KR102130080B1 - Polymeric compound, oxygen permeable membrane, Electrochemical device - Google Patents

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Abstract

다관능 아크릴레이트계 화합물 및 금속 포르피린 유도체가 서로 결합하여 가교화된 백본(backbone)을 포함하고, 상기 금속 포르피린 유도체는 금속의 제5 위치에 염기성 축배위자가 배위하는 고분자 화합물, 상기 고분자 화합물을 이용한 산소 투과막, 및 상기 산소 투과막으로 이루어진 격벽을 구비하는 전기화학 디바이스가 개시된다. 산소 선택 투과성이 향상된 고분자 화합물 및 산소 투과막이 제공되며, 우수한 성능을 갖는 전기화학 디바이스가 제공된다.A polyfunctional acrylate-based compound and a metal porphyrin derivative include a backbone cross-linked by binding to each other, and the metal porphyrin derivative is a polymer compound coordinated by a basic axis ligand at a fifth position of the metal, using the polymer compound Disclosed is an electrochemical device comprising an oxygen permeable membrane and a partition wall made of the oxygen permeable membrane. A polymer compound having improved oxygen selective permeability and an oxygen permeable membrane are provided, and an electrochemical device having excellent performance is provided.

Description

고분자 화합물, 산소 투과막, 및 전기화학 디바이스{Polymeric compound, oxygen permeable membrane, Electrochemical device}Polymer compounds, oxygen permeable membranes, and electrochemical devices

산소를 선택적으로 흡장 또는 방출할 수 있는 고분자 화합물, 상기 고분자 화합물을 이용한 산소 투과막, 및 상기 산소 투과막을 사용한 전기화학 디바이스에 관한 것이다.A polymer compound capable of selectively occluding or releasing oxygen, an oxygen permeable membrane using the polymer compound, and an electrochemical device using the oxygen permeable membrane.

최근, 충방전 가능한 이차전지로서, 리튬 공기 전지 등의 산소를 양극 활물질로 사용하는 전기화학 디바이스가 주목을 집중시키고 있다. 이와 같은 전기화학 디바이스는, 충방전시 디바이스의 외부(공기 중 또는 외부의 산소 공급 장치)로부터 산소가 공급되고, 이 산소가 충방전 시의 전극에 있어서 산화환원반응에 이용되고 있다. 따라서, 리튬 공기 전지 등의 산소를 산화환원반응에 이용하는 전기화학 디바이스는 전기 용량의 증대 등의 관점으로부터, 산소를 어떤 방법으로 신속 또한 효율적으로 거두어들이는 것이 중요하게 되었다. 특히, 질소 등 다른 성분을 포함하는 공기 중으로부터 효율적으로 산소를 거두어들이는 것이 요구되고 있다. 이를 위해, 전기화학 디바이스의 양극(공기극)에의 산소의 취입구에, 선택적으로 산소 분자를 결합(흡장, 방출)할 수 있는 부재를 배치하는 것이 바람직하다.Recently, as a secondary battery capable of charging and discharging, an electrochemical device using oxygen, such as a lithium air battery, as a positive electrode active material has attracted attention. In such an electrochemical device, oxygen is supplied from the outside of the device (air or external oxygen supply device) during charging and discharging, and this oxygen is used for the oxidation-reduction reaction in the electrode during charging and discharging. Therefore, it has become important for an electrochemical device using oxygen, such as a lithium air battery, for an oxidation-reduction reaction to quickly and efficiently collect oxygen in a certain way from the viewpoint of an increase in electric capacity and the like. In particular, it is desired to efficiently collect oxygen from air containing other components such as nitrogen. To this end, it is preferable to arrange a member capable of selectively binding (occluding, releasing) oxygen molecules to the inlet of oxygen to the anode (air electrode) of the electrochemical device.

이와 같이 선택적으로 산소를 결합할 수 있는 물질로서는, 예를 들면, 포르피린 분자 중심에 코발트가 배위한 코발트 포르피린 유도체가 알려져 있다. 코발트 포르피린 유도체는 헤모글로빈과 동일한 모양으로, 공기의 일단 투과로 산소 분자를 선택적으로 또한 가역적으로 결합할 수 있다. 이 코발트 포르피린 유도체를 산소 캐리어로서 내부에 취입한 고분자막에서는, 산소가 막 내에 선택적으로 취입되고, 빠르게 운송된다. 따라서, 코발트 포르피린 유도체를 포함한 막은, 선택적으로 산소를 투과하는 것이 가능한 바, 종래보다 산소 선택 투과막 또는 산소 부화막(oxygen enrichment membrane)으로서 산업적 이용가능성이 검토되고 있다.As such a substance capable of selectively binding oxygen, for example, a cobalt porphyrin derivative in which cobalt is coordinated at the center of a porphyrin molecule is known. The cobalt porphyrin derivative has the same shape as hemoglobin, and is capable of selectively and reversibly binding oxygen molecules with one permeation of air. In the polymer membrane in which this cobalt porphyrin derivative is blown inside as an oxygen carrier, oxygen is selectively blown into the membrane and transported quickly. Therefore, since the membrane containing the cobalt porphyrin derivative is capable of selectively permeating oxygen, industrial applicability as an oxygen selective permeation membrane or oxygen enrichment membrane has been studied.

그러나 코발트 포르피린 유도체 자체는 강직한 분자이기 때문에 유연성이 부족하고, 종래는 가공성을 중시함과 함께 자립막을 유지하기 때문에, 포르피린 유도체 이외의 고분자 백본 또는 별도 혼합하는 고분자 재료의 비율을 많이 하지 않을 수 없었다. 그 때문에, 코발트 포르피린 유도체가 갖는 선택적으로 산소를 흡장 및 방출하는 기능, 나아가서는, 코발트 포르피린 유도체를 이용한 막의 산소 투과 기능을 충분히 발현시키는 것이 어렵다. 또한, 상기 코발트 포르피린 유도체를 주재료로 하는 막은 막 전후에 관련된 차압이 공기 중의 산소 분압 정도 이상으로 산소의 선택 투과성이 낮다고 하는 문제가 있다.However, since the cobalt porphyrin derivative itself is a rigid molecule, it lacks flexibility, and conventionally, it emphasizes processability and maintains a self-supporting film. Therefore, the proportion of the polymer backbone other than the porphyrin derivative or the polymer material to be mixed must be increased. . Therefore, it is difficult to sufficiently express the function of selectively absorbing and releasing oxygen possessed by the cobalt porphyrin derivative, and further, the oxygen permeation function of the membrane using the cobalt porphyrin derivative. In addition, the film containing the cobalt porphyrin derivative as a main material has a problem that the selective permeability of oxygen is low in that the differential pressure associated with the membrane before and after the membrane is equal to or greater than the partial pressure of oxygen in the air.

따라서 산소 선택 투과성이 향상된 고분자 화합물, 상기 고분자 화합물을 이용한 산소 투과막, 및 상기 산소 투과막을 사용한 전기화학 디바이스가 여전히 요구되고 있다.Therefore, there is still a need for a polymer compound having improved oxygen selective permeability, an oxygen permeable membrane using the polymer compound, and an electrochemical device using the oxygen permeable membrane.

일 측면은 공기 중의 산소 분압 정도 이상의 압력차에도, 금속 포르피린 유도체의 산소 선택 투과성을 향상시키는 것에 의해, 산소 선택 투과성이 향상된 고분자 화합물, 이 고분자 화합물을 이용한 산소 투과막, 및 상기 산소 투과막을 사용하여 우수한 성능을 갖는 전기화학 디바이스를 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to improve an oxygen selective permeability of a metal porphyrin derivative by using a high molecular compound, an oxygen permeable membrane using the polymer compound, and the oxygen permeable membrane by improving the oxygen selective permeability of the metal porphyrin derivative even at a pressure difference of about the partial pressure of oxygen in the air It is to provide an electrochemical device having excellent performance.

일 측면에 따라,According to one aspect,

다관능 아크릴레이트계 화합물 및 금속 포르피린 유도체가 서로 결합하여 가교화된 백본(backbone)을 포함하고,A polyfunctional acrylate-based compound and a metal porphyrin derivative are bonded to each other to include a crosslinked backbone,

상기 금속 포르피린 유도체는 금속의 제5 위치에 염기성 축배위자가 배위하는 고분자 화합물이 제공된다.The metal porphyrin derivative is provided with a polymer compound coordinated by a basic axis ligand at the fifth position of the metal.

상기 금속 포르피린 유도체는 금속의 반대측에 위치하는 제6 위치에 산소 분자가 배위결합될 수 있다.In the metal porphyrin derivative, an oxygen molecule may be coordinated to a sixth position located on the opposite side of the metal.

상기 염기성 축배위자는 함질소 유기 배위자를 포함할 수 있다.The basic axis ligand may include a nitrogen-containing organic ligand.

상기 금속 포르피린 유도체는 하기 화학식 1로 표시되는 테트라페닐포르피린 유도체에 금속이 배위한 착체일 수 있다:The metal porphyrin derivative may be a complex in which a metal is assigned to a tetraphenylporphyrin derivative represented by Formula 1 below:

<화학식 1><Formula 1>

Figure 112013075512738-pat00001
Figure 112013075512738-pat00001

상기 화학식 1에서,In Chemical Formula 1,

R1, R2, R3 및 R4은 서로 독립적으로 아미노기, 아세토아세테이트(acetoacetate)기, 아세토아세트아미드(acetoacetamide)기, 시아노아세테이트(cyanoacetate)기, 시아노아세트아미드(cyanoacetamide)기, 수소, 할로겐기, 치환 또는 비치환의 C1-C10의 알킬기, 치환 또는 비치환의 C2-C10의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 C2-C10의 알키닐기, 치환 또는 비치환의 C6-C10의 아릴기, 또는 이들의 조합일 수 있고,R1, R2, R3 and R4 are each independently an amino group, acetoacetate group, acetoacetamide group, cyanoacetate group, cyanoacetamide group, hydrogen, halogen group, It may be a substituted or unsubstituted C1-C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2-C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2-C10 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6-C10 aryl group, or a combination thereof. ,

단, 상기 R1, R2, R3 및 R4 중 하나 이상은 아미노기, 아세토아세테이트(acetoacetate)기, 아세토아세트아미드(acetoacetamide)기, 시아노아세테이트(cyanoacetate)기, 및 시아노아세트아미드(cyanoacetamide)기 중에서 선택된 기를 포함할 수 있다.However, at least one of R1, R2, R3 and R4 is selected from an amino group, acetoacetate group, acetoacetamide group, cyanoacetate group, and cyanoacetamide group. Group.

상기 다관능 아크릴레이트계 화합물 및 상기 금속 포르피린 유도체가 마이클형 부가반응(Michael-type addition reaction)에 의해 서로 결합하여 가교화된 백본을 포함할 수 있다.The polyfunctional acrylate-based compound and the metal porphyrin derivative may include a backbone cross-linked by binding to each other by a Michael-type addition reaction.

상기 고분자 화합물 단위함량 당 상기 금속 포르피린 유도체의 함량이 30중량% 이상일 수 있다.The content of the metal porphyrin derivative per unit content of the polymer compound may be 30% by weight or more.

다른 측면에 따라,According to another aspect,

상기 고분자 화합물을 이용한 산소 투과막이 제공된다.An oxygen permeable membrane using the polymer compound is provided.

상기 산소 투과막은 질소 투과계수에 대한 산소 투과계수가 막 전후에 있어서 산소의 압력차가 1㎝Hg에서 8배 이상이고, 50㎝Hg에서 2배 이상일 수 있다.In the oxygen permeable membrane, the oxygen permeability coefficient with respect to the nitrogen permeability coefficient may be 8 times or more at 1 cmHg or more and 2 times or more at 50 cmHg or more before and after the membrane.

또다른 측면에 따라, According to another aspect,

산소를 양극 활물질로 하는 양극,Anode using oxygen as a cathode active material,

리튬 이온을 흡장 방출할 수 있는 재료를 음극 활물질로 하는 음극,A negative electrode which is a negative electrode active material that can occlude and release lithium ions,

상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 전해질, 및An electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode, and

전술한 산소 투과막으로 이루어진 격벽을 구비하고,It has a partition wall made of the above-described oxygen permeable membrane,

상기 격벽을 매개로 하여 상기 양극에 산소를 공급하는 전기화학 디바이스가 제공된다.An electrochemical device for supplying oxygen to the anode via the partition wall is provided.

공기 중의 산소 분압 정도 이상의 압력차에도, 금속 포르피린 유도체를 포함한 고분자 화합물의 산소 선택 투과성을 향상시킬 수 있고, 상기 고분자 화합물을 이용한 산소 투과막을 제공하고, 또한 상기 산소 투과막을 사용하여 우수한 전지성능을 갖는 전기화학 디바이스를 제공할 수 있다.It is possible to improve the oxygen-selective permeability of a polymer compound containing a metal porphyrin derivative, even at a pressure difference above the partial pressure of oxygen in the air, to provide an oxygen-permeable membrane using the polymer compound, and also to have excellent battery performance by using the oxygen-permeable membrane. An electrochemical device can be provided.

