KR101090106B1 - Electroconductive particle and?preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 전도성 입자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전기 전도성 입자는 장기적인 도전 안정성, 표면 전도성, 내구성 및 내열성이 우수하여, 전자 기기의 패키징에 사용되는 이방성 도전 필름의 제조에 유용하게 적용될 수 있으며, 또한 우수한 전기 전도성을 가져 각종 모바일 기기, 액정 디스플레이, 전자 종이 시스템 등의 다양한 디스플레이 기기 제조에 필수적인 미세패턴 형성 공정에 용이하게 적용될 수 있다.The present invention relates to an electrically conductive particle and a method for producing the same, wherein the electrically conductive particle according to the present invention Conductivity stability, Excellent surface conductivity, durability and heat resistance, it can be usefully applied to the production of anisotropic conductive film used for packaging of electronic devices, and also has excellent electrical conductivity, and various display devices such as various mobile devices, liquid crystal displays, electronic paper systems, etc. It can be easily applied to the micropattern forming process essential for manufacturing.
그라펜, 전기 전도성 입자, 공유결합, 내열성, 복합입자 Graphene, Electrically Conductive Particles, Covalent Bonds, Heat Resistance, Composite Particles
Description
본 발명은 우수한 전기 전도성과 함께 개선된 장기적인 도전 안정성, 표면 전도성, 내구성 및 내열성을 가져 전자 기기의 패키징시 접속 재료로서 사용되는 이방성 도전 필름의 제조에 용이한 접속 전자 전도성 입자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention provides improved long term conductivity stability with good electrical conductivity, The present invention relates to a connection electron conductive particle having a surface conductivity, durability, and heat resistance, which is easy to manufacture an anisotropic conductive film used as a connection material in the packaging of an electronic device, and a method of manufacturing the same.
일반적으로 전자 패키징(packaging) 기술은, 반도체 소자에서부터 최종 제품까지의 모든 제조 단계를 포함하는 매우 광범위하고 다양한 시스템 제조 기술이며, 최종 전자 제품의 성능, 크기, 가격, 신뢰성 등을 결정하는 매우 중요한 기술이다.In general, electronic packaging technology is a very broad and diverse system manufacturing technology that includes all manufacturing steps from semiconductor devices to the final product, and is a very important technology for determining the performance, size, price, reliability, etc. of the final electronic product. to be.
최근 회로의 미세 간극화와 접속 밀도의 증가에 따라, 반도체 패키징 혹은 디스플레이 패키징시 좁은 간격으로 형성된 다수의 전극을 한 번에 접속시키는 것이 요구된다. 이에 따라 액정 디스플레이(LCD)의 패키징에서는 주로 다중 접속 회로 기판(printed circuit board)과 투명 전극(transparent electrode) 사이의 기계 적, 전기적 접속을 위한 전도성 접착제가 사용되고 있다.In recent years, with the fine gap of the circuit and the increase of the connection density, it is required to connect a plurality of electrodes formed at a narrow interval in semiconductor packaging or display packaging at once. Accordingly, in the packaging of liquid crystal displays (LCDs), conductive adhesives for mechanical and electrical connection between printed circuit boards and transparent electrodes are mainly used.
상기 전도성 접착제는 이방성 도전 필름(anisotropic conductive film, ACF), 등방성 도전 접착제(isotropic conductive adhesive, ICA) 등의 다양한 형태로 사용되고 있으며, 이중에서도 전기 전도성 입자가 열경화성 또는 열가소성의 절연성 수지(insulating resin)에 분산된 형태로 구성된 이방성 도전 필름이 주로 사용되고 있다. The conductive adhesive is used in various forms such as anisotropic conductive film (ACF) and isotropic conductive adhesive (ICA), and among these, the electrically conductive particles may be formed into a thermosetting or thermoplastic insulating resin. Anisotropic conductive films composed of a dispersed form are mainly used.
전기 전도체 역할을 하는 상기 전기 전도성 입자로서 초기에는 분말 또는 섬유상의 탄소계 재료가 사용되었고, 그 후 은(Ag) 등 솔더 볼(solder ball)이 사용되었으며, 그 뒤를 이어 니켈(Ni) 입자 또는 고분자 미립자 표면에 니켈이 코팅된 고분자 볼이 현재까지 사용되고 있다. Powdered or fibrous carbonaceous materials were initially used as the electrically conductive particles serving as electrical conductors, and then solder balls such as silver (Ag) were used, followed by nickel (Ni) particles or polymers. Nickel-coated polymer balls on the particle surface have been used to date.
이방성 도전 필름의 전기 전도성 입자에 사용되는 니켈은, 저렴한 가격과 비교적 우수한 전기 전도도를 가지고 있으나, 고온 다습한 상태에 노출될 경우, 표면에서 부식 또는 산화 등이 발생하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 니켈 입자 표면에 금(Au)을 코팅하는 방법이 제안되었으며, 금이 코팅된 전기 전도성 입자는 고분자 미립자로서 디비닐벤젠(divinylbenzene) 등의 가교성 단량체가 포함된 폴리스티렌(polystyrene) 입자 표면에 니켈을 코팅하고, 그 표면에 다시 금을 코팅한 형태로 발전되었다.Nickel used in the electrically conductive particles of the anisotropic conductive film has a low price and relatively good electrical conductivity, but when exposed to high temperature and high humidity, there is a problem that corrosion or oxidation occurs on the surface. In order to solve this problem, a method of coating gold (Au) on the surface of nickel particles has been proposed, and the gold-coated electrically conductive particles are polymer fine particles including polystyrene containing a crosslinkable monomer such as divinylbenzene. ) It was developed in the form of coating nickel on the surface of the particle and coating gold on the surface again.
그러나, 고분자 미립자 표면에 금속을 코팅한 전기 전도성 입자의 경우, 고분자 미립자와 금속성 코팅막과의 낮은 계면 접착력으로 인하여 장기적인 도전 안정성이나 기계적 물성 확보가 어렵다는 문제점이 있고, 또한 고분자 미립자 표면에 금속을 코팅하는 도금 공정으로 인하여 제조 원가의 상승과 함께 다량의 환경 유해 물질이 발생되는 문제점이 있었다. 또한, 전기 전도성 입자가 절연성 수지 내에 분산되어 제조되는 이방성 전도성 필름에 있어서 접속 저항, 신뢰성, 공정성 등이 가장 중요하게 고려되는 특성임에도 불구하고, 가열 및 가압에 의해 고분자 미립자와 금속을 서로 접착시킴으로써 접착된 부분 내에 도전부를 형성시키는 과정에서, 고분자 미립자와 금속층 사이의 큰 탄성율(modulus) 차이와 친화성 결핍으로 인하여 고분자 미립자 표면에서의 금속층이 균열 및 박리되기 쉽고, 그 결과로 전도성이 현저히 떨어지거나 심지어는 절연화되는 문제점이 있었다.However, in the case of electrically conductive particles coated with a metal on the surface of the polymer fine particles, there is a problem that it is difficult to secure long-term conductive stability or mechanical properties due to low interfacial adhesion between the polymer fine particles and the metallic coating film, and also to coat the metal on the surface of the polymer fine particles. Due to the plating process, there is a problem that a large amount of environmentally harmful substances are generated with the increase of manufacturing cost. In addition, in the anisotropic conductive film prepared by dispersing the electrically conductive particles in the insulating resin, although the connection resistance, reliability, fairness, etc. are the most important characteristics, the adhesion of the polymer fine particles and the metal by adhesion to each other by heating and pressing In the process of forming the conductive portion in the indented portion, the large modulus difference between the polymer fine particle and the metal layer and the lack of affinity tend to cause the metal layer on the surface of the polymer fine particle to crack and peel off, resulting in a significant decrease in conductivity or even There was a problem of being insulated.
