KR101532306B1 - Ion-conducting polymer comprising phenyl pendant substituted with at least two sulfonated aromatic groups - Google Patents

Ion-conducting polymer comprising phenyl pendant substituted with at least two sulfonated aromatic groups Download PDF

Info

Publication number
KR101532306B1
KR101532306B1 KR1020120134076A KR20120134076A KR101532306B1 KR 101532306 B1 KR101532306 B1 KR 101532306B1 KR 1020120134076 A KR1020120134076 A KR 1020120134076A KR 20120134076 A KR20120134076 A KR 20120134076A KR 101532306 B1 KR101532306 B1 KR 101532306B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
group
polymer
sulfonated
substituted
formula
Prior art date
Application number
KR1020120134076A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140066932A (en
Inventor
홍영택
이장용
김태호
유덕만
조은애
Original Assignee
한국화학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국화학연구원 filed Critical 한국화학연구원
Priority to KR1020120134076A priority Critical patent/KR101532306B1/en
Priority to PCT/KR2013/010663 priority patent/WO2014081235A1/en
Publication of KR20140066932A publication Critical patent/KR20140066932A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101532306B1 publication Critical patent/KR101532306B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/02Macromolecular compounds containing only carbon atoms in the main chain of the macromolecule, e.g. polyxylylenes
    • C08G61/10Macromolecular compounds containing only carbon atoms in the main chain of the macromolecule, e.g. polyxylylenes only aromatic carbon atoms, e.g. polyphenylenes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/02Macromolecular compounds containing only carbon atoms in the main chain of the macromolecule, e.g. polyxylylenes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22Films, membranes or diaphragms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L65/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1023Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having only carbon, e.g. polyarylenes, polystyrenes or polybutadiene-styrenes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10Definition of the polymer structure
    • C08G2261/12Copolymers
    • C08G2261/126Copolymers block
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10Definition of the polymer structure
    • C08G2261/13Morphological aspects
    • C08G2261/136Comb-like structures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14Side-groups
    • C08G2261/142Side-chains containing oxygen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14Side-groups
    • C08G2261/142Side-chains containing oxygen
    • C08G2261/1424Side-chains containing oxygen containing ether groups, including alkoxy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14Side-groups
    • C08G2261/146Side-chains containing halogens
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14Side-groups
    • C08G2261/148Side-chains having aromatic units
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/31Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating aromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/312Non-condensed aromatic systems, e.g. benzene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/40Polymerisation processes
    • C08G2261/41Organometallic coupling reactions
    • C08G2261/412Yamamoto reactions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/50Physical properties
    • C08G2261/51Charge transport
    • C08G2261/516Charge transport ion-conductive
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2365/00Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 2개 이상의 술폰화 방향족기로 치환된 페닐 펜던트를 포함하는 고분자, 상기 고분자의 제조방법, 상기 고분자를 포함하는 이온전도체, 상기 고분자를 포함하는 수지 조성물로부터 형성된 성형체 및 상기 고분자를 포함하는 수지 조성물로부터 성형된 전해질막을 구비한 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer comprising a phenylpentane substituted with two or more sulfonated aromatic groups, a method for producing the polymer, an ion conductor including the polymer, a molded article formed from the resin composition containing the polymer, and a resin containing the polymer To a battery having an electrolyte membrane formed from a composition.

Description

2개 이상의 술폰화 방향족기로 치환된 페닐 펜던트를 포함하는 고분자 이온전도체{Ion-conducting polymer comprising phenyl pendant substituted with at least two sulfonated aromatic groups}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a polymeric ion conductor comprising a phenyl-pendant substituted with at least two sulfonated aromatic groups,

본 발명은 2개 이상의 술폰화 방향족기로 치환된 페닐 펜던트를 포함하는 고분자, 상기 고분자의 제조방법, 상기 고분자를 포함하는 이온전도체, 상기 고분자를 포함하는 수지 조성물로부터 형성된 성형체 및 상기 고분자를 포함하는 수지 조성물로부터 성형된 전해질막을 구비한 전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a polymer comprising a phenylpentane substituted with two or more sulfonated aromatic groups, a method for producing the polymer, an ion conductor including the polymer, a molded article formed from the resin composition containing the polymer, and a resin containing the polymer To a battery having an electrolyte membrane formed from a composition.

연료전지는 연료의 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 에너지 전환 장치로써 높은 에너지 효율성과 오염물 배출이 적은 친환경적인 특징으로 차세대 에너지원으로 연구 개발되어져 왔다. 고분자 전해질막을 포함하는 양성자 교환막 연료전지(proton exchange membrane fuel cell a.k.a. polymer electrolyte membrane fuel cell; PEMFC)는 낮은 작동온도, 고체 전해질 사용으로 인한 누수문제 배제, 빠른 구동 등의 장점으로 휴대용, 차량용 및 가정용 전원장치로 각광받고 있다.Fuel cells are energy conversion devices that convert the chemical energy of fuels directly into electric energy, and have been developed as a next generation energy source with high energy efficiency and eco-friendly characteristics with less pollutant emissions. Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) containing polymer electrolyte membranes have advantages such as low operating temperature, elimination of leakage problems due to the use of solid electrolytes, and fast operation, Devices.

일반적으로 고분자 전해질 연료전지에서 사용되는 전해질막은 불소화된(perfluorinated) 고분자 전해질과 탄화수소계(hydrocarbon) 고분자 전해질로 나눌 수 있다. 상기 불소화된 고분자 전해질은 탄소-불소(C-F)간의 강한 결합력과 불소원자의 특징인 가림(shielding) 효과로 화학적으로 안정하며, 기계적인 물성도 우수하고, 특히 수소이온 교환막으로 전도성이 우수하여 현재 고분자 전해질형 연료전지의 고분자막으로 상용화되고 있다. 미국 듀퐁(Du Pont)사의 상품인 네피온(Nafion, 퍼플루오르화 술폰산 중합체)은 상용화된 수소이온 교환막의 대표적인 예로서 이온전도도, 화학적 안정성, 이온 선택성 등이 우수하여 현재 가장 많이 상용화되고 있다. 그러나, 불소화된 고분자 전해질막은 우수한 성능에 반하여 높은 가격으로 인해 산업용으로서의 이용도가 낮으며, 메탄올이 고분자막을 통과하는 메탄올 투과성(methanol crossover)이 높고, 80℃ 이상에서의 고분자막의 효율이 감소되는 단점이 있어 가격면에서 경쟁이 가능한 탄화수소 이온 교환막에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In general, an electrolyte membrane used in a polymer electrolyte fuel cell can be divided into a perfluorinated polymer electrolyte and a hydrocarbon polymer electrolyte. The fluorinated polymer electrolyte is chemically stable due to a strong binding force between carbon-fluorine (CF) and a shielding effect which is a characteristic of a fluorine atom, and has excellent mechanical properties. Particularly, And has been commercialized as a polymer membrane of an electrolyte type fuel cell. Nafion (perfluorinated sulfonic acid polymer), a product of Du Pont, USA, is a typical example of a commercially available hydrogen ion exchange membrane, and has been most commercially used since it has excellent ionic conductivity, chemical stability and ion selectivity. However, the fluorinated polymer electrolyte membrane has a low utilization rate for industrial use due to its high price compared to the excellent performance, a disadvantage that the methanol permeability (methanol crossover) of methanol through the polymer membrane is high and the efficiency of the polymer membrane is decreased And therefore, researches on hydrocarbon ion exchange membranes that can be competitive in terms of price have been actively conducted.

연료전지에 사용되는 고분자 전해질막은 연료전지 구동시 요구되는 조건에서 안정해야 하므로 사용가능한 고분자가 방향족 폴리에테르(aromatic polyether; APE) 등으로 매우 제한된다. 연료전지 구동 시 가수분해, 산화, 환원반응 등이 고분자막의 분해를 야기하여 연료전지의 성능을 저하시킨다. 따라서, 폴리에테르케톤(polyetherketone), 폴리에테르술폰(polyethersulfone) 계열의 폴리아릴렌에테르(polyaryleneether) 고분자는 우수한 화학적 안정성과 기계적 물성으로 인해 이를 연료전지에 적용하는 것이 연구되어져 왔다.Since the polymer electrolyte membrane used in the fuel cell must be stable under the conditions required for driving the fuel cell, the usable polymer is very limited by aromatic polyether (APE) and the like. Hydrolysis, oxidation, and reduction reactions during the operation of a fuel cell cause degradation of the polymer membrane, thereby deteriorating the performance of the fuel cell. Therefore, polyetherketone and polyethersulfone-based polyaryleneether polymers have been studied for application to fuel cells due to their excellent chemical stability and mechanical properties.

미국특허 제4,625,000호는 고분자 전해질막으로 폴리에테르술폰(polyethersufone)의 후처리 술폰화(post-sulfonation) 공정에 대하여 개시하고 있다. 상기 문헌에 개시된 후처리 술폰화 방법은 황산(sulfuric acid)과 같은 강산을 술폰화제로 사용하고, 술폰산기(sulfonic acid group, -SO3H)가 고분자 골격에 무작위로 도입되므로 술폰산기의 분포, 위치, 수 등의 제어가 어렵다.U.S. Patent No. 4,625,000 discloses a post-sulfonation process of a polyethersufone with a polymer electrolyte membrane. The post-treatment sulfonation method disclosed in the above document uses a strong acid such as sulfuric acid as a sulfonating agent and randomly introduces a sulfonic acid group (-SO 3 H) into the polymer skeleton, so that the distribution of sulfonic acid groups, It is difficult to control the position, number, and the like.

또한, 유럽특허 제1,113,517 A2호는 술폰산기를 가진 블록, 술폰산기를 가지지 않는 블록으로 구성된 블록 공중합체 고분자 전해질막에 대하여 개시하고 있다. 지방족(aliphatic) 블록과 방향족(aromatic) 블록으로 구성되어진 블록 공중합체를 강산인 황산을 사용하여 후처리 술폰화하므로, 술폰화 과정에서 지방족 고분자의 화학결합이 분해되는 등의 문제점이 있고, 방향족 블록을 구성하는 환에 술폰산기가 무작위로 도입되어 고분자 골격 내 술폰산기의 위치, 수 등의 제어가 어려웠다.In addition, European Patent No. 1,113,517 A2 discloses a block copolymer polyelectrolyte membrane composed of a block having a sulfonic acid group and a block having no sulfonic acid group. There is a problem such that the chemical bond of the aliphatic polymer is decomposed during the sulfonation process because the block copolymer composed of the aliphatic block and the aromatic block is sulfonated using sulfuric acid which is a strong acid, It was difficult to control the position and number of sulfonic acid groups in the polymer skeleton.

한편, 일본공개특허공보 제2003-147074호는 플루오렌(fluorene) 화합물이 포함되어 있는 공중합체를 클로로황산(chlorosulfonic acid, HSO3Cl), 또는 황산을 사용하여 술폰산기를 고분자의 플루오렌에 도입하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 상기 방법에서는 플루오렌(fluorene) 화합물을 구성하는 환에 술폰기가 무작위로 도입된다.On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-147074 discloses a method of introducing a sulfonic acid group into a fluorene of a polymer by using a chlorosulfonic acid (HSO 3 Cl) or a sulfuric acid as a copolymer containing a fluorene compound Method. In this method, a sulfone group is randomly introduced into a ring constituting a fluorene compound.

전술한 종래기술에서 제시한 고분자 술폰화 방법들은, 상용화된 나피온(Nafion, Dupont)과 유사한 수소이온 전도도를 구현하고자 술폰산기 함량(술폰화도; DS, Degree of sulfonation)을 증가시킬 경우, 전해질막의 물 함량 및 메탄올 함량이 지나치게 증가해 전해질막이 메탄올에 용해되는 등 전해질막의 기계적 집적도를 현저히 떨어뜨려 연료전지 구동시 요구되는 전해질막의 물성을 충족시키지 못했다.
The polymer sulfonation methods proposed in the above-mentioned prior arts have the disadvantages that when the sulfonate group content (sulfonation degree: DS, degree of sulfonation) is increased in order to realize hydrogen ion conductivity similar to that of commercialized Nafion, Dupont, The water content and the methanol content are excessively increased to dissolve the electrolyte membrane in methanol, and the mechanical densities of the electrolyte membranes are remarkably decreased, failing to satisfy the physical properties of the electrolyte membrane required for fuel cell operation.

본 발명자들은 다중페닐(multiphenyl) 펜던트를 도입하고 그 말단에 술폰산기를 치환하여 조밀하고 국부적(densely and locally)으로 술폰화된 구조를 형성시킴으로써 친수성 도메인과 소수성 도메인의 효과적인 상분리를 유발할 수 있는 고분자를 제공하고, 추가로 고분자 골격(backbone)을 약한 에테르 결합(-O-)없이 탄소-탄소결합으로 구성시킴으로써 다양한 라디칼에 대한 화학적 안정성을 높인 수 있는 고분자를 제공하고자 한다. 이러한 고분자를 사용하면, 높은 이온 전도도를 나타내면서 동시에 화학적 안정성이 우수한 연료전지용 전해질 막을 제공할 수 있다.
The present inventors have introduced a polymer capable of inducing effective phase separation of a hydrophilic domain and a hydrophobic domain by introducing a multiphenyl pendant and substituting a sulfonic acid group at a terminal thereof to form a sulfonated structure densely and locally And further to provide a polymer capable of enhancing the chemical stability against various radicals by constituting the polymer backbone with a carbon-carbon bond without a weak ether bond (-O-). When such a polymer is used, it is possible to provide an electrolyte membrane for a fuel cell which exhibits high ionic conductivity and at the same time has excellent chemical stability.