도 1a는 일 구현예에 따른 고분자 화합물의 구조를 개념적으로 나타내는 설명도이다.
도 1b는 일 구현예에 따른 고분자 화합물의 구조를 개념적으로 나타내는 설명도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 리튬 공기 전지를 나타내는 개략도이다.
도 3은 실시예 1의 산소 투과막의 경화 전후의 IR 측정 결과를 나타내는 스펙트럼이다.
도 4a는 비교예 1의 산소 투과막에 있어서 산소와 질소와의 차압(p1-p2: 횡축) 및 산소와 질소의 투과계수(P: 종축)과의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 4b는 실시예 1의 산소 투과막에 있어서 산소와 질소와의 차압(p1-p2: 횡축) 및 산소의 투과계수(P: 종축)과의 관계를 나타내는 특성도이다.
1A is an explanatory diagram conceptually showing a structure of a polymer compound according to an embodiment.
1B is an explanatory diagram conceptually showing a structure of a polymer compound according to an embodiment.
2 is a schematic diagram showing a lithium air battery according to an embodiment.
3 is a spectrum showing IR measurement results before and after curing of the oxygen-permeable membrane of Example 1.
4A is a characteristic diagram showing the relationship between the differential pressure of oxygen and nitrogen (p 1 -p 2 : horizontal axis) and the transmission coefficient of oxygen and nitrogen (P: vertical axis) in the oxygen permeable membrane of Comparative Example 1;
4B is a characteristic diagram showing the relationship between the differential pressure (p 1 -p 2 : horizontal axis) of oxygen and nitrogen and the oxygen transmission coefficient (P: vertical axis) in the oxygen-permeable membrane of Example 1. FIG.

이하, 일 구현예에 따른 고분자 화합물, 산소 투과막, 및 전기화학 디바이스에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 특허청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, a polymer compound, an oxygen permeable membrane, and an electrochemical device according to an embodiment will be described in detail. This is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of claims to be described later.

[1. 고분자 화합물][One. Polymer compound]

일 측면으로, 다관능 아크릴레이트계 화합물 및 금속 포르피린 유도체가 서로 결합하여 가교화된 백본(backbone)을 포함하고, 상기 금속 포르피린 유도체는 금속의 제5 위치에 염기성 축배위자가 배위하는 고분자 화합물이 제공된다. 상기 금속 포르피린 유도체는 금속의 반대측에 위치하는 제6 위치에 산소 분자가 배위결합될 수 있다. 상기 염기성 축배위자는 함질소 유기 배위자를 포함할 수 있다. 상기 염기성 축배위자에 대해서는 후술하고자 한다.In one aspect, a polyfunctional acrylate-based compound and a metal porphyrin derivative include a backbone cross-linked by binding to each other, and the metal porphyrin derivative provides a polymer compound coordinated by a basic axis ligand at a fifth position of the metal do. In the metal porphyrin derivative, an oxygen molecule may be coordinated to a sixth position located on the opposite side of the metal. The basic axis ligand may include a nitrogen-containing organic ligand. The basic axis ligand will be described later.

상기 고분자 화합물은 다관능 아크릴레이트계 화합물 및 금속 포르피린 유도체가 서로 결합하여 가교화된 백본(backbone)을 포함하여 상기 고분자 화합물 중 금속 포르피린 유도체의 함량을 많이 하여도, 가공성과 막의 자립성을 저하하는 일 없이 산소의 선택 투과 기능을 유지할 수 있다. The polymer compound includes a polyfunctional acrylate-based compound and a metal porphyrin derivative that are bonded to each other and crosslinked to form a large amount of the metal porphyrin derivative in the polymer compound, including a crosslinked backbone. Without it, it can maintain the selective permeation function of oxygen.

또한 염기성 축배위자가 상기 금속 포르피린 유도체의 중심 금속의 제5 위치에 결합하여, 상기 중심 금속의 제6 위치에 산소 분자의 배위결합이 쉽게 됨으로써 공기 중의 산소 분압 정도 이상에서도 금속 포르피린 유도체를 포함한 고분자 화합물의 산소 선택 투과성이 향상될 수 있다. In addition, a basic axial ligand binds to the fifth position of the central metal of the metal porphyrin derivative, so that coordination of oxygen molecules at the sixth position of the central metal is facilitated, and thus a polymer compound containing a metal porphyrin derivative even at an oxygen partial pressure level higher in the air. Oxygen selective permeability of can be improved.

[1.1. 고분자 화합물의 구조] [1.1. Structure of polymer compound]

도 1을 참조하면서 상기 고분자 화합물의 구조에 대해서 설명한다. 도 1a는 일 구현예에 따른 고분자 화합물의 구조를 개념적으로 나타내는 설명도이다. 도 1b는 일 구현예에 따른 고분자 화합물의 구조를 개념적으로 나타내는 설명도이다. 한편, 이하, 특별히 거절하지 않는 한, 아크릴레이트계 화합물은 「(메타)아크릴레이트계 화합물」을 의미한다. The structure of the polymer compound will be described with reference to FIG. 1. 1A is an explanatory diagram conceptually showing a structure of a polymer compound according to an embodiment. 1B is an explanatory diagram conceptually showing a structure of a polymer compound according to an embodiment. On the other hand, hereinafter, unless otherwise specified, the acrylate-based compound means "(meth)acrylate-based compound."

상기 고분자 화합물은 상기 다관능 아크릴레이트계 화합물 및 상기 금속 포르피린 유도체가 마이클형 부가반응(Michael-type addition reaction)에 의해 서로 결합하여 가교화된 백본을 포함할 수 있다. The polymer compound may include a backbone in which the polyfunctional acrylate compound and the metal porphyrin derivative are cross-linked by binding to each other by a Michael-type addition reaction.

상세하게는, 상기 금속 포르피린 유도체는 1 이상의 친핵성 관능기를 포함하고, 상기 친핵성 관능기의 일부 또는 전부와 상기 다관능 아크릴레이트계 화합물에 포함된 아크릴기가 마이클형 부가반응에 의해 서로 결합하여 가교화된 백본을 포함할 수 있다. 상기 금속 포르피린 유도체로부터 유래한 부위가 상기 백본의 주쇄 또는 측쇄(pendant group)에 존재할 수 있다. In detail, the metal porphyrin derivative contains at least one nucleophilic functional group, and a part or all of the nucleophilic functional group and the acrylic group included in the polyfunctional acrylate compound are crosslinked by binding to each other by Michael type addition reaction Backbone. Sites derived from the metal porphyrin derivative may be present in the main or side chain of the backbone.

상기 금속 포르피린 유도체는 금속 포르피린 착체일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 포르피린 착체는 코발트 포르피린 착체일 수 있다. 즉, 상기 고분자 화합물은 상기 코발트 포르피린 착체가 다관능 아크릴레이트계 화합물과 결합하고, 상기 아크릴레이트 화합물과 함께 백본을 형성할 수 있다. 상기 코발트 포르피린 착체로부터 유래한 부위가 상기 백본의 주쇄 또는 측쇄에 존재할 수 있다. 상기 코발트 포르피린 착체의 코발트의 제5 위치에 염기성 축배위자가 결합하여 산소 분자가 코발트의 제6 배위 위치에 배위하는 것이 용이하게 됨으로써 막의 전후에 관련된 차압이 공기 중의 산소 분압 정도 이상에 있어서도 산소의 촉진 운송이 실현될 수 있다. 이 결과, 공기를 양극 활물질로 하는 공기 전지 등의 전기화학 디바이스의 전기화학 성능을 향상시킬 수 있다.The metal porphyrin derivative may be a metal porphyrin complex. For example, the metal porphyrin complex may be a cobalt porphyrin complex. That is, in the polymer compound, the cobalt porphyrin complex may be combined with a polyfunctional acrylate-based compound, and a backbone may be formed together with the acrylate compound. Sites derived from the cobalt porphyrin complex may be present in the main or side chain of the backbone. A basic axial ligand binds to the fifth position of cobalt of the cobalt porphyrin complex, thereby facilitating oxygen molecules to coordinate at the sixth position of cobalt, so that the differential pressures before and after the membrane are more than the partial pressure of oxygen in the air. Transport can be realized. As a result, it is possible to improve the electrochemical performance of an electrochemical device such as an air battery using air as a positive electrode active material.

상기 고분자 화합물 단위함량 당 상기 금속 포르피린 유도체의 함량은 30중량% 이상일 수 있다.The content of the metal porphyrin derivative per unit content of the polymer compound may be 30% by weight or more.

(다관능 아크릴레이트계 화합물) (Polyfunctional acrylate compound)

다관능 아크릴레이트계 화합물은 아크릴기를 2개 이상 갖는 것으로, 마이클형 부가반응에 있어서 마이클 억셉터(Michael acceptor)가 될 수 있다. 그러나 단관능 아크릴레이트계 화합물에서는, 후술하는 금속 포르피린 유도체, 예를 들어 코발트 포르피린 착체와 함께 고분자 골격을 형성할 수 없다. The polyfunctional acrylate-based compound has two or more acrylic groups, and may be a Michael acceptor in a Michael type addition reaction. However, in a monofunctional acrylate-based compound, a polymer skeleton cannot be formed together with a metal porphyrin derivative described later, for example, a cobalt porphyrin complex.

상기 다관능 아크릴레이트계 화합물은, 예를 들면, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 디프로필렌아크릴디아크릴레이트 등의 반응성 모노머와 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트 등의 반응성 올리고머 등의 이관능성 아크릴레이트, 트리메티롤프로판트리아크릴레이트와 펜타에리스리톨트리아크릴레이트 등의 반응성 모노머와 반응성 올리고머 등의 삼관능성 아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트 등의 반응성 모노머와 반응성 올리고머 등의 사관능성 이상의 아크릴레이트 등을 포함할 수 있다. The polyfunctional acrylate-based compounds include, for example, reactive monomers such as neopentyl glycol diacrylate and dipropylene acrylic diacrylate, and reactive oligomers such as polyethylene glycol diacrylate, urethane acrylate, and epoxy acrylate. Reactive monomers such as difunctional acrylate, trimethyrolpropane triacrylate and pentaerythritol triacrylate, reactive monomers such as reactive oligomer, trifunctional acrylate such as pentaerythritol tetraacrylate, and dipentaerythritol hexaacrylate And acrylate or higher acrylates such as oligomers.

이들 중에서도, 상기 다관능 아크릴레이트계 화합물은 탄소수가 20 이상의 단쇄 아크릴레이트계 화합물일 수 있다. 이러한 단쇄 아크릴레이트계 화합물은 예를 들어, <화학식 2>로 표시되는 디아크릴레이트, <화학식 3>으로 표시되는 트리아크릴레이트, 및 <화학식 4>로 표시되는 테트라아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 단쇄 아크릴레이트계 화합물을 사용하는 것에 의해, 고분자 화합물 1분자당 금속 포르피린 유도체, 예를 들면 코발트 포르피린 착체의 함유량을 증가시킬 수 있다. Among these, the polyfunctional acrylate-based compound may be a short-chain acrylate-based compound having 20 or more carbon atoms. As such a short-chain acrylate-based compound, it is preferable to use, for example, diacrylate represented by <Formula 2>, triacrylate represented by <Formula 3>, and tetraacrylate represented by <Formula 4> . By using such a short-chain acrylate-based compound, the content of a metal porphyrin derivative per molecule of a polymer compound, for example, a cobalt porphyrin complex, can be increased.

<화학식 2> <Formula 2>

Figure 112013075512738-pat00002
Figure 112013075512738-pat00002

<화학식 3> <Formula 3>

Figure 112013075512738-pat00003
Figure 112013075512738-pat00003

<화학식 4> <Formula 4>

Figure 112013075512738-pat00004
Figure 112013075512738-pat00004

한편, 상기 다관능 아크릴레이트계 화합물로서는, 전술한 이관능 아크릴레이트 또는 다관능 아크릴레이트를 단독으로 사용하여도 좋고, 2 종류 이상을 조합시켜 사용하여도 좋다. 또한, 전술한 이관능 아크릴레이트 및 다관능 아크릴레이트로서는 공지의 방법에 의해 합성하여도 좋고, 시판되어 있는 것을 사용하여도 좋다.Meanwhile, as the polyfunctional acrylate-based compound, the aforementioned bifunctional acrylate or polyfunctional acrylate may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. In addition, the above-mentioned bifunctional acrylate and polyfunctional acrylate may be synthesized by a known method, or a commercially available one may be used.

또한 상기 다관능 아크릴레이트계 화합물은 할로겐으로 치환된 알킬렌기를 포함할 수 있다. 이와 같은 다관능 아크릴레이트계 화합물과 금속 포르피린 유도체, 예를 들면 코발트 포르피린 착체를 이용하여 합성된 고분자 화합물은 발수성을 가질 수 있다. 이와 같은 할로겐으로 치환된 알킬렌기를 갖는 다관능 아크릴레이트 화합물로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, <화학식 5>로 표시되는 디아크릴레이트일 수 있다.In addition, the polyfunctional acrylate-based compound may include an alkylene group substituted with halogen. The polyfunctional acrylate-based compound and a metal porphyrin derivative, for example, a polymer compound synthesized using a cobalt porphyrin complex, may have water repellency. The polyfunctional acrylate compound having an alkylene group substituted with halogen is not particularly limited, but may be, for example, diacrylate represented by <Formula 5>.

<화학식 5> <Formula 5>

Figure 112013075512738-pat00005
Figure 112013075512738-pat00005

(금속 포르피린 유도체) (Metal porphyrin derivative)

상기 금속 포르피린 유도체는 하기 화학식 1로 표시되는 테트라페닐포르피린 유도체에 금속이 배위한 착체일 수 있다: The metal porphyrin derivative may be a complex in which a metal is assigned to a tetraphenylporphyrin derivative represented by Formula 1 below:

<화학식 1> <Formula 1>

Figure 112013075512738-pat00006
Figure 112013075512738-pat00006

상기 화학식 1에서, In Chemical Formula 1,

R1, R2, R3 및 R4은 서로 독립적으로 아미노기, 아세토아세테이트(acetoacetate)기, 아세토아세트아미드(acetoacetamide)기, 시아노아세테이트(cyanoacetate)기, 시아노아세트아미드(cyanoacetamide)기, 수소, 할로겐기, 치환 또는 비치환의 C1-C10의 알킬기, 치환 또는 비치환의 C2-C10의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 C2-C10의 알키닐기, 치환 또는 비치환의 C6-C10의 아릴기, 또는 이들의 조합일 수 있고, R1, R2, R3 and R4 are each independently an amino group, acetoacetate group, acetoacetamide group, cyanoacetate group, cyanoacetamide group, hydrogen, halogen group, It may be a substituted or unsubstituted C1-C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2-C10 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2-C10 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6-C10 aryl group, or a combination thereof. ,

단, 상기 R1, R2, R3 및 R4 중 하나 이상은 아미노기, 아세토아세테이트(acetoacetate)기, 아세토아세트아미드(acetoacetamide)기, 시아노아세테이트(cyanoacetate)기, 및 시아노아세트아미드(cyanoacetamide)기 중에서 선택된 기를 포함할 수 있다. However, at least one of R1, R2, R3 and R4 is selected from an amino group, acetoacetate group, acetoacetamide group, cyanoacetate group, and cyanoacetamide group. Group.

