KR20140039456A - 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140039456A
KR20140039456A KR1020120105576A KR20120105576A KR20140039456A KR 20140039456 A KR20140039456 A KR 20140039456A KR 1020120105576 A KR1020120105576 A KR 1020120105576A KR 20120105576 A KR20120105576 A KR 20120105576A KR 20140039456 A KR20140039456 A KR 20140039456A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon black
conductive
conductive nanofibers
film
polymer solution
Prior art date
Application number
KR1020120105576A
Other languages
English (en)
Inventor
최성욱
백동현
유영선
한정구
Original Assignee
가톨릭대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가톨릭대학교 산학협력단 filed Critical 가톨릭대학교 산학협력단
Priority to KR1020120105576A priority Critical patent/KR20140039456A/ko
Publication of KR20140039456A publication Critical patent/KR20140039456A/ko

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/046—Carbon nanorods, nanowires, nanoplatelets or nanofibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/14—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material
    • H01B1/18—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material the conductive material comprising carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/14—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports

Abstract

본 발명은 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 전도성을 갖는 카본블랙 나노섬유는 우수한 성능의 카본블랙이 첨가되어 우수한 전기전도성을 가지며, 전기방사법을 이용하여 상온에서 방사가 가능하고 간단한 공정을 통하여 높은 전기 전도도를 유지할 수 있는 전도성 나노섬유를 제작할 수 있다. 또한, 이러한 전도성 나노섬유를 바이오 플라스틱 필름에 집전시킴으로써 생분해성과 전도성을 가진 바이오 플라스틱 필름을 제조함으로써 이산화탄소 저감이 가능하고, 자연 상태에서 분해되어 환경적인 영향을 최소화하여 환경오염 문제를 해결할 수 있다.

Description

카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름 및 이의 제조방법{Bioplastic film containing conductive nanofiber layer of carbon black, and Method for Preparing the Same}
본 발명은 생분해성과 전도성을 가진 카본블랙을 함유하는 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
플라스틱 소재는 우수한 물성, 다양한 기능, 저렴한 가격 등으로 인하여 산업 전 분야에 걸쳐 각종 성형품, 포장재, 산업용재, 소비재 등으로 널리 사용되어 왔지만, 이들 제품들은 적정한 기간 내에 자연적으로 분해되지 않아 최근에는 포장의 본래 기능보다도 사용 후에 발생되는 포장 폐기물에 의한 환경오염이 심각한 사회문제로 대두되고 있다.
이러한 플라스틱 폐기물을 처리하기 위한 방법으로 종래에는 매립, 소각, 재활용 등의 방법을 취해왔으나, 이들 각각에 따른 문제점으로 인하여 수개월 내지 수년 이내에 물, 이산화탄소, 메탄가스 등으로 완전 분해될 수 있는 분해성 플라스틱에 대한 연구가 다양한 방법으로 진행되고 있다. 일부 선진국에서는 이미 분해성 플라스틱 사용을 의무화하는 등의 실용화가 상당한 수준에 이른다.
분해성 플라스틱은 크게 미생물, 효소 등에 의해 플라스틱 분해가 일어나는 생분해성 플라스틱(Bio-Degradable Plastic), 태양광 및 태양광에 의한 복사열 등에 의한 광화학적, 열적반응에 의한 분자쇄 결합의 파괴(chemical bond cleavage)에 의한 플라스틱 분해가 일어나는 광분해성 플라스틱(Photo-Degradable Plastic), 온도 등의 영향에 의한 산화반응에 의해 플라스틱 분해가 일어나는 산화분해 플라스틱(Oxidation-Degradable Plastic), 및 가수분해반응에 의해 분해가 일어나는 가수분해 플라스틱(Hydrolytically-Degradable Plastic)으로 분류될 수 있으며, 이들 중 생분해성, 광분해성 플라스틱 또는 이들의 복합분해성 플라스틱에 대한 연구가 가장 활발하게 진행되고 있다.
