KR101963038B1 - Fabrication of conductive paste based on polypyrrole nanoparticles for smart diaper electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 페이스트에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전도성 전극 페이스트에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 사물 인터넷(IoT)에 대한 관심이 급증하고 있으며, 이는 특히 가정에서의 생활을 위주로 발전하고 있다. 이에 스마트 웨어러블 디바이스 개발은 필연적이며, 그에 따른 스마트 센서의 개발도 활발히 진행되고 있다.Recently, interest in internet (IoT) has been growing rapidly, especially in the home. Therefore, smart wearable device development is inevitable, and smart sensors are being actively developed accordingly.
스마트 기저귀 역시 관심이 많아지고 있는 분야로, 즉각적인 알림을 받을 수 있기 때문에 유아용 뿐만 아니라 최근 들어 성인용 기저귀의 범위에 이르기까지 그 수요가 증대되고 있다.Smart diapers are also becoming increasingly popular, and in recent years, the demand for diapers has increased, not only for infants but also for adult diapers, because they can receive instant notices.
이에 웨어러블 디바이스에 적합한 전도성 페이스트를 제조하고 이를 기반으로 한 전극 제조 기술이 요구된다. Therefore, there is a need for a manufacturing method of a conductive paste suitable for a wearable device and an electrode manufacturing technique based thereon.
전도성 페이스트에 첨가되는 전도성 충전제로는 흑연 (graphite), 카본 블랙(carbon black), 탄소나노튜브 (carbon nanotube), 팽창 흑연 (expanded graphite) 등과 같은 탄소계 물질이나 은, 니켈 등 여러 종류의 금속 분말, 또는 단섬유나 비전도성 분체의 표면을 금속으로 처리한 것 등이 있다. 그중에서도 특히, 탄소나노튜브 파우더나 은 분말 기반의 전도성 페이스트는 표면 전도성이 우수하여 다양한 전자 소자 분야에서 널리 사용되고 있다. 그러나 위와 같은 탄소소재는 단가가 높거나 생산성이 떨어지고, 금속 재료들은 가격이 비쌀 뿐만 아니라 본질적으로 밀도가 높고 내화학성이 취약하다는 단점을 지니고 있다.Examples of the conductive filler to be added to the conductive paste include carbon-based materials such as graphite, carbon black, carbon nanotube, and expanded graphite, and various kinds of metal powders such as silver and nickel , Or the surface of short fibers or nonconductive powder treated with a metal, and the like. Particularly, carbon nanotube powder or silver powder based conductive paste has excellent surface conductivity and is widely used in various electronic devices. However, such carbon materials have disadvantages such as high unit cost, low productivity, metallic materials are not only expensive but also inherently dense and chemically weak.
전도성 고분자는 금속재료의 이러한 취약점을 보완하면서도 전도성을 유지할 수 있는 탄소계 재료로 주목받고 있다. 현재까지 일반적으로 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (PEDOT), 폴리아닐린 (polyaniline) 및 폴리피롤 (polypyrrole) 등이 이용되고 있다. 이러한 전도성 고분자는 투명 전도성 필름, 정전기 방지재료, 전자파 차폐 등의 물질로 활용될 수 있어 나노구조의 전도성 고분자 제조를 위한 연구가 활발히 진행 중이다.Conductive polymer is attracting attention as a carbon-based material that can maintain conductivity while overcoming such weakness of metal materials. To date, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), polyaniline and polypyrrole have been generally used. Such a conductive polymer can be utilized as a transparent conductive film, an antistatic material, and an electromagnetic shielding material, and researches for the production of nanostructured conductive polymers are actively under way.
이와 관련하여, 문헌 10-2007-0072017은 나노미터 크기의 폴리피롤 입자를 대량으로 균일하게 제조하는 방법을 기술하고 있다. 이 문헌에서, 폴리피롤 나노입자 제조 방법에는 전체 중량을 기준으로 0.0001 ~ 20 중량 퍼센트의 분산 안정제를 포함하여, 잔여 분산 안정제 및 산화제를 회수하는데 시간이 소요되어 시간적으로 효율성이 저하하게 된다.In this regard, Document 10-2007-0072017 describes a method for massively uniformly manufacturing nanoparticle-sized polypyrrole particles. In this document, the method for producing polypyrrole nanoparticles involves a dispersion stabilizer in an amount of 0.0001 to 20 weight percent based on the total weight, and it takes time to recover the residual dispersion stabilizer and the oxidizer, resulting in deterioration in efficiency over time.
