We present the dispersion properties of alkylated zinc-phthalocyanine (R-ZnPc) for single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), which finds useful for the β-phase formation of a polyvinylidene fluoride (PVDF) matrix. The R-ZnPc was prepared by direct tetramerization of alkylated phthalonitrile with zinc salts. Due to the presence of long peripheral alkyl-substituents, the prepared R-ZnPc exhibited controllable solubility in selected solvents. Taking advantage of the hydrophobic interactions of alkyl chains and flat structural features of Pc macrocycles, molecular wrapping of R-ZnPc around the SWCNTs was intended to produce noncovalent supramolecular complexes. The prepared Pc-CNT complexes were analyzed by various characterization methods, including UV-Vis, FTIR, Raman, TGA, SEM, and XPS measurements. Furthermore, the Pc-CNT/PVDF composite films were prepared using the Pc-CNT complex as effective nanofillers for the PVDF matrix. The dielectric constants of the Pc-CNT/PVDF composite films were significantly increased as a consequence of the promoted b-phase formation in the PVDF matrix, as evidenced by FTIR and XRD measurements. Current results suggested that the R-ZnPc functionalized SWCNTs have affected the crystalline structure of the PVDF matrix, which can be a useful tool for producing nano-fillers for hybrid polymer composites.

본 논문에서는 알킬기를 가지는 아연-프탈로시아닌(R-ZnPc)을 이용하여 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWCNT)의 분산 특성을 파악하고 이를 포함하는 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride, PVDF)의 베타상(b-phase) 형성에 대한 연구 결과를 제시한다. R-ZnPc는 알킬기를 가지는 프탈로니트릴(phthalonitrile) 중간체를 아연염과 함께 tetramerization 반응을 진행하여 합성하였다. 긴 알킬기가 외부에 존재하기 때문에 R-ZnPc는 다양한 유기 용매에 높은 용해성을 발휘하였다. 또한 알킬기의 소수성 상호작용과 편평한 분자구조의 특징을 이용하여 SWCNT 외벽에 R-ZnPc 분자 wrapping을 유도하여 비공유 결합에 기반한 초분자 복합체(supra-molecular complex)를 제조하였다. Pc-CNT 복합체를 자외-가시광 흡수도, 퓨리에 적외선 분광법, 라만 분광법, 열중량 분석법, 주사전자현미경 측정 및 X선 광전자 분광법 등 다양한 측정 방법으로 분석하였다. 또한 Pc-CNT 복합체를 나노필러로 사용하여 Pc-CNT/PVDF 복합 필름(composite film)을 제조하였다. Pc-CNT/PVDF 복합 필름의 유전 상수는 큰 폭으로 증가하였으며 이는 PVDF의 베타상 형성이 촉진되었기 때문인 것으로 퓨리에 적외선 분광법과 X선 회절분석법 측정을 통해 확인하였다. 본 연구 결과는 R-ZnPc가 SWCNT 표면을 효과적으로 기능화할 수 있으며 제조된 Pc-CNT 복합체가 PVDF 매트릭스의 결정 구조 변화에 영향을 미쳤다는 것을 의미한다. 또한 본 연구에서 제시하는 방법은 하이브리드 복합 필름에 적합한 나노필러를 제조하는데 유용한 방법이 될 것으로 기대된다.

Keywords: polyvinylidene fluoride, zinc-phthalocyanine, single-walled carbon nanotube, carbon nanotube, composite, dielectric constant