상기 금속 포르피린 유도체는, 예를 들면 코발트 포르피린 착체일 수 있다. 상세하게는, 상기 금속 포르피린 유도체는 상기 화학식 1로 표시되는 테트라페닐포르피린 유도체에 금속으로서 코발트가 배위한 착체일 수 있다. The metal porphyrin derivative may be, for example, a cobalt porphyrin complex. Specifically, the metal porphyrin derivative may be a complex in which cobalt is assigned as a metal to the tetraphenylporphyrin derivative represented by Chemical Formula 1.

여기에서, 상기 화학식 1 중 R1, R2, R3 및 R4는 친핵성 관능기, 즉, 마이클 도너(Michael donor)로 될 수 있는 관능기이다. 여기에서 말하는 「마이클 도너」는, 마이클형 부가반응에 있어서 소위 마이클 공여체로 될 수 있는 부분 (관능기)인 것을 의미한다. Here, in Formula 1, R1, R2, R3 and R4 are nucleophilic functional groups, that is, functional groups that can be Michael donor. "Michael donor" as used herein means a part (functional group) that can be a so-called Michael donor in a Michael-type addition reaction.

이와 같은 친핵성 관능기로서는, 비공유 전자대를 갖는 질소원자와 산소원자 등을 갖는 관능기 등이 있지만, 보다 구체적으로는, 상술한 아미노기, 아세토아세테이트(acetoacetate)기, 아세토아세트아미드(acetoacetamide)기, 시아노아세테이트(cyanoacetate)기, 또는 시아노아세트아미드(cyanoacetamide)기 등일 수 있다. 이 들 중 아미노기 또는 아세토아세테이트(acetoacetate)기를 이용하는 것이 바람직하지만, 아미노기를 갖는 포르피린 코발트를 배위시키려면, 캐스트 용액에의 용해성이 저하되고 제막이 곤란하게 될 우려가 있다. 따라서, 상기 고분자 화합물을 이용하여 산소 투과막과 같은 용도로 사용하는 경우에는, 아미노기보다는 아세토아세테이트(acetoacetate)기를 이용하는 것이 바람직하다. Examples of the nucleophilic functional group include a nitrogen atom having a non-covalent electron band, a functional group having an oxygen atom, and the like. More specifically, the above-described amino group, acetoacetate group, acetoacetamide group, and cyano It may be a noacetate (cyanoacetate) group, or a cyanoacetamide group. Among these, it is preferable to use an amino group or an acetoacetate group, but in order to coordinate porphyrin cobalt having an amino group, solubility in a cast solution may be lowered and film formation may be difficult. Therefore, when using the polymer compound for use as an oxygen permeable membrane, it is preferable to use an acetoacetate group rather than an amino group.

또한, 상기 화학식 1 중 R1, R2, R3 및 R4는, 상기 친핵성 관능기 이외의 치환기(잔기)로서는, 특히 한정되어 있지 않지만, 상기 고분자 화합물 중 코발트 포르피린 착체의 함량을 감소시키지 않는 정도의 적은 분자량의 치환기를 사용할 수 있다. 이와 같은 잔기의 예로서는, 수소, 할로겐기, 치환 또는 비치환의 C1-C10의 알킬기, 치환 또는 비치환의 C2-C10의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 C2-C10의 알키닐기, 치환 또는 비치환의 C6-C10의 아릴기일 수 있다Further, in Formula 1, R1, R2, R3 and R4 are not particularly limited as substituents (residues) other than the nucleophilic functional group, but have a small molecular weight that does not reduce the content of the cobalt porphyrin complex in the polymer compound. Substituents of can be used. Examples of such residues include hydrogen, halogen groups, substituted or unsubstituted C1-C10 alkyl groups, substituted or unsubstituted C2-C10 alkenyl groups, substituted or unsubstituted C2-C10 alkynyl groups, substituted or unsubstituted C6-C10 Can be an aryl group of

상기 "치환"에서의 치환은 할로겐 원자, 할로겐 원자로 치환된 C1-C10의 알킬기(예: CCF3, CHCF2, CH2F, CCl3 등), 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, 또는 C1-C10의 알킬기, C2-C10의 알케닐기, C2-C10의 알키닐기, C1-C10의 헤테로알킬기, C6-C10의 아릴기, C6-C10의 아릴알킬기, C6-C10의 헤테로아릴기, 또는 C6-C10의 헤테로아릴알킬기로 치환된 것을 의미한다.Substitution in the "substitution" is a halogen atom, a C1-C10 alkyl group substituted with a halogen atom (for example, CCF 3 , CHCF 2 , CH 2 F, CCl 3, etc.), hydroxy group, nitro group, cyano group, amino group, amidino Group, hydrazine, hydrazone, carboxyl group or salt thereof, sulfonic acid group or salt thereof, phosphoric acid or salt thereof, or alkyl group of C1-C10, alkenyl group of C2-C10, alkynyl group of C2-C10, heteroalkyl group of C1-C10, It means substituted with C6-C10 aryl group, C6-C10 arylalkyl group, C6-C10 heteroaryl group, or C6-C10 heteroarylalkyl group.

여기에서, 전술한 다관능 아크릴레이트계 화합물이 이관능 아크릴레이트만으로 되는 경우에는, 테트라페닐포르피린 유도체가 갖는 친핵성 관능기가 1개뿐이고, 즉, <화학식 1>의 R1 내지 R4 중 어느 1개만이 친핵성 관능기라면, 코발트 포르피린 착체와 다관능 아크릴레이트계 화합물이 가교성의 고분자 골격을 형성할 수 없다. 따라서, 다관능 아크릴레이트계 화합물이 이관능 아크릴레이트만으로 되는 경우에는, 테트라페닐포르피린 유도체는, 친핵성 관능기를 적어도 2개 이상 갖는 것이 필요하다.Here, when the above-mentioned polyfunctional acrylate-based compound is only a bifunctional acrylate, there is only one nucleophilic functional group of the tetraphenylporphyrin derivative, that is, only one of R1 to R4 in <Formula 1> If it is a nucleophilic functional group, a cobalt porphyrin complex and a polyfunctional acrylate-based compound cannot form a crosslinkable polymer skeleton. Therefore, when the polyfunctional acrylate-based compound is only bifunctional acrylate, it is necessary for the tetraphenylporphyrin derivative to have at least two nucleophilic functional groups.

한편, 전술한 다관능 아크릴레이트계 화합물이 적어도 1종류 이상의 이관능 이상의 다관능 아크릴레이트를 포함하는 경우에는, 테트라페닐포르피린 유도체가 갖는 친핵성 관능기가 1개만 있다 해도, 코발트 포르피린 착체와 다관능 아크릴레이트가 가교성의 고분자 골격을 형성할 수 있다. 따라서, 다관능 아크릴레이트계 화합물이 적어도 1종류 이상의 이관능 이상의 다관능 아크릴레이트를 포함하는 경우에는, 테트라페닐술피린 유도체는, 친핵성 관능기를 적어도 1개 갖고 있어도 좋다.On the other hand, when the aforementioned polyfunctional acrylate-based compound contains at least one or more bifunctional or higher polyfunctional acrylates, even if there is only one nucleophilic functional group of the tetraphenyl porphyrin derivative, the cobalt porphyrin complex and the polyfunctional acrylic The rate can form a crosslinkable polymer backbone. Accordingly, when the polyfunctional acrylate-based compound contains at least one or more bifunctional or higher polyfunctional acrylates, the tetraphenylsulpyrin derivative may have at least one nucleophilic functional group.

(염기성 축배위자)(Basic Axis Coordinator)

염기성 축배위자가, 금속 포르피린 유도체, 예를 들면, 코발트 포르피린 착체에서 중심 금속인 코발트의 제5 위치에 배위하는 것에 의해, 코발트 포르피린 착체의 축방향으로 상기 제5 위치와 코발트의 반대측에 있는 제6 배위 위치에 산소 분자를 우선적으로 배위시킬 수 있다. 이에 의해, 막의 전후에 관련된 차압이 공기 중의 산소 분압 정도 이상이어도, 코발트 포르피린 착체에 의한 산소 촉진 수송이 실현될 수 있다. 이것은, 코발트 포르피린 착체의 산소 선택 투과성을 현저하게 향상시킬 수 있다.By a basic axial ligand coordinated to the fifth position of the cobalt which is the central metal in the metal porphyrin derivative, for example, the cobalt porphyrin complex, the sixth position opposite the fifth position and cobalt in the axial direction of the cobalt porphyrin complex. Oxygen molecules can be preferentially coordinated to the coordination site. Thereby, even if the differential pressure related to the front and rear of the membrane is equal to or greater than the partial pressure of oxygen in the air, oxygen-promoted transport by the cobalt porphyrin complex can be realized. This can significantly improve the oxygen selective permeability of the cobalt porphyrin complex.

염기성 축배위자로서는, 비공유 전자대를 구비하는 등에 따라 전자 공여성이 높은 관능기를 갖는 분자가 바람직하다. 이러한 염기성 축배위자로서는, 아미노기, 포스피노기, 카르복시기, 티올기 등을 갖는 것이 있다.As the basic axis ligand, a molecule having a functional group having a high electron donor is preferred, such as having a non-covalent electron band. Some of these basic axis ligands have amino groups, phosphino groups, carboxy groups, thiol groups, and the like.

상기 염기성 축배위자는 함질소 유기 배위자를 포함할 수 있다. 상기 함질소 유기 배위자로서, 아민류(메틸아민, 트리메틸아민, 에테르아민, 피리딘, 헥사메틸렌디아민, 모르폴린, 아닐린 등), 이민류(에틸렌이민, 시프 염기 등), 이미다졸류(메틸이미다졸, 벤질이미다졸, 트리메틸이미다졸 등)일 수 있다.The basic axis ligand may include a nitrogen-containing organic ligand. As the nitrogen-containing organic ligand, amines (methylamine, trimethylamine, etheramine, pyridine, hexamethylenediamine, morpholine, aniline, etc.), imines (ethyleneimine, sif base, etc.), imidazoles (methylimidazole , Benzyl imidazole, trimethyl imidazole, and the like).

또한 그 외 다른 유기성 배위자로서는, 트리페닐포스핀, 아세틸아세테이트, 에테르류 등이 있다. 상기 염기성 축배위자로서는, 하기 1-벤질-1H-이미다졸(BIm)을 예시한다.In addition, other organic ligands include triphenylphosphine, acetyl acetate, and ethers. The following 1-benzyl-1H-imidazole (BIm) is exemplified as the basic axis ligand.

Figure 112013075512738-pat00007
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상기 염기성 축배위자는 염기성이 높고, 즉, 전자 공여성이 높은 것이 금속 포르피린 유도체, 예를 들면, 코발트 포르피린 착체의 산소 친화성을 높게 한다. 이것은, 전자 공여성이 강하게 되면, Co로부터 산소 분자의 π*궤도에의 전자 이동이 용이하게 되므로 Co-O2사이에서의 결합의 형성이 용이하게 되기 때문으로 해석될 수 있다. 각종 해석보다 Co-O2의 전자 상태는, 실제로 Co(II)-O2라기 보다는 Co(III)+-O2-라는 분극 상태를 주장하고 있는 것이라고 생각될 수 있다.The basic axial ligand has a high basicity, that is, a high electron donor increases the oxygen affinity of a metal porphyrin derivative, for example, a cobalt porphyrin complex. This can be interpreted because, when the electron donation is strong, the electron transfer from the Co to the π* orbit of the oxygen molecule is facilitated, thereby facilitating the formation of a bond between Co-O 2 . It can be considered that the electron state of Co-O 2 rather than various interpretations actually asserts the polarization state of Co(III) + -O 2 -rather than Co(II)-O 2 .

코발트 포르피린 착체의 입체장애와 분자의 뒤틀림 등의 이유로 Co-N간의 거리가 넓어지면, 염기성 축배위자의 전자적 효과에 영향을 미치게 되고 상기 염기성 축배위자의 코발트 포르피린 착체에 대한 배위능이 나빠지는 경향으로 된다. 즉, 입체장애와 뒤틀림 등의 이유로 염기성 축배위자가 코발트 포르피린 착체에 접근하기 어렵게 되고, 전자적 결합이 약해지기 때문에(Co-N간의 거리가 넓어짐), 배위능이 나빠지게 된다.When the distance between Co-N is increased due to the steric hindrance of the cobalt porphyrin complex and the distortion of the molecule, the electronic effect of the basic axis ligand is affected, and the coordination ability of the basic axis ligand to the cobalt porphyrin complex tends to deteriorate. . That is, due to steric hindrance and distortion, the basic axis ligand becomes difficult to access to the cobalt porphyrin complex, and the electronic bond is weakened (the distance between Co-N is widened), thereby deteriorating the coordination ability.