그리고 폴리올레핀 수지, 특히 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 결정화도가 낮아 가공성, 유연성 등이 우수하여 기저귀용 소재로 보편적으로 활용되고 있지만 표면 에너지가 약 30 mJ/m2으로 상대적으로 낮은 편이므로 스마트 기저귀의 전극재료인 전도성 페이스트가 접착성을 유지하기 어렵다.Since the polyolefin resin, especially low density polyethylene (LDPE), is low in crystallinity and excellent in processability and flexibility, it is widely used as a material for diapers, but its surface energy is relatively low, about 30 mJ / m 2 . It is difficult for the conductive paste to maintain adhesiveness.
이러한 문제를 극복하기 위해, 본 발명에서는 폴리피롤 나노입자를 제조 후 더욱 빠르게 회수하고, 폴리피롤 나노입자 기반 전도성 페이스트를 제조하여 스마트 기저귀용 전극 물질로의 활용법을 제공한다.In order to overcome this problem, the present invention provides a polypyrrole nanoparticle-based conductive paste, which is recovered more rapidly after the production of the polypyrrole nanoparticles, and provides a method of using the same as an electrode material for a smart diaper.
본 발명의 목적은 종래 재료의 문제점을 해결하고자 폴리피롤 나노입자를 합성 후 빠르게 회수하고, 폴리피롤 나노입자 기반의 전도성 페이스트를 제조하여, 이를 폴리올레핀 기판에 적용하여 높은 전도성과 접착성을 유지하는 스마트 기저귀용 전극을 제조하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to solve the problems of conventional materials by rapidly recovering polypyrrole nanoparticles after their synthesis and producing conductive pastes based on polypyrrole nanoparticles and applying the same to a polyolefin substrate for smart diapers The purpose of the electrode is to manufacture.
따라서 본 발명의 목적은 종래의 폴리피롤 나노입자 제조방법보다 높은 회수율은 물론, 특히 기저귀에 보편적으로 사용되는 표면에너지가 낮은 폴리올레핀 기판에서의 신뢰성이 우수한 전극용 페이스트의 제조 및 프린팅 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing and printing an electrode paste which is superior in reliability to a polyolefin substrate having low surface energy, which is commonly used in diapers, as well as a higher recovery rate than conventional polypyrrole nanoparticle production methods.
본 발명은 상기 문제점을 포함한 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 접착성과 전기전도성이 우수한 폴리피롤 나노입자 기반 전도성 페이스트를 제조하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a conductive paste based on polypyrrole nanoparticles having excellent adhesiveness and electrical conductivity. However, these problems are illustrative, and thus the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명에 따르면 전도성 고분자 페이스트 제조 공정은, According to the present invention, a conductive polymer paste manufacturing process includes:
(A) 증류수에 분산 안정제를 첨가하고 가열 및 교반을 통해 분산 안정제를 분산시키는 단계;(A) adding a dispersion stabilizer to distilled water and dispersing the dispersion stabilizer through heating and stirring;
(B) 상기 분산 안정제가 분산된 수용액에 산화제를 첨가하여 교반하여 용해 및 분산시키는 단계; 및,(B) adding an oxidizing agent to an aqueous solution in which the dispersion stabilizer is dispersed, stirring and dissolving and dispersing the dispersion stabilizer; And
(C)상기 분산 안정제와 산화제가 분산된 수용액에 피롤 단량체를 적하하여 중합을 진행하는 단계; 및,(C) a step of dropping a pyrrole monomer into an aqueous solution in which the dispersion stabilizer and the oxidizing agent are dispersed to conduct polymerization; And
(D) 상기 중합이 완료된 용액에 용매를 첨가하여 잔여 분산 안정제 및 산화제를 용해시켜 폴리피롤 나노입자를 회수하는 단계; 및,(D) adding a solvent to the polymerized solution to dissolve the residual dispersion stabilizer and the oxidizing agent to recover polypyrrole nanoparticles; And
(E) 상기 회수한 폴리피롤 나노입자를 바인더 수지를 첨가하여 페이스트를 제조하는 단계; 및,(E) adding the recovered polypyrrole nanoparticles to a binder resin to prepare a paste; And
(F) 상기 바인더 수지와 폴리피롤 페이스트에 전도성 첨가제 및 유기 첨가제를 처리하여 전도성 페이스트를 제조하는 단계로 구성된다.(F) treating the binder resin and the polypyrrole paste with a conductive additive and an organic additive to prepare a conductive paste.