그 중에서도 가장 친환경적이고 효율적인 소재로써 바이오 분해성 플라스틱이 주목받고 있다. 바이오 플라스틱(Bio plastic)은 기본적으로 이산화탄소 저감 측면에서 각광을 받고 있지만 그 외에도 생분해성 소재의 단점으로 지적되어 온 (1) 약한 물성, (2) 생분해 기간이 6개월로 너무 짧아 산업용품, 발표식품 등 유통기한이 긴 제품에 적용 제한, (3) 가격경쟁력 등의 문제를 극복하는 할 수 있는 장점이 있다.
바이오 플라스틱(bio plastic)은 수소 세균이나 질소 세균의 미생물이 갖는 고분자 폴리에스테르를 합성하여 만들어진 플라스틱으로, 예를 들면 전분, 당, 탄수화물, 식물성 오일 또는 지방으로부터 직접 발효 제법에 의해 제조되는 지방족 폴리에스테르 수지로 이루어진다. 폐기된 후 일정 시간이 경과되면 미생물이 배출하는 분해 요소에 의해 딱딱한 플라스틱이 자연 분해되는 생분해성 특성을 갖는다. 이러한 바이오 플라스틱은 바이오 원료의 사용으로 인해 석유화학기반 플라스틱보다 좀 더 환경적으로 지속가능한 물질로 매우 친환경적이라는 점에서 큰 이점을 갖는다. 특히, 환경 보호 및 기후 온난화 시작과 관련하여, 바이오 플라스틱은 패킹 부문뿐만 아니라 장기 지속성 산업용 플라스틱 제품 제조에서 중요성이 증가하고 있다.
한편, 기존의 전도성 필름은 전도성 고분자나 탄소나노튜브와 같은 전기전도성 재료를 고분자 물질에 적용하여 필름을 제조하고 있으며 적용방법은 ITO같은 전도성 물질을 용액상 코팅, 인쇄방법, 증착 등의 방법을 사용하고 있으며 이러한 방법은 고가의 전도성 물질을 다량 사용하게 되어 가격 경쟁력이 악화되는 단점을 가지고 있다.
대한민국 특허출원 제2010-0090329호
이에 본 발명자들은 종래의 단점을 극복한 전도성 필름을 개발하고자 한 것으로서, 기존의 방법에서는 스프레이 등의 방법으로 필름에 추가적인 성능을 부여해왔으나, 본 발명에서는 전기방사를 통해 많은 양의 카본블랙이 나노 섬유 내에서 직선상으로 연결되어 전도성 확보가 쉬어진다는 사실을 확인하였으며, 이러한 기술을 적용하여 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름을 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 환경 친화적인 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 방법에 따라 제조된 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 카본블랙을 고분자 용액에 분산시켜 카본블랙 고분자 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 얻어진 고분자 용액을 전기방사시켜 전도성 나노섬유를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 얻어진 전도성 나노섬유를 바이오 플라스틱 필름에 집전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (a) 단계 이후에 카본블랙 고분자 용액을 밀링 또는 초음파를 이용하여 추가 분산시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 고분자의 함량은 카본블랙에 대하여 1 내지 20 중량%가 되도록 첨가할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 고분자는 폴리에틸렌-비닐아세테이트(PE-VAc), 폴리카프로락톤, 폴리락틱에시드, 폴리에스터, 폴리글라이콜릭에시드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리우레탄(polyurethane), 나일론, 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐알콜(PVA), 셀룰로스아세테이트 등의 일반 고분자 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 카본블랙은 케첸블랙 300J 또는 케첸블랙 600JD일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 바이오 플라스틱 필름은 천연 원료로 곡물껍질, 곡물대 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 물질로부터 제조된 지방족 폴리에스테르 수지로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 고분자 용액의 제조에 사용되는 용매는 톨루엔(toluene), 클로로포름(chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran, THF), 메틸에틸케톤(methyl ethyl keton), 메틸피롤리디논(N-methylpyrrolidinone, NMP), 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸포름아아미드(dimethylformamide, DMF), 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, t-부틸알코올(t-butyl