KR101877499B1 - Anion-exchange membrane based on polyether ether ketone copolymer and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리에테르에테르케톤 계열의 공중합체 내에 이미다졸륨기를 도입하여, 이로 인해 이온전도도, 화학적 안정성 및 내열성이 향상된 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체, 이를 포함하는 연료전지용 음이온교환막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polyether ether ketone-based copolymer, and more particularly, to a polyether ether ketone-based copolymer having an imidazolium group introduced into a polyether ether ketone-based copolymer and having improved ionic conductivity, chemical stability, Series, an anion exchange membrane for a fuel cell including the same, and a method of manufacturing the same.

Figure R1020160131522
Figure R1020160131522

Description

폴리에테르에테르케톤 계열의 공중합체, 이를 포함하는 연료전지용 음이온교환막 및 이의 제조방법{Anion-exchange membrane based on polyether ether ketone copolymer and manufacturing method thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a polyether ether ketone copolymer, an anion exchange membrane for fuel cells containing the same, and an anion exchange membrane based on the polyether ether ketone copolymer and a manufacturing method thereof.

본 발명은 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리에테르에테르케톤 계열의 공중합체 내에 이미다졸륨기를 도입하여, 이로 인해 이온전도도, 화학적 안정성 및 내열성이 향상된 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체, 이를 포함하는 연료전지용 음이온교환막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polyether ether ketone-based copolymer, and more particularly, to a polyether ether ketone-based copolymer having an imidazolium group introduced into a polyether ether ketone-based copolymer and having improved ionic conductivity, chemical stability, Series, an anion exchange membrane for a fuel cell including the same, and a method of manufacturing the same.

음이온 교환막(AEM) 연료전지는 비-귀금속 전극촉매의 활용 가능성, 연료의 용이한 산화, 산소의 빠른 환원 속도, 환원된 연료의 크로스오버(crossover), 촉매의 강화된 일산화탄소 내성, 및 비교적 간단한 물 관리 등의 많은 장점으로 인해 양성자 교환막 연료전지(PEMFC)에 비해 최근에 많은 관심을 받아 왔고, 이에 따라 양성자 교환막(PEM)의 대안으로 음이온 교환막에 대한 연구가 진행되고 있다.The anion exchange membrane (AEM) fuel cell has the potential to utilize non-noble metal electrode catalysts, easy oxidation of fuel, fast reduction rate of oxygen, crossover of reduced fuel, enhanced carbon monoxide tolerance of catalyst, (PEMFC) has been attracting much attention recently because of its many advantages such as low cost, low cost, and management. Therefore, anion exchange membrane is being studied as an alternative to proton exchange membrane (PEM).

이러한 음이온 교환막으로 사용될 수 있는 고분자로는, 높은 수산화물(hydroxide) 전도도, 기계적 강도, 및 화학적 안정성이 필수조건으로 여겨지고 있다. As a polymer that can be used as such anion exchange membrane, high hydroxide conductivity, mechanical strength, and chemical stability are considered to be essential.

최근까지 상술한 기준을 만족하는 음이온 교환막용 고분자로 무기물과 혼합된 폴리(비닐알콜), 폴리(페닐렌), 및 폴리(아릴렌에테르) 등의 주요 고분자 사슬을 갖는 고분자들이 개발되어 왔다. 상술한 종래 고분자들은 우수한 열 안정성과 같은 특성을 가지고 있음에도 불구하고, 높은 온도에서 낮은 전도도 및 알카리 안정성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 평소 낮은 용해성을 가지고 있기 때문에 음이온 교환막 연료전지에 사용하는데 장기 내구성 등의 실용적인 한계가 있었다.Until recently, polymers having major polymer chains such as poly (vinyl alcohol), poly (phenylene), and poly (arylene ether) mixed with an inorganic material as an anion exchange membrane polymer satisfying the above-mentioned criteria have been developed. Although the above-mentioned conventional polymers have properties such as excellent thermal stability, they have low conductivity and alkali stability at high temperature and have low solubility as usual. Therefore, they are used for anion exchange membrane fuel cell, There was a limit.

따라서, 높은 용해도와 함께 이온전도도, 화학적 안정성 및 내열성이 향상된 음이온 교환막에 대한 개발의 필요성이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, there is a great demand for development of an anion exchange membrane having improved ionic conductivity, chemical stability, and heat resistance in addition to high solubility.

특허문헌 1. 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0052973호Patent Document 1: Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0052973

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 이온전도도, 화학적 안정성 및 내열성이 모두 높은 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체 및 이를 포함하는 연료전지용 음이온교환막과 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a polyetheretherketone copolymer having high ion conductivity, chemical stability and heat resistance, and an anion exchange membrane for fuel cells containing the same, .

본 발명은 상기 목적을 이루기 위하여, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는, 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the following general formula (1).

Figure 112016098472405-pat00001
Figure 112016098472405-pat00001

상기 화학식에서,In the above formulas,

상기 x는 반복단위 내 몰 분율(%)로, 상기 x는 1 내지 99의 정수이다.X is a mole fraction (%) in a repeating unit, and x is an integer of 1 to 99. [

본 발명은 상기 다른 목적을 이루기 위하여, 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 포함하는 연료전지의 음이온교환막을 제공한다.The present invention provides an anion exchange membrane of a fuel cell comprising a polyetheretherketone copolymer.

본 발명은 상기 또 다른 목적을 이루기 위하여, A) 이미다졸기를 갖는 제1 단량체, 비스페놀 A계열의 제2 단량체 및 디플루오로벤조페논의 제3 단량체 및 촉매를 제 1용매에 용해 및 반응시켜 [화학식 2]로 표현되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득하는 단계;In order to accomplish the above-mentioned further object, the present invention provides a process for preparing a polyisocyanate comprising the steps of: A) dissolving and reacting a first monomer having an imidazole group, a second monomer of a bisphenol A series and a third monomer of difluorobenzophenone and a catalyst in a first solvent, To obtain a copolymer having a repeating unit represented by the formula (2);

B) 상기 A) 단계를 통해 얻은 공중합체에 제 1용매 및 할로겐화 알칸 화합물을 첨가하여 반응시키는 단계;B) adding a first solvent and a halogenated alkane compound to the copolymer obtained through the step A), and reacting;

C) 상기 B) 단계를 통해 얻은 반응액에 제2 용매를 첨가하여 합성된 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 침전시키는 단계;C) precipitating a synthesized polyether ether ketone-based copolymer by adding a second solvent to the reaction solution obtained in the step B);

D) 상기 C) 단계로부터 얻은 침전물을 제3 용매에 용해하고, 이로부터 막을 형성하는 단계;D) dissolving the precipitate obtained from step C) in a third solvent and forming a film therefrom;

E) 상기 막을 KOH 용액에 함침하는 단계;를 포함하는 연료전지의 음이온교환막의 제조방법을 제공한다.
[화학식 2]

Figure 112017075030928-pat00026

상기 화학식에서,
상기 x는 반복단위 내 몰 분율(%)로, 상기 x는 1 내지 99의 정수이다.E) impregnating the membrane with a KOH solution, and a method for producing an anion exchange membrane of a fuel cell.
(2)
Figure 112017075030928-pat00026

In the above formulas,
X is a mole fraction (%) in a repeating unit, and x is an integer of 1 to 99. [

상기 제1 단량체는 하기 [화학식 a]로 표시되는 것을 특징으로 한다.The first monomer is characterized by being represented by the following formula (a).

[화학식 a](A)

Figure 112018003847320-pat00028
Figure 112018003847320-pat00028

상기 제2 단량체는 하기 [화학식 b]로 표시되는 것을 특징으로 한다.The second monomer is characterized by being represented by the following formula (b).

[화학식 b][Formula b]

Figure 112016098472405-pat00003
Figure 112016098472405-pat00003

상기 제3 단량체는 하기 [화학식 c]로 표시되는 것을 특징으로 한다.And the third monomer is represented by the following formula (c).

[화학식 c](C)

Figure 112016098472405-pat00004
Figure 112016098472405-pat00004

상기 촉매는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화마그네슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 탄산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 한다.The catalyst is characterized by any one selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate and calcium carbonate.

상기 제1 용매 및 제2 용매는 메틸벤젠 또는 디메틸아세트아마이드이고, 상기 제2 용매는 에테르와 에탄올의 혼합용매인 것을 특징으로 한다.Wherein the first solvent and the second solvent are methylbenzene or dimethylacetamide, and the second solvent is a mixed solvent of ether and ethanol.

상기 제1 단량체와 상기 제2 단량체의 총 몰수를 100 몰% 기준으로 하여, 상기 제1 단량체가 5 내지 20 몰%, 상기 제2 단량체가 80 내지 95 몰%로 포함되는 것을 특징으로 한다.Wherein the first monomer is contained in an amount of 5 to 20 mol% and the second monomer is contained in an amount of 80 to 95 mol% based on 100 mol% of the total amount of the first monomer and the second monomer.