본 명세서에서 특별히 명시되지 않는 한, 시간, 온도, 함량, 크기, 온도 등의 수치 범위는 본 발명의 제조 방법을 최적화할 수 있는 범위를 의미한다.Unless otherwise specified herein, numerical ranges such as time, temperature, content, size, temperature and the like mean the range in which the manufacturing method of the present invention can be optimized.
본 발명에 따른 폴리피롤 나노입자 기반 전도성 페이스트의 제조법은 이제껏 보고된 바가 없는 전혀 새로운 방법으로서, 제조 과정이 매우 간편하고 효과적인 방법이다. 폴리피롤 나노입자 제조 시 사용한 분산 안정제 제거가 용이할 뿐만 아니라 균일한 제조 및 빠른 회수가 가능하였으며, 첨가제를 가감하여 페이스트의 점도를 조절할 수 있다. 또한, 상기 기술에 의해 제조된 폴리피롤 전도성 페이스트는 폴리올레핀 기판 위에서 높은 접착성을 보였다.The process for producing the polypyrrole nanoparticle-based conductive paste according to the present invention is a completely new method which has not been reported so far, and the manufacturing process is very simple and effective. In addition to easy removal of the dispersion stabilizer used in the production of polypyrrole nanoparticles, uniform preparation and rapid recovery are possible, and the viscosity of the paste can be adjusted by adding or removing additives. In addition, the polypyrrole conductive paste produced by the above technique showed high adhesiveness on the polyolefin substrate.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 폴리피롤 나노입자를 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다.
도 2는 분산 안정제(PVA)의 농도에 따른 폴리피롤 나노입자의 평균 직경과 전기 전도도의 변화를 비교한 것이다.
도 3은 높은 접착성을 유지하는 폴리피롤 전도성 페이스트(a)와 건조 시 접착성이 저하되고 균열이 발생한 기존 페이스트(b)를 비교한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 폴리피롤 기반 전도성 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅 방법을 통해 스마트 기저귀용 전극을 제조하는 공정을 나타내는 개요도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스크린 프린팅용 전극 패턴의 개요도(위) 및 그에 따라 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 기판에 프린팅한 스마트 기저귀 전극을 촬영한 사진(아래)이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전도성 페이스트를 건조 후 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다.FIG. 1 is a photograph of a polypyrrole nanoparticle prepared according to an embodiment of the present invention by a scanning electron microscope (SEM). FIG.
Fig. 2 compares the average diameter and electrical conductivity of polypyrrole nanoparticles according to the concentration of the dispersion stabilizer (PVA).
3 is a photograph showing a comparison between the polypyrrole conductive paste (a) which maintains high adhesiveness and the conventional paste (b) in which the adhesive property deteriorates during drying and cracks are generated.
FIG. 4 is a schematic view showing a process of manufacturing a smart diaper electrode using a screen printing method using a polypyrrole-based conductive paste manufactured according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic view of an electrode pattern for screen printing manufactured according to an embodiment of the present invention and a photograph (below) of a smart diaper electrode printed on a low density polyethylene (LDPE) substrate.
FIG. 6 is a photograph of a conductive paste prepared according to an embodiment of the present invention and dried and then photographed by a scanning electron microscope (SEM).
단계 (A)에서 사용된 분산 안정제의 경우, 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate) 등이 모두 사용될 수 있으며, 특별히 정해져 있거나 제한되는 것은 아니나, 생산 속도 및 상업성 관점에서 폴리비닐알코올이 바람직하다. 분산 안정제의 분자량이나 물에 대한 분산 안정제의 농도는 제조된 나노입자의 직경에 대한 변수이다.In the case of the dispersion stabilizer used in the step (A), polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, and the like can be used, and there is no particular limitation, From the viewpoint of speed and commerciality, polyvinyl alcohol is preferable. The molecular weight of the dispersion stabilizer or the concentration of the dispersion stabilizer in water is a variable for the diameter of the prepared nanoparticles.