alcohol), 이소프로필알코올(isopropylalcohol, IPA), 벤질알코올(benzyl alcohol), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 부틸아세테이트(butyl acetate), 프로필렌글리콜디아세테이트(propylene glycol diacetate), 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate, PGMEA), 아세토니트릴(acetonitrile), 트리플루오로아세토나이트릴(trifluoroacetonitrile), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAC) 및 아세톤(acetone)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 유기용매 또는 물을 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (b) 단계의 전기방사는 7.5 ~ 30kV의 적용전압에서 방사부와 적층부 간의 거리를 3.5 ~ 30cm로 이격하고, 고분자 용액의 유속을 분당 0.001~10 mL로 하여 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 표층에 집전되어 있고, 전기전도성을 갖는 바이오 플라스틱 필름을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 전도성 나노섬유의 직경은 50nm ~ 500 um일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 전도성 나노섬유는 면저항이 101 ~ 108 Ω/SQ일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전도성을 갖는 카본블랙 나노섬유는 우수한 성능의 카본블랙이 첨가되어 우수한 전기전도성을 가지며, 전기방사법을 이용하여 상온에서 방사가 가능하고 간단한 공정을 통하여 높은 전기 전도도를 유지할 수 있는 전도성 나노섬유를 제작할 수 있다. 또한, 이러한 전도성 나노섬유를 바이오 플라스틱 필름에 집전시킴으로써 생분해성과 전도성을 가진 바이오 플라스틱 필름을 제조함으로써 이산화탄소 저감이 가능하고, 자연 상태에서 분해되어 환경적인 영향을 최소화하여 환경오염 문제를 해결할 수 있다. 또한, 표층에만 전도성 고분자 섬유를 적용함으로써 높은 전도성 기능을 유지하면서 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기전도성을 갖는 카본블랙을 함유한 나노섬유를 집전시킨 바이오 베이스 플라스틱에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기전도성을 갖는 카본블랙을 함유한 나노섬유의 면 저항 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기전도성을 갖는 카본블랙을 함유한 나노섬유의 1000배 및 5000배율 주사전자현미경 사진이다.
본 발명은 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 전기방사 공정을 이용하여 높은 전기 전도도를 유지할 수 있는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 제조하고 이를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름을 제조하였다는 점에 특징이 있다.
본 발명에 따라 제조된 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름은 전도성을 갖는 나노섬유가 다층 구조로 표면에만 집적되어 있음에도 불구하고 우수한 전도성 기능을 유지하며 원가를 절감할 수 있으며 생분해성을 가지고 있는 바이오 플라스틱 필름으로 이루어지는 특징적인 구조를 가지고 있다.
본 발명의 첫 번째 특징은, 탄소중립(Carbon neutral) 천연자원 산업 부산물인 전분, 제조 부산물인 옥피(옥수수껍질), 벼의 부산물인 왕겨 등을 원료로 한 바이오 플라스틱 필름을 제공한다는 점에 있다. 친환경 플라스틱은 일반적인 자연 상태에서 빛, 열, 화학, 박테리아, 곰팡이 그리고 조류와 같은 자연 미생물의 작용으로 인해서 완전히 분해가 일어나는 분해성 플라스틱으로 일반적인 범용 플라스틱의 사용에 의해서 발생되는 포장폐기물 처리 문제를 해결할 수 있는 방법이다.
본 발명의 두 번째 특징은, 전도성 나노섬유를 제조하기 위하여 전기방사공정을 사용한다는 것에 있다. 고분자 용액이나 용융된 고분자를 일정 전압으로 하전 시킬 때 발생하는 전기적 인력 및 척력을 이용하여 섬유를 형성하는 것이 전기방사공정이다. 전기방사공정은 다양한 직경을 갖는 섬유를 제작할 수 있으며, 간단한 장비와 광범위한 재료에 적용이 가능하다. 전기방사공정을 통하여 기존의 전도성 물질을 용액상 코팅, 인쇄방법, 증착을 통하여 제작한 전도성 필름에서 문제시 되던 고가의 전도성 물질의 대량 사용을 보다 적은 원료를 사용하여 높은 전도성을 가진 필름을 제작할 수 있다.