이에 따라, 고분자 미립자와 금속층 사이의 균열 및 박리에 의한 전도성 저하의 우려 없이 우수한 장기 도전 안정성, 표면 전도성 및 내구성을 갖는 동시에 우수한 내열성을 가져, IC 및 각종 패시브(passive) 소자의 접속, LCD 기판과 구동 회로와의 전기적 접속 공정시 100 ℃ 이상의 고온의 접착 온도에서도 전기적 회로 구성을 유지할 수 있는, 높은 전기 전도성을 나타낼 수 있는 전기 전도성 입자가 요구되고 있다.As a result, it has excellent long-term conduction stability, surface conductivity and durability, and excellent heat resistance without fear of conductivity deterioration due to cracking and peeling between the polymer fine particles and the metal layer, and the connection between the IC and various passive elements, the LCD substrate, There is a demand for electrically conductive particles capable of exhibiting high electrical conductivity, which can maintain an electrical circuit configuration even at an adhesive temperature of 100 ° C. or higher during an electrical connection process with a drive circuit.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하여, 우수한 전기 전도성을 갖는 동시에 장기적인 도전 안정성, 표면 전도성, 내구성 및 내열성이 개선된 전기 전도성 입자를 제공하는 것이다. Accordingly, the object of the present invention is to solve the above problems, while having excellent electrical conductivity and at the same time Conductivity stability, It is to provide electrically conductive particles with improved surface conductivity, durability and heat resistance.
본 발명의 목적은 또한 상기 전기 전도성 입자의 제조방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a method for producing the electrically conductive particles.
본 발명의 목적은 또한 상기 전기 전도성 입자를 포함하는 이방성 도전 필름을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide an anisotropic conductive film comprising said electrically conductive particles.
상기 목적에 따라 본 발명에서는, 표면에 축합 반응성 관능기를 갖는 고분자 미립자, 및 상기 고분자 미립자 표면에 상기 축합반응성 관능기와 공유결합할 수 있는 관능기를 가진 그라펜이 공유결합에 의해 부착되어 있는 그라펜 코팅층을 포함하는 전기 전도성 입자를 제공한다.According to the above object, in the present invention, a graphene coating layer in which a polymer fine particle having a condensation-reactive functional group on its surface and a graphene having a functional group capable of covalently bonding to the condensation-reactive functional group on the surface of the polymer fine particle are covalently attached. It provides an electrically conductive particle comprising a.
또한, 본 발명에서는 (1) 표면에 축합반응성 관능기를 갖도록 개질된 고분자 미립자를 제조하는 단계, (2) 그라펜의 표면에, 상기 고분자 미립자 표면의 축합반응성 관능기와 공유결합할 수 있는 관능기를 도입하는 단계, 및 (3) 상기 단계 (1)에서 제조한 고분자 미립자 표면에 상기 단계 (2)에서 제조한 그라펜을 공유결합으로 부착시켜 그라펜 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 전기 전도성 입자의 제조방법을 제공한다.In the present invention, (1) preparing a polymer fine particle modified to have a condensation functional group on the surface, (2) to the surface of the graphene, a functional group capable of covalently bonded to the condensation functional group of the surface of the polymer fine particles And (3) covalently attaching the graphene prepared in step (2) to the surface of the polymer fine particles prepared in step (1) to form a graphene coating layer. Provide a method.
본 발명에서는 또한 상기 전기 전도성 입자를 포함하는 이방성 도전 필름을 제공한다.The present invention also provides an anisotropic conductive film comprising the electrically conductive particles.
본 발명에 따른 전기 전도성 입자는 고분자 미립자 표면에 전기 전도성이 우수한 그라펜 코팅층을 포함함으로써, 우수한 전기 전도성을 나타내며, 그 결과 미세패턴 형성 공정에 용이하게 적용될 수 있다. 또한 상기 그라펜이 고분자 미립자에 공유결합에 의해 부착되어 있어, 고분자 미립자와 금속간의 특성 차이로 인해 발생되는 도전층에서의 균열 및 박리를 방지할 수 있고, 또한 고온에서의 그라펜과 고분자 미립자 사이의 균열을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있다. 그 결과 우수한 전기 전도성을 장기간 유지할 수 있을뿐더러, 우수한 내열성으로 접착 공정시의 고온에서도 안정적인 전기 전도성을 유지할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 전기 전도성 입자의 제조방법에 의하면 단순한 제조 공정 및 저렴한 제조비용으로 상기와 같은 우수한 물성을 갖는 전기 전도성 입자를 제조할 수 있다.The electrically conductive particles according to the present invention exhibit excellent electrical conductivity by including a graphene coating layer having excellent electrical conductivity on the surface of the polymer fine particles, and thus can be easily applied to the micropattern forming process. In addition, since the graphene is covalently attached to the polymer fine particles, it is possible to prevent cracking and peeling in the conductive layer caused by the difference in properties between the polymer fine particles and the metal, and also to prevent the graphene and the polymer fine particles at a high temperature. To prevent cracking can improve durability. As a result, not only excellent electrical conductivity can be maintained for a long time, but also excellent heat resistance can maintain stable electrical conductivity even at high temperatures in the bonding process. In addition, according to the manufacturing method of the electrically conductive particles according to the present invention it is possible to produce the electrically conductive particles having the above excellent physical properties in a simple manufacturing process and low manufacturing cost.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은, 우수한 전기 전도성을 갖는 그라펜을 고분자 미립자의 표면에 공유결합을 통하여 부착시킴으로써, 우수한 전기 전도성을 갖는 동시에 장기적인 도전 안정성, 표면 전도성, 내구성 및 내열성이 개선된 전기 전도성 입자를 제공하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the graphene having excellent electrical conductivity is attached to the surface of the polymer fine particles through a covalent bond, thereby providing excellent electrical conductivity and at the same time. Conductivity stability, It is characterized by providing electrically conductive particles with improved surface conductivity, durability and heat resistance.