단계 (B)에서 사용된 산화제의 경우, 삼염화철(FeCl3), 이염화구리(CuCl2)를 예로 들 수 있으며, 조건에 따라 선택이 가능하다. 피롤 단량체를 중합하는 경우 산화제로는 삼염화철을 사용하는 것이 바람직하며, 이는 삼염화철이 산화제로서 활성 부위를 제공할 뿐만 아니라 도펀트 역할을 하기 때문이다. 삼염화철은 피롤 단량체 대비 몰비율로 1~13배를 넣어줄 수 있으며, 그에 따라 전기전도도와 수율이 조절된다.Examples of the oxidizing agent used in step (B) include iron trichloride (FeCl 3 ) and copper dichloride (CuCl 2 ). When the pyrrole monomer is polymerized, it is preferable to use trichloride as the oxidizing agent because it acts as a dopant as well as providing an active site as an oxidizing agent. The molar ratio of iron trichloride to pyrrole monomer can be 1 to 13 times, thereby controlling electrical conductivity and yield.
단계 (C)에서 사용되는 단량체의 양은 물에 대하여 0.1~0.5몰이 바람직하다.The amount of the monomer used in step (C) is preferably 0.1 to 0.5 mole based on water.
단계 (D)에서 잔여 분산 안정제 및 산화제를 제거하면 나노미터 직경의 입자가 얻어지며, 이때 사용되는 용매의 종류 및 양에 대해서는 특별한 제한이 없다. 다만 분산 안정제와 산화제를 모두 녹이면서 인체 독성이나 환경 유해성이 없는 용매가 바람직하며, 분산 안정제로 폴리비닐알코올을 사용하는 경우 용매는 증류수가 바람직하다. 또한 분산 안정제와 산화제를 제거하고 용매를 제거함에 있어 사용하는 용매는 분산 안정제가 폴리비닐알코올을 사용하는 경우 증류수가 바람직하나, 용매의 종류나 양에 대해 특별한 제한이 없다.Removal of the residual dispersion stabilizer and oxidizing agent in step (D) results in particles of nanometer diameter, and there is no particular limitation on the type and amount of the solvent used. However, a solvent which dissolves both the dispersion stabilizer and the oxidizing agent and is free from human toxicity or environmental hazard is preferable. When polyvinyl alcohol is used as the dispersion stabilizer, distilled water is preferable as the solvent. When the dispersion stabilizer and the oxidizing agent are removed and the solvent is removed, distilled water is preferable when polyvinyl alcohol is used as the dispersion stabilizer, but there is no particular limitation on the kind and amount of the solvent.
상기 용액에서 용매를 제거함으로서 고상 파우더 형태의 폴리피롤 나노입자를 회수하게 된다. 이때 용매를 제거하는 온도 및 방법에 대해서는 특별한 제한이 없으며, 다만 용매로 증류수를 사용하는 온도를 상온에서부터 80 ℃ 정도 사이에서 건조한다. 혹은 용매를 제거하기 위하여 진공 오븐을 사용할 수도 있다.The solvent is removed from the solution to recover polypyrrole nanoparticles in the form of solid phase powder. There is no particular limitation on the temperature and method for removing the solvent, but the temperature at which the distilled water is used as the solvent is dried at a temperature ranging from room temperature to about 80 ° C. Alternatively, a vacuum oven may be used to remove the solvent.
단계 (E)에서 이용되는 바인더 수지는 용매에 용해하여 사용된다. 이때 바인더 수지의 경우 그 종류나 분자량이 특별히 제한되는 것은 아니며, 용매의 종류 또한 특별히 제한되는 것은 아니다. 다만 바인더 수지의 분자량이 지나치게 높거나 낮은 경우 폴리에틸렌 기판에의 접착성이 떨어진다. 용해한 바인더 수지의 농도 역시 특별히 제한되는 것은 아니며, 다만 페이스트 제조에 있어 혼합도나 점도에 대한 변수로 작용한다.The binder resin used in step (E) is dissolved in a solvent and used. In this case, the type and molecular weight of the binder resin are not particularly limited, and the type of the solvent is not particularly limited. However, if the molecular weight of the binder resin is excessively high or low, the adhesion to the polyethylene substrate is poor. The concentration of the dissolved binder resin is not particularly limited either, but serves as a parameter for mixing and viscosity in the production of the paste.