본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 1로 표시되는 페닐렌 반복단위 및 하나 이상의 하기 화학식 2로 표시되는 페닐렌 반복단위를 포함하는 골격을 갖는 고분자를 제공한다:The present invention provides a polymer having a backbone comprising at least one phenylene repeating unit represented by the following formula (1) and at least one phenylene repeating unit represented by the following formula (2)

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112012097089572-pat00001
Figure 112012097089572-pat00001

[화학식 2](2)

Figure 112012097089572-pat00002
Figure 112012097089572-pat00002

상기 화학식 1 및 2에서,In the above Formulas 1 and 2,

A1 및 A2는 각각 독립적으로 단일결합, -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-이고;A 1 and A 2 is a single bond, each independently, - (C = O) - , - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) - ego;

B는 -O-, -S-, -(SO2)-, -(C=O)-, -NH- 또는 -NR33-이며, 이때 R33은 C1~C6 알킬기이고;B is -O-, -S-, - (SO 2 ) -, - (C = O) -, -NH- or -NR 33 -, and wherein R 33 is C1 ~ C6 alkyl group;

R1 내지 R5 중 둘 이상 또는 모두는 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염으로 치환된 페닐기(sulfonated phenyl), 피리디닐기(sulfonated pyridinyl) 또는 나프탈레닐기(sulfonated naphthalenyl)이고, 이들로 치환되지 아니한 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), 술폰산기(-SO3H), 인산기(-PO3H2), 아세트산기(-CO2H), 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 선택적으로 그 쇄에 하나 이상의 산소, 질소 또는 황원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 및 -O-퍼플루오로아릴기, 또는 하나 이상의 할로겐, 술폰산기, 인산기, 아세트산기 또는 니트로기로 치환된 아릴기(aryl)이며, 상기 퍼플루오로기는 술폰산, 인산, 아세트산 및 니트로로 구성된 군으로부터 선택되는 치환기를 포함할 수 있고, 상기 술폰산기, 인산기 및 아세트산기는 알칼리 금속염의 형태일 수 있으며;At least two or all of R 1 to R 5 are a sulfonated phenyl, a sulfonated pyridinyl or a sulfonated naphthalenyl which is substituted with a sulfonic acid group or an alkali metal salt thereof, and R 1 To R 5 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a sulfonic acid group (-SO 3 H), a phosphoric acid group (-PO 3 H 2 ), an acetic acid group (-CO 2 H) (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, a perfluoroalkylaryl group optionally containing one or more oxygen, nitrogen or sulfur atoms in its chain, a perfluoroaryl group and an -O-perfluoroaryl group, or one Or an aryl group substituted with at least one halogen, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an acetic acid group or a nitro group, and the perfluoro group may include a substituent selected from the group consisting of sulfonic acid, phosphoric acid, acetic acid and nitro, , The phosphoric acid group and the acetic acid group are alkaline May be in the form of a metal salt;

R6 내지 R10은 각각 독립적으로 모두 수소원자이거나, 적어도 하나의 플루오린원자(F)(모두 플루오린인 경우는 제외), 아릴기, 퍼플루오르알킬기, 선택적으로 그 쇄에 하나 이상의 산소, 질소 및/또는 황원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 및 -O-퍼플루오로아릴기이며;R 6 to R 10 are each independently a hydrogen atom, at least one fluorine atom (F) (except when all are fluorine), an aryl group, a perfluoroalkyl group, optionally one or more oxygen atoms in the chain, nitrogen And / or a perfluoroalkylaryl group including a sulfur atom, a perfluoroaryl group, and an -O-perfluoroaryl group;

R11 내지 R14는 각각 독립적으로 수소원자, 할로겐원자, 술폰산기, 인산기, 아세트산기, 니트로기로 구성된 군으로부터 선택되는 치환기를 포함할 수 있고, 상기 술폰산기, 인산기 및 아세트산기는 알칼리 금속염의 형태일 수 있으며;R 11 to R 14 each independently may include a substituent selected from the group consisting of a hydrogen atom, a halogen atom, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an acetic acid group and a nitro group, and the sulfonic acid group, phosphoric acid group and acetic acid group may be in the form of an alkali metal salt ;

a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 0 이상 10 이하의 정수임.
a, b, c and d are each independently an integer of 0 or more and 10 or less.

또한, 본 발명은 상기 고분자의 제조방법으로서, 하기 반응식 1로 표시되는 측쇄에 전자끌게기로 연결된 반응성 할로겐원소로 치환된 아릴기를 포함하는 디할로벤젠(dihalobenzene)과 측쇄에 전자끌게기로 연결된 반응성 할로겐원소로 치환되지 않은 아릴기를 포함하는 디할로벤젠의 혼합물로부터 콜론 커플링 반응(Colon coupling reaction)에 의해 반응성 할로겐원소로 치환 및 비치환된 아릴기를 측쇄에 가지는 벤젠으로 구성된 골격의 중합체를 제조하는 제1단계; 하기 반응식 2로 표시되는 친핵성 치환 반응(Nucleophilic substitution reaction)에 의해 상기 벤젠 골격의 측쇄에 결합된 아릴기에 치환된 할로겐원소를 다중페닐 펜던트로 치환하는 제2단계; 및 하기 반응식 3으로 표시되는 상기 다중페닐 펜던트로 치환된 중합체를 술폰화제, 질산화제, 인산화제 또는 할로겐화제로 처리하여 후처리 수식하는 제3단계를 포함하는 고분자의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a polymer, which comprises reacting a dihalobenzene containing an aryl group substituted with a reactive halogen element connected to an side chain represented by the following Reaction Scheme 1 by an electron-attracting group and a reactive halogen element Which is substituted with a reactive halogen element from a mixture of dihalobenzenes containing an aryl group which is not substituted with a halogen atom, and benzene having an aryl group in an unsubstituted aryl group on the side chain, by a colon coupling reaction step; A second step of replacing a halogen element substituted with an aryl group bonded to the side chain of the benzene skeleton by a nucleophilic substitution reaction represented by the following Reaction Scheme 2 with a polyphenyl pendant; And a third step of treating the polymer substituted with the polyphenyl pendant represented by the following reaction formula 3 with a sulfonating agent, a nitrifying agent, a phosphorylating agent, or a halogenating agent, and post-treating the polymer.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112012097089572-pat00003
Figure 112012097089572-pat00003

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112012097089572-pat00004
Figure 112012097089572-pat00004

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

Figure 112012097089572-pat00005
Figure 112012097089572-pat00005

나아가, 본 발명은 상기 고분자를 포함하는 이온전도체를 제공한다.Further, the present invention provides an ion conductor comprising the polymer.

더 나아가, 본 발명은 상기 고분자를 포함하는 수지 조성물로부터 형성된 성형체를 제공한다.Furthermore, the present invention provides a molded article formed from the resin composition containing the polymer.

또한, 본 발명은 고분자를 포함하는 수지 조성물로부터 성형된 전해질막을 구비한 전지를 제공한다.
The present invention also provides a battery having an electrolyte membrane formed from a resin composition containing a polymer.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 2종 또는 그 이상의 페닐렌 반복단위를 포함하는 골격을 갖는 고분자로서, 이중 1종의 페닐렌 반복단위가 말단에 술폰화 방향족기 2이상으로 치환된 다중페닐 펜던트를 포함하는 것이 특징이다.The present invention is characterized in that a polymer having a skeleton containing two or more phenylene repeating units includes a polyphenyl pendant in which one type of phenylene repeating unit is substituted with two or more sulfonated aromatic groups at the terminal .

본 발명에 따르면, "다중페닐 펜던트(multiphenyl pendant)"는 복수개의 페닐그룹을 포함하는 치환기일 수 있다. 예컨대, 하나의 페닐고리에 하나 이상의 치환 또는 비치환 페닐, 나프탈렌 또는 헤테로 원자를 포함하는 페닐고리가 추가로 치환된 벌키한 치환기일 수 있다.According to the present invention, "multiphenyl pendant" may be a substituent comprising a plurality of phenyl groups. For example, a phenyl ring containing one or more substituted or unsubstituted phenyl, naphthalene or heteroatom in one phenyl ring may be a further substituted bulky substituent.

술폰산기(sulfuric acid group; -SO3H)는 고분자 전해질막에 수소이온(proton, H+) 전도성을 부여하기 위해 도입된다. 동일한 목적으로 술폰산의 알칼리 금속염을 사용할 수 있다. 상기 "알칼리 금속염"은 Na, K, 또는 Li 등의 알칼리족 금속의 양이온이 술폰산의 양성자를 대신하는 것일 수 있다. A sulfuric acid group (-SO 3 H) is introduced to impart hydrogen ion (proton, H + ) conductivity to the polymer electrolyte membrane. Alkali metal salts of sulfonic acids may be used for the same purpose. The "alkali metal salt" may be a cation of an alkaline metal such as Na, K, or Li instead of a sulfonic acid proton.

한편, 측쇄에 형성된 방향족 고리는 주쇄골격을 형성하는 방향족 고리보다 술폰화 반응성이 높다. 따라서, 페닐렌 반복단위 중 측쇄 말단에 있는 페닐기는 5개의 치환위치를 갖고 있으므로, 최대 5개의 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염을 도입시킬 수 있다. 이때, 측쇄 말단에 있는 페닐기에 직접 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염을 도입하는 것 보다는, 측쇄 말단에 있는 페닐기의 5개의 치환위치 중 원하는 위치에 페닐기(phenyl), 피리디닐기(pyridinyl) 또는 나프탈레닐기(naphthalenyl)를 2이상 치환시키고, 페닐기, 피리디닐기 또는 나프탈레닐기에 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염을 도입시킴으로써, 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염의 분포, 위치, 수 등 제어가 용이해진다. 측쇄 말단에 있는 페닐기의 5개의 치환위치 중 원하는 위치(들)에 페닐기(phenyl), 피리디닐기(pyridinyl) 또는 나프탈레닐기(naphthalenyl)를 추가로 도입시키면, 술폰화 반응 시 입체 장애가 감소되어 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염의 도입 위치 및 수의 제어가 용이해지기 때문이다. On the other hand, the aromatic rings formed on the side chains have higher sulfonation reactivity than the aromatic rings forming the main chain skeleton. Therefore, the phenyl group at the end of the side chain among the phenylene repeating units has five substitution sites, so that up to five sulfonic acid groups or their alkali metal salts can be introduced. Rather than directly introducing a sulfonic acid group or its alkali metal salt into the phenyl group at the side chain terminal, a phenyl group, a pyridinyl group or a naphthalenyl group may be introduced at a desired position among five substitution positions of the phenyl group at the side chain terminal group the position, the number and the like of the sulfonic acid group or the alkali metal salt thereof can be easily controlled by introducing a sulfonic acid group or an alkali metal salt thereof into a phenyl group, a pyridinyl group or a naphthalenyl group by substituting two or more naphthalenyl groups. When a phenyl, pyridinyl or naphthalenyl group is further introduced at a desired position (s) among the five substitution positions of the phenyl group at the side chain terminal, the steric hindrance is reduced during the sulfonation reaction, And the control of the introduction position and number of the alkali metal salt or its alkali metal salt becomes easy.

예컨대, 본 발명은 크기가 큰 치환체인 다중페닐 펜던트를 도입하고 후처리 술폰화하여 그 말단에 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염을 치환하여 복수개의 술폰산기가 조밀하게 밀집되도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 고분자는 하나의 페닐렌 반복단위 말단에 술폰산기가 조밀하고 국부적(densely and locally)으로 치환된 술폰화 구조를 형성시킴으로써 친수성 도메인과 소수성 도메인의 효과적인 상분리를 유발할 수 있다.For example, the present invention can introduce a multi-phenyl pendant, which is a large-sized substituent, into a post-treatment sulphonate, and substitute a sulfonic acid group or an alkali metal salt at the end thereof to densely cluster a plurality of sulfonic acid groups. Accordingly, the polymer of the present invention can induce effective phase separation of a hydrophilic domain and a hydrophobic domain by forming a sulphonated structure in which a sulfonic acid group is densely and locally substituted at the terminal of one phenylene repeating unit.

또한, 친핵성 치환 반응에 의해 술폰산기가 밀집된 친수성 반복단위를 형성하기 위하여 측쇄에 술폰화 가능한 페닐기(sulfonated phenyl), 피리디닐기(sulfonated pyridinyl) 또는 나프탈레닐기(sulfonated naphthalenyl)가 복수개 치환된 페닐 작용기를 도입함으로 주쇄골격을 손상시키지 않으면서 측쇄에 복수개의 술폰산기를 갖는 친수성 반복단위를 형성할 수 있다.Further, in order to form a hydrophilic repeating unit having a dense sulfonic acid group by a nucleophilic substitution reaction, a phenyl functional group in which a sulfonated phenyl, a sulfonated pyridinyl or a sulfonated naphthalenyl group, which is sulfonated, A hydrophilic repeating unit having a plurality of sulfonic acid groups in the side chain can be formed without damaging the main chain skeleton.

이와 같이, 측쇄 말단에 위치한 페닐기에 직접 술폰산기를 도입하는 것이 아니라 치환체로서 다중페닐 펜던트를 도입하고 술폰화함으로써 술폰산기로 이루어진 친수성 부분의 유동성을 증대시켜 보다 효과적으로 친수성 채널을 형성할 수 있으며, 보다 효과적인 나노 상분리를 유발할 수 있다. 또한, 도입되는 다중페닐 펜던트 수를 조절하여 술폰화 정도를 조절할 수도 있다. 한편, 고분자 주쇄골격으로부터 멀리 떨어진 곳에 술폰산기가 위치하게 되므로 이로 인해 유도될 수 있는 고분자 주쇄골격의 분해 가능성을 감소시킬 수 있다.
As described above, instead of directly introducing a sulfonic acid group into the phenyl group located at the end of the side chain, introduction of a polyphenyl pendant as a substituent and sulfonation can increase the fluidity of the hydrophilic part composed of the sulfonic acid group to more effectively form a hydrophilic channel, It can induce phase separation. In addition, the degree of sulfonation may be controlled by adjusting the number of the multiple phenylpendants introduced. On the other hand, since the sulfonic acid group is located far away from the polymer backbone structure, the possibility of decomposing the backbone of the polymer backbone can be reduced.

본 발명에서, 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염으로 치환된 페닐기(sulfonated phenyl), 피리디닐기(sulfonated pyridinyl) 또는 나프탈레닐기(sulfonated naphthalenyl)의 바람직한 예로는

Figure 112012097089572-pat00006
,
Figure 112012097089572-pat00007
,
Figure 112012097089572-pat00008
(이때, M=수소원자 또는 알칼리금속(Li, Na, K, Rb, Cs or Fr))등이 있다.
In the present invention, preferred examples of a sulfonated phenyl group, a sulfonated pyridinyl group or a sulfonated naphthalenyl group substituted with a sulfonic acid group or an alkali metal salt thereof include
Figure 112012097089572-pat00006
,
Figure 112012097089572-pat00007
,
Figure 112012097089572-pat00008
(Where M = a hydrogen atom or an alkali metal (Li, Na, K, Rb, Cs or Fr)).