상기 제1 단량체와 제2 단량체의 총 몰수에 대하여 상기 제3 단량체는 1 내지 1.5 배의 몰로 포함되는 것을 특징으로 한다. And the third monomer is contained at a molar ratio of 1 to 1.5 times the total number of moles of the first monomer and the second monomer.

본 발명에 따르면, 폴리에테르에테르케톤 계열의 공중합체 내에 이미다졸륨기를 도입하여, 용해성 뿐만 아니라 이온전도도, 화학적 안정성 및 내열성을 높인 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 제공함으로써, 종래의 공중합체를 이용한 음이온교환막의 단점이였던 용해성, 이온전도도, 화학적 안정성 및 내열성을 개선할 수 있었다.INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a copolymer of a polyetheretherketone series which has an imidazolium group introduced into a polyetheretherketone-based copolymer to improve not only solubility but also ionic conductivity, chemical stability and heat resistance, Ion conductivity, chemical stability and heat resistance, which were disadvantages of the anion exchange membrane used.

도 1은 합성예 1로부터 제조된 암모늄기를 갖는 단량체의 1H-NMR 스펙트럼이다.
도 2는 합성예 2로부터 제조된 이미다졸기를 갖는 제1 단량체의 1H-NMR 스펙트럼이다.
도 3은 실시예 2 내지 5로부터 제조된 [화학식 1]로 표시되는 반복단위를 갖는, 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체의 1H NMR 스펙트럼이다.
도 4는 실시예 1 내지 5로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막 각각의 실제 모습을 촬영한 사진이다.
도 5는 실시예 1 내지 5로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막 각각의 열 중량 분석(TGA) 결과 그래프이다.
도 6은 다양한 온도 조건에서 실시예 2 내지 5로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막 각각의 함수율(%) 결과 그래프이다.
도 7은 실시예 2 내지 5로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막 각각의 이온교환용량(mmol/g)을 측정하여 나타낸 결과 그래프이다.
도 8은 실시예 1 내지 4로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막 각각의 이온전도도(S/cm)을 측정하여 나타낸 결과 그래프이다.
1 is a 1 H-NMR spectrum of a monomer having an ammonium group prepared from Synthesis Example 1. FIG.
2 is a 1 H-NMR spectrum of the first monomer having an imidazole group prepared from Synthesis Example 2. Fig.
3 is a 1 H NMR spectrum of a polyether ether ketone-based copolymer having repeating units represented by the formula (1) prepared in Examples 2 to 5.
Fig. 4 is a photograph showing the actual state of each of the anion exchange membranes for fuel cells manufactured in Examples 1 to 5. Fig.
FIG. 5 is a graph showing a thermogravimetric analysis (TGA) result of each of the anion exchange membranes for fuel cells prepared in Examples 1 to 5. FIG.
Fig. 6 is a graph showing the water content (%) of each of the anion exchange membranes for fuel cells prepared in Examples 2 to 5 under various temperature conditions.
7 is a graph showing the ion exchange capacity (mmol / g) of each of the anion exchange membranes for fuel cells prepared in Examples 2 to 5 measured and measured.
FIG. 8 is a graph showing ion conductivity (S / cm) of each of the anion exchange membranes for fuel cells manufactured from Examples 1 to 4.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 측면은, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는, 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체에 관한 것이다.An aspect of the present invention relates to a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112016098472405-pat00005
Figure 112016098472405-pat00005

상기 화학식에서,In the above formulas,

상기 x는 반복단위 내 몰 분율(%)로, 상기 x는 1 내지 99의 정수이다.X is a mole fraction (%) in a repeating unit, and x is an integer of 1 to 99. [

이때, 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는, 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체의 평균분자량은 1000 내지 2500인 것이 바람직하다.The average molecular weight of the polyetheretherketone-based copolymer having the repeating unit represented by the formula (1) is preferably 1000 to 2500.

상기 공중합체는 이미다졸륨기를 갖는 단량체를 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체 주쇄 내에 도입한 것을 특징으로 하는데, 상기 이미다졸륨기를 갖는 단량체는, 음이온교환기인 이미다졸륨기를 부여함으로써, 상기 공중합체에서 이온교환능력뿐만 아니라, 이온전도도 및 용해도를 향상시킬 수 있다.The copolymer is characterized in that a monomer having an imidazolium group is introduced into a main chain of a copolymer of a polyetheretherketone series. The imidazolium group-containing monomer is obtained by adding an imidazolium group, which is an anion-exchange group, , Ion conductivity and solubility as well as the ion exchange ability can be improved.

상기 본 발명의 화학식 1로 표시되는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체는 이온교환용량이 우수하고, 고강도의 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 주쇄 즉, 지지체로 사용함으로써 기계적 물성이 향상될 뿐만 아니라, 상술한 구조가 아닌 다른 공중합체에 비해, 높은 온도에서 적정량의 함수율을 가짐으로써 취성이 크게 낮아져 강도가 개선되고, 낮은 막면적 저항을 가짐으로써 우수한 이온전도도를 가지며, 막의 유연성이 증가하여 전체적인 막의 이온분포도가 향상되며, 용매에 대해 우수한 용해도를 가지기 때문에 막 형성에 있어서 용이성을 가짐을 확인할 수 있다. The polyetheretherketone-based copolymer represented by the general formula (1) of the present invention has excellent ion-exchange capacity and improves mechanical properties by using a high-strength polyetheretherketone-based copolymer as a main chain, that is, a support Compared to other copolymers other than the above-mentioned structures, having a proper water content at a high temperature significantly lowers the brittleness and improves the strength, has a low membrane area resistance, has excellent ionic conductivity and increases the flexibility of the membrane, It is confirmed that the ion distribution is improved and the film is easy to form because of its excellent solubility in solvents.

따라서, 본 발명의 공중합체는 용매에 대해 우수한 용해성을 가지면서, 전기저항이 낮아 이온전도도가 개선되고, 이온교환능력, 기계적물성, 화학적 물성, 가공성 및 내열성이 향상된 연료전지용 음이온교환막을 형성하는데 유용하게 사용될 수 있다.
Therefore, the copolymer of the present invention is useful for forming an anion exchange membrane for a fuel cell having an excellent solubility in a solvent, a low electric resistance, an improved ionic conductivity and an improved ion exchange capacity, mechanical properties, chemical properties, workability and heat resistance Lt; / RTI >

본 발명의 다른 측면은 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 포함하는 연료전지용 음이온교환막에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to an anion exchange membrane for fuel cells comprising a polyetheretherketone-based copolymer.

구체적으로 상기 연료전지의 음이온교환막용 공중합체를 포함하는 조성물을 테플론 등과 같은 기판상에 도포하고, 처리함으로써, 단일막 구조를 갖는 연료전지용 음이온교환막을 나타내는 것이다. Specifically, the present invention is directed to a fuel cell anion exchange membrane having a single membrane structure by applying a composition including a copolymer for an anion exchange membrane of the fuel cell onto a substrate such as Teflon and treating the same.

상기 음이온교환막은 이온교환능력, 내열성을 비롯하여, 가공성 즉 제조의 용이성을 동시에 만족하여야 하기 때문에, 상기 음이온교환막의 두께가 90 내지 110 ㎛인 것이 바람직하다.The anion exchange membrane preferably has a thickness of 90 to 110 占 퐉 because it must simultaneously satisfy the ion exchange capacity, heat resistance, and processability, that is, ease of manufacture.

보다 바람직하게, 상기 [화학식 1]로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리에테르에테르케톤계 공중합체는, 상기 x가 5 내지 10 몰분율(%)인 것일 수 있는데, 왜냐하면 상기 몰분율을 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체로 음이온교환막을 제조할 경우, 높은 온도 조건에서도 이온전도도, 이온교환능력 모두가 우수하면서, 동시에 물리적 강도 및 내열성 특성도 우수한 효과를 얻을 수 있기 때문이다.More preferably, the polyetheretherketone-based copolymer containing the repeating unit represented by the above-mentioned formula (1) may have a mole fraction (%) of from 5 to 10 mol%, because the polyetheretherketone Based copolymer is excellent in both ion conductivity and ion exchange ability even under a high temperature condition, and at the same time, an excellent effect of physical strength and heat resistance characteristics can be obtained.

