KR20140039456A - Bioplastic film containing conductive nanofiber layer of carbon black, and method for preparing the same - Google Patents

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최성욱
백동현
유영선
한정구
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가톨릭대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a bioplastic film having collected a conductive nanofiber including a carbon black, and to a method for preparing the same. According to the present invention, a conductive carbon black nanofiber can be manufactured, which has enhanced conductivity by adding an excellent carbon black, enables radiation at room temperature using electrospinning, and maintains high conductivity through a simple process. In addition, carbon dioxide can be reduced by collecting the conductive nanofiber into the bioplastic film and manufacturing the bioplastic film having biodegradability and conductivity, and environmental problems can be solved by minimizing environmental effects by being decomposed under natural state. [Reference numerals] (AA) Conductive nanofiber surface course; (BB) Bioplastic film layer

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} Bioplastic film containing a conductive nanofiber containing carbon black and a method for manufacturing the same

본 발명은 생분해성과 전도성을 가진 카본블랙을 함유하는 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bioplastic film and a method for producing the same, which collects conductive nanofibers containing carbon black having biodegradability and conductivity.

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. Plastic materials have been widely used in various moldings, packaging materials, industrial materials, consumer goods, etc. throughout the industrial field due to their excellent properties, various functions, and low prices, but these products are not decomposed naturally within a reasonable period of time. Environmental pollution caused by packaging waste generated after use rather than the original function is a serious social problem.

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.Conventionally, methods such as landfill, incineration, and recycling have been taken to treat such plastic wastes. Research is being conducted in various ways. In some developed countries, the practical use of decomposable plastics has already reached a considerable level.

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.Degradable plastics are bio-degradable plastics, which are largely degraded by microorganisms, enzymes, etc., and chemical bond cleavage due to photochemical and thermal reactions caused by solar radiation and solar radiation. Photo-degradable plastics that cause plastic decomposition by means of oxidation, oxidation-degradable plastics that cause plastic decomposition by oxidation reaction under the influence of temperature, and hydrolyzate that decomposes by hydrolysis reaction It may be classified as a hydrolytically-degradable plastic, and among these, research on biodegradable, photodegradable plastics or their complex degradable plastics is being actively conducted.

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.Among them, biodegradable plastics are attracting attention as the most environmentally friendly and efficient materials. Bioplastics are in the spotlight in terms of carbon dioxide reduction, but in addition, they have been pointed out as a disadvantage of biodegradable materials. This product has the advantage of overcoming the problems such as application limitations and (3) price competitiveness.

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.Bioplastics are plastics made by synthesizing high-molecular polyesters of microorganisms of hydrogen bacteria and nitrogen bacteria, for example, aliphatic polyesters produced by fermentation methods directly from starch, sugar, carbohydrates, vegetable oils or fats. It is made of resin. After a certain period of time after disposal, biodegradable properties of hard plastics are naturally decomposed by the decomposing elements emitted by microorganisms. Such bioplastics have a great advantage in that they are more environmentally sustainable materials than petrochemical-based plastics due to the use of bio raw materials. In particular, with regard to environmental protection and onset of climate warming, bioplastics are increasing in importance not only in the packing sector but also in the manufacture of long-lasting industrial plastic products.

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.On the other hand, the existing conductive film is applied to the conductive material such as conductive polymer or carbon nanotube to the polymer material to manufacture the film and the method of applying the conductive material such as ITO, such as solution phase coating, printing method, deposition method, etc. This method has a disadvantage in that the price competitiveness is deteriorated due to the use of a large amount of expensive conductive materials.

대한민국 특허출원 제2010-0090329호Republic of Korea Patent Application No. 2010-0090329

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.Therefore, the inventors of the present invention intend to develop a conductive film that overcomes the disadvantages of the prior art, but the conventional method has given additional performance to the film by a method such as spraying, but in the present invention, a large amount of carbon black is nanofibers through electrospinning. It was confirmed that the conductivity is easily secured by connecting in a straight line within the present invention, and thus, the present invention was completed by preparing a bioplastic film in which conductive nanofibers containing carbon black were collected by applying this technique.

따라서 본 발명의 목적은 환경 친화적인 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름의 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a bioplastic film in which conductive nanofibers containing environmentally friendly carbon black are collected.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 방법에 따라 제조된 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a bioplastic film obtained by collecting conductive nanofibers containing carbon black prepared according to the method of the present invention.