즉, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 표면에 축합 반응성 관능기를 갖는 고분자 미립자, 및 상기 고분자 미립자 표면에 상기 축합반응성 관능기와 공유 결합할 수 있는 관능기를 가진 그라펜이 공유결합에 의해 부착되어 있는 그라펜 코팅층을 포함하는 전기 전도성 입자를 제공한다.That is, according to one embodiment of the present invention, the polymer fine particles having a condensation-reactive functional group on the surface, and the graphene having a functional group capable of covalently bonded to the condensation-reactive functional group on the surface of the polymer particles are covalently attached It provides an electrically conductive particle comprising a graphene coating layer.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 전도성 입자의 단면을 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 전기 전도성 입자는 표면에 축합 반응성 관능기를 갖는 고분자 미립자(A) 및 상기 고분자 미립자 표면에 상기 축합반응성 관능기와 공유 결합할 수 있는 관능기를 가진 그라펜이 공유결합에 의해 부착되어 있는 그라펜 코팅층(C)을 포함하며, 상기 고분자 미립자(A)와 그라펜 코팅층(C) 사이에는 상기 고분자 미립자의 축합 반응성 관능기와 상기 축합반응성 관능기와 공유 결합할 수 있는 그라펜의 관능기와의 공유결합에 따른 공유 결합층(B)이 형성되어 있다.1 is a schematic diagram showing a cross section of the electrically conductive particles according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 1, the electrically conductive particles according to the present invention is a graphene having a polymer group (A) having a condensation-reactive functional group on the surface and a functional group capable of covalently bonded to the condensation-reactive functional group on the surface of the polymer particles And a graphene coating layer (C) attached by a covalent bond, wherein the polymer fine particles (A) and the graphene coating layer (C) may be covalently bonded to the condensation-reactive functional group and the condensation-reactive functional group of the polymer microparticles. Covalent bonding layer (B) is formed by covalent bonding with the functional group of graphene.
상기 축합반응성 관능기 및 상기 축합반응성 관능기와 공유 결합할 수 있는 관능기는 전기 전도성 입자의 제조 시, 고분자 미립자의 표면과 그라펜에 각각 도입되는 것으로서, 이에 의해 고분자 미립자와 그라펜의 공유결합이 가능해 진다. 고분자 미립자 및 그라펜의 표면에 도입되는 관능기로는 카르복실기(-COOH), 히드록실기(-OH), 에스테르기(-COOR, 이때, R은 탄소수 1 내지 10의 알킬, 페닐, 또는 벤질기이다), 아민기(-NH2), 티올기(-SH) 등이 가능하나, 상기한 관능기에 한정되지는 않는다.The condensation-reactive functional group and the functional group capable of covalently bonding with the condensation-reactive functional group are introduced into the surface and graphene of the polymer microparticles, respectively, during preparation of the electrically conductive particles, thereby enabling covalent bonding of the polymer microparticles and graphene. . Functional groups introduced on the surface of the polymer fine particles and graphene include a carboxyl group (-COOH), a hydroxyl group (-OH), an ester group (-COOR, wherein R is an alkyl, phenyl, or benzyl group having 1 to 10 carbon atoms. ), An amine group (-NH 2 ), a thiol group (-SH) and the like are possible, but are not limited to the functional groups described above.
상기와 같은 고분자 미립자 표면과 그라펜 표면의 축합반응성 관능기 간, 구체적인 예로 -COOH와 -OH, -COOR과 -OH, -COOH와 -NH2, -COOR과 -NH2 , 또는 -SH와 -SH 사이의 반응에 의해 공유결합인 에스테르 결합(-COO-), 아미드 결합(-CONH-), 이황화결합(-S-S-) 등이 형성된다. 이와 같은 공유결합은 고온에서도 안정하기 때문에, 본 발명에 따른 전기 전도성 입자는 고온에서도 고분자 미립자와 그라펜 사이의 균열의 우려가 없는 우수한 내구성을 나타내며, 또한 우수한 내열성을 가져 안정적인 전기 전도성을 유지할 수 있다. Between the condensation-reactive functional groups of the surface of the polymer fine particles and the graphene surface as above, specific examples are -COOH and -OH, -COOR and -OH, -COOH and -NH 2 , -COOR and -NH 2 , or -SH and -SH The reaction between them forms an ester bond (-COO-), an amide bond (-CONH-), a disulfide bond (-SS-), and the like. Since such covalent bonds are stable even at high temperatures, the electrically conductive particles according to the present invention exhibit excellent durability without the risk of cracking between the polymer fine particles and the graphene even at high temperatures, and also have excellent heat resistance, thereby maintaining stable electrical conductivity. .
상기 전기 전도성 입자에 있어서, 고분자 미립자의 함량이 그라펜에 비해 지나치게 높으면 전기 전도도 확보가 어렵고, 또한 그라펜의 함량이 높으면 전기 전도도는 증가될 수 있으나 구조적 안정성 확보가 어렵고, 더 나아가 전기 전도성 입자의 형성이 용이하지 않다. 이에 따라 고분자 미립자와 그라펜의 중량비는 20:80 내지 85:15인 것이 바람직하고, 우수한 전기전도성과 내구성을 함께 나타낼 수 있다는 점에서 50:50 내지 70:30이 보다 바람직하다. In the electrically conductive particles, if the content of the polymer fine particles is too high compared to the graphene, it is difficult to secure the electrical conductivity, and if the content of the graphene is high, the electrical conductivity may be increased, but it is difficult to secure structural stability, and furthermore, It is not easy to form. Accordingly, the weight ratio of the polymer fine particles and the graphene is preferably 20:80 to 85:15, and more preferably 50:50 to 70:30 in that it can exhibit excellent electrical conductivity and durability.
또한, 그 크기는 고분자 미립자의 표면에 코팅된 그라펜의 두께가 매우 얇기 때문에 고분자 미립자의 크기와 거의 동일하며, 바람직하게는 0.1 내지 10 ㎛의 평균입자직경을 갖는다.In addition, the size is almost the same as the size of the polymer fine particles because the thickness of the graphene coated on the surface of the polymer fine particles is very thin, preferably has an average particle diameter of 0.1 to 10 ㎛.
상기와 같은 구조를 갖는 전기 전도성 입자는 하기와 같은 제조방법에 의해 제조될 수 있다. The electrically conductive particles having the structure as described above may be prepared by the manufacturing method as described below.
즉, 본 발명의 다른 일 구현 예에 따르면, (1) 표면이 축합반응성 관능기로 개질된 고분자 미립자를 제조하는 단계, (2) 그라펜의 표면에, 상기 고분자 미립자 표면의 축합반응성 관능기와 공유결합할 수 있는 관능기를 도입하는 단계, 및 (3) 상기 단계 (1)에서 제조한 고분자 미립자 표면에 상기 단계 (2)에서 제조한 그라펜 을 공유결합으로 부착시켜 그라펜 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 전기 전도성 입자의 제조방법을 제공한다.That is, according to another embodiment of the present invention, (1) preparing a polymer microparticles whose surface is modified with a condensation-reactive functional group, (2) covalent bond with the condensation-reactive functional group on the surface of the polymer fine particles on the surface of the graphene (3) covalently attaching the graphene prepared in step (2) to the surface of the polymer microparticles prepared in step (1) to form a graphene coating layer. It provides a method for producing electrically conductive particles.
이하 각 단계별로 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, each step will be described in more detail.
단계 (1)Step (1)
단계 (1)에서는 표면이 -COOH, -COOR, -OH, -NH2, -SH 등의 축합반응성 관능기로 개질된 고분자 미립자를 제조한다.In step (1), polymer fine particles whose surface is modified with a condensation functional group such as -COOH, -COOR, -OH, -NH 2 , -SH, etc. are prepared.
구체적으로는, 고분자 미립자 형성용 단량체를 단독으로, 또는 보조 단량체와 함께 가교제, 중합 개시제 및 분산제의 존재 하에 용매 중에서 분산중합, 유화중합 또는 현탁중합시킴으로써, 표면에 축합반응성 관능기를 갖는 고분자 미립자를 제조할 수 있다. Specifically, the polymer fine particles having a condensation-reactive functional group on the surface are prepared by dispersion polymerization, emulsion polymerization or suspension polymerization of the monomer for forming the polymer fine particles alone or together with the auxiliary monomer in the presence of a crosslinking agent, a polymerization initiator and a dispersant. can do.
