커니즘 차이로 인하여 폴리피롤이 면섬유 표면에서 직접 형성되지 않아 중합 과정에서 발생하는 산성 물질 에 의한 손상이 적었고, add-on에 따른 두께 및 중량 변화도 크지 않았 기 때문이다. 산화제 혼합비율에 따라서는 APS의 비율이 증가할수록 펜 톤반응으로 발생하는 히드록실 라디칼이 더 많이 형성됨에 따라 인장강 도는 다소 감소하는 결과를 나타냈다.
결과적으로 본 연구에서 우수한 전도성과 초소수성을 만족하고 의류 소재로서의 유연성 및 물성을 유지하는 최적조건으로 AF27_H와 F100_H를 선정하였다. AF27_H는 전도성과 초소수성을 높은 수준으로 달성하면서도 폴리피롤 증착 및 소수화 가공에 따른 섬유의 물성저하가 적었기 때문에 대면적으로 활용하기에 적합할 것으로 사료된다. 또한 전 기발열에 따른 10도 내외의 온도상승 효과를 20시간 이상 유지할 수 있 으므로 장시간 야외활동을 위한 의류제품에 적용할 수 있을 것으로 기대 된다. 반면 F100_H는 비록 가공에 의한 섬유의 물성변화가 크긴 했지만 월등하게 우수한 전도성과 발열성능을 갖추는 동시에 초소수성에 의한 self-cleaning 특성까지 구현할 수 있으므로 유연성과 강도에 대한 요구 가 상대적으로 적은 품목이나 부위에 사용할 것을 제안한다.
Figure 61. The surface resistivity, contact angle and tensile strength retention of the polypyrrole deposited and hydrophobic coated cotton fabrics with various ratios of APS / FeCl3.