본 발명의 세 번째 특징은, 바이오 플라스틱 필름에 포함되는 고분자와 전도성 나노섬유층 사이에서의 박리를 최소화하기 위하여 바이오 플라스틱의 고분자 성분과의 공중합체로 이루어진 고분자를 전기방사 용액의 고분자로 사용하였다는 점에 있다. 바이오 플라스틱의 필름층과 전도성 나노섬유층의 박리는 제품의 신뢰성 및 기능성을 저하시키므로, 바이오 플라틱 필름층에 쓰이는 고분자 (예, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등)를 일부 함유한 공중합체(예, 폴리에틸렌-폴리비닐아세테이트 공중합체)를 사용함으로써, 박리를 막고, 또한 전기방사 용액에 용액화가 가능하여 전기방사를 용이하게 할 수 있다.
따라서, 본 발명은 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름의 제조방법을 제공한다.
일 구체예에서, 본 발명의 제조방법은 하기 단계들을 포함한다.
단계 1: (a) 카본블랙을 고분자 용액에 분산시켜 카본블랙 고분자 용액을 제조하는 단계,
단계 2 : (b) 상기 (a) 단계에서 얻어진 고분자 용액을 전기방사시켜 전도성 나노섬유를 제조하는 단계,
단계 3 : (c) 상기 (b) 단계에서 얻어진 전도성 나노섬유를 바이오 플라스틱 필름에 집전시키는 단계.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 우선, 카본블랙을 고분자 용액에 분산시켜 카본블랙 고분자 용액을 제조한다. 카본블랙 고분자 용액을 제조할 때에는 유기용매에 생분해성 섬유 형성능이 있는 고분자와 카본블랙을 용해하여 제조하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 유기용매로는 톨루엔(toluene), 클로로포름(chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran, THF), 메틸에틸케톤(methyl ethyl keton), 메틸피롤리디논(N-methylpyrrolidinone, NMP), 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸포름아아미드(dimethylformamide, DMF), 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, t-부틸알코올(t-butyl alcohol), 이소프로필알코올(isopropylalcohol, IPA), 벤질알코올(benzyl alcohol), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 부틸아세테이트(butyl acetate), 프로필렌글리콜디아세테이트(propylene glycol diacetate), 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate, PGMEA), 아세토니트릴(acetonitrile), 트리플루오로아세토나이트릴(trifluoroacetonitrile), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAC) 및 아세톤(acetone)으로 이루어진 군으로부터 선택하여 사용할 수 있으며, 이들을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 생분해성 섬유형성능이 있는 고분자의 평균 분자량은 5,000 내지 1,000,000인 것이 바람직하고, 10,000 내지 300,000인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 고분자로는 폴리에틸렌-비닐아세테이트(PEVAc), 폴리카프로락톤, 폴리락틱에시드, 폴리에스터, 폴리글라이콜릭에시드, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리우레탄(polyurethane), 나일론, 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐알콜(PVA), 셀룰로스아세테이트 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택하여 사용할 수 있으며, 이들을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 카본블랙은 일반적인 카본블랙이라면 모두 사용 가능하며, 바람직하게는 케첸블랙 300J 또는 케첸블랙 600JD을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 고분자의 함량은 카본블랙에 대하여 0.1 내지 50 중량%가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다. 0.1 중량% 미만으로 첨가하게 되면 나노섬유가 형성되지 않거나 섬유의 기계적 물성이 현저히 저하되는 문제점이 있고, 50중량%를 초과하여 첨가하게 되면 전도도가 매우 낮은 문제점이 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 카본블랙을 고분자 용액에 더 잘 분산되도록 하기 위하여 카본블랙 고분자 용액을 추가 분산시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 볼밀(ball mill) 또는 비드밀(bead mill)을 사용하여 밀링(milling) 공정을 진행함으로써 카본블랙을 고분자 용액 내에 분산시키거나, 초음파분쇄를 통해 추가적으로 분산시킬 수도 있으며, 필요에 따라 밀링 공정과 초음파분쇄 공정을 둘 다 진행할 수도 있다.