이때, 상기 고분자 미립자 형성용 단량체를 보조 단량체와 함께 사용하는 것이, 고분자 미립자 표면에서의 축합반응성 관능기의 농도를 용이하게 제어할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 그 제조방법에 있어서, 현탁중합의 경우 균일한 크기의 고분자 미립자 제조가 용이하지 않고, 유화중합의 경우 매우 균일한 크기의 고분자 미립자를 제조할 수 있으나, 수 마이크로미터 크기의 고분자 미립자를 제조하기 위해서는 여러 단계 공정을 거쳐야 하는 번거로움이 있다. 따라서 단일 공정으로 수 마이크로미터 크기를 갖는 균일한 고분자 미립자를 용이하게 제조할 수 있다는 점에서 분산중합을 통하여 고분자 미립자를 제조하는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable to use the monomer for forming the polymer fine particles together with the auxiliary monomer because the concentration of the condensation-reactive functional group on the surface of the polymer fine particles can be easily controlled. In addition, in the production method, it is not easy to prepare a uniform size of the polymer fine particles in the case of suspension polymerization, and in the case of emulsion polymerization can be produced a very uniform size of the polymer fine particles, but to produce a fine particle of several micrometer size This is a hassle to go through a multi-step process. Therefore, it is preferable to prepare polymer microparticles through dispersion polymerization in that uniform polymer microparticles having a size of several micrometers can be easily manufactured in a single process.
상기 고분자 미립자 형성용 단량체로는 당업계에서 사용가능한 비드 형태의 고분자 미립자를 형성할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 방향족 비닐 화합물, 불포화 카르복실산 에스테르 화합물 등의 소수성 비닐계 화합물을 사용할 수 있다. 그 구체적인 예로는 상기 방향족 비닐 화합물로서 스티렌, p-히드록시스티렌, p-아세톡시스티렌, p-카르복실스티렌, α-메틸스티렌, α-클로로스티렌, p-tert-부틸스티렌, p-메틸스티렌, p-클로로스티렌, o-클로로스티렌, 2,5-디클로로스티렌, 3,4-디클로로스티렌, 디메틸스티렌, 디비닐벤젠 등을 사용할 수 있고, 상기 불포화 카르복실산 에스테르 화합물로서 메틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 프로필메타아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 부틸메타아크릴레이트 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 1종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.The monomer for forming the polymer microparticles can be used without particular limitation as long as it can form the polymer microparticles in the form of beads usable in the art, and preferably hydrophobic vinyl compounds such as aromatic vinyl compounds and unsaturated carboxylic acid ester compounds. Can be used. Specific examples thereof include styrene, p-hydroxystyrene, p-acetoxystyrene, p-carboxystyrene, α-methylstyrene, α-chlorostyrene, p-tert-butylstyrene, and p-methylstyrene as the aromatic vinyl compound. , p-chlorostyrene, o-chlorostyrene, 2,5-dichlorostyrene, 3,4-dichlorostyrene, dimethyl styrene, divinylbenzene and the like can be used, and methyl acrylate, methyl as the unsaturated carboxylic acid ester compound Methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate and the like can be used. These may be used alone or in combination of one or more.
상기 보조 단량체로는 단분자, 또는 수평균분자량 2000 정도부터 200,000 정도까지 다양한 중합도를 갖는 고분자 물질을 사용할 수 있으며, 이중에서도 하나 이상, 바람직하게는 둘 이상의 축합반응성 관능기를 갖는 것이 바람직하다. 그 구체적인 예로는 p-히드록시스티렌, p-아세톡시스티렌, p-카르복실스티렌, 메타아크릴옥시에틸 트리메틸암모늄클로라이드, 폴리에틸렌글라이콜 메틸메타아크릴레이트, 폴리에틸렌글라이콜 메틸에테르메타아크릴레이트, 폴리에틸렌글라이콜 메타아크릴레이트, 폴리프로필렌글라이콜 메타아크릴레이트, 폴리프로필렌글라이콜 디메타아크릴레이트 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 1종 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 그 사용량은 상기 고분자 미립자 형성용 단량체 총 중량에 대하여 0.1 내지 20 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 내지 2 중량%이다. The auxiliary monomer may be a single molecule or a polymer material having a different polymerization degree from about 2000 to 200,000 in number average molecular weight, and among them, one or more, preferably two or more condensation-reactive functional groups. Specific examples thereof include p-hydroxy styrene, p-acetoxy styrene, p-carboxy styrene, methacryloxyethyl trimethylammonium chloride, Polyethylene glycol methyl methacrylate, polyethylene glycol methyl ether methacrylate, polyethylene glycol methacrylate, polypropylene glycol methacrylate, polypropylene glycol dimethacrylate, and the like. These may be used alone or in combination of one or more thereof. The amount used is preferably 0.1 to 20% by weight, more preferably 1 to 2% by weight based on the total weight of the monomer for forming the polymer fine particles.
상기 가교제로는 고분자 미립자 제조 시 사용되는 단량체와 동일한 스티렌계, 아크릴계, 또는 메타크릴계 등의 친유성으로서, 단위 중에 가교 작용기로 둘 이상의 비닐기를 갖는 다관능성 물질을 사용하는 것이 바람직하고, 그 사용량은 상기 단량체 총 중량에 대하여 0.1 내지 20 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 2 중량%인 것이 바람직하다.The crosslinking agent is lipophilic, such as styrene, acrylic, or methacryl, which is the same as the monomer used in the production of the polymer fine particles, and is a multifunctional having two or more vinyl groups as a crosslinking functional group in the unit. It is preferable to use a substance, and it is preferable that the usage-amount is 0.1-20 weight% with respect to the total weight of the said monomer, More preferably, it is 0.5-2 weight%.
상기 중합 개시제로는 과황산칼슘, 과황산암모늄, 과황산나트륨 등의 과황산염계 개시제; 과산화수소, 벤조일퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드 등의 과산화물계 개시제; 및 아조비스이소부티로나이트릴(azobisisobutyronitril; AIBN), 아조비스포름아마이드 등의 아조계 개시제를 사용할 수 있으며, 그 사용량은 고분자 미립자 형성용 단량체, 보조 단량체, 가교제, 중합 개시제 및 분산제의 합계 중량에 대하여 0.01 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. Examples of the polymerization initiator include persulfate-based initiators such as calcium persulfate, ammonium persulfate and sodium persulfate; Peroxide initiators such as hydrogen peroxide, benzoyl peroxide and lauryl peroxide; And azo initiators such as azobisisobutyronitril (AIBN) and azobisporamide, and the amount of the azobis isobutyronitril may be used in the total weight of the monomer, auxiliary monomer, crosslinking agent, polymerization initiator and dispersant for forming the polymer fine particles. It is preferable that it is 0.01 to 10 weight% with respect to.