만약 상기 [화학식 1]로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리에테르에테르케톤계 공중합체에서, 상기 x가 10 몰분율%를 초과하는 것일 경우, 음이온교환막이 형성됨에 있어서, 물리적 강도가 현저히 낮아, 막으로 형성되지 못하거나 손상이 발생하므로, 저항이 증가하게되고 이온전도도가 2 배 이상 현저히 감소하는 것을 확인할 수 있다.If x is more than 10 mole% in the polyetheretherketone-based copolymer containing the repeating unit represented by the above-mentioned formula (1), physical strength is remarkably low in forming an anion exchange membrane, It can be confirmed that the resistance is increased and the ionic conductivity is remarkably decreased by 2 times or more.

구체적으로 상기 음이온교환막은 질소 기류 하에서 열 중량 분석으로 분석한 결과, 500 ℃ 이상에서 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체의 주쇄 사슬(backbone chain)의 열화가 시작되는, 매우 우수한 열적 안정성을 갖고 있는 것을 확인하였다.Specifically, the anion exchange membrane was analyzed by thermogravimetric analysis under a nitrogen gas stream, and it was found that the anion-exchange membrane had a very excellent thermal stability at which the deterioration of the backbone chain of the polyetheretherketone-based copolymer was started at 500 ° C or higher Respectively.

또한 상기 음이온교환막은 고온(60 내지 90 ℃)에서 24 시간이 지날 경우에 대한 함수율을 측정하였고, 이의 결과 낮은 함수율 증가 패턴을 보여주었다. 구체적으로 상기 [화학식 1]로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리에테르에테르케톤계 공중합체에서, 상기 x가 5-10 몰분율%를 초과하거나 미만인 것일 경우 고온에서 40% 이상의 함수율을 가지는데 반해(함수율 증가폭이 최대 40%), 상기 [화학식 1]로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리에테르에테르케톤계 공중합체에서, 상기 x가 5-10 몰분율%인 것을 사용할 경우, 함수율 증가폭이 최대 20%에 불과하며, 고온에서도 30% 이하의 낮은 함수율을 가지는 것을 확인할 수 있다.Also, the anion exchange membrane was measured for water content at high temperature (60 to 90 ° C) for 24 hours, and the result showed a low water content increase pattern. Specifically, in the polyetheretherketone-based copolymer containing the repeating unit represented by the above-mentioned formula (1), when x is in the range of 5-10 mol% or more, the water content is higher than 40% at a high temperature In the polyetheretherketone-based copolymer containing the repeating unit represented by the above formula (1), when the content of x is in the range of 5-10 mole%, the increase in the water content is only 20% at maximum , And that it has a low water content of 30% or less even at a high temperature.

또한 본원 발명의 음이온교환막의 음이온교환용량을 측정한 결과, 0.8 내지 1.6 mmol/g의 매우 우수한 음이온교환용량을 가지고 있음을 확인하였으며, 온도에 따른 이온전도도 역시 0.05 내지 0.3 S/cm으로, 아무런 이미다졸륨기가 도입되지 않은 실시예 1의 음이온교환막에 비해 5 배, 6배 이상 현저히 우수한 것을 확인할 수 있다.
As a result of measuring the anion exchange capacity of the anion exchange membrane of the present invention, it was confirmed that it had an excellent anion exchange capacity of 0.8 to 1.6 mmol / g, and the ion conductivity according to the temperature was also 0.05 to 0.3 S / cm, It can be confirmed that the anion exchange membrane of the Example 1 in which the diazolium group is not introduced is 5 times or more and 6 times or more superior than the anion exchange membrane of Example 1.

또한, 본 발명은 상기 음이온교환막을 포함하는 연료전지를 제공한다.The present invention also provides a fuel cell comprising the anion exchange membrane.

상기 음이온교환막을 포함하는 연료전지는 알칼리 연료전지(alkaline fuel cell, AFC) 또는 붕소화물연료전지(borohydride fuel cell, BFC)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 음이온 교환막을 포함하는 연료전지는, 열적 안정성으로 인해 교환막 사이의 pH 값의 차이로 인한 열역학적 전압 손실을 감소시키는 효과가 있다.
The fuel cell comprising the anion exchange membrane may be, but is not limited to, an alkaline fuel cell (AFC) or a borohydride fuel cell (BFC). The fuel cell including the anion exchange membrane has an effect of reducing the thermodynamic voltage loss due to the difference in the pH value between the exchange membranes due to the thermal stability.

본 발명의 또 다른 측면은 아래 단계들을 포함하는 연료전지용 음이온교환막의 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a method for producing an anion exchange membrane for a fuel cell comprising the following steps.

A) 이미다졸기를 갖는 제1 단량체, 비스페놀 A계열의 제2 단량체 및 디플루오로벤조페논의 제3 단량체 및 촉매를 제 1용매에 용해 및 반응시켜 [화학식 2]로 표현되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득하는 단계;A) A method for producing a copolymer having repeating units represented by formula (2) by dissolving and reacting a first monomer having an imidazole group, a second monomer of bisphenol A series, a third monomer of difluorobenzophenone, and a catalyst in a first solvent, Obtaining a coalescence;

B) 상기 A) 단계를 통해 얻은 공중합체에 제 1용매 및 할로겐화 알칸 화합물을 첨가하여 반응시키는 단계;B) adding a first solvent and a halogenated alkane compound to the copolymer obtained through the step A), and reacting;

C) 상기 B) 단계를 통해 얻은 반응액에 제2 용매를 첨가하여 합성된 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 침전시키는 단계;C) precipitating a synthesized polyether ether ketone-based copolymer by adding a second solvent to the reaction solution obtained in the step B);

D) 상기 C) 단계로부터 얻은 침전물을 제3 용매에 용해하고, 이로부터 막을 형성하는 단계;D) dissolving the precipitate obtained from step C) in a third solvent and forming a film therefrom;

E) 상기 막을 KOH 용액에 함침하는 단계;를 포함하는데, 이는 구체적으로 하기 반응식 3으로 표시되는 나타낼 수 있다.E) impregnating the membrane with a KOH solution, which can be represented specifically by the following Reaction Scheme 3.

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

Figure 112018003847320-pat00029
Figure 112018003847320-pat00029

상기 반응식 3의 화학식에서, 상기 x는 1 내지 99의 정수이다.In the above formula (3), x is an integer of 1 to 99.

우선, 상기 A) 단계는, 이미다졸기를 갖는 제1 단량체, 비스페놀 A계열의 제2 단량체 및 디플루오로벤조페논의 제3 단량체 및 촉매를 제 1용매에 용해 및 반응시켜 [화학식 2]로 표현되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득하는 단계이다.First, the step A) is carried out by dissolving and reacting a first monomer having an imidazole group, a second monomer of a bisphenol A series, a third monomer of difluorobenzophenone, and a catalyst in a first solvent to obtain a compound represented by Formula 2 Lt; RTI ID = 0.0 > repeating < / RTI >

이때 상기 제1 단량체는 하기 [화학식 a]로 표시되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.Here, the first monomer is preferably one represented by the following formula (a).

[화학식 a](A)

Figure 112018003847320-pat00030
Figure 112018003847320-pat00030

또한, 상기 제2 단량체는 하기 [화학식 b]로 표시되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable that the second monomer is represented by the following formula (b).

[화학식 b][Formula b]

Figure 112016098472405-pat00008
Figure 112016098472405-pat00008

상기 제3 단량체는 하기 [화학식 c]로 표시되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.The third monomer is preferably one represented by the following formula (c).

[화학식 c](C)

Figure 112016098472405-pat00009
Figure 112016098472405-pat00009

상기 제1 단량체와 상기 제2 단량체의 총 몰수를 100 몰% 기준으로 하여, 상기 제1 단량체가 5 내지 20 몰%, 상기 제2 단량체가 80 내지 95 몰%로 포함되는 것이 바람직하다. 그러나 후술하는 실험예에서 확인된 바와 같이 다방면의 이온전도도, 기계적물성, 이온교환용량, 용해성 등의 효과를 따져보았을 때 상기 제1 단량체와 상기 제2 단량체의 총 몰수를 100 몰% 기준으로 하여, 상기 제1 단량체가 5 내지 10 몰%, 상기 제2 단량체가 90 내지 95 몰%로 포함되는 것이 가장 바람직하다.It is preferable that the first monomer is contained in an amount of 5 to 20 mol% and the second monomer is contained in an amount of 80 to 95 mol% based on 100 mol% of the total amount of the first monomer and the second monomer. However, considering the effects of various ionic conductivities, mechanical properties, ion exchange capacity, solubility, and the like, as confirmed in Experimental Examples to be described later, the total number of moles of the first monomer and the second monomer is 100 mol% Most preferably 5 to 10 mol% of the first monomer and 90 to 95 mol% of the second monomer.