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.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of (a) preparing a carbon black polymer solution by dispersing carbon black in a polymer solution; (b) preparing a conductive nanofiber by electrospinning the polymer solution obtained in step (a); And (c) collecting the conductive nanofibers obtained in the step (b) on the bioplastic film. The method provides a method of manufacturing a bioplastic film containing conductive nanofibers containing carbon black.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (a) 단계 이후에 카본블랙 고분자 용액을 밀링 또는 초음파를 이용하여 추가 분산시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, after the step (a) may further comprise the step of further dispersing the carbon black polymer solution using milling or ultrasonic waves.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 고분자의 함량은 카본블랙에 대하여 1 내지 20 중량%가 되도록 첨가할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the polymer in the step (a) may be added to 1 to 20% by weight based on the carbon black.

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.In one embodiment of the present invention, the polymer is polyethylene-vinylacetate (PE-VAc), polycaprolactone, polylactic acid, polyester, polyglycolic acid, polypropylene, polyethylene, polyhydroxyalkanoate , Polyvinylidene fluoride (PVDF), polyurethane (polyurethane), nylon, polyvinyl acetate (PVAc), polyvinyl alcohol (PVA), cellulose acetate can be selected from the group consisting of general polymers and copolymers thereof have. In one embodiment of the present invention, the carbon black may be Ketjen Black 300J or Ketjen Black 600JD.

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.In one embodiment of the present invention, the bioplastic film may be made of an aliphatic polyester resin prepared from a material selected from the group consisting of grain husks, grain bars or a mixture thereof as a natural raw material.

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.In one embodiment of the present invention, the solvent used in the preparation of the polymer solution in step (a) is toluene, chloroform, chloroform, dichloromethane, tetrahydrofuran, THF, methyl Ethyl ketone, methylpyrrolidinone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), methanol, ethanol, propanol, butanol, t- T-butyl alcohol, isopropylalcohol (IPA), benzyl alcohol, benzyl alcohol, ethyl acetate, butyl acetate, propylene glycol diacetate, propylene Glycol methyl ether acetate (PGMEA), acetonitrile (acetonitrile), trifluoroacetonitrile, ethylene glycol, dimethicone The acetamide (dimethylacetamide, DMAC) and at least one organic solvent or water is selected from the group consisting of acetone (acetone) can be used.

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.In one embodiment of the present invention, the electrospinning of the step (b) is spaced apart from the radiating portion and the laminated portion by 3.5 ~ 30cm at an applied voltage of 7.5 ~ 30kV, the flow rate of the polymer solution 0.001 ~ 10 mL per minute It can be carried out as.

또한, 본 발명은 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 표층에 집전되어 있고, 전기전도성을 갖는 바이오 플라스틱 필름을 제공한다.In addition, the present invention provides a bioplastic film having conductive nanofibers containing carbon black at the surface layer and having electrical conductivity.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 전도성 나노섬유의 직경은 50nm ~ 500 um일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the diameter of the conductive nanofibers may be 50nm ~ 500um.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 전도성 나노섬유는 면저항이 101 ~ 108 Ω/SQ일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the conductive nanofibers may have a sheet resistance of 10 1 to 10 8 Ω / SQ.

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.According to the present invention, carbon black nanofibers having conductivity have excellent electrical conductivity due to addition of carbon black having excellent performance, and are capable of spinning at room temperature using an electrospinning method and have a high electrical conductivity through a simple process. Nanofibers can be produced. In addition, by collecting the conductive nanofibers on the bioplastic film, a biodegradable and conductive bioplastic film may be manufactured to reduce carbon dioxide, and may be degraded in a natural state to minimize environmental impacts, thereby solving environmental pollution problems. In addition, by applying the conductive polymer fibers only to the surface layer, there is an effect that can reduce the cost while maintaining a high conductive function.

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.
1 is a schematic diagram of a bio-based plastic that has collected nanofibers containing carbon black having electrical conductivity according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the measurement results of the sheet resistance of the nanofibers containing carbon black having electrical conductivity according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a 1000 times and 5000 times scanning electron micrographs of nanofibers containing carbon black having electrical conductivity according to an embodiment of the present invention.

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.The present invention relates to a bioplastic film that has collected conductive nanofibers containing carbon black, and a method for manufacturing the same, to prepare conductive nanofibers containing carbon black that can maintain high electrical conductivity using an electrospinning process. It is characteristic in that the collected bioplastic film was produced.

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.The bioplastic film, which collects the conductive nanofibers containing carbon black prepared according to the present invention, maintains excellent conductivity and can reduce costs even though the conductive nanofibers are integrated on the surface in a multilayer structure. It has a characteristic structure consisting of a bioplastic film having sex.