상기 분산제로는 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 히드록시프로필-셀룰로즈 부틸 아크릴레이트 등을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 고분자 미립자 형성용 단량체, 보조 단량체, 가교제, 중합 개시제 및 분산제의 합계 중량에 대하여 1 내지 2 중량%가 바람직하다.As the dispersant, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, hydroxypropyl-cellulose butyl acrylate, and the like may be used. The amount of the dispersant may be used in the total weight of the monomer for forming the polymer fine particles, the auxiliary monomer, the crosslinking agent, the polymerization initiator, and the dispersant. 1 to 2% by weight is preferred.
상기 용매로는 고분자 미립자 형성용 단량체, 보조 단량체 및 개시제를 용해시킬 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 물, 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide; DMSO), 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran; THF), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide; DMF) 또는 알코올 등의 극성 용매나, 벤젠, 자일렌, 톨루엔 또는 사이클로헥산 등의 비극성 용 매를 들 수 있다. 또한 상기 알코올로서는 탄소수 1 내지 10개의 직쇄 또는 측쇄형 알코올을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 헵탄올, 시클로헥산올 등을 사용할 수 있다. remind As a solvent, monomers for forming polymer fine particles and auxiliary monomers And if it can dissolve the initiator can be used without particular limitation, specific examples thereof include water, dimethylsulfoxide (DMSO), tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF) or alcohol And polar solvents such as benzene, xylene, toluene or cyclohexane. Moreover, as said alcohol, C1-C10 Straight or branched alcohols may be used, preferably ethanol, methanol, isopropanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, cyclohexanol Etc. can be used.
단량체 중합시의 반응 온도는 50 내지 70℃인 것이 바람직하고, 반응 시간은 12 내지 24시간인 것이 바람직하나, 이에 제한되지는 않는다.It is preferable that the reaction temperature at the time of monomer polymerization is 50-70 degreeC, and reaction time is 12-24 hours, but it is not limited to this.
바람직하게는, 상기와 같은 방법에 의해 중합되어 형성된, 표면에 축합반응성 관능기를 갖는 폴리스티렌계, 폴리메타아크릴레이트계, 폴리아크릴레이트계 고분자 미립자를 사용할 수 있다.Preferably, polystyrene-based, polymethacrylate-based, or polyacrylate-based polymer fine particles having a condensation-reactive functional group formed on the surface by polymerization by the above method can be used.
또한 상기 고분자 미립자는 그 크기 또한 통상적으로 사용가능한 모든 크기로 변형이 가능하며, 바람직하게는 0.1 내지 10 ㎛의 평균입자직경을 갖는 것이 좋다.In addition, the polymer fine particles can be modified to any size that can be used commonly, and preferably has an average particle diameter of 0.1 to 10 ㎛.
단계 (2)Step 2
단계 (2)에서는 그라펜의 표면에, 상기 고분자 미립자 표면의 축합반응성 관능기와 공유 결합할 수 있는 관능기를 도입한다.In step (2), a functional group capable of covalently bonding to the condensation functional group on the surface of the polymer fine particles is introduced to the surface of the graphene.
구체적으로는, 그라펜의 표면 또는 말단, 표면과 말단 양쪽 모두에 고분자 미립자 표면의 축합반응성 관능기와 공유결합을 형성할 수 있는 -COOH, -COOR, -OH, -NH2, -SH 등의 관능기를 도입한다.Specifically, functional groups such as -COOH, -COOR, -OH, -NH 2 and -SH which can form covalent bonds with the condensation-reactive functional groups on the surface of the polymer fine particles on both the surface or the terminal, both the surface and the terminal of the graphene. Introduce.
본 발명에서 사용 가능한 그라펜은 저결정성, 고결정성 등에 특별히 제한되 지 않으며, 시판되는 제품을 구입하여 사용할 수도 있고, 통상적인 방법으로 그라파이트로부터 제조하여 사용할 수도 있다. Graphene usable in the present invention is not particularly limited to low crystallinity, high crystallinity, and the like, and may be purchased from a commercially available product, or may be prepared from graphite and used in a conventional manner.
그라파이트로부터 그라펜을 제조하는 통상적인 방법은 크게 기계적 박리법과 물리화학적 박리법의 두 가지로 나뉜다. 기계적 박리법은 통상적으로 쓰이는 흑연에 범용으로 쓰이는 점착 테이프류 등을 이용하여 그라펜을 획득하는 것으로, 점착 테이프를 흑연 덩어리 위에 붙였다 떼어내는 것을 반복하여 흑연을 구성하는 그라파이트의 적층된 구조를 깨는 방식이다. 물리화학적 박리법은 적층된 구조를 가진 그라파이트 덩어리를 적절한 용매에 분산시킨 상태에서 그라파이트의 표면과 층간 구조 사이에서 산화 반응을 일으켜 층과 층 사이 공간을 넓히고, 다시 이를 환원시키는 과정 중에 히드록실기, 카르복실기 등의 극성 관능기를 일부 잔존시키거나, 혹은 이와 아울러 이온성 관능기를 그라펜 표면에 위치시켜 원래의 적층 구조로 회복되지 못하도록 하여 결국에는 이를 완전히 박리시키는 과정을 포함한다. 전자의 방법은 공정은 간단하나 상업적인 평가에서 수율이 낮아, 본 발명에서는 상대적으로 대량의 그라펜을 획득할 수 있는 후자의 방법을 사용하여 제조된 그라펜을 사용하는 것이 바람직하다. Conventional methods for preparing graphene from graphite are largely divided into two methods, mechanical peeling and physicochemical peeling. The mechanical peeling method is to obtain graphene by using adhesive tapes commonly used for commonly used graphite, and to break the laminated structure of the graphite constituting the graphite by repeatedly attaching and peeling the adhesive tape on the graphite mass. to be. The physicochemical exfoliation method causes oxidation reaction between the surface of the graphite and the interlayer structure in the state of dispersing the graphite layer having the laminated structure in an appropriate solvent, thereby increasing the space between the layers and the hydroxyl group, Some of the polar functional groups such as carboxyl groups remain, or at the same time, the ionic functional groups are placed on the graphene surface to prevent the original laminated structure from being restored to the original laminated structure. The former method is simple but the yield is low in commercial evaluation, it is preferable in the present invention to use a graphene prepared using the latter method that can obtain a relatively large amount of graphene.
축합반응성 관능기를 갖도록 그라펜을 개질시키는 방법은, 축합반응성 관능기를 제공할 수 있는 원료물질을 이용한 통상의 표면 개질 방법에 의해 실시할 수 있다. 상기 원료물질로는 축합반응성 관능성기를 제공할 수 있는 물질이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로 카르복실기 및 히드록실기의 경우에는 히드라진 및 암모니아를, 에스테르기의 경우에는 앞서 얻어진 카르복실기에 메탄올, n-헥산올 등의 지방족 알코올, 또는 벤질알코올, 페닐알코올 등의 방향족 알코올을 추가 반응시킴으로써 생성시킬 수 있으며, 아민기의 경우에는 앞서 얻어진 카르복실기에 헥사메틸렌디아민(hexamethylenediamine) 등의 2관능성 아민 화합물을 반응시켜 생성시킬 수 있으며, 티올기의 경우에는 H2S 등을 사용하여 생성시킬 수 있다. The method for modifying graphene to have a condensation-reactive functional group can be carried out by a conventional surface modification method using a raw material capable of providing a condensation-reactive functional group. The raw material may be used without particular limitation as long as it is a material capable of providing a condensation-reactive functional group. Specific examples thereof include hydrazine and ammonia in the case of the carboxyl group and the hydroxyl group, and methanol, It can be produced by further reacting an aliphatic alcohol such as n-hexanol or an aromatic alcohol such as benzyl alcohol or phenyl alcohol, and in the case of an amine group, a bifunctional amine compound such as hexamethylenediamine in the carboxyl group obtained above It can be produced by the reaction, in the case of a thiol group can be produced using H 2 S and the like.