코발트 포르피린 착체의 UV-vis스펙트럼을 측정한다면, soret대와 Q대에 극대를 나타낸다. 코발트 포르피린 착체에 대해서 5등량의 염기성 축배위자(이미다졸)를 첨가한다면 Q대의 피크가 장파장 시프트하고, 코발트 포르피린 착체에 대해서 염기성 축배위자가 배위한 것이 확인될 수 있다. 한편, 염기성 축배위자를 매우 과잉(100 등량) 코발트 포르피린 착체에 존재시킨 경우에도 스펙트럼에서 다른 것은 확인 되지 않았기 때문에, 염기성 축배위자를 코발트 포르피린 착체에 대해서 5등량 첨가해서 거의 100%, 염기성 축배위자가 코발트 포르피린 착체에 대해서 배위자가 배위하고 있는 것으로 생각될 수 있다. 또한 염기성 축배위자를 코발트 포르피린 착체에 배위시킨 후, 산소에 노출한다면, soret대, Q대와 함께 장파장 시프트로 이동한 것이 확인될 수 있다. 따라서 염기성 축배위자가 코발트 포르피린 착체의 코발트의 제5 위치에 배위하고, 코발트의 제6 위치에 산소 분자가 배위하고 있다.If the UV-vis spectrum of the cobalt porphyrin complex is measured, the soret and Q bands are maximized. If a 5-axis equivalent of a basic axis ligand (imidazole) is added to the cobalt porphyrin complex, it can be confirmed that the peak of the Q band shifts a long wavelength, and the basic axis ligand coordinates to the cobalt porphyrin complex. On the other hand, even when a basic axial ligand was present in a cobalt porphyrin complex that is very excessive (100 equivalents), nothing else was confirmed in the spectrum, so a basic axial ligand was added in 5 equivalents to the cobalt porphyrin complex to make it nearly 100%, and the basic axial ligand was It may be thought that the ligand is coordinating for the cobalt porphyrin complex. In addition, after coordinating the basic axial ligand to the cobalt porphyrin complex, if exposed to oxygen, it can be confirmed that the soret band and the Q band shifted with a long wavelength shift. Therefore, the basic axis ligand coordinates the cobalt porphyrin complex at the fifth position of the cobalt, and the oxygen molecule at the sixth position of the cobalt.

(고분자 화합물)(Polymer compound)

다관능 아크릴레이트계 화합물과 금속 포르피린 유도체, 예를 들면 코발트 포르피린 착체를 마이클형 부가반응시킬 수 있다. 이 반응시, 코발트 포르피린 착체의 친핵성 관능기(예를 들면, 아미노기 또는 아세토아세테이트기)의 일부 또는 전부가 아크릴레이트 화합물의 아크릴기에 부가된다. 이와 같은 부가반응에 의해 얻어진 백본을 갖는 고분자 화합물의 구조에 대해서, 도 1a 및 도 1b를 참조하면서 설명한다. 한편, 도 1a 및 도 1b에 있어서 「Por」로 나타내고 있는 것은, 「Por」로 기재되고 있는 위치에 포르피린이 존재하고 있는 것을 나타내고 있다. 즉, 「Por」로 기재되고 있는 부분에, 코발트 포르피린 착체에 유래한 부위가 존재한다.A polyfunctional acrylate-based compound and a metal porphyrin derivative, for example, a cobalt porphyrin complex, can be subjected to Michael type addition reaction. In this reaction, a part or all of the nucleophilic functional group (for example, amino group or acetoacetate group) of the cobalt porphyrin complex is added to the acrylic group of the acrylate compound. The structure of the polymer compound having a backbone obtained by such an addition reaction will be described with reference to Figs. 1A and 1B. On the other hand, what is indicated by "Por" in Figs. 1A and 1B indicates that porphyrin is present at the position described as "Por". That is, a site derived from a cobalt porphyrin complex is present in a portion described as "Por".

<제1 예><Example 1>

상기 고분자 화합물가 가질 수 있는 구조의 제1 예로서는, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 코발트 포르피린 착체가, 다관능 아크릴레이트계 화합물과 코발트 포르피린 착체를 마이클형 부가반응시켜 얻어지는 백본의 주쇄에 존재하는 구조이다. 이 경우에는, 다관능 아크릴레이트계 화합물과 코발트 포르피린 착체가, 서로 상대(相手)를 매개로 결합될 수 있다. 즉, 다관능 아크릴레이트계 화합물(코발트 포르피린 착체)과 같은 종류는, 코발트 포르피린 착체(다관능 아크릴레이트 화합물)를 매개로 하여 결합될 수 있다.As a first example of the structure that the polymer compound may have, as shown in Fig. 1A, a cobalt porphyrin complex is a structure present in the main chain of a backbone obtained by Michael-type addition reaction of a polyfunctional acrylate-based compound and a cobalt porphyrin complex. In this case, the polyfunctional acrylate-based compound and the cobalt porphyrin complex can be combined with each other through a medium. That is, the same kind as the polyfunctional acrylate-based compound (cobalt porphyrin complex) can be combined via the cobalt porphyrin complex (polyfunctional acrylate compound).

이와 같은 구조는, 예를 들면, 이관능 아크릴레이트 또는 삼관능 또는 사관능 이상의 아크릴레이트의 다관능 아크릴레이트계 화합물에, 친핵성 관능기를 4개 갖는 사치환 코발트 포르피린 착체를 마이클형 부가시킴으로써 얻을 수 있다. 단, 이관능 아크릴레이트 화합물과 사치환 코발트 포르피린 착체를 반응시킨 경우에는, 가교도가 낮고(이관능 아크릴레이트 화합물과 코발트 포르피린 착체와의 결합점이 적음), 유기 용매에 용해하기 쉽기 때문에, 제막이 곤란하게 되기도 하고, 막의 강도가 약해지기도 할 우려가 있다. 한편, 사관능 아크릴레이트 화합물과 사치환 코발트 포르피린 착체를 반응시킨 경우에는, 유기 용매에 불용 또는 난용이 될 수 있다. 그러나 이 경우에는, 가교점(사관능 아크릴레이트 화합물과 코발트 포르피린 착체와의 결합점)이 너무 많기 때문에, 제막한 경우에 막이 부서지기 쉬운 경향이 있다. 따라서, 유기 용매에 용해하기 어렵고, 또한, 가교점을 적게 하기 위하여, 이하에 설명하는 제2 예와 같은 구조를 갖는 것이 보다 바람직하다.Such a structure can be obtained, for example, by Michael addition of a tetrasubstituted cobalt porphyrin complex having four nucleophilic functional groups to a bifunctional acrylate or a polyfunctional acrylate compound of trifunctional or tetrafunctional or higher acrylate. have. However, when the bifunctional acrylate compound and the tetrasubstituted cobalt porphyrin complex are reacted, the crosslinking degree is low (the bonding point between the bifunctional acrylate compound and the cobalt porphyrin complex is small), and it is easy to dissolve in an organic solvent, making film formation difficult. There is a concern that the film strength may be weakened. On the other hand, when the tetrafunctional acrylate compound is reacted with the tetrasubstituted cobalt porphyrin complex, it may be insoluble or poorly soluble in the organic solvent. However, in this case, since there are too many crosslinking points (bonding point of the tetrafunctional acrylate compound and the cobalt porphyrin complex), the film tends to be brittle when formed. Therefore, it is more difficult to dissolve in an organic solvent and, in order to reduce the crosslinking point, it is more preferable to have a structure as in the second example described below.

<제2 예><Example 2>

상기 고분자 화합물의 가질 수 있는 제2 예로서는, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 코발트 포르피린 착체가 다관능 아크릴레이트계 화합물과 코발트 포르피린 착체를 마이클형 부가반응시켜 얻어지는 백본의 측쇄에 존재하는 구조이다. 이 경우에는, 동일한 종류의 다관능 아크릴레이트계 화합물이 중합(2종류 이상의 다관능 아크릴레이트계 화합물을 이용하는 경우에는 공중합)하는 것으로 주쇄에 폴리아크릴레이트가 형성될 수 있고, 이 폴리아크릴레이트의 측쇄 부분에 코발트 포르피린 착체가 결합하고 있는 구조이다.As a second example of the polymer compound, as shown in Fig. 1B, a cobalt porphyrin complex is a structure present in a side chain of a backbone obtained by Michael-type addition reaction of a polyfunctional acrylate-based compound and a cobalt porphyrin complex. In this case, a polyacrylate may be formed in the main chain by polymerizing the same kind of polyfunctional acrylate-based compound (copolymerization when two or more kinds of polyfunctional acrylate-based compounds are used), and side chains of the polyacrylate It is a structure in which a cobalt porphyrin complex is attached to a part.

이와 같은 구조는, 예를 들면, 사관능 아크릴레이트 화합물이 친핵성 관능기를 1개만 갖는 1치환 코발트 포르피린 착체를 마이클형 부가시킴으로 얻어질 수 있다. 이 경우에는 가교점의 수가 유기 용매에의 용해하는 것이 어려운 성질, 및 제막한 경우의 막의 부서지기 쉬운 성질을 균형 있게 하여 양립할 수 있다.Such a structure can be obtained, for example, by Michael-type addition of a monosubstituted cobalt porphyrin complex in which the tetrafunctional acrylate compound has only one nucleophilic functional group. In this case, the number of crosslinking points can be made compatible by balancing the properties in which it is difficult to dissolve in an organic solvent and the brittle properties of the film when formed.

<고분자 화합물의 분자량(중합도)><Molecular weight of polymer compound (polymerization degree)>

상기 고분자 화합물의 분자량(또는 중합도)는, 특히 규정되지는 않고, 상기 고분자 화합물의 용도에 대응하여 적절하게 조정될 수 있다.The molecular weight (or degree of polymerization) of the polymer compound is not particularly defined, and may be appropriately adjusted in response to the use of the polymer compound.

[1.2. 고분자 화합물의 합성법][1.2. Synthesis of polymer compounds]

다음으로, 전술한 구성을 갖는 고분자 화합물의 합성법에 대해서 설명한다.Next, a method for synthesizing a polymer compound having the above-described configuration will be described.

고분자 화합물은, 전술한 바와 같이, 다관능 아크릴계 화합물, 즉, 이관능 또는 다관능 아크릴레이트 화합물에, 친핵성 관능기를 적어도 1개 이상 갖는 코발트 포르피린 착체를 마이클형 부가반응에 의해 부가시킴으로써 얻어질 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 고분자 화합물을 합성하는 때에는, 상기 마이클형 부가반응을 이용하고, 마이클 도너로서 기능하는 친핵성 관능기(아미노기, 아세토아세테이트기 등)을, 마이클 억셉터로서 기능하는 다관능 아크릴레이트계 화합물의 아크릴기와 반응시켜 상기 코발트 포르피린 착체를 다관능 아크릴레이트계 화합물에 부가시킬 수 있다. 이하, 보다 상세하게 설명한다.The polymer compound can be obtained by adding a cobalt porphyrin complex having at least one nucleophilic functional group to a polyfunctional acrylic compound, that is, a bifunctional or polyfunctional acrylate compound, by Michael-type addition reaction, as described above. have. More specifically, when synthesizing the polymer compound, a polyfunctional acrylate that uses the Michael-type addition reaction and functions as a nucleophilic functional group (amino group, acetoacetate group, etc.) serving as a Michael donor, as a Michael acceptor. The cobalt porphyrin complex can be added to the polyfunctional acrylate-based compound by reacting with the acrylic group of the compound. Hereinafter, it demonstrates in more detail.

(다관능 아크릴레이트계 화합물의 준비)(Preparation of polyfunctional acrylate-based compounds)

우선, 상기 고분자 화합물의 합성에 이용하는 다관능 아크릴레이트계 화합물을 준비한다. 이러한 다관능 아크릴레이트계 화합물은 공지의 방법에 의해 합성하여도 좋고, 또한 시판되어 있는 것을 이용하여도 좋다. 시판되어 있는 것으로서는, 예를 들면, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트(Aldrich제), 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트(Aldrich제), 1,4-비스(아크릴로일옥시)부탄(TCI사제), 1, 10-비스(아크릴로일옥시)데칸(TCI사제), 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트(TCI사제), 펜타에리스리톨트리아크릴레이트(新中村化?工業社제), 비스페놀A형 에폭시아크릴레이트(다이셀사이텍사제), 지방족 우레탄아크릴레이트(다이셀사이텍사제) 등이 열거될 수 있다.First, a polyfunctional acrylate-based compound used for the synthesis of the polymer compound is prepared. These polyfunctional acrylate-based compounds may be synthesized by a known method, or commercially available ones may be used. As commercially available ones, for example, neopentyl glycol diacrylate (from Aldrich), pentaerythritol tetraacrylate (from Aldrich), 1,4-bis (acryloyloxy) butane (from TCI), 1, 10-bis (acryloyloxy) decane (manufactured by TCI), tetraethylene glycol diacrylate (manufactured by TCI), pentaerythritol triacrylate (manufactured by New China, Ltd.), bisphenol A type epoxy acrylate (Diecel Cytec), aliphatic urethane acrylate (Daicel Cytec), and the like.

(테트라페닐포르피린 유도체의 합성)(Synthesis of tetraphenylporphyrin derivatives)

테트라페닐포르피린은 공지의 방법에 의해 합성하여도 좋고, 또한 시판되어 있는 것을 이용하여도 좋다. 시판되어 있는 것으로서는, 예를 들면, 테트라페닐포르피린(TCI사제, 와코 케미칼사제, Sigma Aldrich사제, Strem Chemicals사제 등)이 열거될 수 있다.Tetraphenylporphyrin may be synthesized by a known method, or a commercially available one may be used. As what is marketed, tetraphenylporphyrin (made by TCI, Wako Chemical, Sigma Aldrich, Strem Chemicals, etc.) can be mentioned, for example.