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. The first aspect of the present invention is to provide a bio-plastic film made of carbon neutral natural resource industry by-product starch, manufacturing by-product octape (corn husk), rice by-product chaff as a raw material. Eco-friendly plastics are degradable plastics that are completely decomposed under the action of natural microorganisms such as light, heat, chemistry, bacteria, fungi and algae in their natural state, which can solve the packaging waste problem caused by the use of general purpose plastics Way.

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. A second feature of the invention is the use of an electrospinning process to produce conductive nanofibers. Electrospinning is an electrospinning process in which fibers are formed using electrical attractive force and repulsive force generated when the polymer solution or molten polymer is charged to a certain voltage. The electrospinning process can produce fibers of various diameters and can be applied to simple equipment and a wide range of materials. Through electrospinning process, it is possible to manufacture a film with high conductivity by using less raw materials than mass-use of expensive conductive material, which is a problem in the conductive film produced by coating, printing, and depositing existing conductive materials. have.

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.The third feature of the present invention is that a polymer made of a copolymer of the polymer component of the bioplastic is used as the polymer of the electrospinning solution in order to minimize peeling between the polymer included in the bioplastic film and the conductive nanofiber layer. Is in. Since the peeling of the film layer and the conductive nanofiber layer of the bioplastics lowers the reliability and the functionality of the product, a copolymer containing some polymers (eg, polypropylene, polyethylene, etc.) used in the bioplastic film layer (eg, polyethylene-poly By using a vinyl acetate copolymer), peeling can be prevented, and solution can be made into an electrospinning solution, and electrospinning can be made easy.

따라서, 본 발명은 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름의 제조방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a method for producing a bioplastic film in which conductive nanofibers containing carbon black are collected.

일 구체예에서, 본 발명의 제조방법은 하기 단계들을 포함한다. In one embodiment, the method of manufacture of the present invention comprises the following steps.

단계 1: (a) 카본블랙을 고분자 용액에 분산시켜 카본블랙 고분자 용액을 제조하는 단계,Step 1: (a) dispersing carbon black in a polymer solution to prepare a carbon black polymer solution,

단계 2 : (b) 상기 (a) 단계에서 얻어진 고분자 용액을 전기방사시켜 전도성 나노섬유를 제조하는 단계,Step 2: (b) preparing a conductive nanofiber by electrospinning the polymer solution obtained in step (a),

단계 3 : (c) 상기 (b) 단계에서 얻어진 전도성 나노섬유를 바이오 플라스틱 필름에 집전시키는 단계.Step 3: (c) collecting the conductive nanofibers obtained in the step (b) in the bioplastic film.

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.In the production method of the present invention, first, carbon black is dispersed in a polymer solution to prepare a carbon black polymer solution. In preparing the carbon black polymer solution, it is preferable to dissolve the polymer having the biodegradable fiber forming ability and the carbon black in an organic solvent. At this time, the organic solvent is toluene (toluene), chloroform (chloroform), dichloromethane (dichloromethane), tetrahydrofuran (tetrahydrofuran, THF), methyl ethyl ketone, methyl pyrrolidinone , NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), methanol, ethanol, propanol, butanol, t-butyl alcohol, isopropyl alcohol (isopropylalcohol, IPA) ), Benzyl alcohol, ethyl acetate, butyl acetate, butyl acetate, propylene glycol diacetate, propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA), acetonitrile (acetonitrile), trifluoroacetonitrile, ethylene glycol, dimethylacetamide (DMAC) and acetone It can be used selected from the group, it may be used alone or mixed, but is not limited thereto.

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.It is preferable that it is 5,000-1,000,000, and, as for the average molecular weight of the said biodegradable fiber formation capability, it is more preferable that it is 10,000-300,000. Such polymers include polyethylene-vinylacetate (PEVAc), polycaprolactone, polylactic acid, polyester, polyglycolic acid, polyhydroxyalkanoate, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyurethane , Nylon, polyvinylacetate (PVAc), polyvinyl alcohol (PVA), cellulose acetate and copolymers thereof may be selected and used, these may be used alone or in combination, but is not limited thereto.

상기 카본블랙은 일반적인 카본블랙이라면 모두 사용 가능하며, 바람직하게는 케첸블랙 300J 또는 케첸블랙 600JD을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The carbon black may be used as long as it is a general carbon black, preferably Ketjenblack 300J or Ketjenblack 600JD, but is not limited thereto.

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.In the present invention, the content of the polymer is preferably added to 0.1 to 50% by weight relative to the carbon black. If the amount is less than 0.1 wt%, the nanofibers are not formed or the mechanical properties of the fiber are significantly lowered. If the amount is added more than 50 wt%, the conductivity is very low.