한편, 상기 술폰산기 및 이의 알칼리 금속염은 친수성이므로 술폰산기를 많이 도입하는 경우 고분자 전해질막의 내수성이 악화되고 물 함량 증가에 따른 팽윤에 의해 고분자 전해질막의 기계적 강도, 집적도 저하 등에 의하여 연료전지 구동시 요구되는 고분자 전해질막의 물성을 충족시키기 힘들 수 있다. 따라서, 본 발명의 고분자는 상기 화학식 2로 표시되는 소수성 단량체를 골격에 포함하므로 증가된 기계적 강도를 제공할 수 있으며, 효과적으로 이온교환율을 조절할 수 있다.On the other hand, since the sulfonic acid group and the alkali metal salt thereof are hydrophilic, when the sulfonic acid group is introduced in a large amount, the water resistance of the polymer electrolyte membrane deteriorates and the mechanical strength and the degree of integration of the polymer electrolyte membrane are lowered due to the increase in water content, It may be difficult to satisfy the physical properties of the electrolyte membrane. Accordingly, since the polymer of the present invention contains the hydrophobic monomer represented by the above formula (2) in the skeleton, it can provide an increased mechanical strength and can effectively control the ion exchange rate.

또한, 하기 화학식 3에 표시된 바와 같이, 고분자의 골격(back bone)을 약한 에테르 결합(-O-)없이 탄소-탄소결합으로 구성시킴으로써 다양한 라디칼에 대한 화학적 안정성을 높일 수 있는 고분자를 제공할 수 있다. 이러한 고분자를 사용하면, 높은 이온 전도도를 나타내면서 동시에 화학적 안정성이 우수한 연료전지용 전해질막을 제공할 수 있다.Also, it is possible to provide a polymer capable of increasing the chemical stability against various radicals by constituting the back bone of the polymer as a carbon-carbon bond without a weak ether bond (-O-) as shown in the following formula (3) . When such a polymer is used, it is possible to provide an electrolyte membrane for a fuel cell which exhibits high ionic conductivity and at the same time has excellent chemical stability.

[화학식 3](3)

Figure 112012097089572-pat00009
Figure 112012097089572-pat00009

상기 화학식 3에서 A1, A2, B, R1 내지 R5, R6 내지 R10, a, b, c 및 d는 화학식 1 및 2에 대해 정의된 바와 동일하며, m, n 및 p는 각각 독립적으로 1 이상의 정수이다.In Formula 3 A 1, A 2, B , R 1 to R 5, R 6 to R 10, a, b, c and d are the same as defined for formula 1 and 2, m, n and p are Each independently an integer of 1 or more.

고분자의 골격이 하나 이상의 화학식 1로 표시되는 반복단위와 하나 이상의 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함한다는 사실은 종래 기술에 따른 표준 고분자에 비해 본 발명에 따른 고분자의 pKa를 감소시키는데 기여한다. 이러한 pKa의 감소는 치환된 술폰산기에 의한 산성 증가에 기인하는 것으로, 이와 같이 개질된 고분자는 고온에서 작동하는 전지 소자에서 막으로 사용될 수 있다.
The fact that the skeleton of the polymer comprises at least one repeating unit represented by the formula (1) and at least one repeating unit represented by the formula (2) contributes to decrease the pKa of the polymer according to the present invention, as compared with the standard polymer according to the prior art. This decrease in pKa is due to the increase in acidity due to the substituted sulfonic acid groups, and thus the modified polymer can be used as a film in battery devices operating at high temperatures.

본 발명의 고분자는 R1 내지 R5 중 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염으로 치환된 페닐기(sulfonated phenyl), 피리디닐기(sulfonated pyridinyl) 또는 나프탈레닐기(sulfonated naphthalenyl)로 치환된 위치는 대칭적인 것일 수 있다. 예컨대, (R1 및 R5), (R2 및 R4), (R1, R3 및 R5) 및 (R1, R2, R4 및 R5) 로 구성된 군에서 선택된 조합의 위치가 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염으로 치환된 페닐기(sulfonated phenyl), 피리디닐기(sulfonated pyridinyl) 또는 나프탈레닐기(sulfonated naphthalenyl)로 치환될 수 있다.The polymer of the present invention may be symmetrically substituted with a sulfonated phenyl, sulfonated pyridinyl or sulfonated naphthalenyl group substituted with a sulfonic acid group or its alkali metal salt in R 1 to R 5 have. For example, the position of the combination selected from the group consisting of (R 1 and R 5 ), (R 2 and R 4 ), (R 1 , R 3 and R 5 ) and (R 1 , R 2 , R 4 and R 5 ) May be substituted with a sulfonated phenyl group, a sulfonated pyridinyl group or a sulfonated naphthalenyl group substituted with a sulfonic acid group or an alkali metal salt thereof.

"할로겐원자(halogen)"는 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 및 요오드(I)로부터 선택되는 원자이다."Halogen" is an atom selected from fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br) and iodine (I).

"알킬기(alkyl)"는 1 내지 20개의 탄소원자의 포화(saturated) 직쇄(linear) 또는 분지(branched) 구조, 또는 3 내지 20개 탄소원자로 구성되는 포화 고리형 구조이다. 예를 들어, 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필(이소프로필), n-부틸, i-부틸, t-부틸, n-도데실(dodecyl), 시클로 프로필 또는 시클로 헥실기 등이 이에 해당한다. 또한 고리형 구조에 있어서 산소, 황 및/또는 질소로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 헤테로 원자를 포함할 수 있다."Alkyl" is a saturated linear or branched structure of from 1 to 20 carbon atoms, or a saturated cyclic structure consisting of from 3 to 20 carbon atoms. For example, methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl (isopropyl), n-butyl, i-butyl, t-butyl, n-dodecyl, cyclopropyl or cyclohexyl groups do. And may contain one or more heteroatoms selected from oxygen, sulfur and / or nitrogen in the cyclic structure.

"아릴기(aryl)"는 방향족 고리화합물로부터 유도된 작용기 또는 치환기를 의미한다. 상기 고리화합물은 탄소원자만으로 구성될 수도 있고, 산소, 황 및/또는 질소로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 헤테로 원자를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 탄소만으로 구성된 아릴기로는 페닐(phenyl), 나프틸(naphthyl), 안트라세닐(anthracenyl) 등이 있으며, 헤테로 원자를 포함하는 아릴기로는 티에닐(thienyl), 인돌일(indolyl), 피리디닐(pyridinyl) 등이 있다. 상기 헤테로 원자를 포함하는 아릴은 헤테로 아릴이라고도 하나 본 발명에서는 아릴이 이를 포함한다."Aryl" means a functional group or substituent derived from an aromatic ring compound. The cyclic compound may be composed of only carbon atoms and may include one or more hetero atoms selected from oxygen, sulfur and / or nitrogen. For example, the carbon-only aryl group includes phenyl, naphthyl, anthracenyl and the like. Examples of the aryl group containing a hetero atom include thienyl, indolyl, Pyridinyl, and the like. The heteroatom-containing aryl may be heteroaryl, but in the present invention, it is aryl.

"퍼플루오로알킬기(perfluoroalkyl)", "퍼플루오로아릴기(perfluoroaryl)", "-O-퍼플루오로아릴기(-O-perfluoroaryl)", 및 퍼플루오로알킬아릴기(perfluoroalkylaryl)"는 각각 이의 수소원자가 모두 플루오린원자(F)로 치환된 알킬, 아릴 및 -O-아릴을 의미한다.
The terms "perfluoroalkyl", "perfluoroaryl", "-O-perfluoroaryl", and "perfluoroalkylaryl" Means alkyl, aryl and -O-aryl in which each of the hydrogen atoms thereof is replaced by a fluorine atom (F).

또한 본 발명에 따른 고분자 골격의 페닐렌기는 서로에 대해 오르소형(1,2-페닐렌), 메타형(1,3-페닐렌) 또는 파라형(1,4-페닐렌)일 수 있다. 바람직하게는 파라형일 수 있다.The phenylene groups in the polymer backbone according to the present invention may be orthogonal (1,2-phenylene), meta (1,3-phenylene), or para (1,4-phenylene). And may be para-form.

한편, 벤젠고리를 매개로 하여 서로 연결된 X 및 Y는 서로에 대해 오르소, 메타 또는 파라에 위치할 수 있다.On the other hand, X and Y connected to each other via the benzene ring may be located in ortho, meta or para to each other.

바람직하게 본 발명에 따른 고분자의 분자량은 10,000 내지 1,000,000의 Mn(수평균 분자량; number-average molecular weight) 또는 10,000 내지 10,000,000의 Mw(중량평균 분자량; weight-average molecular weight)의 분자량을 갖는 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 10,000 내지 300,000의 Mn 또는 10,000 내지 2,000,000의 Mw를 갖는 것일 수 있다. 분자량이 낮은 경우 예컨대, 10,000 이하인 경우, 필름 형성이 어려우며, 수분 함유량이 증대되고 라디칼의 공격에 쉽게 분해되어 전도도 및 내구성이 감소할 수 있다. 반면, 분자량이 높은 경우 예컨대, 1,000,000 이상인 경우, 급격히 증대된 점도로 인해 고분자 용액의 제조 및 필름으로의 성형이 어려워져 막 제조 공정이 불가능해질 수 있다.
Preferably, the molecular weight of the polymer according to the present invention may be Mn (number-average molecular weight) of 10,000 to 1,000,000 or molecular weight of Mw (weight-average molecular weight) of 10,000 to 10,000,000 . More preferably from 10,000 to 300,000, or from 10,000 to 2,000,000. When the molecular weight is low, for example, when it is 10,000 or less, film formation is difficult, the moisture content is increased, and it is easily decomposed by the attack of radical, so that conductivity and durability may be decreased. On the other hand, in the case where the molecular weight is high, for example, 1,000,000 or more, the rapidly increasing viscosity may make the preparation of the polymer solution and molding into a film difficult, making the film production process impossible.

본 발명에 따른 고분자는 상기 반복단위는 랜덤(random), 교차(alternating) 또는 순차적(sequential)으로 위치하는 것을 특징으로 하는 고분자일 수 있으며, 블록 공중합체일 수 있다. 충분히 한정되었을 때, 각각의 반복단위의 몰비율은 다양하게 변화될 수 있다.In the polymer according to the present invention, the repeating units may be random, alternating, or sequential. The repeating units may be block copolymers. When sufficiently limited, the molar ratio of each repeating unit can be varied variously.

본 발명에 따른 고분자는 상기 반복단위가 일정한 비율로 결합된 화학식 3으로 표시되는 중합체를 반복단위로 하여 형성되는 고분자일 수 있다.The polymer according to the present invention may be a polymer formed by using a polymer represented by the general formula (3) in which the repeating units are bonded at a certain ratio as repeating units.

[화학식 3](3)

Figure 112012097089572-pat00010
Figure 112012097089572-pat00010

바람직하게 상기 화학식 3에서 m과 n의 비는 1:2 내지 1:30, 보다 바람직하게는 1:5 내지 1:15일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 본 발명의 고분자는 화학식 1로 표시되는 다중페닐 펜던트를 포함하는 친수성 반복단위 하나에 화학식 2로 표시되는 소수성 반복단위가 1 내지 30개, 바람직하게는 5 내지 15개의 비율로 결합된 중합체를 반복단위로 하여 형성되는 고분자일 수 있다.Preferably, the ratio of m to n in Formula 3 may be 1: 2 to 1:30, more preferably 1: 5 to 1:15, but is not limited thereto. For example, the polymer of the present invention can be obtained by polymerizing a polymer in which 1 to 30, preferably 5 to 15, hydrophobic repeating units represented by the general formula (2) are bonded to one hydrophilic repeating unit containing multiple phenylpentene represented by the general formula And may be a polymer formed by repeating units.

바람직하게 본 발명에 따른 고분자는 A1은 -(C=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; B는 -O-, -S-, -(SO2)- 또는 -(C=O)-; A2는 -(C=O)-; 및 R1 내지 R5 모두는 술폰산기로 치환된 페닐기(sulfonated phenyl), 피리디닐기(sulfonated pyridinyl) 또는 나프탈레닐기(sulfonated naphthalenyl)일 수 있다. 이때, a, b, c 및 d는 각각 1일 수 있다.Preferably, the polymer according to the present invention is a polymer wherein A 1 is - (C = O) -, - (SO 2 ) -, -CF 2 - or - (C (CF 3 ) 2 ) -; B is -O-, -S-, - (SO 2 ) - or - (C = O) -; A 2 is - (C = O) -; And R 1 to R 5 may all be a sulfonated phenyl group, a sulfonated pyridinyl group or a sulfonated naphthalenyl group substituted with a sulfonic acid group. In this case, a, b, c and d may each be 1.

본 발명의 구체예에 따른 화학식 1의 페닐렌 반복단위를 표 1에 나타내었다.Table 1 shows the phenylene repeat units of formula (1) according to embodiments of the present invention.

Figure 112012097089572-pat00011
Figure 112012097089572-pat00011

Figure 112012097089572-pat00012
Figure 112012097089572-pat00012

Figure 112012097089572-pat00013
Figure 112012097089572-pat00013

Figure 112012097089572-pat00014

Figure 112012097089572-pat00014

또한 본 발명의 고분자는 하나 이상의 하기 화학식 8 또는 9로 표시되는 페닐렌 반복단위를 추가로 포함하는 화학식 10의 골격을 갖는 고분자일 수 있다.The polymer of the present invention may be a polymer having a skeleton of formula (10) further comprising at least one phenylene repeating unit represented by the following formula (8) or (9).

[화학식 8][Chemical Formula 8]

Figure 112012097089572-pat00015
Figure 112012097089572-pat00015

[화학식 9][Chemical Formula 9]

Figure 112012097089572-pat00016
Figure 112012097089572-pat00016

[화학식 10][Chemical formula 10]

Figure 112012097089572-pat00017
Figure 112012097089572-pat00017

상기 화학식 10에서 T는 상기 화학식 8 또는 9로 표시되는 단위이며,In the formula (10), T is a unit represented by the formula (8) or (9)

상기 A1, A2, B 및 R1 내지 R15는 화학식 1 및 2에서와 동일하고,Wherein A 1 , A 2 , B and R 1 to R 15 are the same as in formulas (1) and (2)

J는 단일결합이거나 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)- 이거나 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 -NR34-이며, 이때 R34는 C1 내지 C6 알킬기이며,Donor or electron - J is a single bond or an electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) Is -O-, -S-, -NH- or -NR 34 -, wherein R 34 is a C 1 to C 6 alkyl group,

R16 내지 R27은 각각 독립적으로 수소원자, 플루오린원자, 시아나이드(CN), 퍼플루오로알킬기(CnF2n+1) 또는 페닐기일 수 있으며,R 16 to R 27 each independently may be a hydrogen atom, a fluorine atom, a cyanide (CN), a perfluoroalkyl group (C n F 2n + 1 )

m, n 및 l은 각각 독립적으로 1 이상의 정수이다..
m, n and l are each independently an integer of 1 or more.

구체적으로, 본 발명의 고분자는 하기 화학식 11로 표시되는 화합물일 수 있다.Specifically, the polymer of the present invention may be a compound represented by the following formula (11).