그라펜 개질 방법에 대한 구체적인 예로 카르복실기 및 히드록실기를 갖도록 그라펜을 개질시키는 경우, 그라파이트를 분쇄, 산화시켜 산화 그라파이트를 제조하고, 이를 초음파 처리하여 분산시켜 산화 그라펜을 얻고, 상기 산화 그라펜 표면에 카르복실기 및 히드록실기를 제공할 수 있는 원료물질로서 히드라진과 암모니아를 처리함으로써 표면에 카르복실기 및 히드록실기가 도입된 그라펜을 제조할 수 있다. As a specific example of the graphene reforming method, when the graphene is modified to have a carboxyl group and a hydroxyl group, graphite is pulverized and oxidized to prepare graphite oxide, which is dispersed by sonication to obtain graphene oxide, and the graphene oxide As a raw material capable of providing a carboxyl group and a hydroxyl group on the surface, graphene having a carboxyl group and a hydroxyl group introduced on the surface can be prepared by treating hydrazine and ammonia.
이때, 사용되는 히드라진과 암모니아의 질량 비율에 의해 그라펜의 표면에서의 환원 반응의 진행 정도를 제어할 수 있고, 이에 따라 그라펜의 표면 관능기의 농도가 조절된다. 그라펜의 표면에서 환원 반응이 많이 진행되면 표면 관능기 농도가 저하되어 고분자 미립자와의 공유결합이 감소됨으로써 결합력은 약해지나, 그라펜 표면의 결함이 감소하여 전기 전도도는 높아진다. 반대로 환원 반응이 적게 진행되면 표면 관능기의 농도가 높아져서 고분자 미립자와의 공유결합이 증대되어 결합력은 높아지나 그라펜 표면 결함의 증대로 전기 전도도를 높게 획득할 수가 없다. 따라서 히드라진과 암모니아의 중량 비율은 1:1 내지 1:20인 것이 바람직하 고, 공유결합이 가능한 관능기가 도입된 그라펜이 고분자 미립자 표면의 축합반응성 관능기와 공유결합을 통해 결합력과 전기 전도도를 최적점으로 가질 수 있다는 점에서 히드라진과 암모니아의 중량 비율이 1:5 내지 1:8인 것이 보다 바람직하다.At this time, the degree of progress of the reduction reaction on the surface of the graphene can be controlled by the mass ratio of hydrazine and ammonia used, thereby adjusting the concentration of the surface functional group of the graphene. If the reduction reaction proceeds a lot on the surface of the graphene, the surface functional group concentration decreases, thereby reducing the covalent bond with the polymer microparticles, thereby weakening the binding force, but reducing the defects on the surface of the graphene, thereby increasing the electrical conductivity. On the contrary, if the reduction reaction proceeds less, the concentration of the surface functional group is increased to increase the covalent bond with the polymer microparticles, thereby increasing the bonding strength, but the electrical conductivity cannot be obtained due to the increase of the graphene surface defects. Therefore, it is preferable that the weight ratio of hydrazine and ammonia is 1: 1 to 1:20, and the graphene having a covalently bonded functional group is optimized for cohesion and electrical conductivity through covalent condensation with functional groups on the surface of the polymer particles. It is more preferable that the weight ratio of hydrazine and ammonia is 1: 5-1: 8 in that it may have a point.
단계 (3)Step 3
단계 (3)에서는 상기 단계 (1)에서 제조한 고분자 미립자 표면에 상기 단계 (2)에서 제조한 그라펜을 공유결합으로 부착시켜 그라펜 코팅층을 형성하는 단계이다.Step (3) is a step of covalently attaching the graphene prepared in step (2) to the surface of the polymer particles prepared in step (1) to form a graphene coating layer.
보다 구체적으로, 단계 (1)에서 얻어진 축합반응성 관능기를 갖도록 표면이 개질된 고분자 미립자가 분산된 분산액과, 상기 고분자 미립자 표면의 축합반응성 관능기와 공유결합을 형성할 수 있는 관능기가 도입된 그라펜의 분산액을 혼합하여 고분자 미립자와 그라펜을 공유결합시킴으로써, 고분자 미립자 표면에 공유결합으로 그라펜이 코팅된 전기 전도성 입자를 생성시킨다. More specifically, a dispersion in which polymer fine particles whose surface is modified to have a condensation-reactive functional group obtained in step (1) are dispersed, The graphene is coated on the surface of the polymer fine particles by covalently bonding the polymer fine particles and graphene by mixing a dispersion of graphene having a functional group capable of forming a covalent bond with the condensation-reactive functional group on the surface of the polymer fine particles. Produces conductive particles.
이때 고분자 미립자 및 그라펜을 분산시키는데 사용가능한 분산매로는 증류수, 이소프로판올, 에탄올, 메탄올, 부탄올, 클로로포름, 디에틸에테르, 헥산, 시클로헥산, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 시클로테트라하이드로퓨란 및 메틸에틸케톤으로부터 구성된 군에서 선택되는 것을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. The dispersing medium which can be used to disperse the polymer fine particles and graphene is distilled water, isopropanol, ethanol, methanol, butanol, chloroform, diethyl ether, hexane, cyclohexane, propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclotetrahydrofuran and methyl ethyl ketone Those selected from the group consisting of can be used alone or in combination.
또한 상기 고분자 미립자가 분산된 분산액과 그라펜 분산액의 혼합비율은 최종 제조되는 전기 전도성 입자에 있어서 고분자 미립자와 그라펜의 중량비가 20:80 내지 85:15가 되도록 하는 양으로 혼합되는 것이 바람직하다.In addition, the mixing ratio of the dispersion of the polymer fine particles and the graphene dispersion is preferably mixed in an amount such that the weight ratio of the polymer fine particles and the graphene is 20:80 to 85:15 in the final electrically conductive particles.
상기와 같은 제조방법에 의해 단순한 제조 공정 및 저렴한 제조비용으로 전기 전도성이 우수한, 다양한 크기와 형상의 전기 전도성 입자를 제조할 수 있다.By the above manufacturing method, it is possible to produce electrically conductive particles of various sizes and shapes having excellent electrical conductivity with a simple manufacturing process and low manufacturing cost.