다음으로, 이 테트라페닐포르피린에 아미노기와 아세토아세테이트기 등의 친핵성 관능기를 도입한다. 상기 친핵성 관능기의 도입방법으로서는, 공지의 유기 합성 반응을 이용한다면 좋지만, 일 예로서, 아미노기(일치환 내지 삼치환)의 도입방법을 이하에 나타낸다.Next, nucleophilic functional groups such as amino groups and acetoacetate groups are introduced into the tetraphenylporphyrin. As the method for introducing the nucleophilic functional group, a known organic synthesis reaction may be used, but as an example, a method for introducing an amino group (mono- to tri-substituted) is shown below.

우선, 아미노기를 도입하는 경우에는, 예를 들면, 하기 <화학식 7> (반응 스킴 1)에 나타내는 바와 같이, 트리플루오로 초산 중에서 테트라페닐포르피린과 아질산나트륨을 반응시켜, 니트로기가 1개 내지 3개가 도입된 테트라페닐술피린 유도체를 합성한다. 다음으로, 도입된 니트로기를 농염산 등의 환원제를 이용하여 환원하여, 아미노기가 1개 내지 3개 도입된 테트라페닐포르피린 유도체를 합성할 수 있다.First, in the case of introducing an amino group, for example, as shown in the following <Formula 7> (Reaction Scheme 1), tetraphenylporphyrin and sodium nitrite are reacted in trifluoroacetic acid, and 1 to 3 nitro groups are reacted. The introduced tetraphenylsulpirin derivative is synthesized. Next, the introduced nitro group can be reduced using a reducing agent such as concentrated hydrochloric acid to synthesize a tetraphenylporphyrin derivative having 1 to 3 amino groups introduced therein.

<화학식 7><Formula 7>

Figure 112013075512738-pat00008
Figure 112013075512738-pat00008

(반응 스킴 1) (Reaction scheme 1)

또한, 테트라페닐술피린 유도체로서는 합성에 의한 것뿐만 아니라 시판되고 있는 것을 사용하여도 좋다. 이와 같은 시판품으로서는, 예를 들면, 5, 10, 15, 20-테트라키스(4-아미노페닐)-21H, 23H-포르핀(TCI사제) 등이 열거될 수 있다.Moreover, as a tetraphenyl sulfyrin derivative, you may use what is commercially available as well as synthetically. As such a commercial item, 5, 10, 15, 20-tetrakis(4-aminophenyl)-21H, 23H-porpine (made by TCI) etc. can be mentioned, for example.

(코발트 배위)(Cobalt coordination)

전술한 바와 같이 하여 합성된 테트라페닐포르피린 유도체에 코발트를 배위시키는 방법으로서는, 공지의 방법을 이용할 수 있고 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 테트라페닐포르피린 유도체를 디메틸포름아미드(DMF)와 클로로포름과의 혼합 용매에 용해시켜, 루티딘의 존재 하에 염화 코발트 육수화물과 반응시키는 것에 의해, 테트라페닐포르피린 유도체에 코발트가 배위한 코발트 포르피린 착체를 합성할 수 있다.As a method for coordinating the cobalt to the tetraphenylporphyrin derivative synthesized as described above, a known method can be used and is not particularly limited, but, for example, a tetraphenylporphyrin derivative can be obtained from dimethylformamide (DMF) and chloroform. By dissolving in a mixed solvent and reacting with cobalt chloride hexahydrate in the presence of lutidine, a cobalt porphyrin complex to which cobalt is assigned to a tetraphenylporphyrin derivative can be synthesized.

(마이클형 부가반응)(Michael type addition reaction)

다음으로, 전술한 바와 같이 하여 합성된 코발트 포르피린 착체와, 아크릴레이트 화합물을 용매에 용해시켜, 촉매를 부가하고 마이클형 부가반응시키는 것에 의해, 고분자 화합물이 합성될 수 있다.Next, a polymer compound can be synthesized by dissolving a cobalt porphyrin complex synthesized as described above and an acrylate compound in a solvent, adding a catalyst, and performing a Michael-type addition reaction.

이 때 사용가능한 용매로서는, 예를 들면, 아세톤, 클로로포름, 벤젠, 톨루엔, 테트라히드로푸란, 에탄올, 2,2,2-트리플루오로에탄올, t-부틸아세토아세테이트 등, 사용하는 코발트 포르피린 착체 및 아크릴레이트 화합물의 용해성을 고려하여 적절하게 선택할 수 있다.As the solvent usable at this time, for example, acetone, chloroform, benzene, toluene, tetrahydrofuran, ethanol, 2,2,2-trifluoroethanol, t-butylacetoacetate, etc., are used cobalt porphyrin complexes and acrylics The solubility of the rate compound can be appropriately selected.

또한, 사용가능한 촉매로서는 마이클형 부가반응에 통상 이용할 수 있는 촉매를 적절하게 선택하여 사용할 수 있지만, 예를 들면, 아민촉매로서, 디아자비시클로운데센(Diazabicycloundecene, DBU), 테트라메틸에틸렌디아민, 테트라메틸알킬렌디아민, N-메틸디시클로헥실아민 등, 염기 촉매로서, 나트륨메톡시드, 나트륨에톡시드, 칼륨터셔리부톡시드, 수산화나트륨, 테트라메틸암모늄히드록시드 등의 4급 암모늄히드록시드, 금속 나트륨, 부틸리튬 등, 또한, 유기 금속 촉매로서, 루테늄시클로옥타디엔시클로옥타트리엔, 철아세틸아세테이트, 니켈아세틸아세테이트 등이 열거될 수 있다. 이들 중, 금속을 함유하지 않은 촉매를 이용하는 것이 보다 바람직하다.In addition, as a usable catalyst, a catalyst that can be commonly used for the Michael-type addition reaction can be appropriately selected and used. For example, as an amine catalyst, diazabicycloundecene (DBU), tetramethylethylenediamine, tetra As a base catalyst, such as methylalkylenediamine and N-methyldicyclohexylamine, quaternary ammonium hydroxides such as sodium methoxide, sodium ethoxide, potassium tertiary butoxide, sodium hydroxide and tetramethylammonium hydroxide , Metal sodium, butyl lithium and the like, and, as the organometallic catalyst, ruthenium cyclooctadiene cyclooctatriene, iron acetyl acetate, nickel acetyl acetate, and the like can be exemplified. Among these, it is more preferable to use a catalyst that does not contain metal.

(염기성 축배위자의 배위)(Coordination of basic axis ligands)

코발트 포르피린 착체와 다관능 아크릴레이트계 화합물을 마이클형 부가반응시키기 전에, 코발트 포르피린 착체를 용매에 용해시키고, 다음으로, 용액에, 메틸이미다졸 또는 벤질이미다졸 등의 염기성 촉배위자를 첨가하고, 코발트 포르피린 착체와 염기성 축배위 화합물을 반응시킬 수 있다.Before the Michael type addition reaction of the cobalt porphyrin complex with the polyfunctional acrylate-based compound, the cobalt porphyrin complex is dissolved in a solvent, and then, to the solution, a basic catalytic ligand such as methylimidazole or benzylimidazole is added, , It is possible to react a cobalt porphyrin complex with a basic axis coordination compound.

[1.3. 고분자 화합물의 효과][1.3. Effect of polymer compound]

이상 설명한 고분자 화합물에 의하면, 코발트 포르피린 착체와 다관능 아크릴레이트 화합물과의 가교점, 즉, 코발트 포르피린 착체의 친핵성 관능기와 다관능 아크릴레이트계 화합물의 아크릴기와의 결합점을 종래보다도 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 종래보다도 포르피린 함유량(고분자 화합물 단위함량 당 코발트 포르피린 착체의 함량의 비율)이 높은 폴리머를 얻는 것이 가능하게 된다. 예를 들면, 상기 고분자 화합물 단위함량 당 상기 금속 포르피린 유도체의 함량이 30중량% 이상일 수 있다.According to the polymer compound described above, the crosslinking point between the cobalt porphyrin complex and the polyfunctional acrylate compound, that is, the binding point between the nucleophilic functional group of the cobalt porphyrin complex and the acrylic group of the polyfunctional acrylate-based compound can be increased more than before. . Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a polymer having a higher porphyrin content (the ratio of the content of the cobalt porphyrin complex per unit content of the polymer compound) than in the prior art. For example, the content of the metal porphyrin derivative per unit content of the polymer compound may be 30% by weight or more.

특히, 다관능 아크릴레이트계 화합물로서, 단쇄 아크릴레이트를 사용하는 것에 의해, 종래 코발트 포르피린 착체를 함유하는 화합물보다도, 포르피린 함유량을 대폭적으로 증가시킬 수 있다.In particular, by using a short-chain acrylate as a polyfunctional acrylate-based compound, the porphyrin content can be significantly increased compared to a compound containing a conventional cobalt porphyrin complex.

또한 다관능 아크릴레이트계 화합물의 알킬렌쇄에 플루오르기를 도입하는 것으로, 코발트포르피린 착체를 함유하는 고분자 화합물의 발수성을 향상시킬 수 있다In addition, by introducing a fluorine group into the alkylene chain of the polyfunctional acrylate-based compound, the water repellency of the polymer compound containing the cobalt porphyrin complex can be improved.

더욱이, 염기성 축배위자가 코발트 포르피린 착체의 코발트의 제5 위치에 결합하는 것에 의해, 코발트 포르피린 착체의 축방향에 상기 제5 위치와 코발트의 반대측에 있는 제6 배위에 산소분자를 우선적으로 배위시킬 수 있다. 이에 따라 산소의 촉진 수송이 실현될 수 있다. 이것은, 대기중의 산소 분압(약 15㎝Hg) 정도 이상의 압력하에도, 코발트 포르피린 착체의 산소 선택 투과성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 이 효과에 의해 산소를 소비하여 작동하는 전기화학 디바이스가 보다 많은 전류를 필요로 하는 경우에 있어서도 산소를 전기화학 디바이스에 선택적으로 공급하는 것이 가능하게 된다. 동시에 산소 농도를 높이는 것이 가능하게 되고, 산소 환원반응의 과전압을 저하시키는 것이 가능하게 된다.Moreover, by binding the basic axial ligand to the fifth position of the cobalt porphyrin complex, the oxygen molecule can be preferentially coordinated to the fifth position in the axial direction of the cobalt porphyrin complex and to the sixth position on the opposite side of the cobalt. have. Thus, accelerated transport of oxygen can be realized. This can significantly improve the oxygen selective permeability of the cobalt porphyrin complex even under a pressure equal to or greater than the partial pressure of oxygen in the atmosphere (about 15 cmHg). This effect makes it possible to selectively supply oxygen to the electrochemical device even when the electrochemical device operating by consuming oxygen needs more current. At the same time, it is possible to increase the oxygen concentration, and it is possible to reduce the overvoltage of the oxygen reduction reaction.

[2. 산소 투과막, 산소 투과재][2. Oxygen permeable membrane, oxygen permeable material]

다음으로, 전술한 고분자 화합물을 이용한 산소 투과막 및 산소 투과재에 대해서 설명한다. 전술한 고분자 화합물을 이용한 산소 투과막은 전술한 고분자 화합물을 제막하는 것에 의해 얻어질 수 있는 유연성이 풍부한 자립막이기 때문에, 전기화학 디바이스의 격벽 등, 각종 용도에 사용할 수 있다. 여기에서, 고분자 화합물은, 포르피린 함유량, 즉, 코발트 포르피린 착체의 함유량이 많은 것이지만, 이 코발트 포르피린 착체에는, 선택적으로 산소 분자를 결합(흡수, 방출)할 수 있는 기능을 가지고 있다. 이 때문에, 고분자 화합물을 제막하여 이루어지는 산소 투과막은 높은 산소 투과능을 가지고 있고, 대량 산소를 선택적으로 투과할 수 있다.Next, an oxygen permeable membrane and an oxygen permeable material using the above-described polymer compound will be described. Since the oxygen-permeable membrane using the above-described polymer compound is a self-supporting membrane rich in flexibility that can be obtained by forming the above-described polymer compound, it can be used for various purposes such as partition walls of an electrochemical device. Here, the polymer compound has a high porphyrin content, that is, a content of a cobalt porphyrin complex, but has a function of selectively binding (absorbing and releasing) oxygen molecules to the cobalt porphyrin complex. For this reason, the oxygen permeable membrane formed by forming a polymer compound has a high oxygen permeability, and can selectively permeate a large amount of oxygen.

또한 다관능 아크릴레이트계 화합물로서, 알킬렌쇄에 플루오르기를 도입한 것을 이용하는 것에 의해, 발수성에서 뛰어난 고분자 화합물을 얻을 수 있기 때문에, 이 고분자 화합물을 제막한 산소 투과막은, 높은 산소 투과능에 더하여, 발수성도 겸하여 구비할 수 있고, 산소 투과막의 한층 높은 고기능화를 실현하는 것이 가능하게 된다. 이 경우, 플루오르기를 갖는 다관능 아크릴레이트계 화합물의 유닛이 산소 투과성에서 우수하기 때문에, 막 내의 산소 확산이 신속하게 될 뿐만 아니라, 막 자체의 발수 효과도 얻어질 수 있기 때문에, 산소 투과막 표면에 부착한 물방울 등에 의해 막 내에로의 산소 취입이 저해될 수 있는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이 산소 투과막을 예를 들면 전기화학 디바이스에 있어서 산소의 취입구에 설치하는 것에 의해, 상기 전기화학 디바이스에 안정적으로 산소를 공급하는 것이 가능하게 된다.Moreover, since a polymer compound excellent in water repellency can be obtained by using a polyfunctional acrylate-based compound having a fluorine group introduced into an alkylene chain, the oxygen-permeable membrane formed by forming the polymer compound has high oxygen permeability and water repellency. It can be provided in combination, and it becomes possible to realize higher and higher functionalization of the oxygen permeable membrane. In this case, since the unit of the polyfunctional acrylate-based compound having a fluorine group is excellent in oxygen permeability, not only the oxygen diffusion in the film becomes rapid, but also the water repellent effect of the film itself can be obtained, so that the surface of the oxygen permeable film is obtained. It can be prevented that the intake of oxygen into the film can be inhibited by the attached water droplets or the like. Therefore, it is possible to stably supply oxygen to the electrochemical device by providing the oxygen permeable membrane at an intake port of oxygen in, for example, an electrochemical device.