상기 페이스트 혼합에 사용되는 폴리피롤 나노입자에 대한 바인더 수지는 2~10%가 바람직하지만 특별히 제한되는 것은 아니며, 다만 페이스트의 전도성 및 접착성과 관련있다. 폴리피롤 대비 바인더 수지의 비율이 지나치게 높은 경우, 기판에의 접착성은 향상되나 전도성이 떨어진다. 또한, 폴리피롤 대비 바인더 수지의 비율이 지나치게 낮은 경우, 페이스트의 전도성은 향상되나 기판에의 접착성은 높게 유지되지 않는다. 또한 바인더 수지에 대한 용매의 종류는 바인더 수지의 종류에 따라 상이하다.The binder resin for the polypyrrole nanoparticles used in the paste mixing is preferably 2 to 10%, but is not particularly limited, but relates to the conductivity and adhesion of the paste. When the ratio of the binder resin to the polypyrrole is too high, the adhesion to the substrate is improved but the conductivity is poor. In addition, when the ratio of the binder resin to the polypyrrole is too low, the conductivity of the paste is improved but the adhesion to the substrate is not maintained high. The type of the solvent for the binder resin differs depending on the kind of the binder resin.
단계 (F)에서 이용되는 전도성 첨가제의 경우 흑연, 탄소나노튜브와 같은 탄소계 물질 등이 있으며, 조건에 따라 선택이 가능하다. 전도성 첨가제의 함량은 특별히 제한되는 것은 아니다. 하지만 전도성 첨가제의 함량이 지나치게 높으면 점도가 증가하여 혼합이 어려우며, 분자량이 지나치게 낮으면 페이스트의 점도나 전도성을 떨어뜨린다.The conductive additives used in step (F) include graphite, carbon-based materials such as carbon nanotubes, and the like. The content of the conductive additive is not particularly limited. However, if the content of the conductive additive is too high, the viscosity increases and mixing becomes difficult. If the molecular weight is too low, the viscosity or conductivity of the paste is lowered.
또한 유기 첨가제의 경우 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등이 있으며, 조건에 따라 선택이 가능하며 분자량은 특별히 제한되는 것은 아니다. 하지만 유기 첨가제의 분자량이 지나치게 높으면 바인더 수지와의 혼합이 어려우며, 분자량이 지나치게 낮으면 페이스트의 점도나 전도성을 떨어뜨린다.Examples of the organic additive include polyethylene glycol, polypropylene glycol, and the like. The molecular weight is not particularly limited and can be selected depending on the conditions. However, if the molecular weight of the organic additive is too high, it is difficult to mix with the binder resin. If the molecular weight is too low, the viscosity and conductivity of the paste are lowered.
이하, 실시예를 통해 발명을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 조건으로 구현될 수 있는 것으로, 이하 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 완전한 범주를 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. To be provided.
분산중합 방법을 이용하여 폴리피롤 나노입자를 제조하기 위하여, 분산 안정제로 평균 분자량이 9,000인 폴리비닐알코올 0.5 g을 증류수 500 mL에 첨가하여 완전히 녹이고, 14 g의 삼염화철을 넣고 1000 rpm의 속도로 교반했다. 이후 단량체 6.7 g을 주입하고 30분간 교반하여 중합시켰다. 여기에 약 2000 mL의 증류수를 첨가하여 폴리피롤 나노입자를 침전시킴과 동시에 반응 후 잔존하는 삼염화철과 분산 안정제인 폴리비닐알코올을 제거하였다. 증류수를 이용한 제거 과정을 3회 반복하고 남은 하층을 증발시켜 폴리피롤 나노입자를 얻을 수 있었다.To prepare the polypyrrole nanoparticles using the dispersion polymerization method, 0.5 g of polyvinyl alcohol having an average molecular weight of 9,000 as a dispersion stabilizer was added to 500 mL of distilled water to completely dissolve it, 14 g of trichloride was added and stirred at 1000 rpm did. Then, 6.7 g of monomer was added and stirred for 30 minutes to polymerize. About 2000 mL of distilled water was added to precipitate the polypyrrole nanoparticles, and the residual trichloride and the polyvinyl alcohol as a dispersion stabilizer were removed after the reaction. The removal process using distilled water was repeated 3 times and the remaining lower layer was evaporated to obtain polypyrrole nanoparticles.