[화학식 11](11)

Figure 112012097089572-pat00018
Figure 112012097089572-pat00018

바람직하게 상기 화학식 11에서 m에 대한 n+l의 비는 1:2 내지 1:30, 보다 바람직하게는 1:5 내지 1:15일 수 있으며, n:l의 비는 10:1 내지 1:10일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
Preferably, the ratio of n + 1 to m in Formula 11 may be 1: 2 to 1:30, more preferably 1: 5 to 1:15, and the ratio of n: l may be 10: 1 to 1: 10, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 고분자의 제조방법은, 하기 반응식 1로 표시되는 측쇄에 전자끌게기로 연결된 반응성 할로겐원소로 치환된 아릴기를 포함하는 디할로벤젠(dihalobenzene)과 측쇄에 전자끌게기로 연결된 반응성 할로겐원소로 치환되지 않은 아릴기를 포함하는 디할로벤젠의 혼합물로부터 콜론 커플링 반응(Colon coupling reaction)에 의해 반응성 할로겐원소로 치환 및 비치환된 아릴기를 측쇄에 가지는 벤젠으로 구성된 골격의 중합체를 제조하는 제1단계; 하기 반응식 2로 표시되는 친핵성 치환 반응(Nucleophilic substitution reaction)에 의해 상기 벤젠 골격의 측쇄에 결합된 아릴기에 치환된 할로겐원소를 다중페닐 펜던트로 치환하는 제2단계; 및 하기 반응식 3으로 표시되는 상기 다중페닐 펜던트로 치환된 중합체를 술폰화제, 질산화제, 인산화제 또는 할로겐화제로 처리하여 후처리 수식하는 제3단계를 포함할 수 있다.The method for producing a polymer according to the present invention is characterized by substituting a dihalobenzene having an aryl group substituted with a reactive halogen element connected to an side chain represented by the following Reaction Scheme 1 by a reactive halogen element and a reactive halogen element connected to the side chain through an electron- A first step of preparing a polymer having a skeleton composed of benzene having an aryl group on its side chain substituted with a reactive halogen element by a colon coupling reaction from a mixture of dihalobenzenes containing an unsubstituted aryl group; A second step of replacing a halogen element substituted with an aryl group bonded to the side chain of the benzene skeleton by a nucleophilic substitution reaction represented by the following Reaction Scheme 2 with a polyphenyl pendant; And a third step of treating the polymer substituted with the polyphenyl pendant represented by the following Reaction Scheme 3 with a sulfonating agent, a nitrifying agent, a phosphorylating agent, or a halogenating agent, followed by post-treatment.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112012097089572-pat00019
Figure 112012097089572-pat00019

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112012097089572-pat00020
Figure 112012097089572-pat00020

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

Figure 112012097089572-pat00021
Figure 112012097089572-pat00021

상기 A1 및 A2는 각각 독립적으로 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -C(CF3)2-이며,A 1 and A 2 each independently represent - (C═O) -, - (SO 2 ) -, -CF 2 - or -C (CF 3 ) 2 - as an electron withdrawing group,

상기 R1 내지 R5 및 R11 내지 R14는 화학식 1에서와 동일하고,R 1 to R 5 And R < 11 > to R < 14 >

상기 R28 내지 R32는 각각 R1 내지 R5에 상응하는 것으로,Wherein R 28 to R 32 correspond to R 1 to R 5 , respectively,

n을 1 내지 5의 정수라고 할 때,When n is an integer of 1 to 5,

Rn이 술폰화된 치환기인 경우, Rn +27은 이에 상응하는 술폰화되지 않은 치환기이고,When R n is a sulfonated substituent, R n +27 is the corresponding unsulfonated substituent,

Rn이 비술폰화된 치환기인 경우, Rn +27은 Rn과 동일한 치환기이며,When R n is a non-sulfonated substituent, R n +27 is the same substituent as R n ,

a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 0 이상 10 이하의 정수임.
a, b, c and d are each independently an integer of 0 or more and 10 or less.

상기 반응식 1로 표시되는 제1단계는 "콜론 커플링 반응(Colon coupling reaction)"으로 측쇄에 전자끌게기로 연결된 반응성 할로겐원소로 치환된 아릴기를 포함하는 디할로벤젠(dihalobenzene)과 측쇄에 단일결합 또는 전자끌게기로 연결된 반응성 할로겐원소로 치환되지 않은 아릴기를 포함하는 디할로벤젠을 환원되는 금속과 촉매하에 반응시켜 본 발명의 고분자의 골격이 되는 탄소-탄소 단일결합으로 연결된 폴리페닐렌 중합체를 제조하는 단계이다. 상기 환원되는 금속으로는 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 또는 칼슘(Ca)을 사용할 수 있으며, 촉매로는 2,2'-바이피리딘(2,2'-bipyridine) 또는 트리페닐포스핀(PPh3, triphenylphosphine; TPP)을 NiBr2, NiCl2, Ni(PPh3)2Cl2, Br2, (acac)2·H2O, (OOCCH3)·4H2O, I2·6H2O 또는 이외의 할라이드 염(F<Cl<Br<I)과 함께 사용할 수 있다. 상기 반응을 이용하여 탄소-탄소 단일결합을 기초로 하는 중합체를 형성할 수 있다. 이는 에스테르 및/또는 케톤을 매개로하여 골격을 형성하는 기존의 폴리페닐렌계 고분자에 비해 높은 기계적 강도 및 화학적 안정성을 부여할 수 있다.The first step represented by the above-mentioned Reaction Scheme 1 is a step of reacting a dihalobenzene containing an aryl group substituted with a reactive halogen element connected to the side chain through an electron withdrawing group by a " colon coupling reaction " A step of reacting a dihalobenzene containing an aryl group not substituted with a reactive halogen element connected to an electron withdrawing group with a metal to be reduced with a catalyst to prepare a polyphenylene polymer linked with a carbon- to be. As the metal to be reduced, zinc (Zn), magnesium (Mg), manganese (Mn), aluminum (Al) or calcium (Ca) may be used. As the catalyst, 2,2'- -bipyridine) or triphenylphosphine (PPh 3, triphenylphosphine; TPP) of NiBr 2, NiCl 2, Ni ( PPh 3) 2 Cl 2, Br 2, (acac) 2 · H 2 O, (OOCCH 3) · 4H 2 O, I 2 .6H 2 O or other halide salts (F <Cl <Br <I). The above reaction can be used to form a polymer based on a carbon-carbon single bond. It can impart high mechanical strength and chemical stability to conventional polyphenylene based polymers that form a skeleton through an ester and / or ketone.

상기 반응식 2로 표시되는 제2단계는 상기 제1단계에서 제조된 측쇄에 할로겐원소가 치환된 또는 치환되지 않은 아릴기가 단일결합 또는 전자끌게기를 매개로 결합된 벤젠을 반복단위로 하여 서로 탄소-탄소 단일결합으로 연결된 중합체를 다중페닐 펜던트를 포함하는 친핵성 분자와 반응시켜 벤젠 골격의 측쇄에 위치한 할로겐의 자리에 다중페닐 펜던트를 도입하는 단계이다. 본 단계는 친핵성 치환반응에 의해 수행된다. 친핵성 분자로는 ROH, RSH, RSO3H 또는 RCO2H 등을 이용할 수 있으며, 각각의 반응에 대해, 촉매로는 황산, 염산, p-톨루엔술폰산, 또는 SOCl2; 및 피리딘을 이용할 수 있다. 상기 친핵성 분자의 R 그룹은 본 발명의 특징인 벌키한 다중페닐 펜던트를 포함할 수 있다. 상기 반응의 결과로서, 탄소-탄소 단일결합으로 연결된 골격의 측쇄의 일부에 -O-, -S-, -(SO2)- 또는 -(C=O)- 결합으로 연결된 벌키한 다중페닐 펜던트가 도입된 고분자를 얻을 수 있다.The second step represented by the above reaction scheme 2 is a process wherein the aryl group substituted or unsubstituted with a halogen atom is bonded to the side chain prepared in the first step by using a benzene in which a single bond or an electron withdrawing group- Reacting the polymer linked by a single bond with a nucleophilic molecule comprising a multiple phenylpentane to introduce a multiple phenylpentane into the site of the halogen located on the side chain of the benzene skeleton. This step is carried out by a nucleophilic substitution reaction. As the nucleophilic molecule, ROH, RSH, RSO 3 H, or RCO 2 H can be used. As the catalyst for each reaction, sulfuric acid, hydrochloric acid, p-toluenesulfonic acid, or SOCl 2 ; And pyridine. The R group of the nucleophilic molecule may comprise a bulky diphenylpentane that is characteristic of the present invention. As a result of the reaction, a bulky multi-phenyl pendant linked with a -O-, -S-, - (SO 2 ) - or - (C = O) - bond is attached to a part of the side chain of the skeleton linked by a carbon- The introduced polymer can be obtained.

상기 반응식 3으로 표시되는 제3단계는 상기 제2단계에서 수득한 벌키한 다중페닐 펜던트를 측쇄에 갖는 고분자를 후처리하여 측쇄의 페닐기에 복수의 치환기를 도입하는 단계이다. 상기 제3단계는 본 발명의 고분자에 친수성을 부가하기 위하여 수행되는 단계로 술폰화, 니트로화, 인산화 또는 할로겐화에 의해 수행된다.The third step represented by the above reaction scheme 3 is a step of post-treating the polymer having the side chain of the bulky multi-phenylpentane obtained in the second step to introduce a plurality of substituents into the phenyl group of the side chain. The third step is carried out by sulfonation, nitration, phosphorylation or halogenation, which is carried out in order to add hydrophilicity to the polymer of the present invention.

술폰화(sulfonation)는 상기 제2단계의 생성물을 SO3와 H2SO4, 클로로술폰산(HSO3Cl) 또는 트리메틸실리클로로술폰산[(CH3)3SiSO3Cl]을 사용하여 수행할 수 있다. 상기 술폰화의 결과로 측쇄에 치환된 페닐기에 술폰산기(-SO3H)를 도입할 수 있다.The sulfonation can be carried out using SO 3 and H 2 SO 4 , chlorosulfonic acid (HSO 3 Cl) or trimethylsilylchlorosulfonic acid [(CH 3 ) 3 SiSO 3 Cl] in the product of the second step . As a result of the sulfonation, a sulfonic acid group (-SO 3 H) can be introduced into the phenyl group substituted on the side chain.

니트로화(nitration)는 상기 제2단계의 생성물을 H2SO4, Ac2O 또는 H2O 조건에서 HNO3와 반응시키거나,

Figure 112012097089572-pat00022
하에 NO2 +BF4-와 반응시키거나, CH2Cl2 하에 NO2 +CF3SO3 -와 반응시켜 수행할 수 있다. 상기 니트로화의 결과로 측쇄에 치환된 페닐기에 니트로기(-NO2)를 도입할 수 있다.Nitration is carried out by reacting the product of the second step with HNO 3 under H 2 SO 4 , Ac 2 O or H 2 O conditions,
Figure 112012097089572-pat00022
By reacting with NO 2 + BF 4 - under CH 2 Cl 2 or by reacting with NO 2 + CF 3 SO 3 - under CH 2 Cl 2 . As a result of the nitration, a nitro group (-NO 2 ) may be introduced into the phenyl group substituted on the side chain.

인산화(phosphorylation)는 상기 제3단계의 생성물을 피리딘 및 벤젠을 첨가하여 H3PO4와 반응시켜 수행할 수 있다. 상기 인산화의 결과로 측쇄에 치환된 페닐기에 인산기(-PO3H)를 도입할 수 있다.Phosphorylation can be carried out by reacting the product of the third step with H 3 PO 4 by adding pyridine and benzene. As a result of the phosphorylation, a phosphoric acid group (-PO 3 H) can be introduced into the phenyl group substituted on the side chain.

할로겐화(halogenation)는 상기 제3단계의 생성물을 CCl4, Fe, H2O 또는 HOAc를 첨가하여 할로겐분자(X2, X=F, Cl, Br 또는 I)와 반응시켜 수행할 수 있다. 상기 할로겐화의 결과로 측쇄에 치환된 페닐기에 할로겐기(-X)를 도입할 수 있다.The halogenation can be carried out by reacting the product of the third step with halogen molecules (X 2 , X = F, Cl, Br or I) by adding CCl 4 , Fe, H 2 O or HOAc. As a result of the halogenation, a halogen group (-X) can be introduced into a phenyl group substituted on the side chain.

상기 술폰화제를 사용하여 측쇄에 치환된 다중페닐 펜던트 말단을 선택적으로 후처리 술폰화함으로 형성된 상기 술폰화기가 조밀하게 밀집된 친수성 반복단위가 이온전도채널을 형성하여 본 발명의 고분자를 포함하는 전해질막에 수소이온 전도도를 제공할 수 있다.By using the sulfonating agent to selectively sulfonate the ends of the polyphenyl pendant substituted on the side chain, the hydrophilic repeating units dense and densely formed in the sulfonate group formed ion conduction channels to form an electrolyte membrane containing the polymer of the present invention Hydrogen ion conductivity can be provided.

이때, 상기 화학식 1의 친수성 반복단위와 탄소-탄소 결합에 의해 연결되는 상기 화학식 2로 표시되는 소수성 반복단위는 기계적 강도를 제공할 수 있다.At this time, the hydrophobic repeating unit represented by the formula (1) and the hydrophobic repeating unit represented by the formula (2) linked by the carbon-carbon bond may provide mechanical strength.

따라서, 본 발명의 고분자는 친수성 반복단위에 의해 제공되는 수소이온 전도도 및 탄소-탄소 결합으로 연결된 소수성 반복단위에 의해 제공되는 기계적 강도를 가지므로 전지 구동시 요구되는 물성을 충족시키는 전해질막을 제공할 수 있다.
Therefore, since the polymer of the present invention has the hydrogen ion conductivity provided by the hydrophilic repeating unit and the mechanical strength provided by the hydrophobic repeating unit connected by the carbon-carbon bond, it is possible to provide an electrolyte membrane that satisfies the properties required for battery operation have.

본 발명에 따른 고분자는 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염에 의해 이온전도체로서 사용될 수 있다. The polymer according to the present invention can be used as an ion conductor by a sulfonic acid group or its alkali metal salt.

본 발명에 따른 고분자를 포함하는 수지 조성물로부터 성형체를 형성할 수 있다.The molded article can be formed from the resin composition containing the polymer according to the present invention.

상기 본 발명의 수지 조성물은 필요에 따라 산화방지제, 열안정제, 윤활제, 점착부여제, 가소제, 가교제, 소포제, 분산제 등 각종 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.The resin composition of the present invention may further contain various additives such as an antioxidant, a heat stabilizer, a lubricant, a tackifier, a plasticizer, a crosslinking agent, a defoaming agent, and a dispersant.