상기 A) 단계의 반응은, 상기 제1 단량체와 제2 단량체에 존재하는 -OH 기와 제3 단량체에 존재하는 -F기가 반응하여 화학식 2로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체로 중합되는 매커니즘이기 때문에, 상기 제1 단량체와 제2 단량체의 총 몰수에 대하여 상기 제3 단량체는 1 내지 1.5 배의 몰로 포함되어야 하며, 바람직하게 상기 제1 단량체와 제2 단량체의 총 몰수에 대하여 상기 제3 단량체는 1 배의 몰로 포함되는 것이 원하는 몰분율의 화학식 2로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 제조하는데 용이하다.The reaction of step (A) may be carried out by reacting the -OH group present in the first monomer and the second monomer with the -F group present in the third monomer to produce a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the formula (2) The third monomer should be contained at a molar ratio of 1 to 1.5 times the total number of moles of the first monomer and the second monomer, and preferably the molar ratio of the first monomer to the second monomer The third monomer is easy to prepare a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the general formula (2) with a desired mole fraction to be contained in one mole.

또한 상기 A) 단계에서 사용되는 촉매는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화마그네슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 탄산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것일 수 있고, 탄산칼슘을 사용하는 것이 가장 높은 수율로, 화학식 2로 표시되는 반복단위를 갖는, 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 제조할 수 있기 때문에, 가장 바람직하다.The catalyst used in step A) may be any one selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate and calcium carbonate, , It is most preferable since it is possible to prepare a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the general formula (2).

상기 촉매는 상기 제1 단량체, 제2 단량체의 전체 혼합물 1몰을 기준으로 2몰 이상으로 혼합될 수 있다. 상기 촉매가 상기 제1 단량체, 제2 단량체의 전체 혼합물 1몰을 기준으로 2몰 미만이면 촉매의 함량이 낮아 불완전한 반응을 형성하고 또한 총 반응 시간이 길어지는 단점을 갖게 되므로 2몰이상으로 혼합시키는 것이 바람직하다.The catalyst may be mixed in an amount of 2 moles or more based on 1 mole of the entire mixture of the first monomer and the second monomer. If the amount of the catalyst is less than 2 moles based on 1 mole of the entire mixture of the first monomer and the second monomer, the content of the catalyst is low to form an incomplete reaction, and the total reaction time becomes long. .

상기 A) 단계는 촉매의 존재 하에서, 40 내지 80 ℃의 온도 범위에서 수행하는 것이 바람직하다.The step A) is preferably carried out in the presence of a catalyst at a temperature ranging from 40 to 80 ° C.

상기 A) 단계를 통해 A) 단계의 출발물질들의 축합 반응으로 화학식 2로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체가 합성되고, 이는 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체의 전구체 역할을 수행한다.A condensation reaction of the starting materials of step A) with the polyetheretherketone-based copolymer having the repeating unit represented by the formula (2) is carried out through the step (A), which is a polyether ether And acts as a precursor of a ketone-based copolymer.

본 발명의 B) 단계는, 상기 A) 단계를 통해 얻은 공중합체에 제 1용매 및 할로겐화 알칸 화합물을 첨가하여 반응시키는 단계이다.In the step B) of the present invention, the first solvent and the halogenated alkane compound are added to the copolymer obtained through the step A) and reacted.

상기 B) 단계에서 사용되는 제1 용매는 B) 단계에서 수행되는 반응에 사용되는 용매면 특별히 이에 제한되지 않으나, 본 발명의 출발물질, 중간물질 및 생성물질과 반응하지 않으면서 용해성이 우수한 것이 바람직하다. 예컨대, 헥산(hexane), 헵탄(heptane)을 포함하는 지방족 탄화수소 용매(aliphatic hydrocarbon solvent); 피리딘(pyridine), 퀴놀린(quinoline), 아니솔(anisol), 메시틸렌 (mesitylene), 자일렌(xylene)을 포함하는 방향족계 탄화수소 용매(aromatic hydrocarbon solvent); 메틸 이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone), 1-메틸-2-피롤리디논(1-methyl-2-pyrrolidinone), 시클로헥산온(cyclohexanone), 아세톤(acetone)을 포함하는 케톤계 용매(ketone-based solvent); 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran), 이소프로필 에테르(isopropyl ether)을 포함하는 에테르계 용매(ether-based solvent); 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 부틸 아세테이트(butyl acetate), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate)을 포함하는 아세테이트계 용매(acetate-based solvent); 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 부틸 알코올(butyl alcohol)을 포함하는 알코올계 용매(alcohol-based solvent); 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide)을 포함하는 아미드계 용매; 실리콘계 용매 (silicon-based solvent); 및 상기 용매들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것이 바람직하고, 디메틸아세트아미드 또는 메틸벤젠이 더욱 바람직하다.The first solvent used in the step B) is not particularly limited as long as it is a solvent used in the reaction performed in the step B), but it is preferable that the solvent is not reacted with the starting material, the intermediate and the material of the present invention, Do. For example, hexane, aliphatic hydrocarbon solvent including heptane; Aromatic hydrocarbon solvents including pyridine, quinoline, anisol, mesitylene, and xylene; aromatic hydrocarbons; Ketone-based solvents including methyl isobutyl ketone, 1-methyl-2-pyrrolidinone, cyclohexanone, and acetone. solvent); Ether-based solvents including tetrahydrofuran, isopropyl ether, and the like; An acetate-based solvent including ethyl acetate, butyl acetate, and propylene glycol methyl ether acetate; Alcohol-based solvents including isopropyl alcohol and butyl alcohol; Amide-based solvents including dimethylacetamide and dimethylformamide; Silicon-based solvent; And a mixture of these solvents is preferable, and dimethylacetamide or methylbenzene is more preferable.

상기 할로겐화 알칸 화합물은 이미다졸륨기를 할로겐화(특히, 아이도딘화)하기 위하여, 1-아이오도메탄(1-iodomethane), 1-아이오도에탄(1-iodoethane), 1-아이오도프로판(1-iodopropane), 1-아이오도부탄(1-iodobutane), 1-아이오도펜탄(1-iodopentane), 1-아이오도헥산(1-iodohexane), 1-아이오도헵탄(1-iodoheptane), 1-아이오도옥탄(1-iodooctane), 1-아이오도노난(1-iodononane), 1-아이오도데케인(1-iododecane), 1-아이오도도데케인(1-iodododecane) 및 1-아이오도옥타데케인(1-iodooctadecane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.The halogenated alkane compound is preferably selected from the group consisting of 1-iodomethane, 1-iodoethane, 1-iodopropane (1-iodoethane), 1- iodopropane, 1-iodobutane, 1-iodopentane, 1-iodohexane, 1-iodoheptane, 1-iodoctane, 1-iodononane, 1-iododecane, 1-iodododecane and 1-iodoctadecane ( 1-iodooctadecane).

상기 B) 단계는 10 내지 50 ℃에서 수행하는 것이 바람직하고, 30 ℃의 온도에서 수행하는 것이 수율 면에서 가장 바람직하다.The step B) is preferably carried out at 10 to 50 ° C, and the most preferably is carried out at a temperature of 30 ° C in terms of yield.

상기 B) 단계를 통해 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 수득한다.Through the above step B), a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the general formula (3) is obtained.

상기 C) 단계는, 상기 B) 단계를 통해 얻은 반응액에 제2 용매를 첨가하여 합성된 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 침전시키는 단계이다. 즉, 제2 용매는 상기 B) 단계에서 합성된 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 고형화하는 역할을 하는 것이면 특별히 이에 제한되지 않는다.The step C) is a step of precipitating a polyether ether ketone-based copolymer synthesized by adding a second solvent to the reaction solution obtained in the step B). That is, the second solvent is not particularly limited as long as it serves to solidify a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the general formula (3) synthesized in the step B).