위와 같이 제조된 폴리피롤 나노입자를 주사전자현미경을 이용하여 촬영하였다(도 1). 그 결과 도 1에서 나타난 바와 같이, 제조한 폴리피롤 구형 나노입자 하나의 크기는 대략 100 나노미터 정도가 됨을 확인할 수 있었다.The polypyrrole nanoparticles thus prepared were photographed using a scanning electron microscope (Fig. 1). As a result, as shown in FIG. 1, it was confirmed that the size of one polypyrrole spherical nanoparticle produced was about 100 nanometers.
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하되, 폴리비닐알코올의 양을 1.0 g으로 조절하여 중합을 수행하였다. 그 결과 실시예 1과 유사한 결과를 얻을 수 있었다.The polymerization was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount of polyvinyl alcohol was adjusted to 1.0 g. As a result, similar results as in Example 1 were obtained.
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하되, 폴리비닐알코올의 양을 2.5 g으로 조절하여 중합을 수행하였다. 그 결과 실시예 1과 유사한 결과를 얻을 수 있었다.The polymerization was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount of polyvinyl alcohol was adjusted to 2.5 g. As a result, similar results as in Example 1 were obtained.
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하되, 폴리비닐알코올의 양을 5.0 g으로 조절하여 중합을 수행하였다. 그 결과 실시예 1과 유사한 결과를 얻을 수 있었다.The polymerization was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount of polyvinyl alcohol was adjusted to 5.0 g. As a result, similar results as in Example 1 were obtained.
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하되, 분산 안정제를 넣지 않고 폴리피롤 중합을 수행하였다. 제조된 폴리피롤 벌크입자를 주사전자현미경을 이용하여 촬영하였다. 제조한 폴리피롤 벌크입자는 모양이 일정하지 않으며 평균 310 나노미터 직경의 벌크입자가 제조됨을 확인할 수 있었다.Experiments were carried out in the same manner as in Example 1, except that polypyrrole polymerization was carried out without adding a dispersion stabilizer. The prepared polypyrrole bulk particles were photographed using a scanning electron microscope. It was confirmed that the prepared polypyrrole bulk particles were not uniform in shape and that the bulk particles having an average diameter of 310 nm were produced.
폴리피닐알코올의 양을 달리하여 제조한 폴리피롤 입자의 평균 직경과 전기 전도도를 비교하였다. 전기 전도도는 4탐침법(four-point probe method)으로 측정하였다. 그 결과값을 도 2에 나타낸다.The average diameter and electrical conductivity of polypyrrole particles prepared by varying the amount of polyphenyl alcohol were compared. The electrical conductivity was measured by the four-point probe method. The results are shown in Fig.
상기 실시예 1에서 제조된 폴리피롤 나노입자를 중량 평균 분자량이 15,000인 폴리메틸메타크릴레이트 바인더 수지와 막자사발로 혼합하였다. 바인더 수지에 대한 폴리피롤의 양은 이때 폴리메틸메타크릴레이트는 디메틸포름아미드와 톨루엔에 각각 10 wt%로 녹여 사용하였다.The polypyrrole nanoparticles prepared in Example 1 were mixed with a polymethylmethacrylate binder resin having a weight average molecular weight of 15,000 and a mortar. The amount of polypyrrole relative to the binder resin was determined by dissolving polymethylmethacrylate in 10 wt% of dimethylformamide and toluene, respectively.
상기 실시예 6과 동일한 방법으로 실험하되, 폴리메틸메타크릴레이트 중량 평균 분자량이 124,000인 수지를 사용하였다. 그 결과 실시예 5와 유사한 결과를 얻을 수 있었다.An experiment was carried out in the same manner as in Example 6, except that a resin having a polymethyl methacrylate weight average molecular weight of 124,000 was used. As a result, similar results as in Example 5 were obtained.
상기 실시예 6과 동일한 방법으로 실험하되, 폴리메틸메타크릴레이트 중량 평균 분자량이 350,000인 수지를 사용하였다. 그 결과 실시예 5와 유사한 결과를 얻을 수 있었다.Experiments were carried out in the same manner as in Example 6, except that a resin having a polymethyl methacrylate weight average molecular weight of 350,000 was used. As a result, similar results as in Example 5 were obtained.