본 발명에 따른 고분자를 포함하는 수지 조성물은 이를 압출하고 방사, 압연 또는 캐스트 등의 임의의 방법으로 섬유 또는 필름 등의 형태로 성형체로 제조할 수 있다.The resin composition comprising the polymer according to the present invention can be extruded and formed into a molded article in the form of fiber or film by any method such as spinning, rolling or casting.

예를 들어, 본 발명의 고분자를 포함하는 수지 조성물을 성형하여 전해질막을 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자를 N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸 술폭사이드 또는 디메틸아세트아미드 등과 같은 용매에 용해시키고, 상기 용액을 유리판 등의 플레이트에 부어 부착된 고분자를 건조시켜 수 내지 수백 μm, 바람직하게 10 내지 120 μm, 보다 바람직하게 50 내지 100 μm 두께의 필름을 얻은 다음 플레이트로부터 탈착하여 제조할 수 있다. 상기 제시한 용매는 예시일 뿐 본 발명의 범위가 이에 제한되지 않으며, 고분자를 용해시키고 건조조건에서 증발될 수 있는 것이면 통상의 유기용매를 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 고분자 제조시 사용된 유기용매와 동일한 것을 사용할 수 있다.
For example, an electrolyte membrane can be produced by molding a resin composition containing the polymer of the present invention. Specifically, the polymer is dissolved in a solvent such as N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylsulfoxide or dimethylacetamide, the solution is poured into a plate such as a glass plate, and the polymer attached is dried, Preferably 10 to 120 탆, more preferably 50 to 100 탆 thick, and then desorbed from the plate. The above-mentioned solvent is only illustrative, and the scope of the present invention is not limited thereto. Conventional organic solvents may be used as long as they dissolve the polymer and can be evaporated under the drying condition. Specifically, the same organic solvent as that used in the preparation of the polymer may be used.

본 발명은 상기 고분자를 포함하는 수지 조성물로부터 성형된 전해질막을 구비한 전지를 제공한다.The present invention provides a battery having an electrolyte membrane formed from a resin composition containing the polymer.

본 발명에 따른 고분자를 포함하는 수지 조성물로부터 성형된 전해질막은 높은 수소이온 전도도와 기계적 강도 및 우수한 화학적 안정성을 가지므로 수소이온 전해질막으로 사용될 수 있으며, 특히 고온에서도 안정하여 양성자 교환막 연료전지(proton exchange membrane fuel cell a.k.a. polymer electrolyte membrane fuel cell; PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell; DMFC) 또는 산화환원 흐름 전지(redox flow battery)에 이온교환막으로 사용될 수 있다.
Since the electrolyte membrane formed from the resin composition containing the polymer according to the present invention has high hydrogen ion conductivity, mechanical strength and excellent chemical stability, it can be used as a hydrogen ion electrolyte membrane, and can be used as a proton exchange membrane fuel cell membrane fuel cell aka polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), direct methanol fuel cell (DMFC) or redox flow battery.

본 발명의 술폰화된 다중페닐 펜던트를 포함하는 친수성 반복단위와 소수성 반복단위를 포함하는 고분자는 조밀하게 밀집된 친수성 술폰산기로 인해 증가된 수소이온 전도도를 제공하고, 소수성 반복단위로 인해 증가된 기계적 강도를 제공할 수 있다. 또한 종래 반복단위가 케톤 또는 에스테르 결합으로 연결되었던 것과는 달리 본 발명의 고분자는 상기 반복단위들이 탄소-탄소 결합으로 연결되어 뛰어난 화학적 안정성을 제공한다. 따라서, 본 발명의 고분자를 포함하는 수지 조성물을 성형하여 제조한 전해질막은 높은 수소이온 전도도, 기계적 강도 및 화학적 안정성을 가지므로 고온에서 구동하는 연료전지를 위한 이온교환막으로 활용될 수 있다.
The hydrophilic repeating unit comprising the sulfonated polyphenyl pendant and the polymer comprising the hydrophobic repeating unit of the present invention provide increased hydrogen ion conductivity due to the dense and dense hydrophilic sulfonic acid group and increase the mechanical strength due to the hydrophobic repeating unit . Unlike the case where the conventional repeating units are connected by a ketone or an ester bond, the repeating units of the present invention are connected to each other by a carbon-carbon bond to provide excellent chemical stability. Therefore, the electrolyte membrane produced by molding the resin composition containing the polymer of the present invention has high hydrogen ion conductivity, mechanical strength, and chemical stability, and thus can be utilized as an ion exchange membrane for a fuel cell driven at a high temperature.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are for further illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

제조예Manufacturing example 1:  One: PBPSPPPBPSPP -115(m=1, n=15)의 제조-115 (m = 1, n = 15)

Figure 112012097089572-pat00023

Figure 112012097089572-pat00023

1.1. 1.1. 프리델Fried -- 크래프트Craft 아실화Acylation 반응( reaction( FriedelFriedel -- CraftCraft acylationacylation ))

<4'-&Lt; 4 & 플루오로Fluoro -2,5--2,5- 디클로로벤조페논Dichlorobenzophenone (( M1M1 ) 제조>) Manufacturing>

둥근바닥 플라스크에 니트로메탄(nitromethane) 20 ml에 플루오로벤젠(fluorobenzene) 13.4 g(139 mmol) 및 무수 염화 알루미늄(anhydrous aluminum chloride) 9.3 g(69.7 mmol)을 혼합하고 0℃로 냉각하였다. 2,5-디클로로벤조일 클로라이드(2,5-dichlorobenzoyl chloride) 14.6 g(69.7 mmol)을 천천히 가한 후, 상온으로 온도를 올리고, 온도를 유지하면서 24시간 동안 교반하였다. 반응물을 묽은 염산 수용액과 혼합하고 여과하여 침전물을 수거하였다. 활성탄으로 색을 제거하고, n-헥산/에틸 아세테이트(4:1) 용액으로 재결정하였다. 수율 72.5%.
13.4 g (139 mmol) of fluorobenzene and 9.3 g (69.7 mmol) of anhydrous aluminum chloride were mixed with 20 ml of nitromethane in a round bottom flask and cooled to 0 占 폚. 14.6 g (69.7 mmol) of 2,5-dichlorobenzoyl chloride was slowly added thereto, the temperature was raised to room temperature, and the mixture was stirred for 24 hours while maintaining the temperature. The reaction was mixed with dilute aqueous hydrochloric acid solution and filtered to collect the precipitate. The color was removed with activated charcoal and recrystallized from a n-hexane / ethyl acetate (4: 1) solution. Yield 72.5%.

<2,5-<2,5- 디클로로벤조페논Dichlorobenzophenone (( M2M2 ) 제조>) Manufacturing>

둥근바닥 플라스크에 니트로메탄(nitromethan) 30 ml에 2,5-디클로로벤조일 클로라이드 25 g(119.3 mmol) 및 벤젠 18.1 g(238.6 mmol)을 혼합하고 0℃로 냉각하였다. 상기 혼합액에 무수 염화 알루미늄(anhydrous aluminum chloride) 15.9 g(119.3 mmol)을 첨가한 후 상온으로 온도를 올리고 24시간 동안 교반하였다. 상기 반응물을 묽은 염산 수용액과 혼합하고 여과하여 침전물을 수거하였다. 활성탄으로 색을 제거하고, n-헥산/에틸 아세테이트(8:1) 용액으로 재결정하였다. 수율 71.3%.
To a round bottom flask was added 25 g (119.3 mmol) of 2,5-dichlorobenzoyl chloride and 18.1 g (238.6 mmol) of benzene in 30 ml of nitromethan and cooled to 0 占 폚. After 15.9 g (119.3 mmol) of anhydrous aluminum chloride was added to the mixture, the temperature was raised to room temperature and the mixture was stirred for 24 hours. The reaction was mixed with dilute aqueous hydrochloric acid solution and filtered to collect the precipitate. The color was removed by activated charcoal and recrystallized from n-hexane / ethyl acetate (8: 1) solution. Yield 71.3%.

1.2. 콜론 커플링 반응(1.2. Colon coupling reaction ( ColonColon couplingcoupling reactionreaction )에 의한 )On by 술폰화Sulfonation 반응 전 단위 공중합체  The unit copolymer before reaction P1P1 (m=1, n=15)의 제조(m = 1, n = 15)

반응기에 브롬화 니켈(II) 0.324 g(1.484 mmol, 단량체의 7 mol%), 트리페닐포스핀 2.725 g(10.388 mmol, 단량체의 50 mol%), 아연 5.822 g(89.04 mmol, 단량체의 4.2 eq)을 넣고, 13 ml의 DMAc(dimethylacetamide)를 가한 후 80℃로 가열하였다. 약 30분간 더 교반하고, 40 ml의 DMAc에 녹인 M1(0.36 g, 1.3 mmol) 및 M2(5 g, 19.9 mmol)를 첨가하였다. 8시간 동안 온도를 유지하면서 교반하였고, 이후 온도를 상온으로 낮춘 후 10% 염산/메탄올 용액과 혼합하여 아연을 제거하였다. 여과한 후 메탄올에 끓여 얻은 고체는 진공건조하여 수득하였다. 수율 91.4%.
To the reactor was added 0.324 g (1.484 mmol, 7 mol% of monomer) of triphenylphosphine, 10.388 mmol (50 mol% of monomer) and 5.822 g (89.04 mmol of monomer, 4.2 eq) of nickel bromide , And 13 ml of DMAc (dimethylacetamide) was added thereto, followed by heating to 80 ° C. Stirring was continued for about 30 minutes, and M1 (0.36 g, 1.3 mmol) and M2 (5 g, 19.9 mmol) dissolved in 40 ml of DMAc were added. The mixture was stirred while maintaining the temperature for 8 hours, and then the temperature was lowered to room temperature and then mixed with 10% hydrochloric acid / methanol solution to remove zinc. After filtration, the solid obtained by boiling in methanol was obtained by vacuum drying. Yield 91.4%.

1.3. 1.3. 친핵성Nucleophilic 치환 반응( Substitution reaction NucleophilicNucleophilic substitutionsubstitution reactionreaction )에 의한 )On by 다중페닐Multiple phenyl 펜던트( pendant( multiphenyl멀티 닐 pendantpendant )의 도입-Introduction - P2P2 (m=1, n=15) 제조(m = 1, n = 15) Production

4 g의 P1(m=1, n=15)을 DMAc 100 ml과 톨루엔 30 ml 혼합용매에 녹이고, K2CO3 0.2 g(1.5 mmol) 및 헥사페닐벤젠알콜 0.83 g(1.5 mmol)을 가하여 145℃에서 3시간 동안 교반하였다. 온도를 175℃로 더 올리고 딘스탁트랩(Dean-Stark trap)을 이용하여 톨루엔을 제거한 후, 24시간 동안 더 교반하였다. 온도를 상온으로 내린 후 여과하여 K2CO3와 염을 제거한 후 메탄올을 가하여 침전을 얻었다. 침전은 메탄올로 끊여준 후 여과하여 진공건조시켰다. 수율 86.4%.
4 g of P1 (m = 1, n = 15) was dissolved in a mixed solvent of 100 ml of DMAc and 30 ml of toluene. K 2 CO 3 0.2 g (1.5 mmol) and hexaphenylbenzene alcohol 0.83 g (1.5 mmol) Lt; 0 &gt; C for 3 hours. The temperature was further raised to 175 DEG C and the toluene was removed using a Dean-Stark trap, followed by further stirring for 24 hours. After the temperature was lowered to room temperature, K 2 CO 3 and salts were removed by filtration, and then methanol was added to obtain a precipitate. The precipitate was filtered off with methanol and vacuum dried. Yield 86.4%.

1.4. 후 1.4. after 술폰화Sulfonation 반응에 의한  By reaction PBPSPPPBPSPP -115(m=1, n=15)의 제조-115 (m = 1, n = 15)

150 ml의 디클로로메탄에 클로로술폰산 4.54 g(39 mmol)을 녹인 용액에 디클로로메탄에 완전히 녹인 3 g의 P2를 상온에서 천천히 가하였다. 24시간 동안 더 교반하였고 생성된 침전물을 여과하여 얻은 후 증류수 및 뜨거운 증류수로 수차례 세척하였다. 0.3 wt% K2CO3 수용액으로 2시간 동안 세척한 후 증류수로 다시 세척하여 진공건조시켰다. 수율 86.4%.
To a solution of 4.54 g (39 mmol) of chlorosulfonic acid in 150 ml of dichloromethane, 3 g of P2, which was completely dissolved in dichloromethane, was slowly added at room temperature. After stirring for 24 hours, the resulting precipitate was filtered and washed several times with distilled water and hot distilled water. After washing with 0.3 wt% K 2 CO 3 aqueous solution for 2 hours, it was washed again with distilled water and vacuum dried. Yield 86.4%.

제조예Manufacturing example 2:  2: PBPSPPPBPSPP -112(m=1, n=12)의 제조-112 (m = 1, n = 12)

2.1. 콜론 커플링 반응(2.1. Colon coupling reaction ( ColonColon couplingcoupling reactionreaction )에 의한 )On by 술폰화Sulfonation 반응 전 단위 공중합체  The unit copolymer before reaction P1P1 (m=1, n=12)의 제조(m = 1, n = 12)

상기 제조예 1의 1.1에 기재된 방법으로 단량체 M1 및 M2를 제조하였다. 0.46 g의 M1(1.7 mmol) 및 5.0 g의 M2(19.9 mmol)를 상기 제조예 1.2.에 기재된 방법으로 반응시켜 P1(m=1, n=12)을 수득하였다. 수율 90.7%.
Monomers M1 and M2 were prepared by the method described in 1.1 of Preparation Example 1, 1.1. 0.46 g of M1 (1.7 mmol) and 5.0 g of M2 (19.9 mmol) were reacted in the same manner as described in Preparation Example 1.2 to give P1 (m = 1, n = 12). Yield 90.7%.

2.2. 2.2. 친핵성Nucleophilic 치환 반응( Substitution reaction NucleophilicNucleophilic substitutionsubstitution reactionreaction )에 의한 )On by 다중페Multipage 닐 펜던트(Neil Pendant ( multiphenyl멀티 닐 pendantpendant )의 도입-Introduction - P2P2 (m=1, n=12) 제조(m = 1, n = 12) Production

상기 제조예 2.1.에서 수득한 P1(m=1, n=12) 4 g을 1.10 g의 헥사페닐벤젠알콜(2.0 mmol)을 이용하여 상기 제조예 1.3.에 기재된 방법으로 반응시켜 P2(m=1, n=12)를 수득하였다. 수율 88.4%.
4 g of P1 (m = 1, n = 12) obtained in Preparation Example 2.1 was reacted with 1.10 g of hexaphenylbenzene alcohol (2.0 mmol) according to the method described in Preparation Example 1.3 to give P2 (m = 1, n = 12). Yield 88.4%.

