KR100954060B1 - Sulfonated PolyArylene Ether, Method of manufacturing the same, and Crosslinked Polymer Electrolyte Membrane using the same - Google Patents
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Abstract
가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 고분자 전해질막이 개시된다. 술폰네이트기를 가지는 디하이드록시 단량체와 디할라이드 단량체 또는 술폰네이트기를 가지는 디할라이드 단량체와 디하이드록시 단량체를 축중합하여 술폰산이 함유된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 합성한다. 또한, 가교가 가능한 모노하이드록시 단량체 또는 가교가 가능한 모노 하이드록시 단량체를 축중합 반응하여 고분자의 가교가 가능하게 한다. 이를 통해 열적 안정성, 기계적 안정성, 화학적 안정성, 막 형성능력 등에서는 기존의 술폰네이션된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체나 현재 상용화된 고분자 전해질막으로 사용되는 나피온막과 동등 또는 그 이상의 수준을 유지하면서 양이온 전도도와 셀 성능면에서 월등히 향상된 효과를 나타낸다. 또한, 수분에 장시간 노출되어도 전해질막의 특성의 변화가 없어 높은 치수안정성을 나타낸다.A sulfonated poly (arylene ether) copolymer having a crosslinked structure, a preparation method thereof, and a polymer electrolyte membrane using the same are disclosed. A poly (arylene ether) copolymer containing sulfonic acid is synthesized by condensation polymerization of a dihydroxy monomer having a sulfonate group with a dihalide monomer or a dihydroxy monomer having a sulfonate group and a dihydroxy monomer. In addition, polycondensation reaction of the crosslinkable monohydroxy monomer or crosslinkable monohydroxy monomer enables the crosslinking of the polymer. In this way, thermal stability, mechanical stability, chemical stability, and film formation ability are maintained at the same level or higher than those of conventional sulfonated poly (arylene ether) copolymers or Nafion membranes currently used as commercially available polymer electrolyte membranes. The effect is significantly improved in terms of cation conductivity and cell performance. Moreover, even if it is exposed to moisture for a long time, there is no change in the characteristics of the electrolyte membrane, which shows high dimensional stability.
연료전지, 술폰네이트기, 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체, 가교, 고분자 전해질막, 방향족 친핵성 치환반응 Fuel cell, sulfonate group, poly (arylene ether) copolymer, crosslinking, polymer electrolyte membrane, aromatic nucleophilic substitution reaction
Description
본 발명은 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 고분자 전해질막에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 가교된 고분자 전해질막에 관한 것이다.The present invention relates to a sulfonated poly (arylene ether) copolymer, a method for preparing the same, and a polymer electrolyte membrane using the same, and more particularly, to a sulfonated poly (arylene ether) copolymer having a crosslinked structure, and a preparation thereof. It relates to a method and a crosslinked polymer electrolyte membrane using the same.
연료전지는 19세기 Grove에 의해 발명된 전기화학반응에 의하여 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 전기에너지 변환시스템이다. 상기 연료전지는 1960년대에 Gemini 우주선과 같이 특수 목적으로 사용되었으나, 현재는 전기수요의 증가에 대응하는 대체 에너지로 전세계적으로 연구개발이 활발히 진행되는 제품이다. A fuel cell is an electrical energy conversion system that converts chemical energy into electrical energy by an electrochemical reaction invented by 19th century Grove. The fuel cell was used for a special purpose like the Gemini spacecraft in the 1960s, but is currently a product that is actively researched and developed worldwide as an alternative energy corresponding to the increase in electric demand.
특히 Green Round(기후변화협약)를 통한 이산화탄소의 총량 규제, 저공해 자동차 의무 판매를 통한 자동차 배기가스의 규제 등이 임박해 옴에 따라 각국의 자동차 회사들은 연료전지 자동차와 같은 무공해 자동차의 개발을 서둘러 진행하고 있는 실정이다. 또한, 연료전지는 건물 및 일부 지역의 현지 설치형 소규모 발전, 잠수함 및 이동통신 등과 같은 군수용 발전에 곧바로 활용될 수 있다. 이러한 연료전지는 전기를 축적하는 기능은 없으나, 발전장치로 기존 내연기관에 비해 효율이 높고, 연료 사용량이 적으며, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등 환경부화물질을 거의 배출하지 않는 청정 고효율 발전 장치로 최근 화석 연료 사용에 대두되는 환경 문제의 해결방안으로 기대된다.In particular, due to the imminent regulation of the total amount of carbon dioxide through the Green Round (Climate Change Convention) and the regulation of automobile exhaust gas through the obligatory sale of low-emission cars, automobile companies in each country are in a hurry to develop pollution-free automobiles such as fuel cell vehicles. It is true. In addition, fuel cells can be used directly for military power generation, such as small buildings, submarines and mobile communications on site and in some areas. These fuel cells do not accumulate electricity, but they are more efficient than conventional internal combustion engines, use less fuel, and emit little environmentally damaging substances such as sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx). It is expected to be a solution to environmental problems emerging from the use of fossil fuels as a clean high efficiency power generation device.
연료전지 내에서 양이온 교환수지나 양이온 교환막으로써 사용되어지는 고분자 전해질은 수십년동안 사용되었을 뿐아니라 꾸준히 연구되고 있는 분야이다. 최근에 직접메탄올 연료전지(DMFC; direct methanol fuel cell)나 고분자전해질막 연료전지(PEMFC; polymer electrolyte membrane fuel cell, solid polymer electrolyte fuel cell, solid polymer fuel cell ,or proton exchange membrane fuel cell)에 사용되는 양이온을 전달하는 매개체로서 양이온교환막에 대한 수많은 연구가 진행되어지고 있다.Polymer electrolytes, which are used as cation exchange resins or cation exchange membranes in fuel cells, have been used for decades and are constantly being studied. Recently used in direct methanol fuel cell (DMFC) or polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) polymer electrolyte membrane fuel cell, solid polymer electrolyte fuel cell, solid polymer fuel cell, or proton exchange membrane fuel cell Numerous studies have been conducted on cation exchange membranes as carriers of cations.
현재 연료전지 분야에서 널리 상용화되는 양이온교환막으로는 미국 듀퐁사의 과불소화 술폰산기 함유 고분자인 나피온(Nafion)™ 계열막이 있다. 이 막은 포화 수분 함량일 때, 0.1 S/㎝의 이온전도성과 우수한 기계적 강도 및 내화학성를 가지며, 자동차용 연료전지에 이용될 만큼 전해질막으로서 안정적인 성능을 가지고 있다. 또한 이와 유사한 형태의 상용막으로는 아사히 케미칼스(Asahi Chemicals)사의 아시플렉스-에스(Aciplex-S)막, 다우 케미칼스(Dow Chemicals)사의 다우(Dow)막, 아사히 글래스(Asahi Glass)사의 플레미온(Flemion)막, 고어 & 어쏘시에이트 (Gore & Associate)사의 고어셀렉트(GoreSelcet)막 등이 있으며, 캐나다의 발라드 파워 시스템(Ballard Power System)사에서 알파, 베타 형태로 과불소화된 고분자가 개발 연구 중에 있다.Currently, cation exchange membranes that are widely commercialized in the fuel cell field include the Nafion ™ series membrane, a polymer containing perfluorinated sulfonic acid group, DuPont, USA. The membrane has an ion conductivity of 0.1 S / cm, excellent mechanical strength and chemical resistance when saturated water content is present, and has stable performance as an electrolyte membrane for use in automotive fuel cells. Similar types of commercial membranes include Asahi Chemicals' Aciplex-S membrane, Dow Chemical's Dow membrane and Asahi Glass's flare. Flemion membrane, Gore & Associate's GoreSelcet membrane, and Canada's Ballard Power System Co., Ltd. developed alpha and beta perfluorinated polymers. It is under study.
그러나, 상기의 막들은 가격이 고가이며 합성방법들의 까다로움으로 인하여 대량생산의 어려움이 있을 뿐더러 직접메탄올 연료전지용과 같은 전기에너지 시스템에서 메탄올 크로스오버 현상, 높은 온도나 낮은 온도에서 낮은 양이온 전도도를 갖는 등의 양이온교환막으로서 효율성이 크게 떨어지는 특성을 가지고 있기 때문에 제한적인 형태로 사용되고 있다.However, the membranes are expensive and have difficulty in mass production due to the complexity of the synthesis methods, as well as methanol crossover in electrical energy systems such as direct methanol fuel cells, and low cationic conductivity at high or low temperatures. As a cation exchange membrane such as the like, it is used in a limited form because it has a characteristic that efficiency is greatly reduced.
이러한 단점으로 때문에, 비불소계 및 부분적으로 불소가 치환되어있는 양이온교환막에 대하여 많은 연구가 진행되고 있으며, 그 대표적인 예로 술폰화된 폴리(페닐렌 옥사이드)계, 폴리(페닐렌 설파이드)계, 폴리설폰계, 폴리(파라-페닐렌)계, 폴리스티렌계, 폴리에테르에테르케톤계, 폴리이미드계 등이 있다. Due to these drawbacks, many studies are being conducted on non-fluorine-based and partially fluorine-substituted cation exchange membranes, and representative examples thereof include sulfonated poly (phenylene oxide), poly (phenylene sulfide), and polysulfide. And the like, poly (para-phenylene), polystyrene, polyether ether ketone, polyimide and the like.
그러나, 이들의 이온전도성은 술폰화 정도에 비례하기 때문에 임계농도 이상으로 술폰화하였을 경우, 분자량 저하를 피할 수 없고, 수화시 기계적 물성 감소로 인해 장시간 이용할 수 없는 단점을 가지고 있어, 이를 개선하기 위하여 술폰화되어있는 단량체를 이용하여 고분자를 제조하는 방법과 고분자를 선택적 술폰화하는 방법이 또한 연구 개발되고 있으나[미국특허 제5468574호, 제5679482호, 제6110616호], 고온 안정성과 장기 사용시에 발생할 수 있는 문제점들을 완전히 해결하지는 못한 실정이다.However, since their ion conductivity is proportional to the degree of sulfonation, when sulfonated above a critical concentration, the molecular weight decrease cannot be avoided, and there is a disadvantage that it cannot be used for a long time due to the reduction of mechanical properties during hydration. Methods for producing polymers using sulfonated monomers and methods for selective sulfonation of polymers have also been researched and developed (US Pat. Nos. 5,585,74, 5679482, 6110616). The situation may not be completely solved.
한편, 미국특허 제6245881호에는 폴리이미드의 주사슬에 직접적으로 술폰화반응을 유도한 형태와 술폰산기를 함유한 디아민 단량체를 사용하여 다양한 형태의 술폰화 폴리이미드 제조에 대하여 개시되어 있으며, 기존의 양성자 전도성 고분자소재와 비교하여 매우 높은 열적 안정성과 산화 및 환원 안정성을 나타낸바 있다.On the other hand, US Patent No. 6245881 discloses various forms of sulfonated polyimide using a form inducing a sulfonation reaction directly to the main chain of polyimide and a diamine monomer containing a sulfonic acid group. Compared with the conductive polymer material, it showed very high thermal stability and oxidation and reduction stability.
그러나 고분자를 선택적으로 술폰화하는 경우, 술폰화에 따른 기계적 강도의 감소를 초래하는 단점이 있고, 술폰산 디아민 단량체를 이용할 경우는 용매에 대해 용해도가 좋지 않아 반응성과 필름형성이 원활하지 않는 문제점을 갖고 있다.However, in the case of selectively sulfonating the polymer, there is a disadvantage in that the mechanical strength is reduced according to the sulfonation, and when using a sulfonic acid diamine monomer, there is a problem that the reactivity and film formation is not smooth due to poor solubility in the solvent. have.
따라서, 우수한 전기화학적 특성을 가지면서 고온 안정성이 우수하고, 박막으로의 제조가 용이한, 새로운 형태의 소재 개발에 대한 연구가 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is an urgent need for research on the development of a new type of material having excellent electrochemical properties, excellent high temperature stability, and easy manufacturing into a thin film.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1목적은, 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제공하는데 있다.The first object of the present invention for solving the above problems is to provide a sulfonated poly (arylene ether) copolymer having a crosslinked structure.
또한, 본 발명의 제2목적은 상기 제1목적의 달성을 통해 획득되는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 이용한 가교된 고분자 전해질막을 제공하는데 있다.In addition, a second object of the present invention is to provide a crosslinked polymer electrolyte membrane using a sulfonated poly (arylene ether) copolymer obtained through the achievement of the first object.
상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하기의 화학식으로 표시되는 말단에 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제공한다.The present invention for achieving the first object provides a sulfonated poly (arylene ether) copolymer having a crosslinked structure at the terminal represented by the following formula.
상기 화학식에서, SAr은 술폰화된 방향족을 나타내며, Ar1 및 Ar2는 술폰화되지 않은 방향족을 나타낸다. 또한, CM1 및 CM2는 가교할 수 있는 부분을 나타낸다.In the above formula, SAr represents sulfonated aromatics, and Ar1 and Ar2 represent unsulfonated aromatics. In addition, CM1 and CM2 represent the part which can be bridge | crosslinked.
상기 화학식에서 k는 0.001 내지 1의 범위를 지니며, s는 1-k값을 가지며, n은 고분자 중합체의 반복단위를 나타내며, n은 정수로서 10 내지 500이다.In the above formula k has a range of 0.001 to 1, s has a value of 1-k, n represents a repeating unit of the polymer polymer, n is an integer of 10 to 500.