다음으로, 고분자 용액을 전기방사시켜 전도성 나노섬유를 제조하고, 전도성 나노섬유를 바이오 플라스틱 필름에 집전시킨다. 일 구체예에서는, 전기방사장치를 이용하여 7.5~30 kV의 적용전압에서 방사부와 적층부 간의 거리를 3.5 ~ 30cm로 이격하고, 고분자 용액의 유속을 분당 0.001~10 mL로 하여 전도성 나노섬유를 바이오 플라스틱 필름에 집전시킬 수 있다.
상기 바이오 플라스틱 필름은 천연 원료로 곡물껍질, 곡물대 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 물질로부터 제조된 지방족 폴리에스테르 수지로 이루어진 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명은 상술한 제조방법으로 제조된 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 표층에 집전되어 있고, 전기전도성을 갖는 바이오 플라스틱 필름을 제공한다.
본 발명에서 제조되는 상기 전도성 나노섬유는 직경은 50nm ~ 500 um의 크기를 가질 수 있으며, 바람직하게는 50nm ~ 300um의 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 전도성 나노섬유는 면 저항은 101 ~ 108 Ω/SQ일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 바이오 플라스틱 필름은 표층에만 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 적용함에도 불구하고 높은 전도성 기능을 유지하면서 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 전도성을 갖는 카본블랙 나노섬유는 우수한 성능의 카본블랙이 첨가되어 우수한 전기전도성을 가지며, 전기방사법을 이용하여 상온에서 방사가 가능하고 간단한 공정을 통하여 높은 전기 전도도를 유지할 수 있는 전도성 나노섬유의 제작이 가능하다.
또한, 이러한 전도성 나노섬유를 바이오 플라스틱 필름에 집전시킴으로써 생분해성과 전도성을 가진 바이오 플라스틱 필름을 제조함으로써 이산화탄소 저감이 가능하고, 자연 상태에서 분해되어 환경적인 영향을 최소화하여 환경오염 문제를 해결할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
< 실시예 >
카본블랙을 함유한 나노섬유를 집전시킨 바이오 베이스 플라스틱 필름 제조
<1-1> 카본블랙함유 고분자 용액의 제조
카본블랙 0.2g과 폴리에틸렌-폴리비닐아세테이트 공중합체 (Poly(ethylene- co-vinyl acetate)) (Sigma-Aldrich, 340502-250G, vinyl acetate 40 wt%) 0.5g(실시예 1), 1g(실시예 2), 15g(실시예 3)을 각각 클로로포름(Sigma-Aldrich, 288306-2L) 10g에 용해시켜 카본블랙 고분자 용액을 제조하였다.
<1-2> 고분자 용액 속 카본블랙의 분산
상기 <1-1> 단계에서 얻은 고분자용액을 볼밀(ballmill) 공정에 12시간 도입하여 카본블랙을 골고루 분산시키고 초음파분쇄기(Sonicator)를 이용하여 고분자 용액 속 카본블랙 입자가 추가로 분산될 수 있도록 하였다.
<1-3> 카본블랙 나노섬유를 집전시킨 필름 제조
상기 <1-2> 단계에서 얻은 고분자 용액을 전기방사장치를 이용하여 7.5 ~ 30kV의 적용전압, 0.1 ~ 3.0mm의 직경을 갖는 주사기바늘을 이용하여 방사부와 적층부 간의 거리를 3.5 ~ 30cm로 이격하고, 고분자 용액의 유속을 분당 0.001 ~ 10mL로 하여 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 베이스 플라스틱 필름을 제조하였다.