상기 제2 용매는 C) 단계에서 수행되는 반응에 사용되는 용매면 특별히 이에 제한되지 않으나, 본 발명의 출발물질, 중간물질 및 생성물질과 반응하지 않으면서 용해성이 우수한 것이 바람직하다. 예컨대, 헥산(hexane), 헵탄(heptane)을 포함하는 지방족 탄화수소 용매(aliphatic hydrocarbon solvent); 피리딘(pyridine), 퀴놀린(quinoline), 아니솔(anisol), 메시틸렌 (mesitylene), 자일렌(xylene)을 포함하는 방향족계 탄화수소 용매(aromatic hydrocarbon solvent); 메틸 이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone), 1-메틸-2-피롤리디논(1-methyl-2-pyrrolidinone), 시클로헥산온(cyclohexanone), 아세톤(acetone)을 포함하는 케톤계 용매(ketone-based solvent); 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran), 이소프로필 에테르(isopropyl ether)을 포함하는 에테르계 용매(ether-based solvent); 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 부틸 아세테이트(butyl acetate), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate)을 포함하는 아세테이트계 용매(acetate-based solvent); 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 부틸 알코올(butyl alcohol)을 포함하는 알코올계 용매(alcohol-based solvent); 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide)을 포함하는 아미드계 용매; 실리콘계 용매 (silicon-based solvent); 및 상기 용매들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것이 바람직하고, 에테르와 에탄올의 혼합용매인 것이 더욱 바람직하다.The second solvent is not particularly limited as long as it is a solvent used in the reaction carried out in step C), but it is preferable that the second solvent is excellent in solubility without reacting with the starting materials, intermediates and products of the present invention. For example, hexane, aliphatic hydrocarbon solvent including heptane; Aromatic hydrocarbon solvents including pyridine, quinoline, anisol, mesitylene, and xylene; aromatic hydrocarbons; Ketone-based solvents including methyl isobutyl ketone, 1-methyl-2-pyrrolidinone, cyclohexanone, and acetone. solvent); Ether-based solvents including tetrahydrofuran, isopropyl ether, and the like; An acetate-based solvent including ethyl acetate, butyl acetate, and propylene glycol methyl ether acetate; Alcohol-based solvents including isopropyl alcohol and butyl alcohol; Amide-based solvents including dimethylacetamide and dimethylformamide; Silicon-based solvent; And a mixture of the above-mentioned solvents, and more preferably a mixed solvent of ether and ethanol.

다음, 상기 D) 단계는, 상기 C) 단계로부터 얻은 침전물을 제3 용매에 용해하고, 이로부터 막을 형성하는 단계이다.Next, the step D) is a step of dissolving the precipitate obtained in the step C) in a third solvent and forming a film therefrom.

구체적으로, 상기 C) 단계로부터 얻은 침전물을 제3 용매에 용해하여 코팅용액을 제조하고, 이를 기판상에 도포하여 건조하는 방법으로 수행할 수 있는데, 당해 기술분야의 통상의 방법으로 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the method may be carried out by dissolving the precipitate obtained in the step C) in a third solvent to prepare a coating solution, applying the coating solution on a substrate and drying the coating solution, and may be carried out by a conventional method in the art , But is not limited thereto.

상기 막은 스핀 코팅, 딥 코팅, 캐스팅 코팅 또는 스프레이 코팅에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.The film is characterized by being formed by spin coating, dip coating, cast coating or spray coating.

상기 기판은 유리판(Glass plate)일 수 있다.The substrate may be a glass plate.

상기 제3 용매는 C) 단계에서 수행되는 반응에 사용되는 용매면 특별히 이에 제한되지 않으나, 본 발명의 출발물질, 중간물질 및 생성물질과 반응하지 않으면서 용해성이 우수한 것이 바람직하다. 예컨대, 헥산(hexane), 헵탄(heptane)을 포함하는 지방족 탄화수소 용매(aliphatic hydrocarbon solvent); 피리딘(pyridine), 퀴놀린(quinoline), 아니솔(anisol), 메시틸렌 (mesitylene), 자일렌(xylene)을 포함하는 방향족계 탄화수소 용매(aromatic hydrocarbon solvent); 메틸 이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone), 1-메틸-2-피롤리디논(1-methyl-2-pyrrolidinone), 시클로헥산온(cyclohexanone), 아세톤(acetone)을 포함하는 케톤계 용매(ketone-based solvent); 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran), 이소프로필 에테르(isopropyl ether)을 포함하는 에테르계 용매(ether-based solvent); 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 부틸 아세테이트(butyl acetate), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate)을 포함하는 아세테이트계 용매(acetate-based solvent); 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 부틸 알코올(butyl alcohol)을 포함하는 알코올계 용매(alcohol-based solvent); 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide)을 포함하는 아미드계 용매; 실리콘계 용매 (silicon-based solvent); 및 상기 용매들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것이 바람직하고, 디메틸포름아미드 또는 디메틸아세트아마이드인 것이 가장 바람직하다.The third solvent is not particularly limited as long as it is a solvent used in the reaction performed in step C), but it is preferable that the third solvent is excellent in solubility without reacting with the starting materials, intermediates and products of the present invention. For example, hexane, aliphatic hydrocarbon solvent including heptane; Aromatic hydrocarbon solvents including pyridine, quinoline, anisol, mesitylene, and xylene; aromatic hydrocarbons; Ketone-based solvents including methyl isobutyl ketone, 1-methyl-2-pyrrolidinone, cyclohexanone, and acetone. solvent); Ether-based solvents including tetrahydrofuran, isopropyl ether, and the like; An acetate-based solvent including ethyl acetate, butyl acetate, and propylene glycol methyl ether acetate; Alcohol-based solvents including isopropyl alcohol and butyl alcohol; Amide-based solvents including dimethylacetamide and dimethylformamide; Silicon-based solvent; And a mixture of the above-mentioned solvents, and most preferably dimethylformamide or dimethylacetamide.

상기 침전물(화학식 3으로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체 포함)을 제3 용매에 용해할 경우, 상기 침전물의 농도가 0.5 내지 20 중량% 및 상기 제3 용매의 농도가 80 내지 99.5 중량% 함유하는 것이 바람직하며, 상기 침전물의 농도가 0.5 중량% 미만이면 이온교환막으로서의 기능을 수행하는 코팅층이 균일하게 형성되기 어렵고, 상기 침전물의 농도가 20 중량%를 초과하면 코팅층의 두께가 너무 두꺼워져 연료전지의 성능 저하를 야기한다. When the precipitate (including a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the formula (3)) is dissolved in a third solvent, the concentration of the precipitate is 0.5 to 20% by weight and the concentration of the third solvent is 80 To 99.5% by weight. If the concentration of the precipitate is less than 0.5% by weight, it is difficult to uniformly form a coating layer which functions as an ion exchange membrane. If the concentration of the precipitate exceeds 20% by weight, It becomes too thick to cause deterioration of the performance of the fuel cell.

최종적으로 상기 E) 단계는, 상기 막을 KOH 용액에 함침하는 단계이다. 이는 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체에서의 iodide(I-)기를 hydroxide(OH-)기로 치환하여 최종 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 포함하는 이온교환막을 제조하기 위한 것으로, 상기 실온(20 내지 40 ℃)에서 40 내지 50 시간 수행하는 것이 바람직하다.Finally, the step E) is a step of impregnating the membrane with the KOH solution. This is because the iodide (I-) group in the polyetheretherketone-based copolymer having the repeating unit represented by the formula (3) is replaced with the hydroxide (OH-) group to form a polyetheretherketone- (20 to 40 ° C) for 40 to 50 hours. The above-described ion-exchange membrane is preferably used as the ion exchange membrane.

본 발명에 따른 상기 제조방법을 통해 제조된 연료전지용 음이온교환막은, 음이온 교환기로 이미다졸륨기를 다량 도입하였음에도 불구하고, 우수한 기계적 강도, 화학적 안정성, 내구성 및 내열성을 가짐과 동시에 높은 용해성과 이온교환용량 및 이온전도도 향상효과를 갖는 것을 확인하였다.
The anion exchange membrane for a fuel cell produced by the method according to the present invention has excellent mechanical strength, chemical stability, durability and heat resistance, and high solubility and ion exchange capacity, even though a large amount of imidazolium group is introduced into an anion exchange group And an ionic conductivity improving effect.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. It is natural that it belongs to the claims.

또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
In addition, the experimental results presented below only show representative experimental results of the embodiments and the comparative examples, and the respective effects of various embodiments of the present invention which are not explicitly described below will be specifically described in the corresponding part.

합성예Synthetic example 1. 3차  1. Third 아민기를Amine group 갖는 단량체의 제조. ≪ / RTI >

3차 아민기(tertiary amine)를 갖는 단량체(ADHDPE)의 제조방법은 다음 반응식 1과 같다.A method for producing a tertiary amine-containing monomer (ADHDPE) is shown in the following reaction formula (1).

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112016098472405-pat00010
Figure 112016098472405-pat00010

DHDPE(4,4'-dihydroxydiphenyl ether)를 에탄올에 용해시킨 후 디메틸아민(dimethylamine) 용액과 포름알데히드(formaldehyde) 용액을 첨가한 후 상온에서 24시간 반응시키고, 상기 반응을 통해 생성된 암모늄기를 갖는 단량체(파우더 형태; ADHDPE)는 필터한 다음, 건조 및 재결정 과정을 통해 수득하였다. DHDPE (4,4'-dihydroxydiphenyl ether) was dissolved in ethanol, dimethylamine solution and formaldehyde solution were added, and the mixture was allowed to react at room temperature for 24 hours. The monomer having an ammonium group (Powder form; ADHDPE) was obtained by filtration followed by drying and recrystallization.