또한, 본 발명의 상기 제1목적은 하기의 다른 화학식으로 표시되는 말단에 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체의 제공을 통해서도 달성될 수 있다. In addition, the first object of the present invention can also be achieved through the provision of a sulfonated poly (arylene ether) copolymer having a crosslinked structure at the terminal represented by the following formula.
상기 화학식에서, SAr은 술폰화된 방향족을 나타내며, Ar1 및 Ar2는 술폰화되지 않은 방향족을 나타낸다. 또한, CM1 및 CM2는 가교할 수 있는 부분을 나타낸다.In the above formula, SAr represents sulfonated aromatics, and Ar1 and Ar2 represent unsulfonated aromatics. In addition, CM1 and CM2 represent the part which can be bridge | crosslinked.
상기 화학식에서 k는 0.001 내지 1의 범위를 지니며, s는 1-k값을 가지며, n은 고분자 중합체의 반복단위를 나타내며, n은 정수로서 10 내지 500이다.In the above formula k has a range of 0.001 to 1, s has a value of 1-k, n represents a repeating unit of the polymer polymer, n is an integer of 10 to 500.
상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상기 제1목적의 달성을 통해 획득되는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 열처리하여 가교된 고분자 전해질막의 제공을 통해 달성된다.The present invention for achieving the second object is achieved by providing a crosslinked polymer electrolyte membrane by heat-treating the sulfonated poly (arylene ether) copolymer obtained through the achievement of the first object.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 이용한 고분자 전해질막은 열적 안정성, 기계적 안정성, 화학적 안정성, 막 형성능력 등에서 기존의 상용화된 고분자 전해질막과 동등 또는 그 이상의 수준을 유지한다. 또한, 양이온 전도도와 셀 성능 면에서 기존의 고분자 전해질막에 비해 월등히 향상된 효과를 나타내며, 수분에 장시간 노출되어도 전해질막의 특성의 변화가 없어 높은 치수안정성을 나타내며, 연료전지 또는 2차 전지 등에 사용될 수 있다.According to the present invention as described above, the polymer electrolyte membrane using a sulfonated poly (arylene ether) copolymer having a crosslinked structure is equivalent to the conventional commercialized polymer electrolyte membrane in thermal stability, mechanical stability, chemical stability, membrane formation ability, etc. Or at a higher level. In addition, it exhibits a significantly improved effect on the cation conductivity and the cell performance compared to the conventional polymer electrolyte membrane, and exhibits high dimensional stability even when exposed to moisture for a long time without changing the characteristics of the electrolyte membrane, and can be used in fuel cells or secondary batteries. .
제1 First 실시예Example
본 발명의 제1 실시예에 따른 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 가교구조를 가진다. 상기 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 하기의 화학식 1에 따른다.The sulfonated poly (arylene ether) copolymer according to the first embodiment of the present invention has a crosslinked structure. The sulfonated poly (arylene ether) copolymer is according to the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서 SAr은 술폰화된 방향족을 나타낸다. 상기 화학식 1에서 SAr은 ,, , 또는 이다.In Formula 1, SAr represents sulfonated aromatics. SAr in Formula 1 is , , , or to be.
또한, Ar1 및 Ar2는 술폰화되지 않은 방향족을 나타내며, 서로 같거나 다를 수 있다.In addition, Ar1 and Ar2 represent unsulfonated aromatics and may be the same or different from each other.
상기 Ar1 또는 Ar2는 또는 이다. Ar1 or Ar2 is or to be.
Y는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합, -O-, -S-, , , , , , , , , 또는 이며, A는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합, -O-, -S-, , , , , 또는 이며, E는 H, F, C1 ~ C5 또는 이다.Y is a single bond, -O-, -S-, , , , , , , , , or A is a single bond, -O-, -S-, , , , , or E is H, F, C1 to C5 or to be.
또한, Y에서 는 연결부분이 오르소, 메타, 파라 위치에 올 수 있는 벤젠구조를 나타내며, 는 불소(F)가 완전히 치환되어 있으며 연결부분이 오르소, 메타, 파라 위치에 올수 있는 벤젠구조를 의미한다. 즉 라 함은 연결부분이 오르소 (), 메타 (), 파라 () 위치에 올수 있는 불소가 완전히 치환된 벤젠구조들을 의미한다. 또한 E에서 H는 수소를, F는 불소를, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬 구조를 는 L이 벤젠에 치환되어 있는 벤젠구조를 의미한다. 상기 구조식에서 L은 H, F, C1 ~ C5 를 나타내며, H는 수소를, F는 불소를, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조를 의미한다.Also, in Y Represents a benzene structure in which the linking moiety can be in the ortho, meta, or para position, Refers to a benzene structure in which fluorine (F) is completely substituted and the linking portion can be at ortho, meta and para positions. In other words Means the connection is ortho ( ), Meta ( ), Para ( Benzene structure that is completely substituted with fluorine which may be at position). In E, H represents hydrogen, F represents fluorine, and C1 to C5 represent an alkyl structure with hydrogen or fluorine substituted with 1 to 5 carbon atoms. Means a benzene structure in which L is substituted for benzene. In the above structural formula, L represents H, F, C1 ~ C5, H means hydrogen, F is fluorine, C1 ~ C5 means an alkyl structure substituted with hydrogen or fluorine having 1 to 5 carbon atoms.
또한, Z는 벤젠의 탄소와 -SO3 -M+ 가 직접 연결되어 있는 결합, , 또는 이며 오르소, 메타, 파라 구조의 위치에 올 수 있다. Z에서 Y는 앞서 설명한 Y와 의미가 같다.In addition, Z is a bond in which carbon of benzene and -SO 3 - M + are directly connected, , or And can come in positions of ortho, meta, and para structures. Y in Z has the same meaning as Y described above.
M+는 양이온 전하를 가진 염이온(counterion)이며 칼륨 이온(K+), 나트륨 이온(Na+), 알킬 아민(+NR4) 등을 나타내며, 바람직하게는 칼륨 이온이나 나트륨 이온이다. M + is a counterion with a cationic charge and represents potassium ions (K + ), sodium ions (Na + ), alkyl amines ( + NR 4), and the like, and preferably potassium ions or sodium ions.
CM1 또는 CM2는 가교할 수 있는 부분(Crosslinkable moiety)을 나타내며, 또는 이다. CM1 또는 CM2에서 R은 R1이 치환되어있는 삼중결합(ethynyl part)(R= ), 이중결합(vinyl part)(R= ) 또는 이며 오르소, 메타, 파라 구조의 위치에 올 수 있다. 상기 R에서 G는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일 결합, -O-, -S- 또는 를 의미한다. 또한 R1은 H, F, C1 ~ C5 또는 이다. 상기 R1에서 H는 수소를, F는 불소를, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조, R2가 오르소, 메타, 파라 위치에 치환되어 있을 수 있는 벤젠구조()들을 갖는 치환체임을 나타낸다. R2는 H, X 또는 C1~C5이다. 상기 R2에서 H는 수소, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조, X는 할로겐 원자(F, Cl, Br)에 해당되며, X의 경우는 다른 고분자 사슬의 하이드록시 그룹과의 중합을 이룰 수 있는 기능성 그룹이기도 하다. 또한 상기 화학식 1에서 k는 0.001 - 1.000 의 범위를 지니며, s = 1 - k 값을 가지며, n은 고분자 중합체의 반복단위(repeating unit)를 나타내며, n은 정수로서 10~500을 나타낸다.CM1 or CM2 represents a crosslinkable moiety, or to be. In CM1 or CM2, R is an ethynyl part in which R1 is substituted (R = ), The double part (R = ) or And can come in positions of ortho, meta, and para structures. G in R is a single bond, -O-, -S- or directly connected to carbon and carbon Means. R1 is also H, F, C1 to C5 or to be. In R1, H is hydrogen, F is fluorine, and C1 to C5 are hydrogen or fluorine-substituted alkyl structures having 1 to 5 carbon atoms, R2 may be substituted at ortho, meta and para positions. Benzene Structure It is a substituent having a). R2 is H, X or C1-C5. In R2, H is hydrogen, C1 to C5 is an alkyl structure substituted with hydrogen or fluorine having 1 to 5 carbon atoms, X is a halogen atom (F, Cl, Br), and in case of X another polymer It is also a functional group capable of polymerizing with the hydroxy group of the chain. In addition, in
본 발명의 제1 실시예에 따른 화학식 1의 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 다음 반응식 1의 제조방법에 따르며 더욱 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The sulfonated poly (arylene ether) copolymer containing the crosslinked structure of
[반응식 1]
k HO-SAr-OH + s HO-Ar1-OH + m X-Ar2-X k HO-SAr-OH + s HO-Ar1-OH + m X-Ar2-X
[화학식 2] (2)
[화학식 3] [Formula 3]
[화학식 1] [Formula 1]
상기 반응식 1은 화학식 1을 제조하기 위한 반응과정이며, 화학식 1에 해당하는 고분자 중합체를 제조하는 방법은 축중합 방법이며, 반응에 참여하는 단량체가 다를 수 있다. 또한, 상기 반응식 1에 사용된 술폰화된 단량체는 디하이드록시 단량체를 사용한다.
상기 반응식 1을 통해 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제조할 수 있다.Through the
또한, 상기 반응식 1에서 k는 0.001~1의 범위를 가지며, s=1-k이며, (k+s)/m은 0.800 - 1.200 의 범위 값을 나타낸다. 또한 k, s, m 은 반응에 참여하는 단량체의 몰비율에 해당된다. In addition, in
여기서 화학식 3은 하이드록시가 치환된 단량체()와 할라이드가 치환된 단량체()로 나뉠 수 있는데, 반응식 1에서의 (k+s)/m이 1.000 이하의 값을 가질 경우는 하이드록시가 치환된 단량체를 사용하고, (k+s)/m이 1.000 이상의 값을 가질 경우는 할라이드가 치환된 단량체를 사용한다. 화학식 3의 R2가 X일 경우에는 화학식 3에서 (k+s)/m의 값에 상관없이 하이드록시가 치환된 단량 체()를 사용할 수 있다.Where formula (3) is a hydroxy substituted monomer ( ) And halide substituted monomers ( When (k + s) / m in
상기 반응식 1의 제조 과정을 살펴보면, 술폰화된 디하이드록시 단량체 및 술폰화되지 않은 디하이드록시 단량체를 활성화시킨다. 상기 활성화 과정은 디하이드록시 단량체가 디할라이드 단량체와의 축중합 반응이 용이하도록 활성화시키는 과정이다. 또한, 상기 술폰화되지 않은 디할라이드 단량체는 디하이드록시 단량체와 동일 단계에서 제조 공정에 투입될 수도 있다.Looking at the preparation process of
먼저, 염기, 공비 용매 및 비양성자성 극성용매 (aprotic polar solvent)로 구성된 용매 존재 하에서 0℃~300℃ 온도 범위로 1 내지 100 시간 축중합 반응하여 상기 화학식 2에 해당하는 고분자 중합체를 제조한다. 또한, 제조의 형태에 따라 상기 비양자성 극성용매 대신에 양성자성 극성용매 (protic polar solvent)가 사용될 수도 있다.First, a polycondensation reaction is carried out for 1 to 100 hours in a temperature range of 0 ° C. to 300 ° C. in the presence of a solvent consisting of a base, an azeotropic solvent, and an aprotic polar solvent to prepare a polymer according to
계속해서, 상기 화학식 2의 고분자 중합체와 상기 화학식 3의 하이드록시가 치환된 단량체 또는 할라이드가 치환된 단량체를 이용하여 상기 화학식 1의 가교구조가 치환된 고분자 중합체를 형성한다. Subsequently, a crosslinked polymer of
상기 화학식 1의 형성 반응은 상기 화학식 2의 고분자 중합체를 만드는 방식과 동일한 방식을 사용한다. 즉, 활성화 단계 및 축중합 단계를 이용하여 상기 화학식 1의 가교구조가 치환된 고분자 중합체를 제조한다. 또한, 활성화 단계후의 축중합 단계 이전에 공비 용매를 제거하는 단계가 더 개재될 수 있다.The formation reaction of
또한, 본 실시예에서는 상기 화학식 2로 표시되는 고분자의 열적 안정성, 전 기화학적 특성, 필름형성 능력, 치수 안정성, 기계적 안정성, 화학적 특성, 물리적 특성, 셀 성능 등의 향상을 위해, 고분자 사슬에 열적 가교가 가능한 가교결합성기를 포함하는 CM1(Crosslinkable Moiety) 또는 CM2를 축중합 반응에 의하여 치환시켜 본 발명에서 목표로 하는 화학식 1의 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제조한다.In addition, in the present embodiment, in order to improve the thermal stability, electrochemical properties, film forming ability, dimensional stability, mechanical stability, chemical properties, physical properties, cell performance, etc. of the polymer represented by the formula (2), Crosslinkable Moiety (CM1) or CM2 containing a crosslinkable crosslinkable group is substituted by a polycondensation reaction to obtain a sulfonated poly (arylene ether) copolymer containing a crosslinked structure of
본 발명이 목적하는 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 합성을 위한 축중합 반응 및 가교결합성기 도입 반응에는 염기로서 알칼리 금속, 알칼리토금속의 수산화물, 탄산염, 황산염 중에서 선택된 무기염기를 사용하거나, 또는 암모니아를 비롯한 통상의 아민류 중에서 선택된 유기염기를 사용할 수도 있다. The polycondensation reaction and crosslinkable group introduction reaction for the synthesis of sulfonated poly (arylene ether) copolymer containing a crosslinked structure of the present invention include inorganic, selected from alkali metal, alkaline earth metal hydroxides, carbonates and sulfates as bases. It is also possible to use a base or an organic base selected from common amines including ammonia.