상기 실시예 6에서 제조된 폴리피롤 나노입자 기반 페이스트를 수평균 분자량이 200인 폴리에틸렌글리콜을 첨가하여 막자사발로 혼합하였다. 그 결과 혼합도가 향상된 페이스트를 얻을 수 있었다.The polypyrrole nanoparticle-based paste prepared in Example 6 was mixed with polyethylene glycol having a number average molecular weight of 200 and mixed in a mortar. As a result, a paste having improved mixing degree was obtained.
제조된 전도성 페이스트를 기존의 에틸 셀룰로오스 기반 페이스트와 접착성을 비교하였다(도 3). 폴리피롤 전도성 페이스트는 높은 유연성을 보인 반면 (도 3a), 에틸 셀룰로오스 기반 페이스트는 건조 시 기판으로부터 떨어져나갔다(도 3b). The prepared conductive paste was compared with the conventional ethylcellulose-based paste (FIG. 3). The polypyrrole conductive paste showed high flexibility (Figure 3a), while the ethylcellulose based paste fell off the substrate during drying (Figure 3b).
상기 실시예 9와 동일한 방법으로 실험하되, 폴리에틸렌글리콜의 수평균 분자량이 400인 첨가제를 사용하였다. 그 결과 실시예 8과 유사한 결과를 얻을 수 있었다.Experiments were conducted in the same manner as in Example 9, except that an additive having a number average molecular weight of 400 in polyethylene glycol was used. As a result, similar results as in Example 8 were obtained.
상기 실시예 9와 동일한 방법으로 실험하되, 폴리에틸렌글리콜의 수평균 분자량이 2050인 첨가제를 사용하였다. 그 결과 실시예 8과 유사한 결과를 얻을 수 있었다.Experiments were carried out in the same manner as in Example 9, except that an additive having a number average molecular weight of 2050 of polyethylene glycol was used. As a result, similar results as in Example 8 were obtained.
상기 실시예 9에서 제조된 전도성 페이스트에 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)를 1 중량퍼센트 첨가하여 막자사발로 혼합하였다. 그 결과 전도성이 향상된 페이스트를 얻을 수 있었다.1 wt% of multi-walled carbon nanotubes (MWNT) was added to the conductive paste prepared in Example 9 and mixed in a mortar. As a result, a paste with improved conductivity was obtained.
폴리피롤 전도성 페이스트의 성능 측정을 위한 전극 제조를 위하여 스크린 프린팅용 패턴 틀을 제조하기 위하여, 두께 2 mm, 길이가 25 cm이며 메쉬의 크기는 200 메쉬인 스크린 프린팅용 패턴 틀을 제조하였다.In order to fabricate a pattern frame for screen printing for manufacturing electrodes for measuring the performance of polypyrrole conductive paste, a pattern frame for screen printing having a thickness of 2 mm, a length of 25 cm and a mesh size of 200 mesh was prepared.
상기 실시예 6에서 제조된 스크린 프린팅용 패턴 틀을 기판 위에 올려놓고 상기 실시예 5에서 제조된 폴리피롤 전도성 페이스트를 도포하고 와이핑한 후, 상기 패턴 틀을 제거함으로서 (도 4) 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) 기판 위에 패턴이 인쇄된 전극을 제조하였다(도 5).The patterned pattern frame for screen printing prepared in Example 6 was placed on a substrate, and the polypyrrole conductive paste prepared in Example 5 was applied and wiped. Then, the patterned frame was removed (FIG. 4) to form a low density polyethylene (LDPE) An electrode on which a pattern was printed on a substrate was prepared (Fig. 5).
제조된 전도성 페이스트는 용매로 사용된 디메틸포름아미드와 톨루엔을 완전히 제거하기 위하여 오븐으로 건조하였다. 건조된 페이스트는 기판에 대하여 높은 접착성을 유지하였으며, 주사전자현미경으로 촬영한 결과 페이스트는 결함이 없이 깔끔한 형태를 띠었다(도 6).The prepared conductive paste was dried in an oven to completely remove the dimethylformamide and toluene used as the solvent. The dried paste maintained high adhesion to the substrate, and the resultant paste was taken with a scanning electron microscope to show a clean shape without defects (FIG. 6).