또한 상기 산소 투과막을 다공성 기재상 또는 다공성 기재의 기공 내에 형성된 복합화된 산소 투과막 즉, 산소 투과재일 수 있다. 이와 같이, 상기 산소 투과막이 다공성 기재에 지지되어 있는 것에 의해 발수성 및 산소 투과막과 다공성 기재로 이루어지게 되는 산소 투과재의 내구성을 향상시킬 수 있기 때문에, 상기 산소 투과재를 이용하는 것에 의해, 보다 장기적으로 안정적으로 산소 투과능을 유지할 수 있다. 따라서, 이 산소 투과재를, 예를 들면 전기화학 디바이스에 있어서 산소의 취입구에 설치하는 것에 의해, 상기 전기화학 디바이스에 의해 장기적으로 또한 안정적으로 산소를 공급하는 것이 가능하게 된다.In addition, the oxygen permeable membrane may be a composite oxygen permeable membrane formed on the porous substrate or in the pores of the porous substrate, that is, the oxygen permeable material. As described above, by using the oxygen permeable membrane, the water repellency and durability of the oxygen permeable membrane made of the oxygen permeable membrane and the porous substrate can be improved by being supported on the porous substrate. It can stably maintain the oxygen permeability. Therefore, by providing this oxygen permeable material at an intake port of oxygen in, for example, an electrochemical device, it becomes possible to supply oxygen stably and long-term by the electrochemical device.

산소 투과막 중에 코발트 포르피린 착체의 함유율(존재비)이 높고, 염기성 축배위자가 코발트 포르피린 착체에 축배위하여 있기 때문에, 이 산소 투과막을 다공성 기재 상에 형성하기도 하고, 다공성 기재의 기공 내에 형성하기도 하여도, 종래 코발트 포르피린 착체 함유율이 낮은 막과 비교하여 양호한 산소 투과성을 나타낸다.Since the content (existence ratio) of the cobalt porphyrin complex in the oxygen permeable membrane is high and the basic axial ligand is axially coordinated to the cobalt porphyrin complex, this oxygen permeable membrane may be formed on the porous substrate, or even within the pores of the porous substrate. Compared to the conventional cobalt porphyrin complex-containing membrane, it exhibits good oxygen permeability.

산소 투과재를 제작하는 경우에는, 다공성 기재에 염기성 축배위자가 결합한, 아세테이트 치환된 코발트 포르피린 착체와 다관능 아크릴레이트계 화합물 용액을 바코터법 등에 의해 도포하고, 다음으로, 실온에서 마이클형 부가반응을 실행시키는 것에 의해 고분자를 제막시킬 수 있다. 바코터 법 이외의 스프레이 코터법, 슬릿 코터법, 슬릿 및 스핀 코터법, 스핀 코터법, 잉크젯법을 사용하여도 좋다. 다공성의 지지체로서, 예를 들면, 마이크로포러스 고분자 시트(폴리프로필렌제, 폴리에틸렌제, 전자로서, 셀가드 2400 (상품명: 東燃주식회사)임)가 선택될 수 있다. In the case of preparing an oxygen permeable material, an acetate-substituted cobalt porphyrin complex and a polyfunctional acrylate-based compound solution in which a basic axis ligand is bonded to a porous substrate is applied by a bar coater method or the like, and then a Michael type addition reaction at room temperature The polymer can be formed by executing. A spray coater method, a slit coater method, a slit and spin coater method, a spin coater method, an inkjet method other than the bar coater method may be used. As the porous support, for example, a microporous polymer sheet (polypropylene, polyethylene, or formerly, CellGuard 2400 (trade name: Toho Corporation)) can be selected.

다공성 기재에 산소 투과막이 코터되기 전에, 미리 기체 투과성 고분자막이 도포되어 있을 수 있다. 상기 기체 투과성 고분자막은 하기 <화학식 8>로 표시되는 폴리(1-트리메틸실릴프로핀)으로 형성될 수 있다. 산소 투과막과 다공성 기재와의 사이에 폴리(1-트리메틸실릴프로핀)의 기체 투과막이 형성된다면, 기체 투과막은 산소 투과성을 손상하지 않고, 산소 투과막 및/또는 산소 투과재의 강도를 높일 수 있다. 기체 투과성 고분자는 공지의 방법에 의해 합성되는 것 외에, 폴리(1-트리메틸실릴-1-프로핀)(東京化成工業제) 등 시판의 것이 사용되어도 좋다.Before the oxygen permeable membrane is coated on the porous substrate, a gas permeable polymer membrane may be applied in advance. The gas-permeable polymer film may be formed of poly(1-trimethylsilylpropene) represented by the following <Formula 8>. If a poly(1-trimethylsilylpropene) gas permeable membrane is formed between the oxygen permeable membrane and the porous substrate, the gas permeable membrane can increase the strength of the oxygen permeable membrane and/or oxygen permeable material without impairing the oxygen permeability. . The gas-permeable polymer may be synthesized by a known method, or a commercially available one such as poly(1-trimethylsilyl-1-propene) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) may be used.

<화학식 8> <Formula 8>

Figure 112013075512738-pat00009
Figure 112013075512738-pat00009

상기 산소 투과막은 질소 투과계수에 대한 산소 투과계수가 막 전후에 있어서 산소의 압력차가 1㎝Hg에서 8배 이상이고, 50㎝Hg에서 2배 이상일 수 있다.In the oxygen permeable membrane, the oxygen permeability coefficient with respect to the nitrogen permeability coefficient may be 8 times or more at 1 cmHg or more and 2 times or more at 50 cmHg or more before and after the membrane.

[3. 전기화학 디바이스][3. Electrochemical device]

다음으로 전술한 산소 투과막 또는 산소 투과재를 이용한 전기화학 디바이스에 대해서 상세하게 설명한다. 상기 전기화학 디바이스는, 산소의 산화환원반응을 이용하는 것이다. 이와 같은 전기화학 디바이스로서는, 예를 들면, 금속 공기 전지와 연료전지 등이지만, 이하의 설명에서는 금속 공기 전지를 예로 열거하여 설명한다.Next, an electrochemical device using the above-described oxygen permeable membrane or oxygen permeable material will be described in detail. The electrochemical device uses an oxidation-reduction reaction of oxygen. As such an electrochemical device, for example, a metal air cell and a fuel cell, etc., in the following description, the metal air cell will be described as an example.

금속 공기 전지는, 양극 활물질로서 산소, 음극 활물질로서 금속을 이용한다. 충방전 가능한 전지이다. 양극 활물질인 산소는 공기로부터 얻어지기 때문에, 전지 내에 양극 활물질을 충진할 필요가 없으므로 전기용기 내에 차지하는 음극 활물질의 비율을 크게 할 수 있고, 따라서 이론상 고체 양극 활물질을 이용하는 이차전지보다도 크게 용량을 실현할 수 있다. The metal air battery uses oxygen as a positive electrode active material and metal as a negative electrode active material. It is a battery that can be charged and discharged. Since the positive electrode active material, oxygen, is obtained from air, it is not necessary to fill the positive electrode active material in the battery, so that the proportion of the negative electrode active material in the electric container can be increased, and thus, in theory, the capacity can be greater than that of the secondary battery using the solid positive electrode active material. have.

금속 공기 전지에 있어서는, 충전시, 음극에서는 하기 (A)식의 반응이 진행된다. 한편, 이하에 예에서는, 음극 활물질로서 리튬을 사용한 경우를 예로 열거하고 있다.In a metal air battery, the reaction of the following formula (A) progresses at the time of charging, at the cathode. On the other hand, in the examples below, the case where lithium is used as the negative electrode active material is listed as an example.

Figure 112013075512738-pat00010
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상기 (A)식에서 생긴 전자는, 외부회로를 경유하여 양극에 도달한다. (A)식에서 생긴 리튬 이온(Li+)은, 음극과 양극 사이에 배치된 전해질 내를 음극측으로부터 양극측에 전기 침투에 의해 이동한다.The electrons generated in the formula (A) reach the anode via an external circuit. The lithium ions (Li + ) formed in the formula (A) move in the electrolyte disposed between the negative electrode and the positive electrode by electrical penetration from the negative electrode side to the positive electrode side.

또한, 방전시, 양극에서는, 하기 (B)식 및 하기 (C)식의 반응이 진행된다.In addition, during discharge, the reactions of the following (B) and (C) formulas proceed at the anode.

Figure 112013075512738-pat00011
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양극에서 생긴 과산화리튬(Li2O2) 및 산화리튬(Li2O)은 고체로서 공기극인 양극에 축적될 수 있다. 충전시에 있어서는, 음극에서 상기 (A)식의 역반응, 양극에서 상기 (B) 식 및 상기 (C)식의 역반응이 각각 진행되어 음극에 있어서 금속 (리튬)이 재생하기 때문에, 재방전이 가능하게 된다.Lithium peroxide (Li 2 O 2 ) and lithium oxide (Li 2 O) formed at the anode may accumulate at the anode, which is a cathode as a solid. During charging, the reverse reaction of the formula (A) and the reaction of the formulas (B) and (C) at the anode proceed, respectively, and metal (lithium) is regenerated at the cathode, so re-discharge is possible. do.

전기화학 디바이스는 산소를 양극 활물질로 하는 양극, 리튬 이온을 흡장 방출할 수 있는 재료를 음극 활물질로 하는 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 전해질, 및 전술한 산소 투과막으로 이루어진 격벽을 구비하고, 상기 격벽을 매개로 하여 상기 양극에 산소를 공급할 수 있다.The electrochemical device includes a positive electrode using oxygen as a positive electrode active material, a negative electrode using a material capable of storing and releasing lithium ions as a negative electrode active material, an electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a partition wall made of the above-described oxygen permeable membrane. And, it is possible to supply oxygen to the anode through the partition wall.

도 2는 일 구현예에 따른 리튬 공기전지(100)를 나타내는 개략도이다.2 is a schematic diagram showing a lithium air battery 100 according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 리튬 공기전지(100)는 양극(110), 음극(120), 및 상기 양극(110) 및 음극(120) 사이에 전해질(130)이 배치되어 있다. Referring to FIG. 2, the lithium air battery 100 has an anode 110, a cathode 120, and an electrolyte 130 disposed between the anode 110 and the cathode 120.

양극(110)은 집전체(111) 및 촉매층(112)을 포함하며, 산소를 양극 활물질로 한다. 집전체(111)는 다공성으로서 공기의 확산이 가능한 가스 확산층(Gas diffusion layer)의 역할도 수행할 수 있으며, 양극에 일반적으로 산소를 대량으로 취입할 수 있도록 표면적을 증가시키기 용이하도록 하며, 도전성을 갖는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 스테인레스, 니켈, 알루미늄, 철, 티탄, 카본 등을 들 수 있다. 집전체(111)의 형상으로는 예를 들면, 박상, 판상, 메시 및 그리드(grid) 등을 들 수 있으며, 보다 구체적으로는 메시일 수 있다. 상기 메시 형상은 집전 효율이 우수하여 적합하다.The positive electrode 110 includes a current collector 111 and a catalyst layer 112, and oxygen is used as a positive electrode active material. The current collector 111 is porous, and can also serve as a gas diffusion layer capable of diffusing air, and it is easy to increase the surface area so that a large amount of oxygen can be blown into the anode, and conductivity is improved. If it has, it will not be specifically limited. Examples include stainless steel, nickel, aluminum, iron, titanium, and carbon. The shape of the current collector 111 includes, for example, a foil, plate, mesh, grid, and the like, and more specifically, may be a mesh. The mesh shape is suitable because of its excellent current collection efficiency.

촉매층(112)은 백금, 금, 은, 망간 산화물, 철산화물 등을 사용할 수 있고, 예를 들어, 환원촉매로서 포르피린환을 갖는 전자 공여성의 도너(donor)와 플러렌 유도체와 같은 전자 수용성의 억셉터(acceptor)를 전기 전도성의 스페이서를 개입시켜 연결한 분자를 포함할 수 있다. 상기 도너로서는, 예를 들면 치환 또는 무치환의 포르피린환을 갖는 화합물일 수 있고, 예를 들면 Mg 또는 Ni로 치환된 포르피린-금속 착체일 수 있다. 이 때, 치환기로는 예를 들면, C1-C10의 알킬기, C1-C10의 알키닐기 또는 C6-C10의 아릴기일 수 있다. 상기 엑셉터로서는, 예를 들면 C60, C70, C74, C76 등과 같은 플러렌 골격을 갖는 유도체일 수 있고, 스페이서로서는, 예를 들면 축환한 함질소 복소환 또는 탄화수소환일 수 있다. 그러나, 상기 촉매 이외에 산소를 양극 활물질로 하는 양극의 촉매층으로서 사용될 수 있는 모든 촉매의 사용이 가능하다.The catalyst layer 112 may use platinum, gold, silver, manganese oxide, iron oxide, etc., for example, electron acceptor donors having a porphyrin ring as a reducing catalyst and electron-accepting inhibitors such as fullerene derivatives It may include a molecule connected by an acceptor through an electrically conductive spacer. The donor may be, for example, a compound having a substituted or unsubstituted porphyrin ring, for example, a porphyrin-metal complex substituted with Mg or Ni. In this case, the substituent may be, for example, a C1-C10 alkyl group, a C1-C10 alkynyl group, or a C6-C10 aryl group. The acceptor may be, for example, a derivative having a fullerene skeleton such as C60, C70, C74, or C76, and the spacer may be, for example, a condensed nitrogen-containing heterocycle or a hydrocarbon ring. However, it is possible to use any catalyst that can be used as the catalyst layer of the positive electrode using oxygen as the positive electrode active material in addition to the catalyst.