또한, 상기 반응 용매로는 비양자성 극성용매 또는 양성자성 극성용매가 사용될 수 있다. 상기 비양자성 극성용매로는 N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF), N,N-디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸설폭사이드 (DMSO) 등이 사용되며, 상기 양성자성 극성용매로는 메틸렌클로라이드(CH2Cl2), 클로로포름(CH3Cl), 테트라하이드로퓨란(THF) 등이 사용될 수 있으며, 공비용매로서 벤젠, 톨루엔 또는 자일렌 등이 사용될 수 있다.In addition, an aprotic polar solvent or a protic polar solvent may be used as the reaction solvent. As the aprotic polar solvent, N -methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), N, N -dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO), and the like are used. Methylene chloride (CH 2 Cl 2 ), chloroform (CH 3 Cl), tetrahydrofuran (THF) and the like may be used as the solvent, and benzene, toluene or xylene may be used as the non-solvent.
이상에서 설명한 바와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 열적 안정성, 필름형성 능력, 기계적 안정성, 화학적 특성, 물리적 특성, 셀 성능 등에서는 기존의 술폰네이션된 폴리(아 릴렌 에테르) 공중합체나 현재 상용화된 고분자 전해질막으로 사용되는 나피온 막과 동등 또는 그 이상의 수준을 유지하면서도 전기 화학적 특성, 특히 양이온 전도도와 셀 성능 면에서는 월등히 향상된 효과를 나타낼 뿐 아니라 수분에 장시간 노출되어도 전해질막 특성의 변화가 없어 높은 치수안정성의 결과를 보였다.The sulfonated poly (arylene ether) copolymer containing the crosslinked structure of the present invention prepared by the method as described above is conventional in thermal stability, film forming ability, mechanical stability, chemical properties, physical properties, cell performance, etc. Maintains the same or better levels of sulfonated poly (arylene ether) copolymers or the Nafion membranes currently used as commercially available polymer electrolyte membranes, while providing significantly improved effects on electrochemical properties, particularly cationic conductivity and cell performance. In addition, even after prolonged exposure to moisture, electrolyte membrane properties did not change, resulting in high dimensional stability.
이와 같은 본 발명은 다음의 제조예들에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Such the present invention will be described in more detail based on the following production examples, but the present invention is not limited thereto.
제조예Production Example 1 : One : 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SFQKSFQK -6F)-6F)
[반응식 2]
교반장치, 질소도입관, 마그네틱 스터바, 딘-스탁(Dean-Stark; azeotropic distillation) 장치가 장착된 100㎖의 2구 둥근 플라스크에 하이드로퀴논술포닉에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol)의 몰비를 19mmol : 1mmol(k:s = 0.95:0.05)로 하여 K2CO3 (1.15 당량비), N,N-디메틸아세트아마이드(DMAc)(60 ml) 및 벤젠 (20 ml)을 첨가하였다. Hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 4, in a 100 ml two-necked flask equipped with a stirrer, nitrogen introduction tube, magnetic stub, Dean-Stark (azeotropic distillation) The molar ratio of 4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol ((4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol) was set to 19 mmol: 1 mmol (k: s = 0.95: 0.05), K2CO3 (1.15 equivalence ratio), N, N -Dimethylacetamide (DMAc) (60 ml) and benzene (20 ml) were added.
활성화 단계(activation step)는 온도를 135℃ ~ 140℃ 범위에서 6 ~ 8 시간 진행되었고, 반응 중 부산물로 생산된 물은 반응용매 중 하나인 벤젠과의 azeotropic distillation 방법에 의하여 제거되었고, 활성화 단계 종료 후 벤젠은 반응기로부터 제거되었다. The activation step was carried out at a temperature ranging from 135 ° C. to 140 ° C. for 6 to 8 hours, and water produced as a by-product during the reaction was removed by azeotropic distillation with benzene, one of the reaction solvents. Benzene was then removed from the reactor.
이후에, 데카플루오로바이페닐 (decafluorobiphenyl) 20 mmol을 반응기에 첨가한 후, 반응온도를 140℃로 유지시켜 12 시간 이상 반응시켜서 중간 화합물을 생성한다. Thereafter, 20 mmol of decafluorobiphenyl is added to the reactor, and the reaction temperature is maintained at 140 ° C. for at least 12 hours to produce an intermediate compound.
생성된 중간 화합물이 포함된 용액에 데카플루오로바이페닐 단량체의 0.2 - 0.5 배 몰비에 해당하는 양의 3-에티닐페놀과 벤젠 (10 ml), K2CO3 (1.15 당량비)를 첨가하여 6 시간 이상 140℃에서 추가 반응시킨 후, 벤젠을 완전히 제거하였다. 또한, 반응 중 부산물인 물을 제거해주기 위해, 벤젠과의 azeotropic distillation 방법에 의하여 물이 제거되었다. 반응이 끝난 후, 500 mL의 에탄올에 침전시키고, 물과 에탄올로 여러번 세척한 후, 60℃에서 3일간 진공 건조시켰다. 최종 생성물(E-SFQK95-6F)은 옅은 갈색의 고체로 얻어졌으며, 90 % 이상의 수율을 얻었다.To the solution containing the resulting intermediate compound, 3-ethynylphenol, benzene (10 ml) and K 2 CO 3 (1.15 equiv. Ratio) were added to the solution containing 0.2-0.5-fold molar ratio of the decafluorobiphenyl monomer. After further reacting at 140 ° C. for more than an hour, benzene was completely removed. In addition, water was removed by azeotropic distillation with benzene in order to remove the by-product water during the reaction. After the reaction was completed, precipitated in 500 mL of ethanol, washed several times with water and ethanol, and vacuum dried at 60 ℃ for 3 days. The final product (E-SFQK95-6F) was obtained as a pale brown solid, yielding over 90%.
또한, 출발물질인 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol)의 몰비를 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1),17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6), 6 mmol : 14 mmol (k:s = 0.3:0.7)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.In addition, the molar ratio of the starting material hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol ((4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol) was 18 mmol. : 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2), 15 mmol: 5 mmol (k : s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4), 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6), 6 mmol: 14 mmol (k: s = 0.3: 0.7) to form sulfonated poly (arylene ether) copolymers having a crosslinked structure. Prepared. Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SFQK95-6F, E-SFQK90-6F, E-SFQK85-6F, E-SFQK80-6F, E-SFQK75-6F, E-SFQK70-6F, E-SFQK60-6F, E-SFQK50-6F, E-SFQK40-6F, E-SFQK30-6F로 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SFQK95-6F, E-SFQK90-6F, E-SFQK85-6F, E-SFQK80-6F, E-SFQK75- 6F, E-SFQK70-6F, E-SFQK60-6F, E-SFQK50-6F, E-SFQK40-6F, and E-SFQK30-6F.
제조예Production Example 2 : 2 : 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SFQKSFQK -- BPBP ))
[반응식 3]
제조예 1과 동일하게 실시하되, 출발물질을 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol) 대신에 4,4’-바이페놀(4,4’-biphenol)을 사용한다. 출발물질인 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 4,4’-바이페놀(4,4’-biphenol)의 몰비를 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6), 6 mmol : 14 mmol (k:s = 0.3:0.7)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.In the same manner as in Preparation Example 1, the starting material was 4,4'-biphenol (4, instead of 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol (4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol) 4'-biphenol). 19 mmol: 1 mmol (k: s = 0.95: 0.05) of the molar ratio of the starting material hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 4,4'-biphenol (4: 4'-biphenol), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4), 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6), 6 mmol: 14 mmol (k: s = 0.3: 0.7) sulfonated poly (arylene ether) aerial with crosslinked structure The coalescence was prepared. Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SFQK95-BP, E-SFQK90-BP, E-SFQK85-BP, E-SFQK80-BP, E-SFQK75-BP, E-SFQK70-BP, E-SFQK60-BP, E-SFQK50-BP, E-SFQK40-BP, E-SFQK30-BP라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SFQK95-BP, E-SFQK90-BP, E-SFQK85-BP, E-SFQK80-BP, E-SFQK75- BP, E-SFQK70-BP, E-SFQK60-BP, E-SFQK50-BP, E-SFQK40-BP, E-SFQK30-BP.
제조예Production Example 3 : 3: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SFQKSFQK -- HQHQ ))
[반응식 4]
상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 출발물질을 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisoprpylidene)diphenol) 대신에 하이드로퀴논(hydroquinone)을 사용하였고, 출발물질인 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 하이드로퀴논의 몰비를 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6), 6 mmol : 14 mmol (k:s = 0.3:0.7)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.The same procedure as in Preparation Example 1, except that 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol ((4,4'-hexafluoroisoprpylidene) diphenol) was used as a starting material, and hydroquinone was used. The molar ratio of the starting material hydroquinonesulfonic acid potassium salt and hydroquinone was 19 mmol: 1 mmol (k: s = 0.95: 0.05), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1 ), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4), 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 8 mmol: 12 mmol (k: A sulfonated poly (arylene ether) copolymer having a crosslinked structure was prepared using s = 0.4: 0.6) and 6 mmol: 14 mmol (k: s = 0.3: 0.7). Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SFQK95-HQ, E-SFQK90-HQ, E-SFQK85-HQ, E-SFQK80-HQ, E-SFQK75-HQ, E-SFQK70-HQ, E-SFQK60-HQ, E-SFQK50-HQ, E-SFQK40-HQ, E-SFQK30-HQ라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SFQK95-HQ, E-SFQK90-HQ, E-SFQK85-HQ, E-SFQK80-HQ, E-SFQK75- Referred to as HQ, E-SFQK70-HQ, E-SFQK60-HQ, E-SFQK50-HQ, E-SFQK40-HQ, E-SFQK30-HQ.
제조예Production Example 4 : 4 : 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SFQKSFQK -6H)-6H)
[반응식 5]Scheme 5
상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 출발물질을 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol) 대신에 비스페놀-에이(bisphenol-A)를 사용하였고, 출발물질인 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 비스페놀-에이의 몰비를 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6), 6 mmol : 14 mmol (k:s = 0.3:0.7)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.In the same manner as in Preparation Example 1, instead of 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol ((4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol), the starting material was replaced with bisphenol-A (bisphenol-A). The molar ratio of hydroquinonesulfonic acid potassium salt and bisphenol-A was 19 mmol: 1 mmol (k: s = 0.95: 0.05), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25) , 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4), 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 8 mmol: 12 A sulfonated poly (arylene ether) copolymer having a crosslinked structure was prepared using mmol (k: s = 0.4: 0.6) and 6 mmol: 14 mmol (k: s = 0.3: 0.7). Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SFQK95-6H, E-SFQK90-6H, E-SFQK85-6H, E-SFQK80-6H, E-SFQK75-6H, E-SFQK70-6H, E-SFQK60-6H, E-SFQK50-6H, E-SFQK40-6H, E-SFQK30-6H라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SFQK95-6H, E-SFQK90-6H, E-SFQK85-6H, E-SFQK80-6H, E-SFQK75- 6H, E-SFQK70-6H, E-SFQK60-6H, E-SFQK50-6H, E-SFQK40-6H, E-SFQK30-6H.
제조예Production Example 5 : 5: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SFQKSFQK -2-2 BPBP ))
[반응식 6]
상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 출발물질을 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol) 대신에 2,2’-바이페놀(2,2’-biphenol)을 사용하였고, 출발물질인 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 2,2’-바이페놀의 몰비를 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6), 6 mmol : 14 mmol (k:s = 0.3:0.7)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.2,2'-biphenol (2) instead of 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol (4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol , 2'-biphenol) was used, and the molar ratio of the starting material hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 2,2'-biphenol was 19 mmol: 1 mmol (k: s = 0.95: 0.05 ), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4), 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6), 6 mmol: 14 mmol (k: s = 0.3: 0.7) ) Copolymers were prepared. Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SFQK95-2BP, E-SFQK90-2BP, E-SFQK85-2BP, E-SFQK80-2BP, E-SFQK75-2BP, E-SFQK70-2BP, E-SFQK60-2BP, E-SFQK50-2BP, E-SFQK40-2BP, E-SFQK30-2BP라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SFQK95-2BP, E-SFQK90-2BP, E-SFQK85-2BP, E-SFQK80-2BP, E-SFQK75- 2BP, E-SFQK70-2BP, E-SFQK60-2BP, E-SFQK50-2BP, E-SFQK40-2BP, E-SFQK30-2BP.
제조예Production Example 6 : 6: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SFQKSFQK -- DPEDPE ))
[반응식 7]Scheme 7
상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 출발물질을 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol) 대신에 4,4’-다이하이드록시다이페닐에테르(4,4’-dihydroxydiphenyl ether)를 사용하였고, 출발물질인 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 4,4’-다이하이드록시다이페닐에테르의 몰비를 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6), 6 mmol : 14 mmol (k:s = 0.3:0.7)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.In the same manner as in Preparation Example 1, the starting material was 4,4'-dihydroxydiamine instead of 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol ((4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol) Phenyl ether (4,4'-dihydroxydiphenyl ether) was used, and the molar ratio of hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 4,4'-dihydroxydiphenyl ether as starting materials was 19 mmol: 1. mmol (k: s = 0.95: 0.05), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4) , 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6), 6 mmol: 14 mmol (k: s = 0.3: 0.7) Eggplants made sulfonated poly (arylene ether) copolymers. Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SFQK95-DPE, E-SFQK90-DPE, E-SFQK85-DPE, E-SFQK80-DPE, E-SFQK75-DPE, E-SFQK70-DPE, E-SFQK60-DPE, E-SFQK50-DPE, E-SFQK40-DPE, E-SFQK30-DPE라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SFQK95-DPE, E-SFQK90-DPE, E-SFQK85-DPE, E-SFQK80-DPE, E-SFQK75- It is referred to as DPE, E-SFQK70-DPE, E-SFQK60-DPE, E-SFQK50-DPE, E-SFQK40-DPE, E-SFQK30-DPE.
