Recently, the development of eco-friendly materials has attracted increasing attention as a major solution to reduce environmental pollution. Therefore, if conductive materials are manufactured using biodegradable polymers, eco-friendly conductive composites can be applied in various fields. In general, a large amount of filler is required to achieve conductivity; however, excessive filler loading leads to increased cost and deterioration of mechanical properties. For this reason, it is important to develop materials with high conductivity at low filler contents. In this study, biodegradable conductive composites were fabricated by optimizing conductive network formation, mixing conditions, and polylactic acid (PLA)/polybutylene adipate terephthalate (PBAT) compatibility. As a result, the optimal carbon nanotube (CNT) content and processing conditions were determined, and biodegradable polymer composites with high electrical conductivity were obtained using the minimum filler content. Furthermore, the incorporation of a compatibilizer enabled the fabrication of composites with improved mechanical properties. It was also confirmed that, for the formation of a conductive network, the spatial distribution of CNTs and the development of a co-continuous structure play a more critical role than the compatibility enhancement of the immiscible polymer matrix.

최근 환경오염을 줄이기 위해 친환경 소재 개발이 주요 해결책으로 주목받고 있다. 따라서, 생분해성 소재로 전도성 소재를 제작하면 친환경 소재를 다양한 방향으로 사용이 가능할 것이다. 전도성 소재를 제조하기 위해서는 많은 양의 필러 첨가가 필수적인데 과량의 필러는 단가 상승, 기계적 물성 저하를 초래한다. 이러한 이유로 적은 함량으로 높은 전도성을 가지는 소재를 제작하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 전도성 네트워크 형성, 혼합 공정 최적화, polylactic acid(PLA)/polybutylene adipate terephthalate(PBAT) 상용성 개선을 통해 생분해가 가능한 친환경 전도성 복합소재를 제조하였다. 그 결과 탄소나노튜브의 함량 및 공정 최적화를 달성하였고, 최소 함량의 필러를 사용하여 높은 전기전도성을 가지는 생분해성 고분자 복합소재를 제조하였다. 특히, 상용화제를 첨가하면 기계적 물성이 우수한 소재를 제조할 수 있었다. 또한, 전도성 네트워크를 형성하기 위해서는 비상용성 폴리머 매트릭스의 상용성 개선보다도 탄소나노튜브의 위치와 공연속 구조 형성이 더 중요한 요소임을 확인하였다.

Keywords: biodegradable polymers, conductive polymers, carbon nanotubes, percolation threshold, rheology.

본 연구는 순천향대학교 학술연구비 지원으로 수행하였음.

저자(들)는 이해상충이 없음을 선언합니다.