< 실험예 1>
카본블랙 나노섬유의 면 저항 측정
본 발명의 <실시예 1>에서 제조한 카본블랙 나노섬유의 면 저항을 알아보기 위하여 4탐침 측정기((주)DASOL ENG, FPP-RS8-1G, 국산)를 사용하였으며, 그 분석 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 카본블랙 나노섬유의 면 저항은 각각 12kΩ/SQ(실시예 1), 20kΩ/SQ(실시예 2), 77 kΩ/SQ(실시예 3)으로서 고분자의 함량이 적을수록 저항값이 작은 것을 알 수 있었다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. (a) 카본블랙을 고분자 용액에 분산시켜 카본블랙 고분자 용액을 제조하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계에서 얻어진 고분자 용액을 전기방사시켜 전도성 나노섬유를 제조하는 단계; 및
    (c) 상기 (b) 단계에서 얻어진 전도성 나노섬유를 바이오 플라스틱 필름에 집전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이후에 카본블랙 고분자 용액을 밀링 또는 초음파를 이용하여 추가 분산시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 고분자의 함량은 카본블랙에 대하여 1 내지 20 중량%가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자는 폴리에틸렌-비닐아세테이트(PE-VAc), 폴리카프로락톤, 폴리락틱에시드, 폴리에스터, 폴리글라이콜릭에시드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리우레탄(polyurethane), 나일론, 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐알콜(PVA), 셀룰로스아세테이트 및 이들의 공중합체로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 카본블랙은 케첸블랙 300J 또는 케첸블랙 600JD인 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 플라스틱 필름은 천연 원료로 곡물껍질, 곡물대 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 물질로부터 제조된 지방족 폴리에스테르 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 고분자 용액의 제조에 사용되는 용매는 톨루엔(toluene), 클로로포름(chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran, THF), 메틸에틸케톤(methyl ethyl keton), 메틸피롤리디논(N-methylpyrrolidinone, NMP), 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸포름아아미드(dimethylformamide, DMF), 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, t-부틸알코올(t-butyl alcohol), 이소프로필알코올(isopropylalcohol, IPA), 벤질알코올(benzyl alcohol), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 부틸아세테이트(butyl acetate), 프로필렌글리콜디아세테이트(propylene glycol diacetate), 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate, PGMEA), 아세토니트릴(acetonitrile), 트리플루오로아세토나이트릴(trifluoroacetonitrile), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAC) 및 아세톤(acetone)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 유기용매 또는 물을 사용하는 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 전기방사는 7.5 ~ 30kV의 적용전압에서 방사부와 적층부 간의 거리를 3.5 ~ 30cm로 이격하고, 고분자 용액의 유속을 분당 0.001~10 mL로 하여 수행하는 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름의 제조방법.
  9. 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 표층에 집전되어 있고, 전기전도성을 갖는 바이오 플라스틱 필름.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전도성 나노섬유의 직경은 50nm ~ 500um인 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전도성 나노섬유는 면저항이 101 ~ 108 Ω/SQ인 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름.
KR1020120105576A 2012-09-24 2012-09-24 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름 및 이의 제조방법 KR20140039456A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120105576A KR20140039456A (ko) 2012-09-24 2012-09-24 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120105576A KR20140039456A (ko) 2012-09-24 2012-09-24 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름 및 이의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140039456A true KR20140039456A (ko) 2014-04-02

Family

ID=50650071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120105576A KR20140039456A (ko) 2012-09-24 2012-09-24 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140039456A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015170344A1 (en) * 2014-05-09 2015-11-12 Council Of Scientific & Industrial Research An improved next generation off-laboratory polymer chip electrode
KR102302248B1 (ko) * 2020-12-21 2021-09-15 (주)제이에프앤씨 전도성 가죽원단 및 이를 이용한 장갑 제조 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100564774B1 (ko) * 2003-03-24 2006-03-28 김찬 나노복합체 섬유, 그 제조방법 및 용도
KR20060089848A (ko) * 2005-02-04 2006-08-09 주식회사 명진산업 생분해성 대전방지 쉬트 및 이를 이용한 전자부품용 트레이
KR100639234B1 (ko) * 2005-03-19 2006-10-26 세원셀론텍(주) 전기 방사법을 이용한 생체 고분자 매트릭스의 제조 방법과표면 도포 방법