2.3. 후 2.3. after 술폰화Sulfonation 반응에 의한  By reaction PBPSPPPBPSPP -112(m=1, n=12)의 제조-112 (m = 1, n = 12)

상기 제조예 2.2.에서 수득한 P2(m=1, n=12) 3 g과 클로로술폰산 4.92 g(42 mmol)을 이용하여 상기 제조예 1.4.에 기재된 방법으로 반응시켜 PBPSPP-112(m=1, n=12)를 수득하였다. 수율 85.8%.
PBPSPP-112 (m = 1) was obtained by reacting 3 g of P2 (m = 1, n = 12) obtained in Preparation Example 2.2 and 4.92 g (42 mmol) of chlorosulfonic acid by the method described in Production Example 1.4. , n = 12). Yield 85.8%.

제조예Manufacturing example 3:  3: PBPSPPPBPSPP -110(m=1, n=10)의 제조-110 (m = 1, n = 10)

3.1. 콜론 커플링 반응(3.1. Colon coupling reaction ( ColonColon couplingcoupling reactionreaction )에 의한 )On by 술폰화Sulfonation 반응 전 단위 공중합체  The unit copolymer before reaction P1P1 (m=1, n=10)의 제조(m = 1, n = 10)

상기 제조예 1의 1.1에 기재된 방법으로 단량체 M1 및 M2를 제조하였다. 0.54 g의 M1(1.99 mmol) 및 5.0 g의 M2(19.9 mmol)를 상기 제조예 1.2.에 기재된 방법으로 반응시켜 P1(m=1, n=10)을 수득하였다. 수율 90.7%.
Monomers M1 and M2 were prepared by the method described in 1.1 of Preparation Example 1, 1.1. 0.54 g of M1 (1.99 mmol) and 5.0 g of M2 (19.9 mmol) were reacted by the method described in Preparation Example 1.2 to give P1 (m = 1, n = 10). Yield 90.7%.

3.2. 3.2. 친핵성Nucleophilic 치환 반응( Substitution reaction NucleophilicNucleophilic substitutionsubstitution reactionreaction )에 의한 )On by 다중페닐Multiple phenyl 펜던트( pendant( multiphenyl멀티 닐 pendantpendant )의 도입-Introduction - P2P2 (m=1, n=10) 제조(m = 1, n = 10) Production

상기 제조예 3.1.에서 수득한 P1(m=1, n=10) 4 g을 1.32 g의 헥사페닐벤젠알콜(2.34 mmol)을 이용하여 상기 제조예 1.3.에 기재된 방법으로 반응시켜 P2(m=1, n=10)를 수득하였다. 수율 88.9%.
4 g of P1 (m = 1, n = 10) obtained in Preparation Example 3.1 was reacted with 1.32 g of hexaphenylbenzene alcohol (2.34 mmol) according to the method described in Preparation Example 1.3 to give P2 (m = 1, n = 10). Yield 88.9%.

3.3. 후 3.3. after 술폰화Sulfonation 반응에 의한  By reaction PBPSPPPBPSPP -110(m=1, n=10)의 제조-110 (m = 1, n = 10)

상기 제조예 3.2.에서 수득한 P2(m=1, n=10) 3 g과 클로로술폰산 5.38 g(42 mmol)을 이용하여 상기 제조예 1.4.에 기재된 방법으로 반응시켜 PBPSPP-110(m=1, n=10)을 수득하였다. 수율 82.7%.
(M = 1, n = 10) obtained in Production Example 3.2 and 3-chlorosulfonic acid (5.38 g, 42 mmol) , n = 10). Yield 82.7%.

제조예Manufacturing example 4:  4: PBPSPPPBPSPP -108(m=1, n=8)의 제조-108 (m = 1, n = 8)

4.1. 콜론 커플링 반응(4.1. Colon coupling reaction ( ColonColon couplingcoupling reactionreaction )에 의한 )On by 술폰화Sulfonation 반응 전 단위 공중합체  The unit copolymer before reaction P1P1 (m=1, n=8)의 제조(m = 1, n = 8)

상기 제조예 1의 1.1에 기재된 방법으로 단량체 M1 및 M2를 제조하였다. 0.67 g의 M1(2.49 mmol) 및 5.0 g의 M2(19.9 mmol)를 상기 제조예 1.2.에 기재된 방법으로 반응시켜 P1(m=1, n=8)을 수득하였다. 수율 88.4%.
Monomers M1 and M2 were prepared by the method described in 1.1 of Preparation Example 1, 1.1. 0.67 g of M1 (2.49 mmol) and 5.0 g of M2 (19.9 mmol) were reacted in the same manner as described in Preparation Example 1.2 to give P1 (m = 1, n = 8). Yield 88.4%.

4.2. 4.2. 친핵성Nucleophilic 치환 반응( Substitution reaction NucleophilicNucleophilic substitutionsubstitution reactionreaction )에 의한 )On by 다중페닐Multiple phenyl 펜던트( pendant( multiphenyl멀티 닐 pendantpendant )의 도입-Introduction - P2P2 (m=1, n=8) 제조(m = 1, n = 8)

상기 제조예 4.1.에서 수득한 P1(m=1, n=8) 4 g을 1.65 g의 헥사페닐벤젠알콜(2.99 mmol)을 이용하여 상기 제조예 1.3.에 기재된 방법으로 반응시켜 P2(m=1, n=8)를 수득하였다. 수율 86.7%.
4 g of P1 (m = 1, n = 8) obtained in Preparation Example 4.1 was reacted with 1.65 g of hexaphenylbenzene alcohol (2.99 mmol) according to the method described in Preparation Example 1.3 to give P2 (m = 1, n = 8). Yield 86.7%.

4.3. 후 4.3. after 술폰화Sulfonation 반응에 의한  By reaction PBPSPPPBPSPP -108(m=1, n=8)의 제조-108 (m = 1, n = 8)

상기 제조예 4.2.에서 수득한 P2(m=1, n=8) 3 g과 클로로술폰산 5.92 g(52 mmol)을 이용하여 상기 제조예 1.4.에 기재된 방법으로 반응시켜 PBPSPP-108(m=1, n=8)을 수득하였다. 수율 80.2%.
PBPSPP-108 (m = 1) was obtained by reacting 3 g of P2 (m = 1, n = 8) obtained in Preparation Example 4.2 and 5.92 g (52 mmol) of chlorosulfonic acid by the method described in Production Example 1.4. , n = 8). Yield 80.2%.

제조예Manufacturing example 5:  5: PBPSPPPBPSPP -107(m=1, n=7)의 제조-107 (m = 1, n = 7)

5.1. 콜론 커플링 반응(5.1. Colon coupling reaction ( ColonColon couplingcoupling reactionreaction )에 의한 )On by 술폰화Sulfonation 반응 전 단위 공중합체  The unit copolymer before reaction P1P1 (m=1, n=7)의 제조(m = 1, n = 7)

상기 제조예 1의 1.1에 기재된 방법으로 단량체 M1 및 M2를 제조하였다. 0.77 g의 M1(2.84 mmol) 및 5.0 g의 M2(19.9 mmol)를 상기 제조예 1.2.에 기재된 방법으로 반응시켜 P1(m=1, n=7)을 수득하였다. 수율 87.4%.
Monomers M1 and M2 were prepared by the method described in 1.1 of Preparation Example 1, 1.1. 0.77 g of M1 (2.84 mmol) and 5.0 g of M2 (19.9 mmol) were reacted in the same manner as described in Preparation Example 1.2 to give P1 (m = 1, n = 7). Yield 87.4%.

5.2. 5.2. 친핵성Nucleophilic 치환 반응( Substitution reaction NucleophilicNucleophilic substitutionsubstitution reactionreaction )에 의한 )On by 다중페닐Multiple phenyl 펜던트( pendant( multiphenyl멀티 닐 pendantpendant )의 도입-Introduction - P2P2 (m=1, n=7) 제조(m = 1, n = 7)

상기 제조예 5.1.에서 수득한 P1(m=1, n=7) 4 g을 1.88 g의 헥사페닐벤젠알콜(3.41 mmol)을 이용하여 상기 제조예 1.3.에 기재된 방법으로 반응시켜 P2(m=1, n=7)를 수득하였다. 수율 88.7%.
4 g of P1 (m = 1, n = 7) obtained in Preparation 5.1 was reacted with 1.88 g of hexaphenylbenzene alcohol (3.41 mmol) according to the method described in Preparation Example 1.3 to give P2 (m = 1, n = 7). Yield 88.7%.

5.3. 후 5.3. after 술폰화Sulfonation 반응에 의한  By reaction PBPSPPPBPSPP -107(m=1, n=7)의 제조-107 (m = 1, n = 7)

상기 제조예 5.2.에서 수득한 P2(m=1, n=7) 3 g과 클로로술폰산 6.37 g(56 mmol)을 이용하여 상기 제조예 1.4.에 기재된 방법으로 반응시켜 PBPSPP-107(m=1, n=7)을 수득하였다. 수율 82.7%.
3 g of P2 (m = 1, n = 7) obtained in Production Example 5.2 and 6.37 g (56 mmol) of chlorosulfonic acid were reacted by the method described in Production Example 1.4 to obtain PBPSPP-107 , n = 7). Yield 82.7%.

제조예Manufacturing example 6:  6: PBPDPPPBPDPP -108(m=1, n=8)의 제조-108 (m = 1, n = 8)

Figure 112012097089572-pat00024

Figure 112012097089572-pat00024

2.1. 2.1. 프리델Fried -- 크래프트Craft 아실화Acylation 반응( reaction( FriedelFriedel -- CraftCraft acylationacylation ))

상기 제조예 1의 1.1에 기재된 방법으로 4'-플루오로-2,5-디클로로벤조페논(M1) 및 2,5-디클로로벤조페논(M2)을 제조하였다.
4'-fluoro-2,5-dichlorobenzophenone (M1) and 2,5-dichlorobenzophenone (M2) were prepared according to the method described in 1.1 of Preparation Example 1 above.

2.2. 콜론 커플링 반응(2.2. Colon coupling reaction ( ColonColon couplingcoupling reactionreaction )에 의한 )On by 술폰화Sulfonation 반응 전 단위 공중합체( Before reaction, the unit copolymer ( P1'P1 ' ; m=1, n=8)의 제조; m = 1, n = 8)

반응기에 브롬화 니켈(II) 0.351 g(1.572 mmol), 트리페닐포스핀 2.912 g(10.587 mmol), 아연 5.968 g(90.14 mmol)을 넣고, 15 ml의 DMAc(dimethylacetamide)를 가한 후 80℃로 가열하였다. 약 30분간 더 교반하고, 40 ml의 DMAc에 녹인 M1(0.69 g, 2.5 mmol) 및 M2(5 g, 19.9 mmol)를 첨가하였다. 8시간 동안 온도를 유지하면서 교반하였고, 이후 온도를 상온으로 낮춘 후 10% 염산/메탄올 용액과 혼합하여 아연을 제거하였다. 여과한 후 메탄올에 끓여 얻은 고체는 진공건조하여 수득하였다. 수율 92.8%.
0.351 g (1.572 mmol) of nickel (II) bromide, 2.912 g (10.587 mmol) of triphenylphosphine and 5.968 g (90.14 mmol) of zinc were added to the reactor and 15 ml of DMAc (dimethylacetamide) . Stirring was continued for about 30 minutes, and M1 (0.69 g, 2.5 mmol) and M2 (5 g, 19.9 mmol) dissolved in 40 ml of DMAc were added. The mixture was stirred while maintaining the temperature for 8 hours, and then the temperature was lowered to room temperature and then mixed with 10% hydrochloric acid / methanol solution to remove zinc. After filtration, the solid obtained by boiling in methanol was obtained by vacuum drying. Yield 92.8%.

22 .3. .3. 친핵성Nucleophilic 치환 반응( Substitution reaction NucleophilicNucleophilic substitutionsubstitution reactionreaction )에 의한 )On by 다중페Multipage 닐 펜던트(Neil Pendant ( multiphenyl멀티 닐 pendantpendant )의 도입-Introduction - P2'P2 ' (m=1, n=8) 제조(m = 1, n = 8)

4 g의 P1'을 DMAc 100 ml과 톨루엔 30 ml 혼합용매에 녹이고, K2CO3 0.2 g(1.5 mmol) 및 2,6-디페닐페놀 0.63 g(2.5 mmol)을 가하여 145℃에서 3시간 동안 교반하였다. 온도를 175℃로 더 올리고 딘스탁트랩(Dean-Stark trap)을 이용하여 톨루엔을 제거한 후, 24시간 동안 더 교반하였다. 온도를 상온으로 내린 후 여과하여 K2CO3와 염을 제거한 후 메탄올을 가하여 침전을 얻었다. 침전은 메탄올로 끊여준 후 여과하여 진공건조시켰다. 수율 88.7%.
4 g of P1 'was dissolved in a mixed solvent of 100 ml of DMAc and 30 ml of toluene, and 0.2 g (1.5 mmol) of K 2 CO 3 and 0.63 g (2.5 mmol) of 2,6-diphenylphenol were added thereto. Lt; / RTI &gt; The temperature was further raised to 175 DEG C and the toluene was removed using a Dean-Stark trap, followed by further stirring for 24 hours. After the temperature was lowered to room temperature, K 2 CO 3 and salts were removed by filtration, and then methanol was added to obtain a precipitate. The precipitate was filtered off with methanol and vacuum dried. Yield 88.7%.

2.4. 후 2.4. after 술폰화Sulfonation 반응에 의한  By reaction PBPDPPPBPDPP -108(m=1, n=8)의 제조-108 (m = 1, n = 8)

150 ml의 디클로로메탄에 클로로술폰산 2.28 g(20 mmol)을 녹인 용액에 디클로로메탄에 완전히 녹인 3 g의 P2'을 상온에서 천천히 가하였다. 24시간 동안 더 교반하였고 생성된 침전물을 여과하여 얻은 후 증류수 및 뜨거운 증류수로 수차례 세척하였다. 0.3 wt% K2CO3 수용액으로 2시간 동안 세척한 후 증류수로 다시 세척하여 진공건조시켰다. 수율 87.7%.
To a solution of 2.28 g (20 mmol) of chlorosulfonic acid in 150 ml of dichloromethane, 3 g of P2 ', completely dissolved in dichloromethane, was slowly added at room temperature. After stirring for 24 hours, the resulting precipitate was filtered and washed several times with distilled water and hot distilled water. After washing with 0.3 wt% K 2 CO 3 aqueous solution for 2 hours, it was washed again with distilled water and vacuum dried. Yield 87.7%.