제조예Production Example 7 : 7: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SPECNSPECN -- HQHQ ))
[반응식 8]Scheme 8
상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 출발물질을 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol) 대신에 하이드로퀴논(hydroquinone)을 사용하였고, 다이할라이드 물질로서 데카플루오로 바이페닐 대신에 2,6-다이플루오로벤조나이트릴(2,6-difluorobenzonitrile)을 사용하였다.In the same manner as in Preparation Example 1, a starting material was used instead of 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol ((4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol, hydroquinone (hydroquinone), 2,6-difluorobenzonitrile was used in place of decafluoro biphenyl as the dihalide material.
또한, 반응 용매로써 DMAc와 벤젠 대신에 디메틸설폭사이드(DMSO)(60㎖)와 톨루엔(20㎖)을 첨가하였다. 활성화 단계는 온도를 150℃ ~ 160℃ 범위로 하였으며, 반응온도 또한 170℃로 유지시켜 반응하였다. 출발물질인 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 하이드로퀴논(hydroquinone)의 몰비를 20 mmol : 0 mmol (k:s = 1.00:0), 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.In addition, dimethyl sulfoxide (DMSO) (60 mL) and toluene (20 mL) were added as a reaction solvent instead of DMAc and benzene. The activation step was a temperature in the range of 150 ℃ ~ 160 ℃, the reaction temperature was also maintained by maintaining the 170 ℃. The molar ratio of the starting material hydroquinonesulfonic acid potassium salt and hydroquinone was 20 mmol: 0 mmol (k: s = 1.00: 0), 19 mmol: 1 mmol (k: s = 0.95: 0.05), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4), 10 mmol: 10 mmol Sulfonated poly (arylene ether) copolymers having a crosslinked structure were prepared using (k: s = 0.5: 0.5) and 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6). Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SPECN100-HQ, E-SPECN95-HQ, E-SPECN90-HQ, E-SPECN85-HQ, E-SPECN80-HQ, E-SPECN75-HQ, E-SPECN70-HQ, E-SPECN60-HQ, E-SPECN50-HQ, E-SPECN40-HQ라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SPECN100-HQ, E-SPECN95-HQ, E-SPECN90-HQ, E-SPECN85-HQ, E-SPECN80- It is called HQ, E-SPECN75-HQ, E-SPECN70-HQ, E-SPECN60-HQ, E-SPECN50-HQ, E-SPECN40-HQ.
제조예Production Example 8 : 8 : 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SPEKSPEK -6F)-6F)
[반응식 9]Scheme 9
교반장치, 질소도입관, 마그네틱 스터바, 딘-스탁(Dean-Stark; azeotropic distillation) 장치가 장착된 100㎖의 2구 둥근 플라스크에 2,3-디하이드록시나프탈렌-6-술포닉에시드 모노쏘디움 쏠트 (2,3-dihydroxynaphthalene-6-sulfonic acid monosodium salt)와 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴) 디페놀(4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol)의 몰비를 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4)으로 하여 K2CO3 (1.15 당량비), N,N-디메틸술폭사이드(DMSO)(60㎖)와 톨루엔(20㎖)을 첨가하였다.A 2,3-dihydroxynaphthalene-6-sulfonic acid monosoy in a 100 ml two-necked round flask equipped with a stirrer, nitrogen introduction tube, magnetic stub, and Dean-Stark (azeotropic distillation) Molar ratio of 2,3-dihydroxynaphthalene-6-sulfonic acid monosodium salt) and 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol (4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol K 2 CO 3 (1.15 equivalent ratio), N, N -dimethylsulfoxide (DMSO) (60 mL) and toluene (20 mL) were added as (k: s = 0.6: 0.4).
활성화 단계는 온도를 135℃ ~ 140℃ 범위에서 6~8 시간 진행되었고, 반응 중 부산물로 생성된 물은 반응용매 중 하나인 톨루엔과의 azeotropic distillation 방법에 의해 제거되었으며, 활성화 단계 종료 후, 톨루엔은 반응기로부터 제거되었다. The activation step was carried out at a temperature ranging from 135 ° C to 140 ° C for 6-8 hours. The water produced as a by-product during the reaction was removed by azeotropic distillation with toluene, one of the reaction solvents. Removed from the reactor.
이후에, 4,4’-다이플루오로벤조페논(4,4’-difluorobenzophenone) 20mmol을 반응기에 첨가한 후, 반응온도를 180℃로 유지시켜 12 시간 이상 반응시킨 중간 화 합물을 형성한다.Thereafter, 20 mmol of 4,4'-difluorobenzophenone was added to the reactor, and the reaction temperature was maintained at 180 ° C. to form an intermediate compound reacted for 12 hours or more.
형성된 중간 화합물이 포함된 고분자 용액에 4,4’-다이플루오로벤조페논 단량체의 0.2 - 0.5 배 몰비에 해당하는 양의 3-에티닐페놀과 벤젠(10㎖), K2CO3(1.15 당량비)를 첨가하여 6 시간 이상 140℃에서 추가 반응시킨 후, 톨루엔을 완전히 제거하였다. 또한, 반응 중 부산물인 물을 제거해주기 위해, 톨루엔과의 azeotropic distillation 방법에 의하여 물이 제거되었다. 반응이 끝난 후, 500㎖의 에탄올에 침전시키고, 물과 에탄올로 여러번 세척한 후, 60℃에서 3일간 진공 건조시켰다. 최종 생성물(E-SPEK60-6F)은 옅은 갈색의 고체로 얻어졌으며, 90% 이상의 수율을 얻었다.3-ethynylphenol, benzene (10 mL) and K 2 CO 3 (1.15 equivalents) in an amount corresponding to a 0.2 to 0.5-fold molar ratio of the 4,4'-difluorobenzophenone monomer in the polymer solution containing the intermediate compound formed. ) Was further reacted at 140 DEG C for at least 6 hours, and then toluene was completely removed. In addition, water was removed by azeotropic distillation with toluene in order to remove the by-product water during the reaction. After the reaction was completed, precipitated in 500 ml of ethanol, washed several times with water and ethanol, and vacuum dried at 60 ℃ for 3 days. The final product (E-SPEK60-6F) was obtained as a pale brown solid, yielding at least 90%.
또한, 출발물질인 2,3-디하이드록시나프탈렌-6-술포닉에시드 모노쏘디움 쏠트(2,3-dihydroxynaphthalene-6-sulfonic acid monosodium salt)와 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol)의 몰비를 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6), 6 mmol : 14 mmol (k:s = 0.3:0.7)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.In addition, 2,3-dihydroxynaphthalene-6-sulphonic acid monosodium salt (2,3-dihydroxynaphthalene-6-sulfonic acid monosodium salt) and 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) as starting materials The molar ratio of diphenol ((4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol) was 19 mmol: 1 mmol (k: s = 0.95: 0.05), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6), 6 mmol: 14 mmol (k: s = 0.3: 0.7 Sulfonated poly (arylene ether) copolymers having a crosslinked structure were prepared. Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SPEK95-6F, E-SPEK90-6F, E-SPEK85-6F, E-SPEK80-6F, E-SPEK75-6F, E-SPEK70-6F, E-SPEK60-6F, E-SPEK50-6F, E-SPAEK40-6F, E-SPEK30-6F라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SPEK95-6F, E-SPEK90-6F, E-SPEK85-6F, E-SPEK80-6F, E-SPEK75- 6F, E-SPEK70-6F, E-SPEK60-6F, E-SPEK50-6F, E-SPAEK40-6F, E-SPEK30-6F.
제조예Production Example 9 : 9: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SPEKSPEK -- BPBP ))
[반응식 10]
상기 제조예 8과 동일하게 실시하되, 출발물질을 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol) 대신에 4,4’-바이페놀(4,4’-biphenol)을 사용하였고, 출발물질인 2,3-디하이드록시나프탈렌-6-술포닉에시드 모노쏘디움 쏠트(2,3-dihydroxynaphthalene-6-sulfonic acid monosodium salt)와 4,4’-바이페놀의 몰비를 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6), 6 mmol : 14 mmol (k:s = 0.3:0.7)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.4,4'-biphenol (4 instead of 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol (4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol) , 4'-biphenol) and 2,3-dihydroxynaphthalene-6-sulphonic acid monosodium salt and 4,4 'as starting materials The molar ratio of biphenols is 19 mmol: 1 mmol (k: s = 0.95: 0.05), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15) , 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4), 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6), 6 mmol: 14 mmol (k: s = 0.3: 0.7) to prepare sulfonated poly (arylene ether) copolymers having a crosslinked structure. Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SPEK95-BP, E-SPEK90-BP, E-SPEK85-BP, E-SPEK80-BP, E-SPEK75-BP, E-SPEK70-BP, E-SPEK60-BP, E-SPEK50-BP, E-SPAEK40-BP, E-SPEK30-BP라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SPEK95-BP, E-SPEK90-BP, E-SPEK85-BP, E-SPEK80-BP, E-SPEK75- Referred to as BP, E-SPEK70-BP, E-SPEK60-BP, E-SPEK50-BP, E-SPAEK40-BP, E-SPEK30-BP.
제조예Production Example 10 : 10: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SPAEKSPAEK -- BPBP ))
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상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 출발물질을 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol) 대신에 4,4’-바이페 놀(4,4’-biphenol)을 사용하였고, 다이할라이드 물질로서 데카플루오로 바이페닐 대신에 4,4’-다이플루오로벤조페논(4,4’-difluorobenzophenone)을 사용하였다. The same process as in Preparation Example 1, except that the starting material was 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol (4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol instead of 4,4'-biphenol ( 4,4'-biphenol) was used, and 4,4'-difluorobenzophenone (4,4'-difluorobenzophenone) was used instead of decafluoro biphenyl as the dihalide material.
또한, 활성화 단계(activation step)는 온도를 150℃ ~ 160℃ 범위로 하였으며, 반응온도 또한 170℃로 유지시켜 반응하였다. 출발물질인 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 4,4’-바이페놀의 몰비를 20 mmol : 0 mmol (k:s = 1.00:0), 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.In addition, the activation step (activation step) the temperature was in the range of 150 ℃ ~ 160 ℃, the reaction temperature was also maintained by maintaining the 170 ℃. 20 mmol: 0 mmol (k: s = 1.00: 0), 19 mmol: 1 mmol (k: s = 0.95: 0.05), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2 ), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4), 10 mmol: Sulfonated poly (arylene ether) copolymers having a crosslinked structure were prepared using 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5) and 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6). Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SPAEK100, E-SPAEK95-BP, E-SPAEK90-BP, E-SPAEK85-BP, E-SPAEK80-BP, E-SPAEK75-BP, E-SPAEK70-BP, E-SPAEK60-BP, E-SPAEK50-BP, E-SPAEK40-BP라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SPAEK100, E-SPAEK95-BP, E-SPAEK90-BP, E-SPAEK85-BP, E-SPAEK80-BP, E-SPAEK75-BP, E-SPAEK70-BP, E-SPAEK60-BP, E-SPAEK50-BP, E-SPAEK40-BP.
제조예Production Example 11 : 11: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SPAEKSPAEK -6F)-6F)
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상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 출발물질을 다이할라이드 물질로서 데카플루오로 바이페닐 대신에 4,4’-다이플루오로벤조페논(4,4’-difluorobenzophenone)을 사용하였다. 또한, 활성화 단계(activation step)는 온도를 150℃ ~ 160℃ 범위로 하였으며, 반응온도 또한 170℃로 유지시켜 반응하였다. 출발물질인 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol)의 몰비를 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 13 mmol : 7 mmol (k:s = 0.65:0.35), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.In the same manner as in Preparation Example 1, 4,4'-difluorobenzophenone (4,4'-difluorobenzophenone) was used instead of decafluoro biphenyl as the starting material as the dihalide material. In addition, the activation step (activation step) the temperature was in the range of 150 ℃ ~ 160 ℃, the reaction temperature was also maintained by maintaining the 170 ℃. The molar ratio of the starting material hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol (19,4 mmol: 1) mmol (k: s = 0.95: 0.05), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 13 mmol: 7 mmol (k: s = 0.65: 0.35) , 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4), 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6) Eggplants made sulfonated poly (arylene ether) copolymers. Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SPAEK95-6F, E-SPAEK90-6F, E-SPAEK85-6F, E-SPAEK80-6F, E-SPAEK75-6F, E-SPAEK70-6F, E-SPAEK65-6F, E-SPAEK60-6F, E-SPAEK50-6F, E-SPAEK40-6F라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SPAEK95-6F, E-SPAEK90-6F, E-SPAEK85-6F, E-SPAEK80-6F, E-SPAEK75- 6F, E-SPAEK70-6F, E-SPAEK65-6F, E-SPAEK60-6F, E-SPAEK50-6F, E-SPAEK40-6F.