또한 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 전기 전도성 입자는 고분자 미립자 표면에 전기 전도성이 우수한 그라펜 코팅층을 포함함으로써, 우수한 전기 전도성을 나타내며, 그 결과 휴대전화 등의 각종 모바일 기기(mobile electronics), 액정 디스플레이(liquid crystal display ; LCD), 전자 종이 시스템 (e-paper system) 등의 다양한 디스플레이 기기와 같은 첨단 전자 기기 제조에 필수적인 미세패턴 공정으로의 응용에 유리하다. 또한 상기 그라펜이 고분자 미립자에 공유결합에 의해 부착되어 있어, 고분자 미립자와 금속간의 특성 차이로 인해 발생되는 도전층에서의 균열 및 박리를 방지할 수 있고 또한 고온에서의 그라펜과 고분자 미립자 사이의 균열을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있다. 그 결과 우수한 전기전도성을 장기간 유지할 수 있을뿐더러, 우수한 내열성을 가져 반도체 실장이나 전자회로 실장 공정 중에 실시되는 고온에서의 접착 공정 시에도 안정적인 전기전도성을 유지할 수 있다. In addition, the electrically conductive particles produced by the manufacturing method as described above exhibits excellent electrical conductivity by including a graphene coating layer having excellent electrical conductivity on the surface of the polymer fine particles, and as a result, various mobile electronics such as mobile phones, liquid crystals It is advantageous for the application to the micropattern process which is essential for manufacturing high-end electronic devices such as a liquid crystal display (LCD) and various display devices such as an e-paper system. In addition, since the graphene is covalently attached to the polymer fine particles, it is possible to prevent cracking and peeling in the conductive layer caused by the difference in properties between the polymer fine particles and the metal, and also to prevent the Prevents cracks and improves durability. As a result, not only excellent electrical conductivity can be maintained for a long time, but also excellent heat resistance can maintain stable electrical conductivity even during the bonding process performed at a high temperature during semiconductor mounting or electronic circuit mounting process.
상기와 같은 우수한 물성으로 인해 본 발명에 따른 전기 전도성 입자는 전자 기기의 패키징 공정 접속 재료로서 사용되는 이방성 도전 필름의 제조에 적용할 수 있다.Due to the excellent physical properties as described above, the electrically conductive particles according to the present invention can be applied to the production of an anisotropic conductive film used as a packaging process connection material for electronic devices.
즉, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면 상기 전기 전도성 입자를 포함하는 이방성 도전 필름을 제공할 수 있다.That is, according to another embodiment of the present invention can provide an anisotropic conductive film comprising the electrically conductive particles.
상기 이방성 도전 필름은 전기 전도성 입자와 열경화성 또는 열가소성 절연성 수지를 포함하며, 이때 열경화성 또는 열가소성 절연성 수지로는 통상 사용가능한 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.The anisotropic conductive film includes an electrically conductive particle and a thermosetting or thermoplastic insulating resin, and as the thermosetting or thermoplastic insulating resin, any of those commonly used may be used without particular limitation.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 하나, 이는 본 발명의 구성 및 작용의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, which are only intended to assist in understanding the configuration and operation of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these Examples.
실시예Example 1 One
단계 1 : 축합반응성 관능기를 갖는 고분자 미립자의 제조Step 1: Preparation of Polymer Fine Particles Having Condensation-Reactive Functional Groups
표면에 축합반응성 관능기인 히드록실기(-OH)를 가진 고분자 미립자를 하기와 같은 방법으로 제조하였다. Polymeric microparticles having a hydroxyl group (-OH) as a condensation-reactive functional group on the surface were prepared in the following manner.
3구 둥근 바닥 플라스크에 이소프로판올 200 mL와 탈이온수 10 mL의 혼합 용매를 넣고, 반응기의 온도를 70 ℃로 고정한 후, 질소 분위기 하에서 30분간 400 rpm의 속도로 교반시켰다. 여기에 분산제인 폴리비닐피롤리돈 5 mol, 소수성 비닐계 단량체인 스티렌 1 mol, 보조 단량체인 p-아세톡시스티렌 0.5 mol 및 가교제인 디비닐벤젠을 단량체와 보조 단량체의 합계 중량에 대하여 3 mol%의 양으로 넣고, 10분 정도 교반한 후, 중합 개시제인 아조비스이소부티로나이트릴 1 g을 상기 반응기에 넣고 약 8시간 동안 중합 반응시켰다. A mixed solvent of 200 mL of isopropanol and 10 mL of deionized water was added to a three-necked round bottom flask, and the temperature of the reactor was fixed at 70 ° C., followed by stirring at a speed of 400 rpm for 30 minutes under a nitrogen atmosphere. Herein, 5 mol of polyvinylpyrrolidone as a dispersant, 1 mol of styrene as a hydrophobic vinyl monomer, 0.5 mol of p-acetoxystyrene as an auxiliary monomer, and divinylbenzene as a crosslinking agent are 3 mol% based on the total weight of the monomer and the auxiliary monomer. After stirring for about 10 minutes, 1 g of azobisisobutyronitrile as a polymerization initiator was added to the reactor and polymerized for about 8 hours.
반응 종료 후 급냉시키고, 수득된 고분자 미세 입자를 에탄올, 메탄올 및 증류수의 순서로 수차례 세척한 후, NaOH 10 mol% 수용액 중에서 하루 동안 상온에서 교반하여 아세톡시기를 히드록시기로 검화하였다. 이후 검화된 입자를 에탄올, 메탄올 및 증류수의 순서로 수차례 세척하고, 원심분리기를 이용하여 입자를 다시 세척한 후 용매와 입자를 분리하였다. 분리된 입자를 동결 건조시켜 히드록시기를 갖는 직경 약 300 ㎚의 고분자 미립자를 분말 상태로 얻었다.After the completion of the reaction, the mixture was quenched, and the obtained polymer fine particles were washed several times in the order of ethanol, methanol, and distilled water, and then stirred at room temperature for one day in a 10 mol% aqueous solution of NaOH to saponify the acetoxy group with a hydroxyl group. Then, the saponified particles were washed several times in the order of ethanol, methanol, and distilled water, and the solvent and particles were separated after washing the particles again using a centrifuge. The separated particles were freeze-dried to obtain polymer fine particles having a diameter of about 300 nm in powder form.
단계 1에서 제조된 고분자 미립자를 건조 과정 없이 직접 용매에 분산된 상태에서 후속 공정을 진행시킬 수 있으나, 본 실시예에서는 제조된 고분자의 정확한 입자의 크기 및 형태를 확인하고, 그라펜과의 혼합 비율 계산을 위하여 용매를 제거한 후 건조시켜서 분말 상태의 입자로 획득한 후, 상온에서 DMF 200 mL에 분산시켜 다음 과정에 사용하였다. The polymer particles prepared in step 1 may be subjected to a subsequent process in a state in which the polymer particles are directly dispersed in a solvent without drying, but in the present embodiment, the precise particle size and shape of the polymer prepared are confirmed, and the mixing ratio with graphene For the calculation, the solvent was removed, dried, and obtained as powder particles, and then dispersed in DMF 200 mL at room temperature and used in the following procedure.