실시예Example 1:  One: 전해질막의Electrolyte membrane 제조 Produce

상기 제조예를 통해 제조된 고분자 0.5 g을 DMSO 10 ml에 녹인 후 5 μm 실린지 필터(syringe filter)를 이용하여 녹지 않은 고분자를 제거하였다. 상기 여과한 고분자 용액을 유리판 위에 구비된 8 cm × 8 cm 실리콘 주형에 부어주고 80℃에서 24시간 동안 건조시켰다. 내부의 제거되지 않은 용매를 완전히 제거하기 위하여 건조된 고분자 필름을 160℃ 진공 오븐에서 24시간 동안 추가로 건조시켰다. 건조 후 1.5 M 황산 수용액으로 24시간 동안 산처리하고, 증류수에 24시간 이상 담구어 잔존 산을 제거하였다.
0.5 g of the polymer prepared in the above Preparation Example was dissolved in 10 ml of DMSO, and then the insoluble polymer was removed using a 5 μm syringe filter. The filtered polymer solution was poured into a 8 cm x 8 cm silicon mold provided on a glass plate and dried at 80 ° C for 24 hours. The dried polymer film was further dried in a 160 [deg.] C vacuum oven for 24 hours to completely remove the inner, unremoved solvent. After drying, it was treated with 1.5 M sulfuric acid aqueous solution for 24 hours and immersed in distilled water for at least 24 hours to remove residual acid.

실시예Example 2:  2: 전해질막의Electrolyte membrane 물성 확인 Check property

상기 제조예의 반응을 이용하여 반응물질의 양을 조절함으로써 m 및 n 값을 변화시켜 다양한 조성의 전해질막을 제조하여 물성을 측정하였다. 화학식 4의 일반식으로 표기되는 PBPSPP-mn, 예컨대 PBPSPP-107(m=1, n=7), PBPSPP-108(m=1, n=8), PBPSPP-110(m=1, n=10), PBPSPP-112(m=1, n=12), PBPSPP-115(m=1, n=15) 및 화학식 5의 일반식으로 표기되는 PDPSPP-mn, 예컨대 PDPSPP-108(m=1, n=8)을 실험군으로, 하기의 화학식을 갖는 GS(화학식 6) 및 GPS(화학식 7)를 비교실험군으로 사용하여 전도도, 치수변화도 및 물 흡수율 등을 측정하였다.The electrolyte membranes of various compositions were prepared by varying the m and n values by controlling the amounts of the reactants using the reaction of the above preparation examples, and the physical properties were measured. PBPSPP-107 (m = 1, n = 7), PBPSPP-108 (m = 1, n = 8), PBPSPP-110 (m = 1, n = 10) represented by the general formula PDPSPP-mn, such as PDPSPP-108 (m = 1, n = 15) represented by the general formula of the formula (5) and PBPSPP-112 (m = 1, n = 12) = 8) was used as a test group, and GS (Formula 6) and GPS (Formula 7) having the following formulas were used as a comparative test group to measure conductivity, dimensional change and water uptake.

먼저, AC 임피던스 분석기(Solatron 1280, Impedance/gain phase analyzer)를 이용하여 25℃ 및 80℃ 온도의 100% 상대습도 하에서 양성자(proton) 전도도를 측정하였다. Four prove conductivity cell을 이용하여 0.1 내지 20 kHz 범위에서 동일한 위상(in-phase) 방향으로 측정하였다. 측정 전 항온항습 챔버에서 30분간 온도를 유지시켰으며 하기의 식으로 전도도를 계산하였다.First, the proton conductivity was measured at 100% relative humidity at 25 ° C and 80 ° C using an AC impedance analyzer (Solatron 1280, Impedance / gain phase analyzer). Four prove conductivity cells were measured in the in-phase direction in the range of 0.1 to 20 kHz. The temperature was maintained for 30 minutes in the thermo-hygrostat chamber before measurement, and the conductivity was calculated by the following equation.

Figure 112012097089572-pat00025
Figure 112012097089572-pat00025

이때, I는 전극사이의 거리, R은 막의 임피던스, S는 양성자가 이동하는 표면적을 나타낸다.Where I is the distance between the electrodes, R is the impedance of the film, and S is the surface area over which the protons move.

다음으로 치수 변화도를 측정하였다. 치수 변화도를 측정하기 위하여 제조된 막을 24시간 동안 증류수에 담근 후 젖은 막의 부피(Vwet)를 측정하고 상기 젖은 막을 120℃에서 24시간 동안 다시 진공건조시켜 부피(Vdry)를 측정하였다. 이들 측정된 수치를 하기 식에 대입하여 치수 변화도를 계산하였다.Next, the degree of dimensional change was measured. In order to measure the degree of dimensional change, the prepared membrane was immersed in distilled water for 24 hours, the volume (Vwet) of the wet membrane was measured, and the wet membrane was vacuum dried again at 120 ° C for 24 hours to measure the volume (Vdry). These measured values were substituted into the following equations to calculate the degree of dimensional change.

Figure 112012097089572-pat00026
Figure 112012097089572-pat00026

마지막으로 물 흡수율(water uptake; WU)을 측정하였다. 상기 물 흡수율은 상기 젖은 상태의 막의 질량(Wwet) 및 건조된 막의 질량(Wdry)을 측정하여 하기의 식을 이용하여 계산하였다.Finally, water uptake (WU) was measured. The water absorption rate was calculated by measuring the mass (Wwet) of the wet film and the mass (Wdry) of the dried film using the following equation.

Figure 112012097089572-pat00027
Figure 112012097089572-pat00027

분자량은 고유점도를 측정하여 환산하였다. 고유점도를 측정하기 위하여 상기 제조된 고분자를 NMP에 녹여 0.5 g/dl의 농도로 제조한 용액의 점도를 25℃ 항온조 안에서 우베로드 점도계를 이용하여 측정하였다.
The molecular weight was measured by measuring intrinsic viscosity. In order to measure the intrinsic viscosity, the prepared polymer was dissolved in NMP and the viscosity of the solution prepared at a concentration of 0.5 g / dl was measured in a 25 ° C. thermostat using a Ube load viscometer.

이와 같이 얻은 결과를 종합하여 하기 표 2에 나타내었다.
The results thus obtained are summarized in Table 2 below.

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112012097089572-pat00028
Figure 112012097089572-pat00028

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure 112012097089572-pat00029
Figure 112012097089572-pat00029

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure 112012097089572-pat00030
Figure 112012097089572-pat00030

[화학식 7](7)

Figure 112012097089572-pat00031
Figure 112012097089572-pat00031

Figure 112012097089572-pat00032
Figure 112012097089572-pat00032

Claims (19)

하나 이상의 하기 화학식 1로 표시되는 페닐렌 반복단위 및 하나 이상의 하기 화학식 2로 표시되는 페닐렌 반복단위를 포함하는 골격을 갖는 고분자:
[화학식 1]
Figure 112014031292815-pat00033

[화학식 2]
Figure 112014031292815-pat00034

상기 화학식 1및 2에서,
A1 및 A2는 각각 독립적으로 단일결합, -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-이고;
B는 -O-, -S-, -(SO2)-, -(C=O)-, -NH- 또는 -NR15-이며, 이때 R15는 C1 내지C6 알킬기;
R1 내지 R5 중 둘 이상 또는 모두는 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염으로 치환된 페닐기(sulfonated phenyl), 피리디닐기(sulfonated pyridinyl) 또는 나프탈레닐기(sulfonated naphthalenyl)이고, 이들로 치환되지 아니한 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), 술폰산기(-SO3H), 인산기(-PO3H2), 아세트산기(-CO2H), 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 선택적으로 그 쇄에 하나 이상의 산소, 질소 또는 황원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 및 -O-퍼플루오로아릴기, 또는 하나 이상의 할로겐, 술폰산기, 인산기, 아세트산기 또는 니트로기로 치환된 아릴기(aryl)이며, 상기 퍼플루오로기는 술폰산, 인산, 아세트산 및 니트로로 구성된 군으로부터 선택되는 치환기를 포함할 수 있고, 상기 술폰산기, 인산기 및 아세트산기는 알칼리 금속염의 형태일 수 있으며;
R6 내지 R10은 각각 독립적으로 모두 수소원자이거나, 적어도 하나의 플루오린원자(F)(모두 플루오린인 경우는 제외), 아릴기, 퍼플루오르알킬기, 선택적으로 그 쇄에 하나 이상의 산소, 질소 및/또는 황원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 및 -O-퍼플루오로아릴기이며;
R11 내지 R14는 각각 독립적으로 수소원자, 할로겐원자, 술폰산기, 인산기, 아세트산기, 니트로기로 구성된 군으로부터 선택되는 치환기를 포함할 수 있고, 상기 술폰산기, 인산기 및 아세트산기는 알칼리 금속염의 형태일 수 있으며;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 0 이상 10 이하의 정수임.
A polymer having a skeleton containing at least one phenylene repeating unit represented by the following formula (1) and at least one phenylene repeating unit represented by the following formula (2)
[Chemical Formula 1]
Figure 112014031292815-pat00033

(2)
Figure 112014031292815-pat00034

In the above Formulas 1 and 2,
A 1 and A 2 is a single bond, each independently, - (C = O) - , - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) - ego;
B is -O-, -S-, - (SO 2 ) -, - (C = O) -, -NH- or -NR 15 -, wherein R 15 is a C 1 to C 6 alkyl group;
At least two or all of R 1 to R 5 are a sulfonated phenyl, a sulfonated pyridinyl or a sulfonated naphthalenyl which is substituted with a sulfonic acid group or an alkali metal salt thereof, and R 1 To R 5 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a sulfonic acid group (-SO 3 H), a phosphoric acid group (-PO 3 H 2 ), an acetic acid group (-CO 2 H) (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, a perfluoroalkylaryl group optionally containing one or more oxygen, nitrogen or sulfur atoms in its chain, a perfluoroaryl group and an -O-perfluoroaryl group, or one Or an aryl group substituted with at least one halogen, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an acetic acid group or a nitro group, and the perfluoro group may include a substituent selected from the group consisting of sulfonic acid, phosphoric acid, acetic acid and nitro, , The phosphoric acid group and the acetic acid group are alkaline May be in the form of a metal salt;
R 6 to R 10 are each independently a hydrogen atom, at least one fluorine atom (F) (except when all are fluorine), an aryl group, a perfluoroalkyl group, optionally one or more oxygen atoms in the chain, nitrogen And / or a perfluoroalkylaryl group including a sulfur atom, a perfluoroaryl group, and an -O-perfluoroaryl group;
R 11 to R 14 each independently may include a substituent selected from the group consisting of a hydrogen atom, a halogen atom, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an acetic acid group and a nitro group, and the sulfonic acid group, phosphoric acid group and acetic acid group may be in the form of an alkali metal salt ;
a, b, c and d are each independently an integer of 0 or more and 10 or less.
제1항에 있어서,
R1 내지 R5 중 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염으로 치환된 페닐기(sulfonated phenyl), 피리디닐기(sulfonated pyridinyl) 또는 나프탈레닐기(sulfonated naphthalenyl)로 치환된 위치는 대칭적인 것을 특징으로 하는 고분자.
The method according to claim 1,
Wherein the positions substituted with a sulfonated phenyl, sulfonated pyridinyl or sulfonated naphthalenyl group substituted with a sulfonic acid group or an alkali metal salt thereof in R 1 to R 5 are symmetrical.
제2항에 있어서,
(R1 및 R5), (R2 및 R4), (R1, R3 및 R5) 및 (R1, R2, R4 및 R5) 로 구성된 군에서 선택된 조합의 위치가 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염으로 치환된 페닐기(sulfonated phenyl), 피리디닐기(sulfonated pyridinyl) 또는 나프탈레닐기(sulfonated naphthalenyl)로 치환된 것을 특징으로 하는 고분자.
3. The method of claim 2,
The position of the combination selected from the group consisting of (R 1 and R 5 ), (R 2 and R 4 ), (R 1 , R 3 and R 5 ) and (R 1 , R 2 , R 4 and R 5 ) A sulfonated phenyl, a sulfonated pyridinyl, or a sulfonated naphthalenyl group substituted with an alkyl group or an alkali metal salt thereof.
상기 고분자는 10,000 내지 1,000,000의 Mn(수평균 분자량; number-average molecular weight) 또는 10,000 내지 10,000,000의 Mw(중량평균 분자량; weight-average molecular weight)의 분자량을 갖는 것인 고분자.
Wherein the polymer has a number average molecular weight (Mw) of 10,000 to 1,000,000 or a molecular weight of Mw (weight-average molecular weight) of 10,000 to 10,000,000.
제1항에 있어서,
상기 골격의 페닐렌기는 서로 파라 위치에 연결된 것을 특징으로 하는 고분자.
The method according to claim 1,
Wherein the phenylene groups of the backbone are linked to each other at para positions.
제1항에 있어서,
랜덤(random), 교차(alternating), 블록(block) 또는 순차적(sequential) 고분자인 것을 특징으로 하는 고분자.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer is a random, alternating, block, or sequential polymer.
제1항에 있어서,
하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 골격을 갖는 고분자:
[화학식 3]
Figure 112014031292815-pat00035

상기 화학식 3에서,
A1, A2, B, R1 내지 R5, R6 내지 R10, a, b, c 및 d는 각각 제1항에서 정의된 바와 같으며, m, n 및 p는 각각 독립적으로 1 이상의 정수임.
The method according to claim 1,
A polymer having a skeleton containing a repeating unit represented by the following formula (3):
(3)
Figure 112014031292815-pat00035

In Formula 3,
A 1, A 2, B, R 1 to R 5, R 6 to R 10, a, b, c and d are as respectively defined in claim 1, m, n and p are each independently one or more It is an integer.
제7항에 있어서,
상기 화학식 3에서 m과 n의 비는 1:1 내지 1:30인 것을 특징으로 하는 고분자.
8. The method of claim 7,
Wherein the ratio of m to n in Formula 3 is 1: 1 to 1:30.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
A1는 -(C=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-;
B는 -O-, -S-, -(SO2)- 또는 -(C=O)-;
A2는 -(C=O)-; 및
R1 내지 R5 모두는 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염으로 치환된 페닐기(sulfonated phenyl), 피리디닐기(sulfonated pyridinyl) 또는 나프탈레닐기(sulfonated naphthalenyl)인 것을 특징으로 하는 고분자.
9. The method according to any one of claims 1 to 8,
A 1 is - (C = O) -, - (SO 2 ) -, -CF 2 - or - (C (CF 3 ) 2 ) -;
B is -O-, -S-, - (SO 2 ) - or - (C = O) -;
A 2 is - (C = O) -; And
Wherein all of R 1 to R 5 are a sulfonated phenyl group, a sulfonated pyridinyl group or a sulfonated naphthalenyl group substituted with a sulfonic acid group or an alkali metal salt thereof.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 하기 화학식 8 또는 9로 표시되는 페닐렌 반복단위를 추가로 포함하는 화학식 10의 골격을 갖는 고분자:
[화학식 8]
Figure 112014031292815-pat00036

