고유전성 에폭시/전도성 고분자 복합체 제조에 관한 연구

Abstract

In-situ 역상 에멀젼중합을 이용하여 낮은 유전손실과 고유전상수를 나타내는 에폭시/폴리아닐린, 에폭시/폴리피롤 복합체를 제조하였다. 아닐린 및 피롤 단량체는 camphor-10-sulfonic acid 또는 4-dodecylbenzenesulfonic acid와의 염형태로 제조하여 에폭시수지에 대해 20wt%, 30wt%, 40wt%가 되도록 첨가하였으며, 에멀젼 중합은 상온 및 0oC에서 각각 실시하였다. 제조된 복합체의 FT-IR과 UV-vis 분석으로부터 폴리아닐린 및 폴리피롤이 각각 잘 합성되었음을 확인하였다. 복합체의 파단면을 SEM을 이용하여 관찰한 결과 이들 전도성 고분자가 에폭시 수지 내에 균일하게 분산된 형태로 존재하고 있는 것으로 판단되었다. 이러한 복합체의 유전상수 값과 유전손실 값을 600~107 Hz 범위의 주파수 영역에서 측정하여 비교하였다. 모든 복합체에서 유전상수 값은 에폭시 수지내의 전도성고분자의 함량이 증가할수록 증가하였으며, 주파수 값이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 반면, 유전손실 값은 전도성 고분자의 함량이 증가할수록 감소하였으며, 주파수 의존성은 복합체에 따라 약간씩 다르게 나타났지만, 제조된 모든 복합체에서 유전손실 값은 대체로 0.5 이하로 낮은 값을 나타내었다. 동일한 조성에서 에폭시/폴리아닐린 복합체는 에폭시/폴리피롤 복합체에 비해 높은 유전상수 값을 나타내었으며, 두 복합체 모두 도펀트로써 DBSA를 사용한 경우가 CSA를 사용한 경우에 비해 높은 유전상수 값을 나타내었다. 또한, 0℃에서 중합시킨 복합체는 상온에서 제조한 복합체보다 높은 유전상수를 나타내었다. 이와 같은 실험결과들로부터 가공성이 우수한 고분자수지 내에 높은 전기전도성을 갖는 입자를 분산시킴으로써 내장형 커패시터의 제작에 필수적인 고유전 소재를 제조할 수 있음을 알 수 있었다.; Epoxy/polyaniline(PANi) composites with different polyaniline contents were successfully developed by in situ polymerization of aniline salt protonated with camphorsulfonic acid(CSA) or dodecylbenzenesulfonic acid(DBSA) as a dopant within epoxy matrices at 25oC and 0oC, respectively. Epoxy/polypyrrole(PPy) composites were prepared by the same method. The influence of PANi or PPy loading levels, polymerization temperature, and dopant type on dielectric constant and dielectric loss of the composites was explored. Formation of PANi and PPy in epoxy was confirmed by FT-IR and UV-vis analysis. A epoxy/PANi composite prepared in this fashion reached a high dielectric constant close to 185 when the content of PANi was 40wt%, a dielectric loss tangent less than 0.5 at room temperature and 10kHz. We found that dielectric constant increased and dielectric loss decreased with increasing PANi content in the epoxy/PANi composite. And dielectric constant of epoxy/PANi composites doped with dodecylbenzenesulfonic acid were higher than that of the composites doped with camphorsulfonic acid at the same PANi content. Also epoxy/PANi composite prepared at 0℃ has higher dielectric constant as compared to that prepared at room temperature. We found that no phase separation was observed in the SEM image of the fracture surface of epoxy/PANi composite. Effect of dopant type, polymerization temperature and PPy content in the epoxy/PPy composites on dielectric constant exhibited the same trend with epoxy/PANi composites. But, variation of dielectric loss of the composites did not show a consistent trend. The epoxy/PANi composites showed higher value of dielectric constant than epoxy PPy composites prepared with the same conditions.