단계 2 : 그라펜의 개질 및 분산 공정Step 2: modification and dispersion process of graphene
그라파이트를 분쇄기로 10분 동안 분쇄한 후, 1:50의 중량 비율로 혼합된 황산(H2SO4)과 탈이온수의 혼합물을 넣고 2시간 동안 섞은 후, 과망간산칼륨(KMnO4)을 넣어 산화시키고, 70 ℃에서 증류수를 투입하여 10시간 반응시켰다. 그 후 과산화수소(H2O2) 수용액을 투입하여 산화 그라파이트를 수득하고, 원심분리한 후 염산(HCl)과 증류수로 세척하고, 2시간 초음파 처리하여 분산시켜 산화 그라펜을 수득하였다. 이를 80℃의 반응조에서 히드라진(N2H2)과 암모니아(NH3)가 1:7의 중량 비율로 혼합된 용액에 넣어 그라펜으로 환원시켜 반응을 종결하였다. 이때 그라펜에 도입되는 관능기는 카르복실기 및 히드록실기이며, 관능기의 존재 여부는 적외선 분광분석을 통하여 확인하였으며, 표면에 존재하는 카르복실기 및 히드록실기 관능기의 함량은 적외선 분광분석 결과 그라펜 mg 당 각각 평균 0.02 mmol 및 0.05 mmol 이었다. The graphite was pulverized for 10 minutes and then mixed with sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and deionized water at a ratio of 1:50 and mixed for 2 hours, followed by oxidation with potassium permanganate (KMnO 4 ). Distilled water was added at 70 degreeC, and it was made to react for 10 hours. Thereafter, an aqueous solution of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) was added thereto to obtain graphite oxide. The mixture was centrifuged, washed with hydrochloric acid (HCl) and distilled water, and dispersed by sonication for 2 hours to obtain graphene oxide. The reaction was terminated by adding hydrazine (N 2 H 2 ) and ammonia (NH 3 ) to a solution mixed at a weight ratio of 1: 7 in an 80 ° C. reactor to graphene. In this case, the functional groups introduced into the graphene are a carboxyl group and a hydroxyl group, The presence of functional groups was confirmed by infrared spectroscopy, and the content of carboxyl and hydroxyl group functional groups on the surface was 0.02 mmol and 0.05 mmol, respectively, per mg of graphene.
단계 3 : 그라펜 코팅 단계 Step 3: Graphene Coating Step
단계 1에서 제조한, DMF 200 mL에 분산시킨, 히드록시 관능기의 폴리스티렌 미립자(0.9 g)를, 단계 2에서 제조한 표면 개질된 그라펜 0.1 g이 분산된 DMF 용액 200 mL에 첨가한 후 100 rpm의 속도로 24시간 동안 100 ℃에서 교반하여 그라펜을 폴리스티렌 미립자에 코팅하였다.Polystyrene fine particles (0.9 g) of a hydroxy functional group, dispersed in 200 mL of DMF prepared in Step 1, 0.1 g of the surface-modified graphene prepared in step 2 was added to 200 mL of the dispersed DMF solution, followed by stirring at 100 ° C. for 24 hours at a speed of 100 rpm to coat the graphene on the polystyrene fine particles.
전기 전도성 입자의 형태 및 공유결합 확인 Confirmation of shape and covalent bonding of electrically conductive particles
상기 실시예 1의 단계 1에서 제조된 폴리스티렌 미립자 및 단계 3에서 제조된 전기 전도성 입자의 형태를 전계방출주사전자현미경(field emission scanning electron microscope; SEM, JEOL. JSM 890)으로 각각 관찰하였다. 그 결과를 도 2 및 도 3에 각각 나타내었다. The morphologies of the polystyrene fine particles prepared in Step 1 of Example 1 and the electrically conductive particles prepared in Step 3 were each observed with a field emission scanning electron microscope (SEM, JEOL. JSM 890). The results are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.
도 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 단계 1에서 제조된 폴리스티렌 미립자는 약 1 내지 10 ㎛ 정도의 크기를 가짐을 확인할 수 있었다. As shown in Figure 2, it was confirmed that the polystyrene microparticles prepared in step 1 of Example 1 has a size of about 1 to 10 ㎛.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 전기 전도성 입자 표면의 매우 조밀한 굴곡 면의 존재로부터 그라펜이 성공적으로 고분자 입자 표면에 코팅되어 있음을 알 수 있다. In addition, as shown in FIG. 3, it can be seen that the graphene is successfully coated on the surface of the polymer particles from the presence of a very dense curved surface of the surface of the electrically conductive particles.
또한, 그라펜 표면의 -COOH 관능기와 고분자 입자 표면의 -OH 관능기 사이의 반응에 의하여 얻어질 수 있는 공유결합인 에스테르 결합 (-COO-)을 적외선 분광분석을 통하여 확인하였으며, 이로부터, 폴리스티렌 미립자 표면에 그라펜 코팅막이 공유결합을 통하여 성공적으로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이때 그라펜이 코팅된 전기 전도성 입자의 크기는, 그라펜의 코팅 층의 두께가 매우 얇아서 폴리스티렌 미립자의 크기와 특별히 구별되지 않고 거의 동일하게 관측되었다. In addition, the covalent bond ester bond (-COO-) obtained by the reaction between the -COOH functional group on the graphene surface and the -OH functional group on the polymer particle surface was confirmed through infrared spectroscopy, from which the polystyrene fine particles were It was confirmed that the graphene coating film was successfully formed on the surface through covalent bonding. At this time, the size of the graphene-coated electrically conductive particles was observed to be almost the same without being particularly distinguished from the size of the polystyrene fine particles because the thickness of the graphene coating layer was very thin.
전기 전도성 입자의 전기 전도도 평가Evaluation of Electrical Conductivity of Electrically Conductive Particles
두 개의 평판형 구리 전극 사이에 실시예 1에서 제조된 전도성 고분자 입자를 위치시키고 포-프로브 (four-probe) 방법으로 전기 전도도를 측정하여 저항값을 확인하였다. The conductive polymer particles prepared in Example 1 were placed between two flat copper electrodes, and the electrical conductivity was measured by a four-probe method to determine the resistance value.
실험 결과, 10회 반복 측정하여 얻은 평균치는 600mΩ/□이었다. 종래의 고분자를 기반으로 하여 금속을 도금한 전기 전도성 입자의 대표적인 예로서 금도금 고분자 미립자인 마이크로펄 AU(Micropearl® AU, Sekisui Chemical사)의 경우 평균 저항값이 700mΩ/□인 것을 고려할 때, 본 발명에 의해 제조된 전기 전도성 입자는 종래의 고분자를 기반으로 하여 금속을 도금한 전기 전도성 입자에 비해 동등 수준 이상의 우수한 전기 전도도를 지니고 있음을 확인할 수 있었다.As a result of the experiment, the average value obtained by repeating the measurement 10 times was 600 mΩ / square. In the case of micropearl AU (Micropearl ® AU, Sekisui Chemical Co., Ltd.), which is a gold-plated polymer fine particle, as a representative example of electrically conductive particles plated with metal based on a conventional polymer, the present invention considers that the average resistance value is 700 mΩ / □. It was confirmed that the electrically conductive particles prepared by have superior electrical conductivity equivalent to or higher than those of the metal-plated electrically conductive particles based on the conventional polymer.
도 1은 본 발명에 따라 형성된 전기 전도성 입자의 단면을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a cross section of the electrically conductive particles formed according to the present invention.
도 2는 실시예 1의 단계 1에서 제조된 고분자 미립자의 주사전자현미경 사진이다. 2 is a scanning electron micrograph of the polymer fine particles prepared in Step 1 of Example 1.
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 전기 전도성 입자의 주사전자현미경 사진이다. 3 is a scanning electron micrograph of the electrically conductive particles prepared according to Example 1.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
A : 고분자 미립자A: polymer fine particles
B : 공유결합 층B: covalent bond layer
C : 그라펜 코팅층C: graphene coating layer
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