Common methods for synthesis of conducting polymers lead to intractable materials that are usually not amenable to industrial processing. Recently template polymerization using polyelectrolyte as a template molecule has been devised to produce the stable conducting polymers and make them easily processible. In this study conducting PEDOT/PSSA complexes were produced by chemical polymerization of EDOT(3,4-ethylenedioxythiophene) in aqueous solution of polystyrene sulfonic acid(PSSA) with potassium persulfate(an oxidant). The polymer PEDOT(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) was produced by radical polymerization with PSSA. The PEDOT/PSSA was water-soluble and had a fibrous morphology. The rheological and electrical properties were examined to investigate the effect of oxidant on the polymerization. As the molar ratio of potassium persulfate to EDOT monomer increased, PEDOT/PSSA complex had a lower molecular weight, and showed the decrease in electrical conductivity and the higher concentration at which gellation occurred. The aqueous solution of PEDOT/PSSA complex showed a loss modulus higher than a storage modulus at a low concentration. As the concentration increased, the difference between these moduli became smaller. Above the gellation point the storage modulus had the higher value than the loss modulus. The gellation point increased with the molar ratio of potassium persulfate to EDOT. The electrical conductivity increased with the concentration of PEDOT/PSSA and reached the maximum at the gellation point, beyond which it kept a constant value.
고분자 전해질을 template 분자로 하여 합성되어지는 전기 전도성 고분자 복합체는 반응 조건에 따라 다양한 몰폴로지를 가짐으로써 전도성 고분자의 단점인 가공상의 어려움을 해결할 수 있는 실마리를 제공할 수 있다. 이에 본 연구에서는 전기적 특성이 뛰어난 PEDOT를 potassium persulfate를 개시제로 하여 수용액 상에서 template 중합하여 PEDOT/PSSA 복합체를 합성하고 개시제의 양에 따른 유변학적 성질과 전기적 성질을 차이를 알아 보았으며 이들의 연관성을 연구하여 다음과 같은 결론들을 얻었다.
PSSA에 의하여 template 중합되는 PEDOT/PSSA 복합체는 개시제의 양에 관계없이 두 종류의 몰폴로지를 나타내는데 대부분은 수용성 상태로 존재하며 일부는 구형 입자들이 응집된 구조 또는 입자들의 연속적인 배열에 의한 섬유상의 구조를 가짐을 확인하였다.
Potassium persulfate에 의한 PEDOT의 중합은 일반적인 라디칼 메커니즘으로 진행되어 개시제의 양이 증가할수록 합성되는 PEDOT의 분자량이 감소하고 부반응이 많이 일어나며 수율도 감소함을 확인할 수 있었으며 이로 인하여 개시제의 양에 따라 PEDOT/PSSA 복합체의 전기적, 유변학적 성질이 변함을 알 수 있었다.
PEDOT/PSSA 복합체 수용액의 유변학적 거동은 농도에 크게 의존하는데 이는 PEDOT/PSSA 복합체의 겔화가 진행되기 때문이다. 동적 탄성율 측정을 통하여 PEDOT/PSSA 복합체가 어느 농도 이상에서는 겔체를 형성함을 확인할 수 있었으며 이런 겔체를 형성하는 농도는 개시제의 양이 증가함에 따라 감소함을 알 수 있었다.
PEDOT/PSSA 복합체의 전기적 특성 역시 개시제의 양이 증가함에 따라 감소하였다. 그러나 PSSA가 없는 상태에서 potassium persulfate를 개시제로 하여 합성한 PEDOT보다는 좋은 특성을 보였는데 이는 PSSA가 template 분자로 작용하여 합성되는 PEDOT의 분자량을 증가시키고 부반응을 감소시키기 때문으로 생각된다.
PEDOT/PSSA 복합체 수용액의 교류 전기 전도도가 더 이상 증가하지 않는 농도와 겔체로의 전이가 일어나는 농도가 유사한 값을 가지는 것으로부터 PEDOT/PSSA 복합체의 수용액 상에서의 몰폴로지와 전기적 특성에 연관성이 있음을 확인하였다.