[화학식 9]
Figure 112014031292815-pat00037

[화학식 10]
Figure 112014031292815-pat00038

상기 화학식 10에서 T는 상기 화학식 8 또는 9로 표시되는 단위이며,
상기 A1, A2, B 및 R1 내지 R10은 화학식 1 및 2에서와 동일하고,
J는 단일결합이거나 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)- 이거나 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 -NR34-이며, 이때 R34는 C1 내지 C6 알킬기이며,
R16 내지 R27은 각각 독립적으로 수소원자, 플루오린원자, 시아나이드(CN), 퍼플루오로알킬기(CnF2n+1) 또는 페닐기이며,
m, n 및 l은 각각 독립적으로 1 이상인 정수임.
9. The method according to any one of claims 1 to 8,
A polymer having a skeleton of formula (10) further comprising at least one phenylene repeating unit represented by the following formula (8) or (9):
[Chemical Formula 8]
Figure 112014031292815-pat00036

[Chemical Formula 9]
Figure 112014031292815-pat00037

[Chemical formula 10]
Figure 112014031292815-pat00038

In the formula (10), T is a unit represented by the formula (8) or (9)
Wherein A 1 , A 2 , B and R 1 to R 10 are the same as those in formulas (1) and (2)
Donor or electron - J is a single bond or an electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) Is -O-, -S-, -NH- or -NR 34 -, wherein R 34 is a C 1 to C 6 alkyl group,
R 16 to R 27 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a cyanide (CN), a perfluoroalkyl group (C n F 2n + 1 )
m, n and l are each independently an integer of 1 or more.
제10항에 있어서,
하기 화학식 11로 표시되는 화합물인 것인 고분자:
[화학식 11]
Figure 112014031292815-pat00039

11. The method of claim 10,
Is a compound represented by the following formula (11): &lt; EMI ID =
(11)
Figure 112014031292815-pat00039

제11항에 있어서,
상기 화학식 11에서 m에 대한 n+l의 비는 1:2 내지 1:30인 것을 특징으로 하는 고분자.
12. The method of claim 11,
Wherein the ratio of n + 1 to m in Formula 11 is 1: 2 to 1:30.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 고분자의 제조방법으로서,
하기 반응식 1로 표시되는 측쇄에 전자끌게기로 연결된 반응성 할로겐원소로 치환된 아릴기를 포함하는 디할로벤젠(dihalobenzene)과 측쇄에 전자끌게기로 연결된 반응성 할로겐원소로 치환되지 않은 아릴기를 포함하는 디할로벤젠의 혼합물로부터 콜론 커플링 반응(Colon coupling reaction)에 의해 반응성 할로겐원소로 치환 및 비치환된 아릴기를 측쇄에 가지는 벤젠으로 구성된 골격의 중합체를 제조하는 제1단계;
하기 반응식 2로 표시되는 친핵성 치환 반응(Nucleophilic substitution reaction)에 의해 상기 벤젠 골격의 측쇄에 결합된 아릴기에 치환된 할로겐원소를 다중페닐 펜던트로 치환하는 제2단계; 및
하기 반응식 3으로 표시되는 상기 다중페닐 펜던트로 치환된 중합체를 술폰화제, 질산화제, 인산화제 또는 할로겐화제로 처리하여 후처리 수식하는 제3단계를 포함하는 고분자의 제조방법:
[반응식 1]
Figure 112014031292815-pat00040

[반응식 2]
Figure 112014031292815-pat00041

[반응식 3]
Figure 112014031292815-pat00042

상기 R1 내지 R5 및 R11 내지 R14는 화학식 1에서와 동일하고,
상기 R28 내지 R32는 각각 R1 내지 R5에 상응하는 것으로,
n을 1 내지 5의 정수라고 할 때,
Rn이 술폰화된 치환기인 경우, Rn+27은 이에 상응하는 술폰화되지 않은 치환기이고,
Rn이 비술폰화된 치환기인 경우, Rn+27은 Rn과 동일한 치환기이며,
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 0 이상 10 이하의 정수임.
The method for producing a polymer according to any one of claims 1 to 8,
A dihalobenzene containing an aryl group substituted with a reactive halogen element connected to an side chain represented by the following Reaction Scheme 1 and a dihalobenzene containing an aryl group not substituted with a reactive halogen element connected to the side chain through an electron withdrawing group A first step of preparing a polymer having a skeleton composed of benzene having an aryl group on its side chain substituted with a reactive halogen element by a colon coupling reaction from the mixture;
A second step of replacing a halogen element substituted with an aryl group bonded to the side chain of the benzene skeleton by a nucleophilic substitution reaction represented by the following Reaction Scheme 2 with a polyphenyl pendant; And
A third step of treating the polymer substituted with the polyphenyl pendant represented by the following Reaction Scheme 3 with a sulfonating agent, a nitrifying agent, a phosphorylating agent, or a halogenating agent, and post-treating the polymer;
[Reaction Scheme 1]
Figure 112014031292815-pat00040

[Reaction Scheme 2]
Figure 112014031292815-pat00041

[Reaction Scheme 3]
Figure 112014031292815-pat00042

R 1 to R 5 and R 11 to R 14 are the same as those in formula (1)
Wherein R 28 to R 32 correspond to R 1 to R 5 , respectively,
When n is an integer of 1 to 5,
When R n is a sulfonated substituent, R n + 27 is the corresponding unsulfonated substituent,
When R n is a non-sulfonated substituent, R n + 27 is the same substituent as R n ,
a, b, c and d are each independently an integer of 0 or more and 10 or less.
제13항에 있어서,
상기 술폰화제는 클로로술폰산(HSO3Cl) 또는 트리메틸실리클로로술폰산[(CH3)3SiSO3Cl]인 것을 특징으로 하는 고분자의 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the sulfonating agent is chlorosulfonic acid (HSO 3 Cl) or trimethylsilyl chlorosulfonic acid [(CH 3 ) 3 SiSO 3 Cl].
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 고분자를 포함하는 이온전도체.
An ion conductor comprising the polymer according to any one of claims 1 to 8.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 고분자를 포함하는 수지 조성물로부터 형성된 성형체.
A molded article formed from the resin composition comprising the polymer according to any one of claims 1 to 8.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020120134076A 2012-11-23 2012-11-23 Ion-conducting polymer comprising phenyl pendant substituted with at least two sulfonated aromatic groups KR101532306B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120134076A KR101532306B1 (en) 2012-11-23 2012-11-23 Ion-conducting polymer comprising phenyl pendant substituted with at least two sulfonated aromatic groups
PCT/KR2013/010663 WO2014081235A1 (en) 2012-11-23 2013-11-22 Ion-conducting polymer comprising phenyl pendant substituted with two or more sulfonated aromatic groups, and usage of same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120134076A KR101532306B1 (en) 2012-11-23 2012-11-23 Ion-conducting polymer comprising phenyl pendant substituted with at least two sulfonated aromatic groups

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140066932A KR20140066932A (en) 2014-06-03
KR101532306B1 true KR101532306B1 (en) 2015-06-30

Family

ID=50776338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120134076A KR101532306B1 (en) 2012-11-23 2012-11-23 Ion-conducting polymer comprising phenyl pendant substituted with at least two sulfonated aromatic groups

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101532306B1 (en)
WO (1) WO2014081235A1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112018069113B1 (en) 2016-04-07 2022-10-25 Cmblu Energy Ag METHOD FOR THE PRODUCTION OF LOW MOLECULAR WEIGHT AROMATIC LIGIN DERIVATIVE COMPOUNDS
KR102063048B1 (en) * 2016-05-24 2020-01-07 주식회사 엘지화학 The polymer for separator of fuel battery or redox flow battery and manufacturing thereof
WO2018146344A1 (en) * 2017-02-13 2018-08-16 Cmblu Projekt Ag Process for the production of sulphonated low molecular weight derivatives from lignin
EP4102617A1 (en) * 2017-02-13 2022-12-14 CMBlu Energy AG Compositions comprising combinations of group substituted benzene , naphtalene and anthracene sulfonated compounds
EP3580389A1 (en) 2017-02-13 2019-12-18 Cmblu Projekt AG Novel methods for processing lignocellulosic material
KR101952920B1 (en) * 2017-04-28 2019-05-17 한국화학연구원 Polyphenylene-based anion exchange material, preparation method thereof and uses thereof
AU2019220364A1 (en) 2018-02-13 2020-07-30 Cmblu Energy Ag Aminated lignin-derived compounds and uses thereof
EP3753062A1 (en) 2018-02-13 2020-12-23 Cmblu Projekt AG Redox flow battery electrolytes
KR102608992B1 (en) * 2021-05-13 2023-11-30 한국화학연구원 Anion conducting polymer having rigid main-chain with functional side-chain and preparation method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003147074A (en) * 2001-11-16 2003-05-21 Toyobo Co Ltd Aromatic polyarylene ether compound containing sulfonic acid group and polymer electrolyte membrane
KR20110117994A (en) * 2010-04-22 2011-10-28 주식회사 동진쎄미켐 Dihydroxymonomer containing multi-phenyl group, proton conducting polymer prepared using the monomer, polymer electrolyte membrane comprising the polymer, fuel cell comprising the membrane
KR20120108611A (en) * 2011-03-25 2012-10-05 한국화학연구원 Proton conducting copolymer containing diphenyl fuorene-sulfonic acid group, manufacturing method thereof, proton conducting polymer membrane, membrane-electrolyte assembly, and polymer electrolyte membrane fuel cell using the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090088646A (en) * 2008-02-15 2009-08-20 제일모직주식회사 The cation conductive polysulfone-type cross-linked polymer membranes, membrane-electrode assembly and fuel cell
KR20120009789A (en) * 2010-07-21 2012-02-02 주식회사 동진쎄미켐 Proton-conducting polymer, polymer electrolyte membrane comprising polymer, cation-exchange resin comprising polymer, cation-exchange membrane comprising polymer, method for preparing polymer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003147074A (en) * 2001-11-16 2003-05-21 Toyobo Co Ltd Aromatic polyarylene ether compound containing sulfonic acid group and polymer electrolyte membrane
KR20110117994A (en) * 2010-04-22 2011-10-28 주식회사 동진쎄미켐 Dihydroxymonomer containing multi-phenyl group, proton conducting polymer prepared using the monomer, polymer electrolyte membrane comprising the polymer, fuel cell comprising the membrane
KR20120108611A (en) * 2011-03-25 2012-10-05 한국화학연구원 Proton conducting copolymer containing diphenyl fuorene-sulfonic acid group, manufacturing method thereof, proton conducting polymer membrane, membrane-electrolyte assembly, and polymer electrolyte membrane fuel cell using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140066932A (en) 2014-06-03
WO2014081235A1 (en) 2014-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101532306B1 (en) Ion-conducting polymer comprising phenyl pendant substituted with at least two sulfonated aromatic groups
KR101546816B1 (en) Ion conducting polymer comprising partially branched multiblock copolymer and use thereof
JP5075304B2 (en) Ion exchange polymer
US7351775B2 (en) Ion conductive membrane made from a block copolymer and methods of making a block copolymer
KR100934529B1 (en) Sulfonated poly (arylene ether) copolymer having a crosslinked structure inside the polymer chain, sulfonated poly (arylene ether) copolymer having a crosslinked structure inside and at the end of the polymer chain, and a polymer electrolyte membrane using the same
JP5454853B2 (en) Sulfonated poly (arylene) as a hydrolytically and thermally oxidatively stable polymer
Ahmed et al. Comparative study of sulfonated branched and linear poly (phenylene) s polymer electrolyte membranes for fuel cells
KR20060071690A (en) Branched and sulphonated multi block copolymer and electrolyte membrane using the same
KR100819332B1 (en) Sulfonated poly(arylene ether) containing crosslinkable moity at end group, method of manufacturing the same, and polymer electrolyte membrane using the sulfonated poly(arylene ether) and the method
KR20050030229A (en) Polyphenylene-type polymers, preparation method thereof, membranes and fuel cell device comprising said membranes
EP1669392B1 (en) Sulfonated aromatic polyethers, process for production thereof, and electrolyte membranes
JP2007294408A (en) Polyparaphenylene hydrocarbon electrolyte, manufacture method therefor, polyparaphenylene, and electrolyte membrane, catalyst layer and polymer electrolyte fuel cell using polyparaphenylene hydrocarbon electrolyte
WO2005037892A1 (en) Block copolymer and use thereof
KR100963409B1 (en) Sulfonated PolyArylene Ether Alternating Copolymer and Sulfonated PolyArylene Ether Alternating Copolymer containing Crosslinkable Moiety in the End of the Polymer, and Polymer Electrolyte Membrane using the Sulfonated PolyArylene Ether Alternating Copolymer
KR20030063216A (en) Halogenated Aromatic Compound, (Co)polymer Thereof, and Proton-Conductive Membrane Comprising the (Co)polymer
WO2005063854A1 (en) Polymer electrolyte and use thereof
KR101605049B1 (en) Ion-conducting polymer comprising controlled sulfonated poly(phenyl sulfone) and use thereof
KR101648839B1 (en) Electrolyte membrane made of ion-conducting polymer comprising phenyl pendant substituted with at least two sulfonated aromatic groups and membrane-electrode assembly for fuel cells comprising the same
WO2011046234A1 (en) Polyarylene copolymer and uses thereof
KR101235167B1 (en) Sulfonated poly(arylene ether) copolymer comprising crosslink structure and polymer electrolyte membrane comprising the same
KR101223708B1 (en) Tri-block Copolymer and Electrolyte Membrane Made from the Same
KR100954060B1 (en) Sulfonated PolyArylene Ether, Method of manufacturing the same, and Crosslinked Polymer Electrolyte Membrane using the same
KR102142566B1 (en) Novel polymer comprising partially fluorinated sulfonimide, process for the preparation thereof and proton exchange membrane comprising the same
JP3852108B2 (en) Polyarylene polymer and proton conducting membrane
JP2004244517A (en) Polyarylene copolymer, its preparation method and proton conducting membrane

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180406

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190617

Year of fee payment: 5