제조예Production Example 12 : 12: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SPAESOSPAESO -- BPBP ))
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상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 출발물질을 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol) 대신에 4,4-바이페놀(4,4’-biphenol)을 사용하였고, 다이할라이드 물질로서 데카플루오로 바이페닐 대신에 4,4’-다이플루오로다이페닐설폰(4,4’-difluorodiphenyl sulfone)을 사용하였다. 또한, 활성화 단계(activation step)는 온도를 150℃ ~ 160℃ 범위로 하였 으며, 반응온도 또한 170℃로 유지시켜 반응하였다. 출발물질인 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 4,4’-바이페놀 (4,4’-biphenol)의 몰비를 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 13 mmol : 7 mmol (k:s = 0.65:0.35), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.In the same manner as in Preparation Example 1, the starting material was 4,4-biphenol (4, instead of 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol ((4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol) 4'-biphenol) was used and 4,4'-difluorodiphenyl sulfone was used instead of decafluoro biphenyl as the dihalide material. In addition, the activation step (activation step) the temperature was in the range of 150 ℃ ~ 160 ℃, the reaction temperature was also maintained by maintaining the 170 ℃. The molar ratio of the starting material hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 4,4'-biphenol was 19 mmol: 1 mmol (k: s = 0.95: 0.05), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 13 mmol: 7 mmol (k: s = 0.65: 0.35), 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4), 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6) sulfonated poly (arylene ether) aerial with crosslinked structure The coalesces were prepared. Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SPAESO95-BP, E-SPAESO90-BP, E-SPAESO85-BP, E-SPAESO80-BP, E-SPAESO75-BP, E-SPAESO70-BP, E-SPAESO65-BP, E-SPAESO60-BP, E-SPAESO50-BP, E-SPAESO40-BP라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SPAESO95-BP, E-SPAESO90-BP, E-SPAESO85-BP, E-SPAESO80-BP, E-SPAESO75- It is referred to as BP, E-SPAESO70-BP, E-SPAESO65-BP, E-SPAESO60-BP, E-SPAESO50-BP, E-SPAESO40-BP.
제조예Production Example 13 : 13: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SPAESOSPAESO -6F)-6F)
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상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 출발물질을 다이할라이드 물질로서 데카플루오로 바이페닐 대신에 4,4’-다이플루오로다이페닐설폰(4,4’-difluorodiphenyl sulfone)을 사용하였다. 또한, 활성화 단계(activation step)는 온도를 150℃ ~ 160℃ 범위로 하였으며, 반응온도 또한 170℃로 유지시켜 반응하였다. 출발물질인 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol)의 몰비를 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 13 mmol : 7 mmol (k:s = 0.65:0.35), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다. 각각의 수율을 90% 이상이었다.In the same manner as in Preparation Example 1, 4,4'-difluorodiphenyl sulfone (4,4'-difluorodiphenyl sulfone) was used instead of decafluoro biphenyl as the starting material as a dihalide material. In addition, the activation step (activation step) the temperature was in the range of 150 ℃ ~ 160 ℃, the reaction temperature was also maintained by maintaining the 170 ℃. The molar ratio of the starting material hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol (19,4 mmol: 1) mmol (k: s = 0.95: 0.05), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 13 mmol: 7 mmol (k: s = 0.65: 0.35) , 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4), 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6) Eggplants made sulfonated poly (arylene ether) copolymers. Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SPAESO95-6F, E-SPAESO90-6F, E-SPAESO85-6F, E-SPAESO80-6F, E-SPAESO75-6F, E-SPAESO70-6F, E-SPAESOK65-6F, E-SPAESO60-6F, E-SPAESO50-6F, E-SPAESO40-6F라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SPAESO95-6F, E-SPAESO90-6F, E-SPAESO85-6F, E-SPAESO80-6F, E-SPAESO75- 6F, E-SPAESO70-6F, E-SPAESOK65-6F, E-SPAESO60-6F, E-SPAESO50-6F, E-SPAESO40-6F.
제조예Production Example 14 : 14: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SPEKKSPEKK -- BPBP ))
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상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 출발물질을 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol) 대신에 4,4’-바이페놀(4,4’-biphenol)을 사용하였고, 다이할라이드 물질로서 데카플루오로 바이페닐 대신에 1,3-비스(4-플루오로벤조일)-벤젠(1,3-bis(4-flurobenzoyl)-benzene)을 사용하였다. 또한, 활성화 단계(activation step)는 온도를 150℃ ~ 160℃ 범위로 하 였으며, 반응온도 또한 170℃로 유지시켜 반응하였다. 출발물질인 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 4,4’-바이페놀의 몰비를 20 mmol : 0 mmol (k:s = 1.00:0), 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.4,4'-biphenol (4 instead of 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol (4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol) , 4'-biphenol), and 1,3-bis (4-fluorobenzoyl) -benzene (1,3-bis (4-flurobenzoyl) -benzene) was used instead of decafluoro biphenyl as a dihalide material. Used. In addition, the activation step (activation step) the temperature was in the range of 150 ℃ ~ 160 ℃, the reaction temperature was also maintained by maintaining the 170 ℃. 20 mmol: 0 mmol (k: s = 1.00: 0), 19 mmol: 1 mmol (k: s = 0.95: 0.05), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2 ), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4), 10 mmol: Sulfonated poly (arylene ether) copolymers having a crosslinked structure were prepared using 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5) and 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6). Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SPEKK100, E-SPEKK95-BP, E-SPEKK90-BP, E-SPEKK85-BP, E-SPEKK80-BP, E-SPEKK75-BP, E-SPEKK70-BP, E-SPEKK60-BP, E-SPEKK50-BP, E-SPEKK40-BP라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SPEKK100, E-SPEKK95-BP, E-SPEKK90-BP, E-SPEKK85-BP, E-SPEKK80-BP, It is referred to as E-SPEKK75-BP, E-SPEKK70-BP, E-SPEKK60-BP, E-SPEKK50-BP, E-SPEKK40-BP.
제조예Production Example 15 : 15: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- SPEKKSPEKK -6F)-6F)
[반응식 16]
상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 출발물질을 다이할라이드 물질로서 데카플루오로 바이페닐 대신에 1,3-비스(4-플루오로벤조일)-벤젠(1,3-bis(4-flurobenzoyl)-benzene)을 사용하였다. 또한, 활성화 단계(activation step)는 온도를 150℃ ~ 160℃ 범위로 하였으며, 반응온도 또한 170℃로 유지시켜 반응하였다. 출발물질인 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀 ((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol)의 몰비를 19 mmol : 1 mmol (k:s = 0.95:0.05), 18 mmol : 2 mmol (k:s = 0.9:0.1), 17 mmol : 3 mmol (k:s = 0.85:0.15), 16 mmol : 4 mmol (k:s = 0.8:0.2), 15 mmol : 5 mmol (k:s = 0.75:0.25), 14 mmol : 6 mmol (k:s = 0.7:0.3), 13 mmol : 7 mmol (k:s = 0.65:0.35), 12 mmol : 8 mmol (k:s = 0.6:0.4), 10 mmol : 10 mmol (k:s = 0.5:0.5), 8 mmol : 12 mmol (k:s = 0.4:0.6)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다. 각각의 수율은 90% 이상이었다.1,3-bis (4-fluorobenzoyl) -benzene (1,3-bis (4-flurobenzoyl)-instead of decafluoro biphenyl as starting material was used as the dihalide material. benzene) was used. In addition, the activation step (activation step) the temperature was in the range of 150 ℃ ~ 160 ℃, the reaction temperature was also maintained by maintaining the 170 ℃. The molar ratio of the starting material hydroquinonesulfonic acid potassium salt and 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol ((4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol) was 19 mmol: 1 mmol (k: s = 0.95: 0.05), 18 mmol: 2 mmol (k: s = 0.9: 0.1), 17 mmol: 3 mmol (k: s = 0.85: 0.15), 16 mmol: 4 mmol (k: s = 0.8: 0.2), 15 mmol: 5 mmol (k: s = 0.75: 0.25), 14 mmol: 6 mmol (k: s = 0.7: 0.3), 13 mmol: 7 mmol (k: s = 0.65: 0.35) , 12 mmol: 8 mmol (k: s = 0.6: 0.4), 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6) Eggplants made sulfonated poly (arylene ether) copolymers. Each yield was at least 90%.
상술한 k : s의 비율을 달리하여 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 각각 E-SPEKK95-6F, E-SPEKK90-6F, E-SPEKK85-6F, E-SPEKK80-6F, E-SPEKK75-6F, E-SPEKK70-6F, E-SPEKK65-6F, E-SPEKK60-6F, E-SPEKK50-6F, E-SPEKK40-6F라 지칭한다.The poly (arylene ether) copolymers prepared by varying the ratio of k: s described above were E-SPEKK95-6F, E-SPEKK90-6F, E-SPEKK85-6F, E-SPEKK80-6F, E-SPEKK75- Refer to 6F, E-SPEKK70-6F, E-SPEKK65-6F, E-SPEKK60-6F, E-SPEKK50-6F, E-SPEKK40-6F.
상기 제조예 1 내지 제조예 15에 의해 합성된 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들의 고분자의 구조는 1H-NMR, 19F-NMR 및 FT-IR을 통하여 분석된다.The structures of the polymers of sulfonated poly (arylene ether) copolymers having a crosslinked structure synthesized by Preparation Examples 1 to 15 were analyzed by 1 H-NMR, 19 F-NMR, and FT-IR.
도 1 내지 도 6에서 1H-NMR 분석 결과, 비교를 위하여 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 데카플루오로바이페닐(decafluorobiphenyl)로 중합하여 에틴닐그룹을 도입한 E-SFQK 고분자와 비교하였으며, 단량체의 하이드록시 그룹 피크가 없음을 확인할 수 있었으며, 에틴닐 그룹에 해당하는 프로톤 피크도 확인하여 가교가능한 에틴닐 그룹이 치환 되었음을 확인할 수 있다. In the 1H-NMR analysis results in Figures 1 to 6, for comparison, E-SFQK polymer incorporating ethynyl group by polymerization with hydroquinonesulfonic acid potassium salt and decafluorobiphenyl. Compared with, it was confirmed that there is no hydroxy group peak of the monomer, proton peak corresponding to the ethynyl group can also be confirmed that the crosslinkable ethynyl group is substituted.
또한 고분자의 피크에 해당하는 피크들이 나타남을 알 수 있다. 또한 19F-NMR 분석 결과, 피크가 2개만 나타나 데카플루오로바이페닐 그룹의 파라 위치에 F가 중합 반응에 참여하여 떨어져 나갔음을 확인할 수 있다.It can also be seen that the peaks corresponding to the peaks of the polymer appear. In addition, as a result of 19F-NMR analysis, only two peaks appeared, indicating that F dropped in the para position of the decafluorobiphenyl group by participating in the polymerization reaction.
제조예Production Example 16 : 고분자 16: polymer 전해질막의Electrolyte membrane 제조 Produce
상기 제조예 1 내지 제조예 15에 의해 합성된 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 용매에 녹인 후, 0.45 ㎛ ~ 1 ㎛ 의 PTFE 멤브 레인 필터를 이용하여 여과한다. 그 후, 깨끗한 유리판 지지체에 고분자 용매를 주물(casting) 방법으로 유리판 위에 부은 후, 40℃ 오븐에 24시간동안 방치한다.Sulfonated poly (arylene ether) copolymers having a crosslinked structure synthesized in Preparation Examples 1 to 15 were dissolved in a solvent, and then filtered using a 0.45 µm to 1 µm PTFE membrane filter. Thereafter, the polymer solvent is poured onto the glass plate by a casting method on a clean glass plate support, and then left in a 40 ° C. oven for 24 hours.
계속해서, 고분자 말단의 가교를 위해 80℃~350℃의 온도에서 30분 이상 열처리를 수행한다. 또한, 바람직하기로는 상기 열처리는 250℃ ~ 260℃에서 2시간 이상 열처리를 수행한다. Subsequently, heat treatment is performed for 30 minutes or more at a temperature of 80 ° C to 350 ° C for crosslinking of the polymer terminal. Also, preferably, the heat treatment is performed at 250 ° C. to 260 ° C. for at least 2 hours.
이때, 사용 가능한 용매로는 이중극성 용매(dipolar solvent)로 구체적으로는 N, N'-디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸술폭사이드(DMSO) 또는 N-메틸피롤리돈(NMP)을 사용할 수 있다.At this time, the solvent used may be a dipolar solvent, specifically N, N' -dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO) or N-methylpyrrolidone (NMP) can be used.
열처리가 끝난 후, 상온으로 식힌 뒤 산 처리를 통해 상기 반응식 2 내지 반응식 15에서 제조된 고분자의 술폰부분의 염이온(Na+, K+, alkyl amonium ion)을 수소로 치환시킨다.After the heat treatment is completed, the reaction is cooled to room temperature and acid treatment to replace the salt ions (Na + , K + , alkyl amonium ion) of the sulfonate of the polymer prepared in
산 처리하는 방법은 2노르말 농도의 황산(H2SO4) 수용액, 1노르말 농도의 질산(HNO3) 수용액 또는 1노르말 농도의 염산(HCl) 수용액에 24 시간 동안 담근 후 증류수에 24 시간 동안 담궈두거나 0.5 몰농도의 황산(H2SO4) 수용액에 넣어 2시간 동안 끓이는 방법을 이용하는데, 산 처리하는 방법이 이에 한정되는 것은 아니다. 산 처리한 고분자 전해질 막을 24 시간 동안 증류수에 담궈 놓은 뒤 양이온 전도도를 측정한다.The acid treatment method is immersed in an aqueous solution of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) at 2 normal concentration, an aqueous solution of nitric acid (HNO 3 ) at 1 normal concentration, or an aqueous solution of hydrochloric acid (HCl) at 1 normal concentration for 24 hours, and then soaked in distilled water for 24 hours. It is placed in a solution of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) of 0.5 molar concentration or boiling for 2 hours, but the acid treatment method is not limited thereto. The acid treated polymer electrolyte membrane was immersed in distilled water for 24 hours and then the cationic conductivity was measured.