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. In the production method of the present invention, the carbon black polymer solution may be further dispersed to further disperse the carbon black in the polymer solution. At this time, by performing a milling process using a ball mill or a bead mill, the carbon black may be dispersed in the polymer solution or additionally dispersed by ultrasonic grinding. And ultrasonic grinding may also be performed.

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.Next, the polymer solution is electrospun to produce conductive nanofibers, and the conductive nanofibers are collected on the bioplastic film. In one embodiment, using an electrospinning device, the conductive nanofibers are separated by separating the distance between the radiating part and the stacking part from 3.5 to 30 cm at an applied voltage of 7.5 to 30 kV and the flow rate of the polymer solution to 0.001 to 10 mL per minute. It can collect on a bio plastic film.

상기 바이오 플라스틱 필름은 천연 원료로 곡물껍질, 곡물대 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 물질로부터 제조된 지방족 폴리에스테르 수지로 이루어진 것이 바람직하다.The bioplastic film is preferably made of an aliphatic polyester resin prepared from a material selected from the group consisting of grain husks, grains or mixtures thereof as a natural raw material.

나아가, 본 발명은 상술한 제조방법으로 제조된 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 표층에 집전되어 있고, 전기전도성을 갖는 바이오 플라스틱 필름을 제공한다.Furthermore, the present invention provides a bioplastic film having electrical conductivity in which conductive nanofibers containing carbon black prepared by the above-described manufacturing method are collected on the surface layer.

본 발명에서 제조되는 상기 전도성 나노섬유는 직경은 50nm ~ 500 um의 크기를 가질 수 있으며, 바람직하게는 50nm ~ 300um의 크기를 가질 수 있다.The conductive nanofibers prepared in the present invention may have a diameter of 50 nm to 500 um, preferably 50 nm to 300 um.

또한, 상기 전도성 나노섬유는 면 저항은 101 ~ 108 Ω/SQ일 수 있다. In addition, the conductive nanofibers may have a surface resistance of 10 1 to 10 8 Ω / SQ.

본 발명에 따른 상기 바이오 플라스틱 필름은 표층에만 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 적용함에도 불구하고 높은 전도성 기능을 유지하면서 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.The bioplastic film according to the present invention has an advantage of reducing the cost while maintaining a high conductivity function despite the application of conductive nanofibers containing carbon black only to the surface layer.

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.According to the present invention, carbon black nanofibers having conductivity have excellent electrical conductivity by adding carbon black with excellent performance, and are capable of spinning at room temperature using an electrospinning method, and are capable of maintaining high electrical conductivity through a simple process. Nanofibers can be produced.

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.
In addition, by collecting the conductive nanofibers on the bioplastic film, a biodegradable and conductive bioplastic film may be manufactured to reduce carbon dioxide, and may be degraded in a natural state to minimize environmental impacts, thereby solving environmental pollution problems.

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.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It will be apparent to those skilled in the art that these embodiments are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not limited to these embodiments.

<< 실시예Example >>

카본블랙을 함유한 나노섬유를 집전시킨 바이오 베이스 플라스틱 필름 제조Bio-Based Plastic Film Manufacture of Carbon Fiber Containing Nanofibers

<1-1> 카본블랙함유 고분자 용액의 제조<1-1> Preparation of Carbon Black-Containing Polymer Solution

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.0.2 g of carbon black and a polyethylene-polyvinylacetate copolymer (Poly (ethylene-co-vinyl acetate)) (Sigma-Aldrich, 340502-250G, vinyl acetate 40 wt%) 0.5 g (Example 1), 1 g (Example 2) and 15 g (Example 3) were dissolved in 10 g of chloroform (Sigma-Aldrich, 288306-2 L), respectively, to prepare a carbon black polymer solution.

<1-2> 고분자 용액 속 카본블랙의 분산<1-2> Dispersion of Carbon Black in Polymer Solution

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.
The polymer solution obtained in the step <1-1> was introduced into a ball mill process for 12 hours to uniformly disperse the carbon black and further disperse the carbon black particles in the polymer solution by using an ultrasonic mill. .

<1-3> 카본블랙 나노섬유를 집전시킨 필름 제조<1-3> Film production of carbon black nanofibers

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.
The distance between the radiating part and the laminating part was 3.5 to 30 cm using the polymer needle obtained in the step <1-2> using an electrospinning device and a syringe needle having an applied voltage of 7.5 to 30 kV and a diameter of 0.1 to 3.0 mm. The biobase plastic film containing the conductive nanofibers containing carbon black was prepared by separating the polymer solution at a flow rate of 0.001 to 10 mL per minute.