양극(110)은 도전재, 결착제, 분산제, 및 증점제 등을 적절하게 첨가할 수 있다. 도전재로서는, 본 발명의 전기화학 디바이스의 전기화학적 성능을 손상하지 않고 전자 전도성 재료라면 한정되지 않고 사용할 수 있다. 구체적으로는, 천연흑연, 카본블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등을 열거할 수 있다. 이들 도전재를 단독으로 사용하여도 좋고, 병용하여도 좋다. 결착제로서는, 활물질과 도전재를 결착할 수 있는 재료라면 제한되지 않고 사용할 수 있다. 구체적으로는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등의 불소계 수지, 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지 등이 열거될 수 있다. 상기 결착제의 함량은 특별히 한정된 것은 아니며, 예를 들어 30중량% 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로는 1 내지 10중량%일 수 있다.The positive electrode 110 may suitably add a conductive material, a binder, a dispersant, and a thickener. As the conductive material, any electroconductive material can be used without limitation, without impairing the electrochemical performance of the electrochemical device of the present invention. Specifically, natural graphite, carbon black, ketjen black, carbon fiber, and the like can be listed. These conductive materials may be used alone or in combination. As the binder, any material that can bind the active material and the conductive material can be used without limitation. Specifically, fluorine-based resins such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, thermoplastic resins such as polypropylene, and the like can be listed. The content of the binder is not particularly limited, and may be, for example, 30% by weight or less, and more specifically, 1 to 10% by weight.

음극(120)은 집전체(미도시) 및 음극 활물질을 포함한다. The negative electrode 120 includes a current collector (not shown) and a negative electrode active material.

상기 음극의 집전체는 도전성을 갖는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 동, 스테인레스, 니켈 등을 들 수 있다. 상기 음극의 집전체의 형상으로는 예를 들면, 박상, 판상, 메시, 및 그리드(grid) 등을 들 수 있다.The current collector of the negative electrode is not particularly limited as long as it has conductivity. For example, copper, stainless steel, nickel, etc. are mentioned. Examples of the shape of the current collector of the negative electrode include a foil, a plate, a mesh, and a grid.

상기 음극 활물질은 리튬, 리튬 산화물, 리튬 합금 등의 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 리튬 금속을 사용할 수 있다.As the negative electrode active material, a material capable of absorbing and releasing lithium ions such as lithium, lithium oxide, and lithium alloy may be used without limitation. For example, lithium metal can be used.

음극(120)은 도전재, 결착제, 분산제, 및 증점제 등을 적절하게 첨가할 수 있다. 이 때, 사용되는 도전재, 결착제, 분산제, 및 증점제는 양극(110)과 동일한 종류 및 함량이 사용될 수 있다.The negative electrode 120 may appropriately add a conductive material, a binder, a dispersant, and a thickener. At this time, the conductive material, binder, dispersant, and thickener used may be the same type and content as the anode 110.

양극(110) 및 음극(120)은 적절한 용제에 혼합 분산하여 페이스트상의 양극재 및 음극재를 형성하여도 좋다. 이러한 양극재 및 음극재에는, 상기 양극 활물질 및 음극 활물질 이외에 도전재와 결착제 등을 적절하게 첨가하여도 좋다. 얻어지는 양극재 및 음극재를 집전체 표면에 도포하고, 음극층을 형성할 수 있다.The positive electrode 110 and the negative electrode 120 may be mixed and dispersed in a suitable solvent to form a paste-like positive electrode material and a negative electrode material. In addition to the positive electrode active material and the negative electrode active material, a conductive material and a binder may be appropriately added to the positive electrode material and the negative electrode material. The resulting positive electrode material and negative electrode material can be applied to the surface of the current collector to form a negative electrode layer.

전해질(130)은 음극 활물질의 금속이온(예를 들면, 리튬 이온)을 전도시킬 수 있고, 또한 상기 산소 흡탈착 물질을 용해할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되는 일없이 수계 전해질, 비수계 전해질, 또는 고분자 겔전해질 등을 사용할 수 있다.The electrolyte 130 may conduct metal ions (eg, lithium ions) of the negative electrode active material, and as long as it is capable of dissolving the oxygen adsorption/desorption material, an aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, or without particular limitation, Polymer gel electrolytes and the like can be used.

전해질(130)은 예를 들어, 비수계 전해질이 사용될 수 있다.The electrolyte 130 may be, for example, a non-aqueous electrolyte.

상기 비수계 전해질의 용매로서는, 예를 들어 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 환상 카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트, 감마부티로락톤, 감마발레로락톤 등의 환상 에스테르 카보네이트, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 환상 에테르, 디메톡시에탄, 에틸렌글리콜디메틸에테르 등의 쇄상 에테르 등 외에, 클로로에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 3-메톡시프로피오니트릴, 인산트리메틸, 인산트리페닐, 술포란, 디메틸술폭시드 등의 공지의 유기 용매를 사용할 수 있다.Examples of the solvent for the non-aqueous electrolyte include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and vinylene carbonate, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate, gamma butyrolactone, and gamma. In addition to cyclic ester carbonates such as valerolactone, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, and chain ethers such as dimethoxyethane and ethylene glycol dimethyl ether, chloroethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, 3- Known organic solvents such as methoxypropionitrile, trimethyl phosphate, triphenyl phosphate, sulfolane, and dimethyl sulfoxide can be used.

또한, N, N-디에틸-N-에틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄비스(트리플루오로술포닐)이미드, N-메틸-N-프로필피페리듐비스(트리플루오로술포닐)이미드, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨미스(트리플루오로술포닐)이미드, 1-에틸-3-부틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트, 등의 이온성 액체를 사용하여도 좋다. 상기 용매는 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 좋다.Also, N, N-diethyl-N-ethyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium bis(trifluorosulfonyl)imide, N-methyl-N-propylpiperidium bis(trifluorosulfonyl) )Imide, 1-methyl-3-propylimidazolium miss (trifluorosulfonyl)imide, ionic liquid such as 1-ethyl-3-butylimidazolium tetrafluoroborate, etc. may be used. . These solvents may be used alone or in combination of two or more.

상기 전해질은 지지염을 더 포함할 수 있다. 상기 지지염은 상기 용매에 용해되어, 전지 내에서의 리튬 이온의 공급원으로 작용할 수 있다. 상기 지지염으로서는, 예를 들면 헥사플루오로포스페논염(LiPF6), 퍼클로레이트염(LiClO4), 테트라플루오로보레이트염(LiBF4), 펜타플루오로아르신염(LiAsF5), 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드염(Li(CF3SO2)2N), 비스(펜타플루오로에탄술포닐)이미드염(LiN(C2F5SO2)2), 트리플루오로메탄술폰산염(Li(CF3SO3)), 노나플루오로부탄술폰산염(Li(C4F9SO3)) 등이 열거될 수 있다. 상기 지지염은 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 좋다.The electrolyte may further include a supporting salt. The supporting salt is dissolved in the solvent, and may serve as a source of lithium ions in the battery. As the support salt, for example, hexafluorophosphenone salt (LiPF 6 ), perchlorate salt (LiClO 4 ), tetrafluoroborate salt (LiBF 4 ), pentafluoroarsine salt (LiAsF 5 ), bis (trifluor Romethanesulfonyl)imide salt (Li(CF 3 SO 2 ) 2 N), bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide salt (LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 ), trifluoromethanesulfonate ( Li(CF 3 SO 3 )), nonafluorobutanesulfonic acid salt (Li(C 4 F 9 SO 3 )), and the like. The support salts may be used alone or in combination of two or more.

다만, 산소 분자가 상기 테트라페닐포르피린 착체의 제6 위치에 산소 분자가 배위 결합될 수 있다는 관점에서, 첨가된 염기성 축배위자의 종류를 고려하여 적절한 지지염이 선택되는 것이 바람직하다. However, from the viewpoint that the oxygen molecule can be coordinated to the oxygen molecule at the sixth position of the tetraphenylporphyrin complex, it is preferable to select an appropriate support salt in consideration of the type of added basic axis ligand.

한편, 상기 전기화학 디바이스는 산소를 양극 활물질로서 이용하고 있는 것이기 때문에, 이 산소를 외부 공기로부터 공급하는 경우에는 디바이스 내에 어떻게도 효율을 좋게, 높은 산소압을 갖는 가스를 공급할수 있는지가 중요하게 된다. 외부로부터 양극에 공기를 취입될 수 있기 위한 공기 취입구에 전술한 산소 투과막 또는 산소 투과재로 이루어지는 격벽을 배치하고, 이 격벽, 즉, 산소 투과막 또는 산소 투과재를 매개로 하여 산소를 공급할 수 있다.On the other hand, since the electrochemical device uses oxygen as a positive electrode active material, when supplying this oxygen from outside air, it is important to know how to supply gas having high oxygen pressure with high efficiency in the device. . A partition wall made of the above-described oxygen permeable membrane or oxygen permeable material is disposed at an air intake port through which air can be blown into the anode from the outside, and oxygen is supplied through the partition wall, that is, through an oxygen permeable membrane or oxygen permeable material. Can.

이 공기 취입구에 배치한 산소 투과막 또는 산소 투과재는, 전술한 바와 같이, 산소와 선택적으로 결합할 수 있는 코발트 포르피린 착체의 함유율이 높고, 코발트 포르피린 착체 자체도 코발트에 염기성 축배위자가 배위하고 있는 것에 따라 산소의 선택 투과성이 한층 향상된 고분자 화합물로 되기 때문에, 대량의 산소를 선택적으로 투과하는 것이 가능하다. 이과 같은 산소 투과막 또는 산소 투과재를 전지의 공기 취입구에 배치하는 것에 의해 높은 산소 분압을 갖는 가스를 디바이스 내에 안정적으로 공급할 수 있다. As described above, the oxygen-permeable membrane or oxygen-permeable material disposed at this air inlet has a high content of cobalt porphyrin complex capable of selectively binding to oxygen, and the cobalt porphyrin complex itself is also coordinated by a basic axis ligand to cobalt. As a result, the selective permeability of oxygen becomes an improved polymer compound, and therefore it is possible to selectively permeate a large amount of oxygen. The gas having a high oxygen partial pressure can be stably supplied to the device by disposing such an oxygen-permeable membrane or an oxygen-permeable material at the air intake of the battery.

따라서, 상기 전기화학 디바이스는, 양호한 전기화학 특성을 발현하는 것이 가능하게 된다. 또한 상기 산소 투과막 또는 산소 투과재를 상기 디바이스의 공기 취입되는 측의 격벽으로서 이용하여, 디바이스 내부에 공급되는 공기에 있어서 산소 농도를 높이는 것이 가능하게 되며, 산화환원 반응의 과전압을 저하시키는 것이 가능하게 된다(이상적으로는, 2전자 반응에서, 공기 중의 산소 농도를 21%로 하고, 25? 하, 시프트 팩터(shift factor)를 0.5로 한 경우에는, 40mV의 과전압이 적어도 예측되지만, 활성화 프로세스가 복잡하기 때문에, 실제 과전압은 더 크다).
Therefore, the electrochemical device can exhibit good electrochemical properties. In addition, it is possible to increase the oxygen concentration in the air supplied to the device by using the oxygen-permeable membrane or the oxygen-permeable material as a partition wall on the air-intake side of the device, and it is possible to reduce the overvoltage of the redox reaction. Ideally, in a two-electron reaction, if the oxygen concentration in the air is set to 21%, and the shift factor is 25?, the overvoltage of 40 mV is at least predicted, but the activation process is Due to the complexity, the actual overvoltage is greater).

다음으로, 실시예를 이용하는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시에에만 한정되는 것은 아니다.
Next, the present invention using examples will be described in more detail, but the present invention is not limited to the following implementations.

[실시예]
[Example]

(산소 투과재의 제작 및 평가)(Production and evaluation of oxygen permeable materials)

우선, 이하에 나타내는 방법으로 산소 투과막을 합성하였다.First, an oxygen permeable membrane was synthesized by the method shown below.

[실시예 1: 산소 투과막의 제작][Example 1: Preparation of oxygen permeable membrane]

코발트 포르피린 착체로서, 아세토아세테이트기를 하나 갖는 테트라페닐포르피린에 코발트를 배위한 착체를 이용하며, 이 착체에 염기성 축배위자를 아크릴레이트 화합물로서 사관능 아크릴레이트를 사용하며, 마이클형 부가반응에 의해 고분자 화합물을 합성하였다.As a cobalt porphyrin complex, a complex for cobalt distribution to tetraphenylporphyrin having one acetoacetate group is used, a basic axial ligand is used as the acrylate compound, and tetrafunctional acrylate is used as the acrylate compound, and the polymer compound is subjected to a Michael type addition reaction. Was synthesized.

구체적으로는, 우선, 하기 <화학식 9>의 반응 스킴 2에 나타낸 바와 같이, 마이클 도너로 기능하는 아세토아세테이트기를 테트라페닐포르피린에 도입한 모노머(아세토아세테이트 치환 포르피린)을 합성하였다. Specifically, first, as shown in the reaction scheme 2 of the following <Formula 9>, a monomer (acetoacetate-substituted porphyrin) having an acetoacetate group serving as a Michael donor introduced into tetraphenylporphyrin was synthesized.