상기 제조예 1 내지 제조예 15에 의한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들의 명칭에 따라, 제조된 고분자막의 명칭도 별도로 부여한다. 즉, 제조예 1에 서의 E-SFQK-6F를 이용하여 고분자막을 제조한 경우, 그 고분자막의 명칭은 CSFQH-6F로 지칭한다. 즉, 제조예 1 내지 제조예 15에 개시된 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 이용한 15종의 고분자막들의 명칭은 제조예의 순서에 따라, CSFQH-6F, CSFQH-BP, CSFQH-HQ, CSFQH-6H, CSFQH-2BP, CSFQH-DPE, CSPECN-HQ, CSPEK-6F, CSPEK-BP, CSPAEK-BP, CSPAEK-6F, CSPAESO-BP, CSPAESO-6F, CSPEKK-BP, CSPEKK-6F로 지칭한다.According to the names of the sulfonated poly (arylene ether) copolymers according to Preparation Examples 1 to 15, the name of the prepared polymer membrane is also given separately. That is, when the polymer membrane was prepared using E-SFQK-6F in Preparation Example 1, the name of the polymer membrane is referred to as CSFQH-6F. Namely, the names of the 15 polymer membranes using the sulfonated poly (arylene ether) copolymers disclosed in Preparation Examples 1 to 15 were CSFQH-6F, CSFQH-BP, CSFQH-HQ, and CSFQH according to the order of Preparation Example. -6H, CSFQH-2BP, CSFQH-DPE, CSPECN-HQ, CSPEK-6F, CSPEK-BP, CSPAEK-BP, CSPAEK-6F, CSPAESO-BP, CSPAESO-6F, CSPEKK-BP, CSPEKK-6F.
하기의 표 1은 상기 15종의 고분자막의 용해도를 측정한것이다.Table 1 below shows the solubility of the 15 polymer membranes.
[표 1]TABLE 1
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 고분자 전해질막은 어느 용매에도 녹지 않아 고분자 전해질막이 가교가 되었음을 나타낸다. 또한, 화학적으로 매우 안정할 뿐 아니라 치수 안정성이 뛰어남을 알 수 있다.As can be seen in Table 1, the polymer electrolyte membrane was not dissolved in any solvent, indicating that the polymer electrolyte membrane was crosslinked. In addition, it can be seen that not only is very chemically stable but also excellent in dimensional stability.
도 7 및 도 8에서 알 수 있듯이, 하이드로퀴논술포닉 에시드 포타슘 쏠트(hydroquinonesulfonic acid potassium salt)와 데카플루오로바이페 닐(decafluorobiphenyl)로 중합하여 에틴닐그룹을 도입한 E-SFQK 고분자로 제조한 전해질막 CSFQH와 비교하였으며, FT-IR을 통해 가교된 고분자 전해질막의 구조는 분석된다.As can be seen in FIGS. 7 and 8, an electrolyte made of an E-SFQK polymer in which an ethynyl group is introduced by polymerizing with hydroquinonesulfonic acid potassium salt and decafluorobiphenyl. Compared with the membrane CSFQH, the structure of the polymer electrolyte membrane crosslinked through FT-IR is analyzed.
또한, 제조예 16에서 제조된 고분자 전해질막들의 유리전이온도(Tg)를 시차주사열량법에 의해 10℃/min로 질소분위기 하에서 측정하였다. 도 9, 도 10, 도 11, 도 12 내지 도 13에서 알 수 있듯이 200℃ 이상으로 현재 상용화 상태인 나피온의 열적 안정성보다 월등히 높음을 알 수 있다. 또한, 열분해 온도(Td)도 300℃ 이상으로 열안정성이 매우 우수하다.In addition, the glass transition temperature (Tg) of the polymer electrolyte membranes prepared in Preparation Example 16 was measured under a nitrogen atmosphere at 10 ° C./min by differential scanning calorimetry. As can be seen in Figures 9, 10, 11, 12 to 13 it can be seen that the thermal stability of Nafion which is currently commercialized at 200 ° C or more. In addition, the thermal decomposition temperature Td is also 300 ° C or higher, which is very excellent in thermal stability.
상기 도 9, 도 10, 도 11, 도 12 및 도 13에서 고분자 절해질막의 명칭인 CSFQH90-6F, CSFQH80-6F, CSFQH70-6F, CSFQH90-BP, CSFQH80-BP, CSFQH70-BP는 다음과 같은 의미를 가진다. 즉, CSFQH90-6F는 상기 제조예 1에서 제조된 E-SFQK90-6F를 이용하여 형성된 고분자 전해질막을 지칭하는 것이며, CSFQH90-BP는 상기 제조예 2에서 제조된 E-SFQK90-BP를 이용하여 형성된 고분자 전해질막을 지칭하는 것이며, CSFQH90-HQ는 상기 제조예 3에서 제조된 E-SFQK90-HQ를 이용하여 형성된 고분자 전해질막을 지칭하는 것이며, CSFQH90-6H는 상기 제조예 4에서 제조된 E-SFQK90-6H를 이용하여 형성된 고분자 전해질막을 지칭하는 것이며, CSFQH90-DPE는 상기 제조예 6에서 제조된 E-SFQK90-DPE를 이용하여 형성된 고분자 전해질막을 지칭하는 것이다.9, 10, 11, 12, and 13, the names of the polymer membranes, CSFQH90-6F, CSFQH80-6F, CSFQH70-6F, CSFQH90-BP, CSFQH80-BP, CSFQH70-BP means the following Has That is, CSFQH90-6F refers to a polymer electrolyte membrane formed using E-SFQK90-6F prepared in Preparation Example 1, and CSFQH90-BP refers to a polymer formed using E-SFQK90-BP prepared in Preparation Example 2. Refers to the electrolyte membrane, CSFQH90-HQ refers to the polymer electrolyte membrane formed using E-SFQK90-HQ prepared in Preparation Example 3, CSFQH90-6H refers to the E-SFQK90-6H prepared in Preparation Example 4 It refers to the polymer electrolyte membrane formed using, CSFQH90-DPE refers to the polymer electrolyte membrane formed using the E-SFQK90-DPE prepared in Preparation Example 6.
또한, 도 14에서 개시된 바와 같이 제조된 고분자 전해질막은 투명하며 비결정성임을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the polymer electrolyte membrane prepared as disclosed in FIG. 14 is transparent and amorphous.
상기 제조예 16에서 제조된 고분자 전해질막의 물흡수율(water uptake) 및 양이온 전도도(proton conductivity)를 현재 상용화되어 있는 나피온과 비교하여 다음의 표 2로 나타낸다.The water uptake and cation conductivity of the polymer electrolyte membrane prepared in Preparation Example 16 are shown in Table 2 below in comparison with Nafion which is currently commercialized.
[표 2]TABLE 2
상기 표 2에서 알 수 있듯이, 고분자 전해질막으로서 가장 중요한 특성인 양 이온 전도도가 나피온에 비하여 많이 향상되고, 물 흡수율이 낮아짐을 알 수 있다.As can be seen in Table 2, it can be seen that the positive ion conductivity, which is the most important property as the polymer electrolyte membrane, is much improved compared to Nafion, and the water absorption rate is lowered.
제2 2nd 실시예Example
본 발명의 제2 실시예에 따른 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 말단에 가교구조를 가지며 하기의 화학식 4에 따른다.The sulfonated poly (arylene ether) copolymer according to the second embodiment of the present invention has a crosslinked structure at the end and is represented by the following
[화학식 4][Formula 4]
상기 화학식 4에서 SAr은 술폰화된 방향족(sulfonated aromatic)을 나타낸다.In
상기 화학식 4에서 SAr은 ,, , 또는 이다.SAr in
또한, Ar1 및 Ar2는 술폰화되지 않은 방향족을 나타내며, 서로 같거나 다를 수 있다.In addition, Ar1 and Ar2 represent unsulfonated aromatics and may be the same or different from each other.
상기 Ar1 또는 Ar2는 또는 이다. Ar1 or Ar2 is or to be.
Y는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합, -O-, -S-, , , , , , , , , 또는 이며, A는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합, -O-, -S-, , , , , 또는 이며, E는 H, F, C1 ~ C5 또는 이다.Y is a single bond, -O-, -S-, , , , , , , , , or A is a single bond, -O-, -S-, , , , , or E is H, F, C1 to C5 or to be.
또한, Y에서 는 연결부분이 오르소, 메타, 파라 위치에 올 수 있는 벤젠구조를 나타내며, 는 불소(F)가 완전히 치환되어 있으며 연결부분이 오르소, 메타, 파라 위치에 올수 있는 벤젠구조를 의미한다. 즉 라 함은 연결부분이 오르소 (), 메타 (), 파라 () 위치에 올수 있는 불소 가 완전히 치환된 벤젠구조들을 의미한다. 또한 E에서 H는 수소를, F는 불소를, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조를 는 L이 벤젠에 치환되어 있는 벤젠구조를 의미한다. 상기 구조식에서 L은 H, F, C1 ~ C5 를 나타내며, H는 수소를, F는 불소를, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조를 의미한다.Also, in Y Represents a benzene structure in which the linking moiety can be in the ortho, meta, or para position, Refers to a benzene structure in which fluorine (F) is completely substituted and the linking portion can be at ortho, meta and para positions. In other words Means the connection is ortho ( ), Meta ( ), Para ( Benzene structure that is completely substituted with fluorine which may be at position). In E, H represents hydrogen, F represents fluorine, and C1 to C5 represent an alkyl structure having hydrogen or fluorine substituted with 1 to 5 carbon atoms. Means a benzene structure in which L is substituted for benzene. In the above structural formula, L represents H, F, C1 ~ C5, H means hydrogen, F is fluorine, C1 ~ C5 means an alkyl structure substituted with hydrogen or fluorine having 1 to 5 carbon atoms.
또한, Z는 벤젠의 탄소와 -SO3 -M+ 가 직접 연결되어 있는 결합, , 또는 이며 오르소, 메타, 파라 구조의 위치에 올 수 있다. Z에서 Y는 앞서 설명한 Y와 의미가 같다.In addition, Z is a bond in which carbon of benzene and -SO 3 - M + are directly connected, , or And can come in positions of ortho, meta, and para structures. Y in Z has the same meaning as Y described above.
M+는 양이온 전하를 가진 염이온(counterion)이며 칼륨 이온(K+), 나트륨 이온(Na+), 알킬 아민(+NR4) 등을 나타내며, 바람직하게는 칼륨 이온이나 나트륨 이온이다. M + is a counterion with a cationic charge and represents potassium ions (K + ), sodium ions (Na + ), alkyl amines ( + NR 4), and the like, and preferably potassium ions or sodium ions.
CM1 또는 CM2는 가교할 수 있는 부분(Crosslinkable moiety)을 나타내며, 또는 이다. CM1 또는 CM2에서 R은 R1이 치환되어있는 삼중결합(ethynyl part)(R= ), 이중결합(vinyl part)(R= ) 또는 이며 오르소, 메타, 파라 구조의 위치에 올 수 있다. 상기 R에서 G는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일 결합, -O-, -S- 또는 를 의미한다. 또한 R1은 H, F, C1 ~ C5 또는 이다. 상기 R1에서 H는 수소를, F는 불소를, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조, R2가 오르소, 메타, 파라 위치에 치환되어 있을 수 있는 벤젠구조()들을 갖는 치환체임을 나타낸다. R2는 H, X 또는 C1~C5이다. 상기 R2에서 H는 수소, C1 ~ C5는 탄소수가 1에서 5를 의미하는 수소 또는 플루오린이 치환되어 있는 알킬구조, X는 할로겐 원자(F, Cl, Br)에 해당되며, X의 경우는 다른 고분자 사슬의 하이드록시 그룹과의 중합을 이룰 수 있는 기능성 그룹이기도 하다. 또한 상기 화학식 1에서 k는 0.001 - 1.000 의 범위를 지니며, s = 1 - k 값을 가지며, n은 고분자 중합체의 반복단위(repeating unit)를 나타내며, n은 정수로서 10~500을 나타낸다.CM1 or CM2 represents a crosslinkable moiety, or to be. In CM1 or CM2, R is an ethynyl part in which R1 is substituted (R = ), The double part (R = ) or And can come in positions of ortho, meta, and para structures. G in R is a single bond, -O-, -S- or directly connected to carbon and carbon Means. R1 is also H, F, C1 to C5 or to be. In R1, H is hydrogen, F is fluorine, and C1 to C5 are hydrogen or fluorine-substituted alkyl structures having 1 to 5 carbon atoms, R2 may be substituted at ortho, meta and para positions. Benzene Structure It is a substituent having a). R2 is H, X or C1-C5. In R2, H is hydrogen, C1 to C5 is an alkyl structure substituted with hydrogen or fluorine having 1 to 5 carbon atoms, X is a halogen atom (F, Cl, Br), and in case of X another polymer It is also a functional group capable of polymerizing with the hydroxy group of the chain. In addition, in
본 발명에 따른 화학식 4의 말단에 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 다음 반응식 16의 제조방법에 따르며 더욱 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The sulfonated poly (arylene ether) copolymer containing a crosslinked structure at the terminal of
[반응식 16]
[화학식 5] [Chemical Formula 5]
[화학식 6] [Formula 6]
[화학식 4] [Chemical Formula 4]
상기 반응식 16은 화학식 4를 제조하기 위한 반응 과정이다. 또한, 화학식 5의 고분자 중합체를 제조하는 방법은 축중합 방법이며, 반응에 참여하는 단량체는 다를 수 있다.
