Article
  • Improvement of Electrical Properties of Polymer Composites by Acrylic Oligomer Modified Graphene Oxide

  • Jihyun Park, Jieun Song, Minji Lim, and Hyung-Il Kim†

  • Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, College of Engineering, Chungnam National University, 99 Daehak-ro, Yuseong-gu, Daejeon 34134, Korea

  • 아크릴 올리고머 개질 산화 그래핀에 의한 고분자 복합재료의 전기특성 향상

  • 박지현 · 송지은 · 임민지 · 김형일†

  • 충남대학교 응용화학공학과

Abstract

Graphene needs improvement in compatibility with polymers although it has excellent electrical, mechanical, and barrier properties. On the other hand, graphene oxide has various functional groups such as epoxide, hydroxyl, and carboxyl groups which contribute to the improved compatibility with polymers. Various additives are generally used to improve processability and product quality as well as physical properties of polymers. Graphene oxide was modified with the acrylic oligomer, which was synthesized with butyl acrylate and N-vinylpyrrolidone. The modified graphene oxide was used as an additive for improvement of electrical properties. The acrylic oligomer modified graphene oxide showed the significant decrease in the surface electric resistance of acrylic polymer composites.


그래핀은 우수한 전기적, 기계적 및 차단 특성으로 인해 다양한 고분자 복합재에 사용되지만 혼화성을 향상 시켜야 된다. 반면, 산화 그래핀은 에폭시, 하이드록실 및 카복실기와 같은 다양한 관능기를 갖고 있어 여러 고분자들과의 혼화성이 우수하다. 고분자 소재의 물성 뿐만 아니라 가공성 및 제품 품질을 향상시키기 위하여 일반적으로 다양한 첨가제들이 사용되고 있다. N-바이닐피롤리돈 및 부틸아크릴레이트로 합성한 올리고머를 사용하여 산화 그래핀을 개질하여 전기적 특성을 향상시키는 첨가제로 적용하였다. 아크릴 올리고머로 개질된 산화 그래핀/아크릴 고분자 복합재료에서는 표면전기저항이 크게 감소하였다.


Keywords: graphene oxide, oligomer, composites, additives, sheet resistance

서 론

그래핀은 2차원 탄소 나노 구조로 뛰어난 전기적, 열 및 기계적 특성을 나타내어 다양한 응용 분야에 적용된다.1 그래핀과 그 화학적 유도체의 전자 특성에 관한 연구는 고체전자공학과1 복합재료의2 새로운 시대를 열어줄 것으로 기대되었다. 그래핀 개별 쉬트의 전기전도성에 대한 실험과3-6 이론적 연구는7-12 많이 진행되어 왔지만 무질서한 구조의 산화 그래핀에 대한 전도성 연구는 최근 주목을 끌고 있다.13-22 흑연으로 부터의 화학적 전환에 의한 산화 그래핀(graphene oxide, GO) 제조방법은 낮은 비용으로 대량 생산을 할 수 있어 효율적이다.23-26 GO는 쉬트 양면에 하이드록실기 및 에폭사이드기를 갖는 sp2 혼성 탄소 및 sp3 혼성 탄소를 포함한 육각형 고리형 탄소와 가장자리에 카복실기 및 카보닐기를 갖는 구조로 되어있다.27 그래핀 쉬트는 높은 비표면적을 갖고 있어 분산이 잘 되지 않으면 반데르발스 상호작용을 통해 응집체를 형성하여 흑연구조로 되돌아가려는 경향을 보인다. 대부분의 고유 속성은 그래핀의 개별 쉬트에 연관되기 때문에 그래핀 쉬트의 응집 방지는 특히 중요하다. 이러한 응집은 쉬트 상에 다른 분자 또는 폴리머를 결합시킴으로써 감소시킬 수 있다.27,28
고분자 수지에 그래핀을 분산시킬 경우 혼합 과정에서 고분자 수지의 점도가 높기 때문에 고분자 수지 내에서 그래핀의 균일한 분산이 어렵게 되어 우수한 기계적 물성의 복합재료를 제조하기가 매우 어렵다. 고분자 수지 안에서 그래핀이 균일한 분산상을 형성하지 못하고 계면에서 강한 결합을 형성하지 못하면 그래핀이 응집하는 현상이 발생하고 결과적으로 복합재료에 크랙, 기공, 핀홀 등을 형성하여 복합재료의 전기 전도성 및 기계적 특성을 크게 감소시키는 주요 원인이 된다.
아크릴 고분자와의 상용성이 우수한 아크릴 올리고머를 합성하고 이를 GO와 화학적 결합을 이루게 하는 개질반응을 통해 분산성이 우수한 개질 GO(mGO)를 제조하고 이를 탄소소재 분산성 향상용 첨가제로 사용하고자 하였다. mGO를 첨가제로 사용하여 다양한 고분자/탄소소재 복합재료를 제조하였고 탄소소재 조성 및 분산성이 복합체의 전기적 특성에 미치는 영향을 조사하였다.

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This Article

  • 2018; 42(6): 1046-1051

    Published online Nov 25, 2018

  • 10.7317/pk.2018.42.6.1046
  • Received on Jul 5, 2018
  • Revised on Jul 30, 2018
  • Accepted on Aug 4, 2018

Correspondence to

  • Hyung-Il Kim

  • Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, College of Engineering, Chungnam National University, 99 Daehak-ro, Yuseong-gu, Daejeon 34134, Korea

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