Claims (14)
상기 폴리피롤 나노입자 중합 완료 후 잔여 분산 안정제 및 산화제를 제거하고 폴리피롤 나노입자를 회수하는 단계;
상기 회수한 폴리피롤 나노입자를 바인더 수지, 전도성 첨가제, 유기 첨가제와 혼합하여 전도성 페이스트를 제조하는 단계;
상기 폴리피롤 나노입자 기반 전도성 페이스트의 스크린 프린팅을 통한 스마트 기저귀용 전극 패턴의 제조방법.A polypyrrole dispersion polymerization step of producing polypyrrole nanoparticles by polymerizing a pyrrole monomer using a dispersion polymerization method;
Removing the remaining dispersion stabilizer and the oxidizing agent after completion of the polymerization of the polypyrrole nanoparticles and recovering the polypyrrole nanoparticles;
Mixing the recovered polypyrrole nanoparticles with a binder resin, a conductive additive, and an organic additive to prepare a conductive paste;
Wherein the polypyrrole nanoparticle-based conductive paste is screen printed on the electrode pad.
잔여 분산 안정제와 산화제를 제거하기 위하여 첨가되는 용매 제거를 위해 열처리 또는 진공 조건에서 택일하여 이루어짐을 특징으로 하는 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the residual dispersion stabilizer and the oxidizing agent are removed by heat treatment or vacuum treatment in order to remove the added solvent.
상기 용매는 증류수, 에탄올, 아세톤으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인, 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the solvent is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of distilled water, ethanol and acetone.
상기 회수한 폴리피롤 나노입자와 바인더 수지, 탄소계 전도성 첨가제 및 유기 첨가제를 막자사발로 혼합함을 특징으로 하는 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the recovered polypyrrole nanoparticles are mixed with a binder resin, a carbon-based conductive additive, and an organic additive in a mortar.
상기 전도성 페이스트의 바인더 수지의 종류는 셀룰로오스 아세테이트 부타이레이트, 아미노 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 에틸 셀룰로오스, 페놀 수지, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에스테르 수지로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인, 제조 방법.The method of claim 6,
The kind of the binder resin of the conductive paste may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of cellulose acetate butyrate, amino resin, acrylic resin, epoxy resin, ethyl cellulose, phenol resin, polymethyl methacrylate, , Manufacturing method.
상기 전도성 페이스트의 바인더 수지의 분자량이 10,000 ~ 400,000인 것을 특징으로 하는 제조 방법.The method of claim 6,
Wherein the binder resin of the conductive paste has a molecular weight of 10,000 to 400,000.
상기 바인더 수지의 용매는 디메틸포름아미드, 1-메틸-2-피롤리돈, 에틸렌글리콜 부틸에테르, 터피네올, 톨루엔, 프로필렌글리콜 디아세테이트, 으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인, 제조 방법.The method of claim 6,
Wherein the solvent of the binder resin is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of dimethylformamide, 1-methyl-2-pyrrolidone, ethylene glycol butyl ether, terpineol, toluene and propylene glycol diacetate Way.
상기 페이스트에서 전도성 고분자의 양이 바인더 수지 용액의 중량을 기준으로 0.1 ~ 20 중량퍼센트인 것을 특징으로 하는 제조 방법.The method of claim 6,
Wherein the amount of the conductive polymer in the paste is 0.1 to 20 weight percent based on the weight of the binder resin solution.
상기 바인더 수지 용액의 농도가 용매의 중량을 기준으로 2 ~ 20 중량 퍼센트인 것을 특징으로 하는 제조 방법.The method of claim 6,
Wherein the concentration of the binder resin solution is 2 to 20 weight percent based on the weight of the solvent.
상기 전도성 첨가제는 흑연, 다중벽 탄소나노튜브, 팽창 흑연으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인, 제조방법.The method of claim 6,
Wherein the conductive additive is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of graphite, multi-walled carbon nanotubes, and expanded graphite.
상기 유기 첨가제는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인, 제조방법.The method of claim 6,
Wherein the organic additive is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of polyethylene glycol and polypropylene glycol.
상기 유기 첨가제의 수평균 분자량이 200 ~ 3,350인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the organic additive has a number average molecular weight of 200 to 3,350.
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