또한, 상기 반응식 4에서 사용된 술폰화된 단량체(X-SAr-X)는 디할라이드 단량체를 사용한다. 상기 반응식 16을 통해 가교구조를 가진 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제조할 수 있다.In addition, the sulfonated monomer (X-SAr-X) used in
또한, 상기 반응식 16에서 k는 0.001~1의 범위를 가지며, s=1-k 값을 가지고, (k+s)/m은 0.8~1.2의 범위값을 가진다. 또한, k, s, m은 반응에 참여하는 단량체의 몰비율을 나타낸다.In addition, in
여기서 화학식 6은 하이드록시기가 치환된 단량체()와 할라이드가 치환된 단량체()로 나뉠 수 있는데, 반응식 16에서의 (k+s)/m이 1 이하의 값을 가지는 경우, 할라이드가 치환된 단량체()를 사용하고, (k+s)/m이 1 이상의 값을 가지는 경우, 하이드록시가 치환된 단량체()를 사용한다. 또한, 화학식 6의 R2가 X일 경우에는 반응식 16에서 (k+s)/m의 값에 상관없이 하이드록시가 치환된 단량체()를 사용할 수 있다.Where
상기 반응식 16의 제조과정에서, 술폰화되지 않은 디하이드록시 단량체를 활성화시킨다. 상기 활성화 과정은 디하이드록시 단량체가 디할라이드 단량체와의 축중합 반응이 용이하도록 하는 과정이다. 또한, 상기 술폰화된 디할라이드 단량체 및 술폰화되지 않은 디할라이드 단량체는 디하이드록시 단량체와 동일 단계에서 제조공정에 투입될 수 있다.In the preparation of
먼저, 염기, 공비 용액 및 비양자성 극성용매(aprotic polar solvent)로 구성된 용매 존재 하에서 0℃ ~ 300℃ 온도 범위로 1 내지 100시간 축중합 반응하여, 상기 화학식 5에 해당하는 고분자 중합체를 제조한다. 또한, 제조의 형태에 따라 상기 비양자성 극성용매 대신에 양성자성 극성용매(protic polar solvent)가 사용될 수 있다.First, a polycondensation reaction is carried out for 1 to 100 hours at a temperature range of 0 ° C. to 300 ° C. in the presence of a solvent composed of a base, an azeotropic solution, and an aprotic polar solvent, to prepare a polymer according to Chemical Formula 5. In addition, a protic polar solvent may be used instead of the aprotic polar solvent depending on the type of preparation.
계속해서, 상기 화학식 5의 고분자 중합체와 상기 화학식 6의 하이드록시가 치환된 단량체 또는 할라이드가 치환된 단량체를 이용하여 상기 화학식 4의 말단에 가교구조가 치환된 고분자 중합체를 형성한다. 상기 화학식 4의 형성반응은 상기 화학식 5의 고분자 중합체를 만드는 방식과 실질적으로 동일하다.Subsequently, a polymer polymer having a crosslinked structure is formed at the terminal of
즉, 활성화 단계 및 축중합 단계를 이용하여 상기 화학식 4의 가교구조가 치환된 고분자 중합체를 제조한다. 또한, 활성화 단계 후의 축중합 단계 이전에 공비 용매를 제거하는 단계가 더 개재될 수 있다.That is, using the activation step and the condensation polymerization step to prepare a polymer substituted with the cross-linked structure of the formula (4). In addition, the step of removing the azeotropic solvent may be further interposed before the condensation polymerization step after the activation step.
또한, 본 실시예에서는 상기 화학식 5로 표시되는 고분자의 열적 안정성, 전기화학적 특성, 필름형성 능력, 치수 안정성, 기계적 안정성, 화학적 특성, 물리적 특성, 셀 성능 등의 향상을 위해, 고분자 사슬의 말단에 열적 가교가 가능한 가교결합성기를 포함하는 CM(Crosslinkable Moiety)1 또는 CM2를 축중합 반응에 의하여 치환시켜서 화학식 4의 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제조한다.In addition, in the present embodiment, to improve the thermal stability, electrochemical properties, film forming ability, dimensional stability, mechanical stability, chemical properties, physical properties, cell performance, etc. of the polymer represented by the formula (5), at the end of the polymer chain Crosslinkable Moiety (CM) 1 or CM2 including a crosslinkable group capable of thermally crosslinking is substituted by a polycondensation reaction to prepare a sulfonated poly (arylene ether) copolymer containing a crosslinking structure of formula (4).
본 발명이 목적하는 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 합성을 위한 축중합 반응 및 가교결합성기 도입 반응에는 염기로서 알칼리 금속 또는 알칼리토금속의 수산화물, 탄산염, 황산염 중에서 선택된 무기염기를 사용하거나, 암모니아를 비롯한 통상의 아민류 중에서 선택된 무기염기를 사용할 수 있다.The polycondensation reaction and the crosslinkable group introduction reaction for the synthesis of sulfonated poly (arylene ether) copolymer containing a crosslinked structure of the present invention include inorganic, selected from hydroxides, carbonates and sulfates of alkali or alkaline earth metals as bases. It is possible to use a base or an inorganic base selected from common amines including ammonia.
또한, 상기 반응 용매로는 N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF), N,N-디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸설폭사이드 (DMSO) 등의 비양자성 극성용매 또는 메틸렌클로라이드(CH2Cl2), 클로로포름(CH3Cl), 테트라하이드로퓨란(THF) 등의 양성자성 극성용매가 사용될 수 있으며, 공비용매로서 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등이 사용될 수 있다.As the reaction solvent, aprotic polar solvents or methylene chlorides such as N -methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), N, N -dimethylacetamide (DMAc), and dimethyl sulfoxide (DMSO) Protic polar solvents such as (CH 2 Cl 2 ), chloroform (CH 3 Cl) and tetrahydrofuran (THF) may be used, and benzene, toluene, xylene or the like may be used as a non-solvent.
이상에서 설명한 바와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 열적 안정성, 필름형성 능력, 기계적 안정성, 화학적 특성, 물리적 특성, 셀 성능 등에서는 기존의 술폰네이션된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체나 현재 상용화된 고분자 전해질막으로 사용되는 나피온 막과 동등 또는 그 이상의 수준을 유지하면서도 전기 화학적 특성, 특히 양이온 전도도와 셀 성능 면에서는 월등히 향상된 효과를 나타낼 뿐 아니라 수분에 장시간 노출되어도 전해질막 특성의 변화가 없어 높은 치수안정성의 결과를 보였다.The sulfonated poly (arylene ether) copolymer containing the crosslinked structure of the present invention prepared by the method as described above is conventional in thermal stability, film forming ability, mechanical stability, chemical properties, physical properties, cell performance, etc. Maintains the same or better levels of sulfonated poly (arylene ether) copolymers or the Nafion membranes currently used as commercially available polymer electrolyte membranes, while providing significantly improved effects on electrochemical properties, particularly cationic conductivity and cell performance. In addition, even after prolonged exposure to moisture, electrolyte membrane properties did not change, resulting in high dimensional stability.
이와 같은 본 발명은 다음의 제조예들에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Such the present invention will be described in more detail based on the following production examples, but the present invention is not limited thereto.
제조예Production Example 17 : 17: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- DSPESODSPESO -6F)-6F)
[반응식 17]Scheme 17
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 E-DSPESO-6F를 합성하였으며, 다만 술폰화된 단량체로 3,3’-디술폰네이티드-4,4’-디플루오로디페닐 설폰(3,3’-disulfonated-4,4’-difluorodiphenyl sulfone), 술폰화되지 않은 디할라이드 단량체로 4,4’-디플루오로디페닐 설폰(4,4’-difluorodiphenyl sulfone), 디하이드록시 단량체로 4,4’-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol)을 사용하여 중합을 하였다. E-DSPESO-6F was synthesized in the same manner as in Preparation Example 1 except that 3,3'-disulfonated-4,4'-difluorodiphenyl sulfone (3,3'-disulfonated) was used as a sulfonated monomer. -4,4'-difluorodiphenyl sulfone), 4,4'-difluorodiphenyl sulfone as an unsulfonated dihalide monomer, 4,4 '-(hexa as dihydroxy monomer The polymerization was carried out using fluoroisopropylidene) diphenol ((4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol).
활성화 단계의 온도를 150℃ ~ 170℃ 범위에서 6 ~ 8 시간 진행되었고, 반응온도를 170℃ ~ 180℃ 로 변화시켜주어 중합을 실시하였다. The temperature of the activation step was performed for 6 to 8 hours in the range of 150 ° C to 170 ° C, and the polymerization was carried out by changing the reaction temperature to 170 ° C to 180 ° C.
3,3’-디술폰네이티드-4,4’-디플루오로디페닐 설폰(3,3’-disulfonated-4,4’-difluorodiphenyl sulfone)과 4,4’-디플루오로디페닐 설폰(4,4’-difluorodiphenyl sulfone)의 몰비를 10 mmol : 10 mmol (k:s=0.5:0.5), 9 mmol : 11 mmol (k:s=0.45:0.55), 8 mmol : 12 mmol (k:s=0.4:0.6), 7 mmol : 13 mmol (k:s=0.35:0.65), 6 mmol : 14mmol (k:s=0.3:0.7)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조한다.3,3'-disulfonated-4,4'-difluorodiphenyl sulfone (3,3'-disulfonated-4,4'-difluorodiphenyl sulfone) and 4,4'-difluorodiphenyl sulfone (4, The molar ratio of 4'-difluorodiphenyl sulfone) is 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 9 mmol: 11 mmol (k: s = 0.45: 0.55), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4 : 0.6), 7 mmol: 13 mmol (k: s = 0.35: 0.65), 6 mmol: 14 mmol (k: s = 0.3: 0.7) to form sulfonated poly (arylene ether) copolymers having a crosslinked structure. Manufacture.
상술한 k : s의 비율의 변화에 따라 제조된 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르 공중합체들을 각각 순서에 따라, E-DSPESO50-6F, E-DSPESO45-6F, E-DSPESO40-6F, E-DSPESO35-6F, E-DSPESO30-6F로 지칭한다. 각각의 생성물의 수율은 90 % 이상이었다.The sulfonated poly (arylene ether copolymers) prepared according to the above-described change in the ratio of k: s, in order, E-DSPESO50-6F, E-DSPESO45-6F, E-DSPESO40-6F, and E-DSPESO35, respectively. -6F, E-DSPESO30-6F The yield of each product was at least 90%.
제조예Production Example 18 : 18: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- DSPESODSPESO -- BPBP ))
[반응식 18]
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 E-DSPESO-BP를 합성하였으며, 다만 술폰화된 단량체로 3,3’-디술폰네이티드-4,4’-디플루오로디페닐 설폰(3,3’-disulfonated-4,4’-difluorodiphenyl sulfone), 술폰화되지 않은 디할라이드 단량체로 4,4’-디플루오로디페닐 설폰 (4,4’-difluorodiphenyl sulfone), 디하이드록시 단량체로 4,4’-바이페놀(4,4‘-biphenol)을 사용하여 중합을 하였다. E-DSPESO-BP was synthesized in the same manner as in Preparation Example 1 except that 3,3'-disulfonated-4,4'-difluorodiphenyl sulfone (3,3'-disulfonated) was used as a sulfonated monomer. -4,4'-difluorodiphenyl sulfone), 4,4'-difluorodiphenyl sulfone as an unsulfonated dihalide monomer, 4,4'-biphenol as a dihydroxy monomer Polymerization was carried out using (4,4'-biphenol).
활성화 단계의 온도를 150℃ ~ 170℃ 범위에서 6 ~ 8 시간 진행되었고, 반응온도를 170℃ ~ 180℃ 로 변화시켜주어 중합을 실시하였다. The temperature of the activation step was performed for 6 to 8 hours in the range of 150 ° C to 170 ° C, and the polymerization was performed by changing the reaction temperature to 170 ° C to 180 ° C.
3,3’-디술폰네이티드-4,4’-디플루오로디페닐 설폰(3,3’-disulfonated-4,4’-difluorodiphenyl sulfone)과 4,4’-디플루오로디페닐 설폰(4,4’-difluorodiphenyl sulfone)의 몰비를 10 mmol : 10 mmol (k:s=0.5:0.5), 9 mmol : 11 mmol (k:s=0.45:0.55), 8 mmol : 12 mmol (k:s=0.4:0.6), 7 mmol : 13 mmol (k:s=0.35:0.65), 6 mmol : 14mmol (k:s=0.3:0.7)으로 하여 가교구조를 가지는 술 폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다.3,3'-disulfonated-4,4'-difluorodiphenyl sulfone (3,3'-disulfonated-4,4'-difluorodiphenyl sulfone) and 4,4'-difluorodiphenyl sulfone (4, The molar ratio of 4'-difluorodiphenyl sulfone) is 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 9 mmol: 11 mmol (k: s = 0.45: 0.55), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4 : 0.6), 7 mmol: 13 mmol (k: s = 0.35: 0.65), 6 mmol: 14 mmol (k: s = 0.3: 0.7) to form sulfonated poly (arylene ether) copolymers having a crosslinked structure. Prepared.