<< 실험예Experimental Example 1> 1>

카본블랙 나노섬유의 면 저항 측정Surface Resistance Measurement of Carbon Black Nanofibers

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. In order to determine the sheet resistance of the carbon black nanofibers prepared in <Example 1> of the present invention, a four probe measuring instrument (DASOL ENG, FPP-RS8-1G, domestic) was used, and the analysis results are shown in FIG. 2. Shown in

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.2, the surface resistance of the carbon black nanofibers according to the present invention is 12kΩ / SQ (Example 1), 20kΩ / SQ (Example 2), 77 kΩ / SQ (Example 3), respectively, the content of the polymer It was found that the smaller the value, the smaller the resistance value.

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.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

Claims (11)

(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.
(a) dispersing carbon black in a polymer solution to prepare a carbon black polymer solution;
(b) preparing a conductive nanofiber by electrospinning the polymer solution obtained in step (a); And
(c) collecting the conductive nanofibers obtained in the step (b) onto the bioplastic film, wherein the manufacturing method of the bioplastic film containing the conductive nanofibers containing carbon black is collected.
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.
The method of claim 1,
After the step (a) further comprising the step of further dispersing the carbon black polymer solution by using a milling or ultrasonic wave method for producing a bio-plastic film containing the conductive nanofibers containing carbon black.
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.
The method of claim 1,
In the step (a), the content of the polymer is a method for producing a bio-plastic film having conductive nanofibers containing carbon black, characterized in that the carbon black is added in an amount of 1 to 20% by weight.
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.
The method of claim 1,
The polymer is polyethylene-vinylacetate (PE-VAc), polycaprolactone, polylactic acid, polyester, polyglycolic acid, polypropylene, polyethylene, polyhydroxyalkanoate, polyvinylidene fluoride (PVDF) The conductive nanofibers containing carbon black are selected from the group consisting of polyurethane, nylon, polyvinyl acetate (PVAc), polyvinyl alcohol (PVA), cellulose acetate and copolymers thereof. Method of manufacturing bioplastic film.
제1항에 있어서,
상기 카본블랙은 케첸블랙 300J 또는 케첸블랙 600JD인 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름의 제조방법.
The method of claim 1,
The carbon black is ketjen black 300J or ketjen black 600JD characterized in that the conductive nanofibers containing the carbon nano-condensed bio-plastic film manufacturing method.
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.
The method of claim 1,
The bioplastic film is a natural raw material, the bioplastics containing the conductive nanofibers containing carbon black, characterized in that made of an aliphatic polyester resin prepared from a material selected from the group consisting of grain husks, grains or mixtures thereof. Method for producing a film.
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.
The method of claim 1,
The solvent used in the preparation of the polymer solution in step (a) is toluene, chloroform, chloroform, dichloromethane, tetrahydrofuran, THF, methyl ethyl keton, methyl Pyrrolidinone (N-methylpyrrolidinone, NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), methanol, ethanol, propanol, butanol, t-butyl alcohol, Isopropylalcohol (IPA), benzyl alcohol, benzyl alcohol, ethyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, propylene glycol diacetate, propylene glycol methyl ether acetate, PGMEA), acetonitrile, trifluoroacetonitrile, ethylene glycol, dimethylacetamide, DMAC) and acetone (acetone) using at least one organic solvent or water selected from the group consisting of carbon black containing conductive nanofibers, characterized in that the manufacturing method of the bioplastic film.
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.
The method of claim 1,
Electrospinning of the step (b) is carried out by separating the distance between the radiating part and the stacking part at 3.5 ~ 30cm at an applied voltage of 7.5 ~ 30kV, the flow rate of the polymer solution at 0.001 ~ 10 mL per minute A method for producing a bioplastic film in which conductive nanofibers containing black are collected.
카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 표층에 집전되어 있고, 전기전도성을 갖는 바이오 플라스틱 필름.A bio plastic film containing conductive black fibers containing carbon black at the surface layer and having electrical conductivity. 제9항에 있어서,
상기 전도성 나노섬유의 직경은 50nm ~ 500um인 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름.
10. The method of claim 9,
The diameter of the conductive nanofibers is 50nm ~ 500um, the bio plastic film containing the conductive nanofibers containing carbon black.
제9항에 있어서,
상기 전도성 나노섬유는 면저항이 101 ~ 108 Ω/SQ인 것을 특징으로 하는 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유가 집전된 바이오 플라스틱 필름.
10. The method of claim 9,
The conductive nanofibers have a sheet resistance of 10 1 ~ 10 8 Ω / SQ characterized in that the conductive bio-fiber film containing the conductive nanofibers containing carbon black.
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