상기 과정을 통해 생성된 3차 아민기를 갖는 단량체(파우더 형태; ADHDPE)는 1H NMR로 확인할 수 있었다(도 1). 도 1에서 보이는 피크의 적분 비율은 각 성분의 몰 비율로 확인된다.The monomer having a tertiary amine group (powder form; ADHDPE) produced through the above process could be confirmed by 1 H NMR (FIG. 1). The integral ratio of the peaks shown in Fig. 1 is confirmed by the molar ratio of each component.

300MHz, Chloroform-d 용매에서 δ = ppm으로 측정한 1H NMR 결과는, 7.2 (s, 2 H, ArH), 6.62 (s, 2 H, ArH), 3.5 (s, 8 H; -CH2-N-),and2.32(s,24H; -N-CH3). FT-IR: 3400 (O-H), 3100 (aromatic C-H), 1600~1475 (aromatic C=C), 1250 (aromatic C-O) cm-1이었다.
300MHz, Chloroform-d in a solvent 1 H NMR was measured by δ = ppm is, 7.2 (s, 2 H, ArH), 6.62 (s, 2 H, ArH), 3.5 (s, 8 H; -CH 2 - N -), and2.32 (s, 24H; -N-CH 3). FT-IR: 3400 (OH), 3100 (aromatic CH), 1600-1475 (aromatic C = C), 1250 (aromatic CO) cm -1 .

합성예 2. 이미다졸기를 갖는 제1 단량체(QIDHDPE0의 제조.Synthesis Example 2: Preparation of a first monomer having an imidazole group (Preparation of QIDHDPE0.

[화학식 a]로 표시되는, 이미다졸기를 갖는 제1 단량체(QIDHDPE0의 제조방법은 다음 반응식 2와 같다.The method for producing the first monomer (QIDHDPE0) having an imidazole group represented by the formula (a) is shown in the following reaction formula (2).

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112016098472405-pat00011
Figure 112016098472405-pat00011

합성예 1로부터 제조된 3차 아민기를 갖는 단량체에 디메틸벤젠(dimethylbenzene)을 넣어 용해시킨 후 2-에틸이미다졸(2-ethylimidazole)을 첨가한 후, 140 ℃에서 12 시간 반응시켰다. 반응이 완료된 반응액을 회수하여, 여기에 에틸아세테이트와 증류수의 혼합용액을 이용해서 액체-액체 추출로 미 반응물을 제거함으로써, 액상형태의 [화학식 a]로 표시되는, 이미다졸기를 갖는 제1 단량체(QIDHDPE)를 수득하였다.Dimethylbenzene was added to the monomer having tertiary amine group prepared in Synthesis Example 1 to dissolve it, 2-ethylimidazole was added, and the mixture was reacted at 140 ° C for 12 hours. The reaction solution in which the reaction has been completed is recovered and the unreacted material is removed by liquid-liquid extraction using a mixed solution of ethyl acetate and distilled water to obtain a first liquid phase reaction liquid having an imidazole group Monomer (QIDHDPE) was obtained.

상기 과정을 통해 생성된 [화학식 a]로 표시되는, 이미다졸기를 갖는 제1 단량체(QIDHDPE)는 1H NMR로 확인할 수 있었다(도 2). 도 2에서 보이는 피크의 적분 비율은 각 성분의 몰 비율로 확인된다.The first monomer (QIDHDPE) having an imidazole group represented by the formula (a), which was produced through the above process, could be confirmed by 1 H NMR (FIG. 2). The integral ratio of the peaks shown in Fig. 2 is confirmed by the molar ratio of each component.

300MHz, DMSO-d6 용매에서 δ = ppm으로 측정한 1H NMR 결과는, . 1HNMR:7.2(s,4H,ArH),7.1(s,4H,Im-ArH),6.9(s,4H,Im-ArH),5.1(s,8H; -CH2-N-),2.7(s,2H; -OH), 2.32 (s, 8 H; -CH2-), 1.42 (s, 12 H; -CH3). FT-IR: 3400 (O-H), 3100 (aromatic C-H), 1600~1475 (aromatic C=C) ,1268~1220 (C-N), 1250 (aromatic C-O) cm-1이었다.
≪ 1 > H NMR, measured at [delta] = ppm in a 300 MHz, DMSO-d6 solvent, 1 HNMR: 7.2 (s, 4H , ArH), 7.1 (s, 4H, Im-ArH), 6.9 (s, 4H, Im-ArH), 5.1 (s, 8H; -CH 2 -N -), 2.7 ( s, 2H; -OH), 2.32 (s, 8 H; -CH 2 -), 1.42 (s, 12 H; -CH 3). FT-IR: 3400 (OH), 3100 (aromatic CH), 1600-1475 (aromatic C = C), 1268-1220 (CN), 1250 (aromatic CO) cm -1 .

실시예Example 1 내지 5. 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는,  1 to 5. < / RTI > 폴리에테르에테르케톤계열의Polyetheretherketone-based 공중합체의 제조. Preparation of Copolymers.

[화학식 1]로 표시되는 반복단위를 갖는, 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체 제조방법은 다음 반응식 3과 같다.A method for producing a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the formula (1) is shown in the following reaction formula (3).

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

Figure 112018003847320-pat00031
Figure 112018003847320-pat00031

합성예 2로부터 제조된 [화학식 a]로 표시되는, 이미다졸기를 갖는 제1 단량체(QIDHDPE)와 비스페놀-A(제2 단량체)(bisphenol-A; BPA), 디플루오로벤조페논(제3 단량체)(difluorobenzophenone; DFB)를 혼합하여 제조하는데, 상기 화학식에 기재된 X는 이미다졸기를 갖는 제1 단량체(QIDHDPE)의 몰분율을 의미하는 것이다.(QIDHDPE), bisphenol-A (BPA), difluorobenzophenone (third monomer) having an imidazole group and represented by the formula [a] (DFB), wherein X represents the molar fraction of the first monomer (QIDHDPE) having an imidazole group.

우선, 합성예 2로부터 제조된 [화학식 a]로 표시되는, 이미다졸기를 갖는 제1 단량체(QIDHDPE)와 비스페놀-A(제2 단량체)(bisphenol-A; BPA), 디플루오로벤조페논(제3 단량체)(difluorobenzophenone; DFB)를 적정량의 함량으로 혼합하고, 여기에 K2CO3 촉매를 첨가하였다. 반응을 통해 화학식 2로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 제조하였다. 이때, 상기 단량체의 혼합 비율을 하기 표 1에 나타내었다.First, a first monomer (QIDHDPE) having an imidazole group and a bisphenol-A (BPA), a bisphenol-A (BPA), and a difluorobenzophenone (DFB) were mixed in an appropriate amount, and K 2 CO 3 catalyst was added thereto. Through the reaction, a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the general formula (2) was prepared. The mixing ratios of the monomers are shown in Table 1 below.

화학식 2로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체에서 이미다졸기를 이미다졸륨 할로겐화하기 위하여, 상기 혼합물(화학식 2로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체 포함)을 디메틸아세트아미드 (dimethylacetamide(DMAC)에 용해시킨 후, 아이오도메탄 (iodomethane)을 첨가하고, 반응을 통해 형성된, 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 에테르(ether)와 에탄올(ethanol)의 혼합 용액으로 옮겨, 침전(고분자 형상화)시켰다. 이를 여과에 의해 수집하고 물로 세척하여 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 수득하였다.In order to imidazolium halogenide the imidazole group in the polyetheretherketone-based copolymer having the repeating unit represented by the formula (2), the above mixture (the polyetheretherketone-series copolymer having the repeating unit represented by the formula (2) ) Was dissolved in dimethylacetamide (DMAC), iodomethane was added, and a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the formula (3) formed through the reaction was dissolved in ether ether, and ethanol to precipitate (polymerize). This was collected by filtration and washed with water to obtain a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the formula (3).

다음으로, 상술한 과정을 통해 수득한 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 디메틸포름알데히드(dimethylforamide; DMF) 용매에 3 wt%의 농도로 용해시킨 후 glass dish 에 도포하고, 상기 도포된 용액을 IR램프로 조사하여, 건조하여 필름을 형성하였다.Next, a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the formula (3) obtained through the above-mentioned process was dissolved in a dimethylforamide (DMF) solvent at a concentration of 3 wt% The applied solution was irradiated with an IR lamp and dried to form a film.

이후 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체에서의 iodide(I-)기를 hydroxide(OH-)기로 치환하기 위하여, 상기 건조된 막을 1 mole 농도의 KOH(potassium hydroxide)용액에 48시간 함침 시킴으로써, [화학식 1]로 표시되는 반복단위를 갖는, 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 포함하는 연료전지용 음이온교환막을 제조하였다.Thereafter, in order to replace the iodide (I-) group in the polyetheretherketone-based copolymer having the repeating unit represented by the general formula (3) with the hydroxide (OH-) group, the dried membrane was immersed in a 1 mole concentration of KOH For 48 hours to prepare an anion exchange membrane for a fuel cell comprising a polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the following formula (1).