상술한 k : s의 비율의 변화에 따라 제조된 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르 공중합체들을 각각 순서에 따라, E-DSPESO50-BP, E-DSPESO45-BP, E-DSPESO40-BP, E-DSPESO35-BP, E-DSPESO30-BP로 지칭한다. 각각의 생성물의 수율은 90 % 이상이었다.The sulfonated poly (arylene ether copolymers) prepared according to the above-described change in the ratio of k: s, respectively, in order, E-DSPESO50-BP, E-DSPESO45-BP, E-DSPESO40-BP, E-DSPESO35 -BP, E-DSPESO30-BP The yield of each product was at least 90%.
제조예Production Example 19 : 19: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- DSPEKDSPEK -6F)-6F)
[반응식 19]Scheme 19
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 E-DSPEK-6F를 합성하였으며, 다만 술폰화된 단량체로 3,3’-디술폰네이티드-4,4’-디플루오로벤조페논(3,3’-disulfonated-4,4’-difluorobenzophenone), 술폰화되지 않은 디할라이드 단량체로 4,4’-디플루오로벤조페논(4,4’-difluorobenzophenone), 디하이드록시 단량체로 4,4’-(헥사플 루오로이소프로필리덴)디페놀((4,4’-hexafluoroisopropylidene)diphenol)을 사용하여 중합을 하였다. E-DSPEK-6F was synthesized in the same manner as in Preparation Example 1 except that 3,3'-disulfonated-4,4'-difluorobenzophenone (3,3'-disulfonated) was used as a sulfonated monomer. -4,4'-difluorobenzophenone), 4,4'-difluorobenzophenone as an unsulfonated dihalide monomer, 4,4 '-(hexafluoro as a dihydroxy monomer The polymerization was carried out using leusopropylidene) diphenol ((4,4'-hexafluoroisopropylidene) diphenol).
활성화 단계의 온도를 150℃ ~ 170℃ 범위에서 6 ~ 8 시간 진행되었고, 반응온도를 170℃ ~ 180℃로 변화시켜주어 중합을 실시하였다. The temperature of the activation step was performed for 6 to 8 hours in the range of 150 ° C to 170 ° C, and the polymerization was carried out by changing the reaction temperature to 170 ° C to 180 ° C.
3,3’-디술폰네이티드-4,4’-디플루오로벤조페논(3,3’-disulfonated-4,4’-difluorobenzophenone)과 4,4’-디플루오로벤조페논(4,4’-difluorobenzophenone)의 몰비를 10 mmol : 10 mmol (k:s=0.5:0.5), 9 mmol : 11 mmol (k:s=0.45:0.55), 8 mmol : 12 mmol (k:s=0.4:0.6), 7 mmol : 13 mmol (k:s=0.35:0.65), 6 mmol : 14mmol (k:s=0.3:0.7)으로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르)들을 제조하였다.3,3'-disulfonated-4,4'-difluorobenzophenone (3,3'-disulfonated-4,4'-difluorobenzophenone) and 4,4'-difluorobenzophenone (4,4 The molar ratio of '-difluorobenzophenone) is 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 9 mmol: 11 mmol (k: s = 0.45: 0.55), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6 ), 7 mmol: 13 mmol (k: s = 0.35: 0.65), 6 mmol: 14 mmol (k: s = 0.3: 0.7) to prepare a sulfonated poly (arylene ether) having a cross-linked structure.
상술한 k : s의 비율의 변화에 따라 제조된 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르 공중합체들을 각각 순서에 따라, E-DSPEK50-6F, E-DSPEK45-6F, E-DSPEK40-6F, E-DSPEK35-6F, E-DSPEK30-6F라 지칭한다. 각각의 생성물의 수율은 90 % 이상이었다.The sulfonated poly (arylene ether copolymers) prepared according to the above-described change in the ratio of k: s, in order, E-DSPEK50-6F, E-DSPEK45-6F, E-DSPEK40-6F, and E-DSPEK35, respectively. -6F, E-DSPEK30-6F The yield of each product was at least 90%.
제조예Production Example 20 : 20: 가교구조를Crosslinked structure 가지는 Branch 술폰화된Sulfonated 폴리Poly (( 아릴렌Arylene 에테르) 공중합체의 제조(E- Ether) Preparation of Copolymers (E- DSPEKDSPEK -- BPBP ))
[반응식 20]
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 E-DSPEK-BP를 합성하였으며, 다만 술폰화된 단량체로 3,3’-디술폰네이티드-4,4’-디플루오로벤조페논(3,3’-disulfonated-4,4’-difluorobenzophenone), 술폰화되지 않은 디할라이드 단량체로 4,4’-디플루오로벤조페논(4,4’-difluorobenzophenone), 디하이드록시 단량체로 4,4’-바이페놀(4,4‘-biphenol)을 사용하여 중합을 하였다. 활성화 단계의 온도를 150℃ ~ 170℃ 범위에서 6 ~ 8 시간 진행되었고, 반응온도를 170℃ ~ 180℃로 변화시켜주어 중합을 실시하였다.E-DSPEK-BP was synthesized in the same manner as in Preparation Example 1 except that 3,3'-disulfonated-4,4'-difluorobenzophenone (3,3'-disulfonated) was used as a sulfonated monomer. -4,4'-difluorobenzophenone), 4,4'-difluorobenzophenone as unsulfonated dihalide monomer, 4,4'-biphenol as dihydroxy monomer (4 , 4'-biphenol) was used for polymerization. The temperature of the activation step was performed for 6 to 8 hours in the range of 150 ° C to 170 ° C, and the polymerization was carried out by changing the reaction temperature to 170 ° C to 180 ° C.
3,3’-디술폰네이티드-4,4’-디플루오로벤조페논(3,3’-disulfonated-4,4’-difluorobenzophenone)과 4,4’-디플루오로벤조페논(4,4’-difluorobenzophenone)의 몰비를 10 mmol : 10 mmol (k:s=0.5:0.5), 9 mmol : 11 mmol (k:s=0.45:0.55), 8 mmol : 12 mmol (k:s=0.4:0.6), 7 mmol : 13 mmol (k:s=0.35:0.65), 6 mmol : 14mmol (k:s=0.3:0.7)로 하여 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들을 제조하였다.3,3'-disulfonated-4,4'-difluorobenzophenone (3,3'-disulfonated-4,4'-difluorobenzophenone) and 4,4'-difluorobenzophenone (4,4 The molar ratio of '-difluorobenzophenone) is 10 mmol: 10 mmol (k: s = 0.5: 0.5), 9 mmol: 11 mmol (k: s = 0.45: 0.55), 8 mmol: 12 mmol (k: s = 0.4: 0.6 ), 7 mmol: 13 mmol (k: s = 0.35: 0.65), 6 mmol: 14 mmol (k: s = 0.3: 0.7) to prepare sulfonated poly (arylene ether) copolymers having a crosslinked structure. .
상술한 k : s의 비율의 변화에 따라 제조된 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르 공중합체들을 각각 순서에 따라, E-DSPEK50-BP, E-DSPEK45-BP, E-DSPEK40-BP, E-DSPEK35-BP, E-DSPEK30-BP라 지칭한다. 각각의 생성물의 수율은 90 % 이상이었다.The sulfonated poly (arylene ether copolymers) prepared according to the above-described change in the ratio of k: s, in order, E-DSPEK50-BP, E-DSPEK45-BP, E-DSPEK40-BP, E-DSPEK35, respectively. -BP, E-DSPEK30-BP The yield of each product was at least 90%.
제조예Production Example 21 : 고분자 21: polymer 전해질막의Electrolyte membrane 제조( Produce( CDSPESOCDSPESO -6F, -6F, CDSPESOCDSPESO -- BPBP , , CDSPEKCDSPEK -6F, -6F, CDSPEKCDSPEK -- BPBP ))
상기 제조예 17 내지 제조예 20에서 제조된 가교구조를 가지는 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들인 E-DSPESO-6F, E-DSPESO-BP, E-DSPEK-6F, E-DSPEK-BP를 이용하여 고분자 전해질막인 CDSPESO-6F, CDSPESO-BP, CDSPEK-6F, CDSPEK-BP를 제조한다. 고분자 전해질막의 명칭은 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체들이 나열된 순서대로 부여한 것이다. 즉, E-DSPESO-6F를 이용한 고분자 전해질막은 CDSPESO-6F라 지칭하며, E-DSPEK-BP를 이용한 고분자 전해질막은 CDSPEK-BP라 지칭한다.E-DSPESO-6F, E-DSPESO-BP, E-DSPEK-6F, and E-DSPEK-BP which are sulfonated poly (arylene ether) copolymers having a crosslinked structure prepared in Preparation Examples 17-20. The polymer electrolyte membranes CDSPESO-6F, CDSPESO-BP, CDSPEK-6F, and CDSPEK-BP are prepared by using the same. The polymer electrolyte membrane is named after sulfonated poly (arylene ether) copolymers in the order listed. That is, the polymer electrolyte membrane using E-DSPESO-6F is referred to as CDSPESO-6F, and the polymer electrolyte membrane using E-DSPEK-BP is referred to as CDSPEK-BP.
또한, 고분자 전해질막으 제조방법은 상기 제1 실시예의 제조예 16에 개시된 바와 동일한 방법을 사용한다.In addition, the method of manufacturing the polymer electrolyte membrane uses the same method as described in Preparation Example 16 of the first embodiment.
제조된 고분자 전해질막들의 용해도 측정결과는 하기의 표 3에 나타난다.The solubility measurement results of the prepared polymer electrolyte membranes are shown in Table 3 below.
[표 3][Table 3]
상기 표 3에서 알 수 있듯이 고분자 전해질막은 어느 용매에도 녹지 않아 고분자 전해질막이 가교가 되었음을 알 수 있다. 또한, 화학적으로 매우 안정하며, 치수 안정성이 뛰어남을 알 수 있다.As can be seen in Table 3, the polymer electrolyte membrane is not dissolved in any solvent, and thus the polymer electrolyte membrane is crosslinked. In addition, it is chemically very stable, it can be seen that the dimensional stability is excellent.
도 1은 본 발명의 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(E-SFQK-6Fs)의 1H-NMR과 19F-NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.1 shows the 1 H-NMR and 19 F-NMR spectra of the sulfonated poly (arylene ether) copolymers (E-SFQK-6Fs) containing the crosslinked structure of the present invention.
도 2은 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(E-SFQK-BPs)의 1H-NMR과 19F-NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.FIG. 2 shows the 1 H-NMR and 19 F-NMR spectra of sulfonated poly (arylene ether) copolymers (E-SFQK-BPs) containing crosslinked structures.
도 3은 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(E-SFQK-HQs)의 1H-NMR과 19F-NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.FIG. 3 shows the 1 H-NMR and 19 F-NMR spectra of sulfonated poly (arylene ether) copolymers (E-SFQK-HQs) containing crosslinked structures.
도 4은 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(E-SFQK-6Hs)의 1H-NMR과 19F-NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.FIG. 4 shows the 1 H-NMR and 19 F-NMR spectra of sulfonated poly (arylene ether) copolymers (E-SFQK-6Hs) containing crosslinked structures.
도 5은 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(E-SFQK-DPEs)의 1H-NMR과 19F-NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.FIG. 5 shows the 1 H-NMR and 19 F-NMR spectra of sulfonated poly (arylene ether) copolymers (E-SFQK-DPEs) containing crosslinked structures.
도 6은 가교구조를 함유한 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(E-SPEK-6Fs)의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.FIG. 6 shows the 1 H-NMR spectrum of a sulfonated poly (arylene ether) copolymer (E-SPEK-6Fs) containing crosslinked structure.
도 7은 가교된 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(CSFQH-6Fs)의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이다.7 shows FT-IR spectra of crosslinked sulfonated poly (arylene ether) copolymers (CSFQH-6Fs).
도 8은 가교된 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(CSFQH-BPs)의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이다.8 shows FT-IR spectra of crosslinked sulfonated poly (arylene ether) copolymers (CSFQH-BPs).
도 9은 가교된 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(CSFQH-6Fs)의 유리전이온도(Tg)와 열분해온도(Td)를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the glass transition temperature (Tg) and pyrolysis temperature (Td) of crosslinked sulfonated poly (arylene ether) copolymers (CSFQH-6Fs).
도 10은 가교된 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(CSFQH-BPs)의 유리전이온도(Tg)와 열분해온도(Td)를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing the glass transition temperature (Tg) and pyrolysis temperature (Td) of crosslinked sulfonated poly (arylene ether) copolymers (CSFQH-BPs).
도 11은 가교된 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(CSFQH-HQs)의 유리전이온도(Tg)와 열분해온도(Td)를 나타낸 그래프이다.FIG. 11 is a graph showing the glass transition temperature (Tg) and pyrolysis temperature (Td) of crosslinked sulfonated poly (arylene ether) copolymers (CSFQH-HQs).
도 12은 가교된 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(CSFQH-DPEs)의 유리전이온도(Tg)와 열분해온도(Td)를 나타낸 그래프이다.12 is a graph showing the glass transition temperature (Tg) and pyrolysis temperature (Td) of crosslinked sulfonated poly (arylene ether) copolymers (CSFQH-DPEs).
도 13은 가교된 술폰화된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체(CSFQH-6Hs)의 유리전이온도(Tg)와 열분해온도(Td)를 나타낸 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing the glass transition temperature (Tg) and pyrolysis temperature (Td) of crosslinked sulfonated poly (arylene ether) copolymer (CSFQH-6Hs).
도 14은 가교된 고분자 전해질 막의 사진이다.14 is a photograph of a crosslinked polymer electrolyte membrane.
Claims (18)
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