KR20100090329A (ko) * 2009-02-06 2010-08-16 한국원자력연구원 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법
KR20110007224A (ko) * 2008-04-25 2011-01-21 더 유니버시티 오브 아크론 용융 필름 캐스팅을 이용한 나노섬유 강화 기능성 필름 제조 방법
KR101080203B1 (ko) * 2009-02-18 2011-11-07 부산대학교 산학협력단 다층의 나노섬유 시트로 이루어진 의료용 피부 패치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100564774B1 (ko) * 2003-03-24 2006-03-28 김찬 나노복합체 섬유, 그 제조방법 및 용도
KR20060089848A (ko) * 2005-02-04 2006-08-09 주식회사 명진산업 생분해성 대전방지 쉬트 및 이를 이용한 전자부품용 트레이
KR100639234B1 (ko) * 2005-03-19 2006-10-26 세원셀론텍(주) 전기 방사법을 이용한 생체 고분자 매트릭스의 제조 방법과표면 도포 방법
KR20110007224A (ko) * 2008-04-25 2011-01-21 더 유니버시티 오브 아크론 용융 필름 캐스팅을 이용한 나노섬유 강화 기능성 필름 제조 방법
KR20100090329A (ko) * 2009-02-06 2010-08-16 한국원자력연구원 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법
KR101080203B1 (ko) * 2009-02-18 2011-11-07 부산대학교 산학협력단 다층의 나노섬유 시트로 이루어진 의료용 피부 패치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015170344A1 (en) * 2014-05-09 2015-11-12 Council Of Scientific & Industrial Research An improved next generation off-laboratory polymer chip electrode
GB2539862A (en) * 2014-05-09 2016-12-28 Council Scient Ind Res An improved next generation off-laboratory polymer chip electrode
GB2539862B (en) * 2014-05-09 2021-03-03 Council Scient Ind Res An improved next generation off-laboratory polymer chip electrode
KR102302248B1 (ko) * 2020-12-21 2021-09-15 (주)제이에프앤씨 전도성 가죽원단 및 이를 이용한 장갑 제조 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cherpinski et al. Post-processing optimization of electrospun submicron poly (3-hydroxybutyrate) fibers to obtain continuous films of interest in food packaging applications
Arrieta et al. Development of flexible materials based on plasticized electrospun PLA–PHB blends: Structural, thermal, mechanical and disintegration properties
CN111801385B (zh) 成形体、片材及容器，以及管状体、吸管、棉签及气球用杆
Makhijani et al. Biodegradability of blended polymers: A comparison of various properties
Zhou et al. In situ nanofibrillar networks composed of densely oriented polylactide crystals as efficient reinforcement and promising barrier wall for fully biodegradable poly (butylene succinate) composite films
Domenek et al. Characteristics and applications of PLA
Zou et al. Extruded starch/PVA composites: Water resistance, thermal properties, and morphology
ITMI20080840A1 (it) Poliestere biodegradabile alifatico-aromatico
CN104231385A (zh) 一种可多重降解的塑料薄膜及其制备方法
Wu Utilization of peanut husks as a filler in aliphatic–aromatic polyesters: Preparation, characterization, and biodegradability
Wu Process, characterization and biodegradability of aliphatic aromatic polyester/sisal fiber composites
JP2013147609A (ja) 樹脂組成物、成形体、フィルム及び袋
Marques et al. Thermal and mechanical properties of sustainable composites reinforced with natural fibers
Qazi et al. Eco-friendly electronics, based on nanocomposites of biopolyester reinforced with carbon nanotubes: a review
Nazari et al. Polylactic acid/polyethylene glycol blend fibres prepared via melt electrospinning: effect of polyethylene glycol content
Thanh et al. Sustainable poly (butylene adipate-co-furanoate) composites with sulfated chitin nanowhiskers: synergy leading to superior robustness and improved biodegradation
KR20190067320A (ko) 친환경 분해성 고분자 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 필름
KR20140039456A (ko) 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름 및 이의 제조방법
CN112771121A (zh) 聚合物共混物组合物以及由其制成的可降解挤出网
Deng et al. Biobased composites of poly (butylene furanoate) copolymers and hemp
JP6358062B2 (ja) ポリエステル樹脂
EP2906618B1 (en) Photodegradation-resistant biodegradable films
Singh et al. Bioplastics: A green approach toward sustainable environment
Abdullah et al. Polyvinyl alcohol/halloysite nanotube bionanocomposites as biodegradable packaging materials
JP2004314460A (ja) 生分解性複合体

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application