폴리피롤 증착 초소수성 직물의 인장강도

Figure 57. Tensile strength of the cotton fabrics after treatment with polypyrrole deposition and hydrophobic coating.

Figure 58. The oxidation of pyrrole with ammonium peroxodisulfate(a) and ferric chloride(b)[45, 74].

면섬유 표면에서의 폴리피롤 현장중합 방식은 면섬유와 폴리피롤의 결합력을 높여 내구성 있는 폴리피롤 레이어를 형성할 수 있다는 장점을 지닌다. 하지만 산화제로 사용되는 FeCl3는 가수분해로 인하여 Fe(OH)3

를 형성하게 되는데, 이것이 면섬유 내 수소 결합을 공격함으로써 물성 저하를 유발할 수 있다고 알려져 있다[20]. 본 연구에서도 FeCl3를 단독 으로 사용한 F100_H의 경우, 미처리 시료 대비 약 64% 수준의 강도를 유지하여 폴리피롤 증착으로 인한 물성저하를 나타냈다. 이에 선행연구 에서는 섬유의 물성저하를 예방하기 위하여 FeCl3 보다 APS를 산화제로 사용할 것을 제안하기도 하였다[17].

하지만 본 연구에서는 선행연구 결과와 달리 FeCl3 뿐만 아니라 APS 를 단독으로 사용한 경우에도 면섬유의 인장강도가 저하되어 초기 강도 의 60% 수준에 불과하였다. 이는 Figure 58과 같이 폴리피롤 중합 후, 생성되는 H2SO4 및 HCl이 면섬유의 강도저하에 크게 기여했을 것으로

추정된다. 면섬유는 산에 의하여 쉽게 분해되어 손상되기 쉽다[103]. 따 라서 반응욕에 침지되어 있던 면섬유가 폴리피롤 중합과정에서 발생한 산성 물질에 의하여 셀룰로오스 분자사슬이 산 가수분해 됨으로써 강도 가 저하된 것으로 판단된다[104-105].

한편, 혼합산화제의 경우, 단독산화제 조건에 비하여 비교적 인장강도 유지율이 우수하게 나타났다. 이는 폴리피롤의 메커니즘이 단독산화제는 면섬유 표면에서 핵생성과 성장이 일어나는 즉각적인 핵생성 및 2차원의 성장과정을 거치는 반면, 혼합산화제는 피롤 단량체가 용액 내에서 핵을 생성한 다음 면섬유 표면으로 확산되는 3차원 방향의 폴리피롤 증착과정 을 거치기 때문이다[73-74]. 그러므로 혼합산화제 조건은 폴리피롤 중합 과정에서 상대적으로 면섬유 표면에서의 직접적인 화학 반응이 일어나지 않기 때문에 면섬유의 물성에 미치는 영향도 작게 나타난 것으로 사료된 다. 또한 단독산화제에 비하여 투입된 FeCl3나 APS의 함량이 작아, 이로 인하여 발생할 수 있는 H2SO4이나 Fe(OH)3, HCl 등으로 인한 용액의 산도도 약했던 것으로 추정할 수 있다.

펜톤 반응에 의하여 히드록실 라디칼이 생성된 혼합산화제의 경우, APS의 농도가 높을수록 유기물에 대한 분해율이 증가한다[75]. 따라서 혼합산화제 조건 중 AF72_H, AF55_H, AF27_H 순으로 APS 비율이 증 가할수록 인장강도가 낮게 나타난 것은 APS로 인한 OH 라디칼 생성이 증가하면서 면섬유와 같은 유기물에 대한 분해력이 증가했기 때문이다.

종합적으로 폴리피롤의 중합반응은 면섬유의 물성저하를 유발하며, 그 정도는 산화제 처리 조건에 따라 상이하게 나타났다. 따라서 폴리피롤 섬유복합체를 활용할 경우, 용도와 사용 환경에 맞게 전도성과 물성유지 를 최적화 할 수 있는 조건을 선별하는 것이 중요할 것으로 사료된다.