상기 과정을 통해 생성된 [화학식 1]표시되는 반복단위를 갖는, 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체(실시예 2-5)는 1H NMR로 확인할 수 있었다(도 3a, b). 도 3b에서 보이는 피크의 적분 비율은 도 3a에 도시한 각 성분의 몰 비율로 확인된다.The polyether ether ketone-based copolymer (Example 2-5) having the repeating unit represented by the formula (1) produced through the above process was confirmed by 1 H NMR (FIG. The integral ratio of the peak shown in Fig. 3B is confirmed by the molar ratio of each component shown in Fig. 3A.

300MHz, DMSO-d6 용매에서 δ = ppm으로 측정한 1H NMR 결과는, 7.76(s, 8H;ArH), 7.24(s,4H;ArH), 7.02(s,12H;ArH), 6.91(s,4H;Im-ArH), 6.75(s,4H;Im-ArH), 4.06(s,8H; -CH2-N-), 3.36(s,8H-CH2-), 1.60(s,6H;-CH3), 1.12(s,12H -CH3). FT-IR: 3100 (aromatic C-H), 1685(C=O), 1600~1475 (aromatic C=C), 1268~1220 (C-N), 1250 (aromatic C-O) cm-1이었다.300MHz, in DMSO-d6 solvent 1 H NMR was measured by δ = ppm has, 7.76 (s, 8H; ArH ), 7.24 (s, 4H; ArH), 7.02 (s, 12H; ArH), 6.91 (s, 4H; Im-ArH), 6.75 (s, 4H; Im-ArH), 4.06 (s, 8H; -CH 2 -N-), 3.36 (s, 8H-CH 2 -), 1.60 (s, 6H; - CH 3), 1.12 (s, 12H -CH 3). FT-IR: 3100 (aromatic CH), 1685 (C = O), 1600-1475 (aromatic C = C), 1268-1220 (CN), 1250 (aromatic CO) cm -1 .

구분division 몰%(mole)Mol% (mole) (a)+(b)에 대한 제3 단량체의 몰비(첨가된 제3 단량체의 moleThe mole ratio of the third monomer to (a) + (b) (mole of the added third monomer (a)+(b)에 대한 촉매의 몰비
(1:2.1)

촉매
The molar ratio of catalyst to (a) + (b)
(1: 2.1)

catalyst
제1 단량체(a)The first monomer (a) 제2 단량체(b)The second monomer (b) (a)+(b)(a) + (b) 실시예 1Example 1 -- 100(1)100 (1) 100100 1:1(1mole)1: 1 (1 mole) K2CO3 (2.1mole)K 2 CO 3 (2.1 mole) 실시예 2Example 2 5(0.05)5 (0.05) 95(0.95)95 (0.95) 100100 1:1(1mole)1: 1 (1 mole) K2CO3 (2.1mole)K 2 CO 3 (2.1 mole) 실시예 3Example 3 10(0.10)10 (0.10) 90(0.90)90 (0.90) 100100 1:1(1mole)1: 1 (1 mole) K2CO3 (2.1mole)K 2 CO 3 (2.1 mole) 실시예 4Example 4 15(0.15)15 (0.15) 85(0.85)85 (0.85) 100100 1:1(1mole)1: 1 (1 mole) K2CO3 (2.1mole)K 2 CO 3 (2.1 mole) 실시예 5Example 5 20(0.20)20 (0.20) 80(0.80)80 (0.80) 100100 1:1(1mole)1: 1 (1 mole) K2CO3 (2.1mole)K 2 CO 3 (2.1 mole)

도 4는 실시예 1 내지 5로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막 각각의 실제 모습을 촬영한 사진이다.Fig. 4 is a photograph showing the actual state of each of the anion exchange membranes for fuel cells manufactured in Examples 1 to 5. Fig.

도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 5로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막은 투명도가 모두 우수한 것을 확인할 수 있고, 그 중에서도 실시예 2, 3으로부터 제조된 음이온교환막은 색감을 나타내지 않으면서도 우수한 투명도를 갖고 있음을 확인하였다.
As shown in FIG. 4, it can be seen that the anion exchange membranes for fuel cells prepared in Examples 1 to 5 are all excellent in transparency. Among them, the anion exchange membranes prepared in Examples 2 and 3 have excellent transparency Respectively.

도 5는 실시예 1 내지 5로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막 각각의 열 중량 분석(TGA) 결과 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing a thermogravimetric analysis (TGA) result of each of the anion exchange membranes for fuel cells prepared in Examples 1 to 5. FIG.

도 5는 실시예 1 내지 5로부터 제조된 음이온교환막을 질소기류 하에서, 25 내지 750 ℃의 온도 범위에서 열을 가하고, 이에 대한 질량변화를 분석하여 나타낸 그래프로, 이에 따르면, 실시예 2 내지 5로부터 제조된 음이온교환막은 250 내지 400 ℃에서, 이미다졸륨기의 감소를 나타내는 1차 분해 온도가 확인되고, 500 ℃ 상에서부터 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체에서 주쇄 사슬(backbone chain)의 열화가 발생하는 것을 확인하였다.5 is a graph showing the anion exchange membranes prepared in Examples 1 to 5 by applying heat in a temperature range of 25 to 750 ° C under a nitrogen gas flow and analyzing mass changes therefrom. The prepared anion exchange membrane has a primary decomposition temperature indicating a decrease in imidazolium group at 250 to 400 ° C and deterioration of the backbone chain in the polyetheretherketone copolymer from 500 ° C Respectively.

이에 반해 이미다졸륨기가 도입되지 않은 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 포함하는 실시예 1로부터 제조된 음이온교환막은 1차 분해 온도없이 500 ℃ 근처에서 급격하게 중량이 저하되는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, the anion exchange membrane prepared from Example 1 containing a polyether ether ketone-based copolymer to which the imidazolium group was not introduced showed a rapid decrease in weight at around 500 ° C without the primary decomposition temperature.

상기 결과를 종합하면 본 발명의 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 포함하는 연료전지용 음이온교환막은 열적 안정성이 현저히 우수하다는 것을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the anion exchange membrane for a fuel cell comprising the polyetheretherketone-based copolymer of the present invention is remarkably excellent in thermal stability.

도 6은 다양한 온도 조건에서 실시예 2 내지 5로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막 각각의 함수율(%) 결과 그래프이다.Fig. 6 is a graph showing the water content (%) of each of the anion exchange membranes for fuel cells prepared in Examples 2 to 5 under various temperature conditions.

이는 시료(음이온교환막)을 상기 각기 다른 온도(25 ℃, 40 ℃, 60 ℃, 80 ℃)의 증류수에 담근 후, 24 시간 뒤에 꺼내어 함수율을 측정하여 나타낸 것이다.The sample (anion exchange membrane) was immersed in distilled water at different temperatures (25 ° C, 40 ° C, 60 ° C, and 80 ° C), taken out after 24 hours, and measured for water content.

도 6에 나타난 바와 같이, 실시예 2 내지 5로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막의 온도에 따른 함수율을 분석한 결과, 공중합체 내에 도입된 이미다졸륨기가 증가함에 따라 함수율도 증가하는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, the moisture content of the anion exchange membranes for fuel cells prepared in Examples 2 to 5 was analyzed. As a result, it was found that the water content increased as the imidazolium groups introduced into the copolymer increased.

특히, 실시예 2, 3으로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막은 높은 온도(60-80 ℃)에서 적정량의 함수율을 가짐으로써 취성이 크게 낮아져 강도가 개선되고, 낮은 막면적 저항을 가짐으로써 우수한 이온전도도를 가지며, 막의 유연성이 증가하여 전체적인 막의 이온분포도가 향상되며, 용매에 대해 우수한 용해도를 가지기 때문에 막 형성에 있어서 용이성을 가짐을 확인할 수 있다. Particularly, the anion exchange membranes for fuel cells produced from Examples 2 and 3 have a water content at a high temperature (60-80 ° C), and the brittleness is greatly lowered to improve the strength and the low membrane area resistance, The flexibility of the membrane is increased, the ion distribution of the whole membrane is improved, and the solubility in the solvent is high, so that it is easy to form the membrane.

구체적으로 실시예 2, 3으로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막은 온도에 따른 함수율 변화량이 최대 20%에 불과하며, 고온에서도 30% 이하의 낮은 함수율을 가지고 있음을 알 수 있는데 반해, 실시예 4, 5로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막은 고온에서 40% 이상의 함수율을 가지며, 온도에 따른 함수율 변화량 역시 최대 40-50%정도인 것을 알 수 있다.
Specifically, the anion exchange membranes for fuel cells prepared in Examples 2 and 3 show a water content variation of only 20% at a temperature and a low water content of 30% or less even at a high temperature. On the contrary, in Examples 4 and 5 It is found that the anion exchange membrane for fuel cell has a water content of 40% or more at a high temperature and a variation of water content according to temperature is also about 40-50% at maximum.

도 7은 실시예 2 내지 5로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막 각각의 이온교환용량(mmol/g)을 측정하여 나타낸 결과 그래프이다. 그래프에서 Equivalent(%)는 상기 제1 단량체와 상기 제2 단량체의 총 몰수를 100 몰% 기준으로 하였을 때, 상기 제1 단량체가 포함되는 몰%를 나타내는 것이다. 순서대로 실시예 2, 3, 4, 5이다. 7 is a graph showing the ion exchange capacity (mmol / g) of each of the anion exchange membranes for fuel cells prepared in Examples 2 to 5 measured and measured. Equivalent (%) in the graph represents mol% in which the first monomer is contained, based on 100 mol% of the total number of moles of the first monomer and the second monomer. Examples 2, 3, 4 and 5 are in order.

도 7에 나타난 바와 같이, 0.8 내지 1.6 mmol/g의 매우 우수한 음이온교환용량을 가지고 있음을 확인하였다.As shown in FIG. 7, it was confirmed that it had an excellent anion exchange capacity of 0.8 to 1.6 mmol / g.

즉, 이미다졸륨기의 도입 함량이 증가함에 따라 이온교환용량 역시 증가되는 것을 확이할 수 있고, 실시예 2 내지 5로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막은 각각 이온교환용량에 있어서 큰 차이가 없지만, 가장 높은 것은 실시예 5로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막(1.54 mmol/g)이였다.
That is, it can be seen that the ion exchange capacity is also increased with the increase of the imidazolium group introduction amount, and the anion exchange membranes for fuel cells manufactured from Examples 2 to 5 have no significant difference in ion exchange capacity, The higher was the anion exchange membrane for fuel cells (1.54 mmol / g) prepared from Example 5.

도 8은 실시예 1 내지 4로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막 각각의 이온전도도(S/cm)을 측정하여 나타낸 결과 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing ion conductivity (S / cm) of each of the anion exchange membranes for fuel cells manufactured from Examples 1 to 4.

도 8에 나타난 바와 같이, 실시예 2, 3으로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막은 저온과 고온에서 모두 현저히 우수한 이온전도도를 가지고 있으며, 이는 이미다졸륨기가 도입되지 않은 실시예 1로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막에 비해 기본 2 배 이상, 최대 6 배 이상 높은 수치를 가지고 있다.As shown in FIG. 8, the anion exchange membranes for fuel cells prepared in Examples 2 and 3 have remarkably excellent ion conductivity at both low temperature and high temperature, and this shows that the anions for fuel cells prepared in Example 1 in which imidazolium groups are not introduced It is more than 2 times higher than basic membrane and 6 times higher than exchange membrane.

또한 실시예 4로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막은 실시예 1로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막과 이온전도도 성향이 유사한데, 이는 음이온교환막이 형성됨에 있어서, 물리적 강도가 현저히 낮아, 막으로 형성되지 못하거나 손상이 발생하게되어, 저항이 증가하게되므로, 실시예 2, 3으로부터 제조된 연료전지용 음이온교환막에 비해 이온전도도가 2 배 이상 현저히 낮은 것을 확인할 수 있다.In addition, the anion exchange membrane for fuel cells prepared in Example 4 has an ion conductivity similar to that of the anion exchange membrane for fuel cells prepared in Example 1. This is because when the anion exchange membrane is formed, its physical strength is remarkably low, The ionic conductivity of the anion exchange membrane for fuel cells prepared in Examples 2 and 3 is remarkably lower than that of the anion exchange membrane for fuel cells.

Claims (10)

하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 갖는, 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체.
[화학식 1]
Figure 112016098472405-pat00013

상기 화학식에서,
상기 x는 반복단위 내 몰 분율(%)로, 상기 x는 1 내지 99의 정수이다.
1. A polyether ether ketone-based copolymer having a repeating unit represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
Figure 112016098472405-pat00013

In the above formulas,
X is a mole fraction (%) in a repeating unit, and x is an integer of 1 to 99. [
제1항에 따른 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 포함하는 연료전지의 음이온교환막.An anion exchange membrane of a fuel cell comprising a polyetheretherketone-based copolymer according to claim 1. A) 이미다졸기를 갖는 제1 단량체, 비스페놀 A계열의 제2 단량체 및 디플루오로벤조페논의 제3 단량체 및 촉매를 제 1용매에 용해 및 반응시켜 [화학식 2]로 표현되는 반복단위를 갖는 공중합체를 수득하는 단계;
B) 상기 A) 단계를 통해 얻은 공중합체에 제 1용매 및 할로겐화 알칸 화합물을 첨가하여 반응시키는 단계;
C) 상기 B) 단계를 통해 얻은 반응액에 제2 용매를 첨가하여 합성된 폴리에테르에테르케톤계열의 공중합체를 침전시키는 단계;
D) 상기 C) 단계로부터 얻은 침전물을 제3 용매에 용해하고, 이로부터 막을 형성하는 단계;
E) 상기 막을 KOH 용액에 함침하는 단계;를 포함하는 연료전지의 음이온교환막의 제조방법.
[화학식 2]
Figure 112017075030928-pat00027

상기 화학식에서,
상기 x는 반복단위 내 몰 분율(%)로, 상기 x는 1 내지 99의 정수이다.
A) A method for producing a copolymer having repeating units represented by formula (2) by dissolving and reacting a first monomer having an imidazole group, a second monomer of bisphenol A series, a third monomer of difluorobenzophenone, and a catalyst in a first solvent, Obtaining a coalescence;
B) adding a first solvent and a halogenated alkane compound to the copolymer obtained through the step A), and reacting;
C) precipitating a synthesized polyether ether ketone-based copolymer by adding a second solvent to the reaction solution obtained in the step B);
D) dissolving the precipitate obtained from step C) in a third solvent and forming a film therefrom;
E) impregnating the membrane with a KOH solution.
(2)
Figure 112017075030928-pat00027

In the above formulas,
X is a mole fraction (%) in a repeating unit, and x is an integer of 1 to 99. [
제3항에 있어서,
상기 제1 단량체는 하기 [화학식 a]로 표시되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 음이온교환막의 제조방법.
[화학식 a]
Figure 112018003847320-pat00032
The method of claim 3,
Wherein the first monomer is represented by the following formula (a).
(A)
Figure 112018003847320-pat00032
제3항에 있어서,
상기 제2 단량체는 하기 [화학식 b]로 표시되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 음이온교환막의 제조방법.
[화학식 b]
Figure 112016098472405-pat00015
The method of claim 3,
Wherein the second monomer is represented by the following formula (b).
[Formula b]
Figure 112016098472405-pat00015
제3항에 있어서,
상기 제3 단량체는 하기 [화학식 c]로 표시되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 음이온교환막의 제조방법.
[화학식 c]
Figure 112016098472405-pat00016
The method of claim 3,
Wherein the third monomer is represented by the following formula (c).
(C)
Figure 112016098472405-pat00016
제3항에 있어서,
상기 촉매는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화마그네슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 탄산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 하는 연료전지의 음이온교환막의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the catalyst is any one selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate and calcium carbonate.
제3항에 있어서,
상기 제1 용매 및 제2 용매는 메틸벤젠 또는 디메틸아세트아마이드이고,
상기 제2 용매는 에테르와 에탄올의 혼합용매인 것을 특징으로 하는 연료전지의 음이온교환막의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the first solvent and the second solvent are methylbenzene or dimethylacetamide,
Wherein the second solvent is a mixed solvent of ether and ethanol.
제3항에 있어서,
상기 제1 단량체와 상기 제2 단량체의 총 몰수를 100 몰% 기준으로 하여, 상기 제1 단량체가 5 내지 20 몰%, 상기 제2 단량체가 80 내지 95 몰%로 포함되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 음이온교환막의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the first monomer is contained in an amount of 5 to 20 mol% and the second monomer is contained in an amount of 80 to 95 mol% based on 100 mol% of the total amount of the first monomer and the second monomer. Of the anion exchange membrane.
제3항에 있어서,
상기 제1 단량체와 제2 단량체의 총 몰수에 대하여 상기 제3 단량체는 1 내지 1.5 배의 몰로 포함되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 음이온교환막의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the third monomer is contained at a molar ratio of 1 to 1.5 times the total number of moles of the first monomer and the second monomer.
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