5-(4-메톡시카르보닐페닐)-10,15,20-트리페닐포르피린 100mg(0.15mmol)을 DMF/클로로포름의 혼합 용매에 용해시키고, 루티딘을 소량 첨가한 후, 염화 코발트 육수화물(141mg, 0.6mmol, 4eq)을 첨가하고, 질소 분위기 하, 50?에서 12시간 교반하였다. 재침전 정제를 거쳐, 자색분말 2(Co)를 얻었다(77mg, 수율 70%). UV스펙트럼에 의해 Q대의 피크가 4개에서 금속 착체 특유의 2개로 감소한 것이기 때문에 코발트 도입이 시사되었다. 코발트 포르피린 2(Co)(50mg, 0.068mmol)과 수소화 리튬 알루미늄(5.2mg, 0.14mmol)을 THF에 용해시켜, 질소 분위기 하에, 실온에서 1시간 교반하고, 칼럼 정제를 거쳐, 자색 분말로서 3(Co)을 얻었다(25.8mg, 수율 59%). 3(Co)을 (23mg, 0.033mmol) 톨루엔에 용해시켜, 디케텐(4.2mg, 0.045mmol, 1.5eq), TEA를 첨가한 후, 실온에서 밤새 교반하였다. 교반 후, 칼럼 정제를 거쳐, 아세토아세테이트기가 도입된 코발트 포르피린 착체(아세토아세테이트 치환 코발트 포르피린)를 적자색 분말 1(Co)로서 (8.3mg, 수율 27%) 얻었다.100 mg (0.15 mmol) of 5-(4-methoxycarbonylphenyl)-10,15,20-triphenylporphyrin was dissolved in a mixed solvent of DMF/chloroform, a small amount of lutidine was added, and then cobalt chloride hexahydrate ( 141 mg, 0.6 mmol, 4eq) was added, and the mixture was stirred under nitrogen atmosphere at 50? for 12 hours. After reprecipitation purification, a purple powder 2 (Co) was obtained (77 mg, yield 70%). The introduction of cobalt was suggested because the peak of Q band decreased from 4 to 2 specific to the metal complex by the UV spectrum. Cobalt porphyrin 2 (Co) (50 mg, 0.068 mmol) and lithium aluminum hydride (5.2 mg, 0.14 mmol) were dissolved in THF, stirred under nitrogen atmosphere at room temperature for 1 hour, and subjected to column purification to obtain 3 (as a purple powder). Co) was obtained (25.8 mg, yield 59%). 3(Co) was dissolved in (23mg, 0.033mmol) toluene, diketen (4.2mg, 0.045mmol, 1.5eq), and TEA were added, followed by stirring at room temperature overnight. After stirring, through column purification, an acetoacetate group-introduced cobalt porphyrin complex (acetoacetate-substituted cobalt porphyrin) was obtained as a red-violet powder 1 (Co) (8.3 mg, yield 27%).

<화학식 9><Formula 9>

Figure 112013075512738-pat00012
Figure 112013075512738-pat00012

(반응 스킴 2) (Reaction scheme 2)

다음으로, 상기에서 합성한 코발트 포르피린 착체를 이용하여 마이클형 반응에 의해 코발트 포르피린 착체를 포함하는 산소 투과막을 제작하였다.Next, using the cobalt porphyrin complex synthesized above, an oxygen permeable membrane including a cobalt porphyrin complex was prepared by a Michael-type reaction.

산소 투과막에 기계적 강도를 부여하기 위하여, 지지막 상에 코발트 포르피린 착체를 포함하는 산소 투과막을 제작하였다. 지지막으로서는, 기체 투과를 저해시키지 않으면서 또한 제막시의 용매에 불용한 폴리프로필렌막(셀가드 #2400, #3501)을 이용하였다. 구체적으로는, 14g/L의 농도에서 폴리(1-트리메틸실릴-1-프로핀)을 톨루엔에 용해, 충분히 교반하고 완전하게 용해시킨 후, 지지막(셀가드 #2400) 상에 바코터법에 의해 도포하고, 24시간 건조시켰다. 계속하여, 상기에서 합성한 아세토아세테이트 치환 코발트 포르피린 1(Co) 1을 5mg(1 당량), 0.25ml의 클로로포름에 용해, 메틸이미다졸 또는 벤질이미다졸 2당량을 첨가하여 충분히 교반하였다. 교반 후, 사관능 아크릴레이트를 1.25당량, t-부틸아세토아세테이트를 1.5당량 및 촉매로서 1, 8-디아자비시클로(5,4,0)-운데센(DBU)을 포르피린 1에 대해 20중량% 첨가하고, 클로로포름 중에 용해시켜, 바코터법에 의해 실온에서, 지지막의 폴리(1-트리메틸실릴-1-프로핀)막 상에 제막한 후에, 1일 건조시키고 경화시켜 산소 투과막을 제작하였다. In order to impart mechanical strength to the oxygen permeable membrane, an oxygen permeable membrane including a cobalt porphyrin complex was prepared on the support membrane. As the support film, a polypropylene film (Cellguard #2400, #3501) insoluble in a solvent at the time of film formation was used without inhibiting gas permeation. Specifically, at a concentration of 14 g/L, poly(1-trimethylsilyl-1-propine) was dissolved in toluene, sufficiently stirred and completely dissolved, followed by a bar coater method on a supporting film (Cellguard #2400). And dried for 24 hours. Subsequently, the acetoacetate-substituted cobalt porphyrin 1 (Co) 1 synthesized in the above was dissolved in 5 mg (1 equivalent), 0.25 ml of chloroform, and 2 equivalents of methylimidazole or benzylimidazole was added and stirred sufficiently. After stirring, 1.25 equivalents of tetrafunctional acrylate, 1.5 equivalents of t-butyl acetoacetate and 1, 8-diazabicyclo(5,4,0)-undecene (DBU) as catalyst, 20% by weight relative to porphyrin 1 It was added, dissolved in chloroform, and formed on a poly(1-trimethylsilyl-1-propene) film of a supporting film at room temperature by a bar coater method, followed by drying and curing for 1 day to prepare an oxygen permeable film.

경화전 후에 1R 스펙트럼 측정을 실시한다면, 도 3에 나타낸 바와 같이 (도 3의 실선이 경화 전, 파선이 경화 후의 스펙트럼을 나타내고 있다), C=C 변각 진동 유래인 790㎝-1 부근의 흡수대의 감소가 관측된 것이기 때문에, 지지막 상에 있어서도 아세토아세테이트 치환 코발트 포르피린 1(Co)의 마이클형 부가반응의 진행이 시사되었다. 또한, 790㎝-1 부근의 흡수대 면적으로부터 산출된 아크릴기의 반응 전화율은 76%이었다. 코발트 포르피린 착체의 포르피린 함유량은 최대 70중량%로 된다.If the 1R spectrum measurement is performed before and after curing, as shown in Fig. 3 (the solid line in Fig. 3 shows the spectrum after curing and the broken line after curing), the absorption band around 790 cm -1 resulting from C=C angular vibration. Since the decrease was observed, the progress of the Michael-type addition reaction of acetoacetate-substituted cobalt porphyrin 1 (Co) was suggested even on the supporting membrane. Moreover, the reaction conversion rate of the acrylic group calculated from the area of the absorption band near 790 cm -1 was 76%. The content of porphyrin in the cobalt porphyrin complex is up to 70% by weight.

[비교예1: 산소 투과막의 제작][Comparative Example 1: Preparation of oxygen permeable membrane]

코발트 포르피린 착체로서, 아세토아세테이트기를 하나 갖는 테트라페닐포르피린에 코발트를 배위한 착체를 이용하며, 이 착체에 염기성 축배위자를 아크릴레이트 화합물로서 사관능 아크릴레이트를 사용하며, 마이클형 부가반응에 의해 고분자 화합물을 합성하였다.As a cobalt porphyrin complex, a complex for cobalt distribution to tetraphenylporphyrin having one acetoacetate group is used, a basic axial ligand is used as the acrylate compound, and tetrafunctional acrylate is used as the acrylate compound, and the polymer compound is subjected to a Michael type addition reaction. Was synthesized.

구체적으로는, 우선, 하기 <화학식 9>의 반응 스킴 2에 나타낸 바와 같이, 마이클 도너로 기능하는 아세토아세테이트기를 테트라페닐포르피린에 도입한 모노머(아세토아세테이트 치환 포르피린)을 합성하였다. Specifically, first, as shown in the reaction scheme 2 of the following <Formula 9>, a monomer (acetoacetate-substituted porphyrin) having an acetoacetate group serving as a Michael donor introduced into tetraphenylporphyrin was synthesized.

5-(4-메톡시카르보닐페닐)-10,15,20-트리페닐포르피린 100mg(0.15mmol)을 DMF/클로로포름의 혼합 용매에 용해시키고, 루티딘을 소량 첨가한 후, 염화 코발트 육수화물(141mg, 0.6mmol, 4eq)을 첨가하고, 질소 분위기 하, 50?에서 12시간 교반하였다. 재침전 정제를 거쳐, 자색분말 2(Co)를 얻었다(77mg, 수율 70%). UV스펙트럼에 의해 Q대의 피크가 4개에서 금속 착체 특유의 2개로 감소한 것이기 때문에 코발트 도입이 시사되었다. 코발트 포르피린 2(Co)(50mg, 0.068mmol)과 수소화 리튬 알루미늄(5.2mg, 0.14mmol)을 THF에 용해시켜, 질소 분위기 하에, 실온에서 1시간 교반하고, 칼럼 정제를 거쳐, 자색 분말로서 3(Co)을 얻었다(25.8mg, 수율 59%). 3(Co)을 (23mg, 0.033mmol) 톨루엔에 용해시켜, 디케텐(4.2mg, 0.045mmol, 1.5eq), TEA를 첨가한 후, 실온에서 밤새 교반하였다. 교반 후, 칼럼 정제를 거쳐, 아세토아세테이트기가 도입된 코발트 포르피린 착체(아세토아세테이트 치환 코발트 포르피린)를 적자색 분말 1(Co)로서 (8.3mg, 수율 27%) 얻었다.100 mg (0.15 mmol) of 5-(4-methoxycarbonylphenyl)-10,15,20-triphenylporphyrin was dissolved in a mixed solvent of DMF/chloroform, a small amount of lutidine was added, and then cobalt chloride hexahydrate ( 141 mg, 0.6 mmol, 4eq) was added, and the mixture was stirred under nitrogen atmosphere at 50? for 12 hours. After reprecipitation purification, a purple powder 2 (Co) was obtained (77 mg, yield 70%). The introduction of cobalt was suggested because the peak of Q band decreased from 4 to 2 specific to the metal complex by the UV spectrum. Cobalt porphyrin 2 (Co) (50 mg, 0.068 mmol) and lithium aluminum hydride (5.2 mg, 0.14 mmol) were dissolved in THF, stirred under nitrogen atmosphere at room temperature for 1 hour, and subjected to column purification to obtain 3 (as a purple powder). Co) was obtained (25.8 mg, yield 59%). 3(Co) was dissolved in (23mg, 0.033mmol) toluene, diketen (4.2mg, 0.045mmol, 1.5eq), and TEA were added, followed by stirring at room temperature overnight. After stirring, through column purification, an acetoacetate group-introduced cobalt porphyrin complex (acetoacetate-substituted cobalt porphyrin) was obtained as a red-violet powder 1 (Co) (8.3 mg, yield 27%).

<화학식 9> <Formula 9>

Figure 112013075512738-pat00013
Figure 112013075512738-pat00013

(반응 스킴 2) (Reaction scheme 2)

다음으로, 상기에서 합성한 코발트 포르피린 착체를 이용하여 마이클형 반응에 의해 코발트 포르피린 착체를 포함하는 산소 투과막을 제작하였다.Next, using the cobalt porphyrin complex synthesized above, an oxygen permeable membrane including a cobalt porphyrin complex was prepared by a Michael-type reaction.

산소 투과막에 기계적 강도를 부여하기 위하여, 지지막 상에 코발트 포르피린 착체를 포함하는 산소 투과막을 제작하였다. 지지막으로서는, 기체 투과를 저해시키지 않으면서 또한 제막시의 용매에 불용한 폴리프로필렌막(셀가드 #2400, #3501)을 이용하였다. 구체적으로는, 14g/L의 농도에서 폴리(1-트리메틸실릴-1-프로핀)을 톨루엔에 용해, 충분히 교반하고 완전하게 용해시킨 후, 지지막(셀가드 #2400) 상에 바코터법에 의해 도포하고, 24시간 건조시켰다. 계속하여, 상기에서 합성한 아세토아세테이트 치환 코발트 포르피린 1(Co) 1을 5mg(1 당량), 0.25ml의 클로로포름에 용해하여 충분히 교반하였다. 교반 후, 사관능 아크릴레이트를 1.25당량, t-부틸아세토아세테이트를 1.5당량 및 촉매로서 1, 8-디아자비시클로(5,4,0)-운데센(DBU)을 포르피린 1에 대해 20중량% 첨가하고, 클로로포름 중에 용해시켜, 바코터법에 의해 실온에서, 지지막의 폴리(1-트리메틸실릴-1-프로핀)막 상에 제막한 후에, 1일 건조시키고 경화시켜 산소 투과막을 제작하였다.
In order to impart mechanical strength to the oxygen permeable membrane, an oxygen permeable membrane including a cobalt porphyrin complex was prepared on the support membrane. As the support film, a polypropylene film (Cellguard #2400, #3501) insoluble in a solvent at the time of film formation was used without inhibiting gas permeation. Specifically, at a concentration of 14 g/L, poly(1-trimethylsilyl-1-propine) was dissolved in toluene, sufficiently stirred and completely dissolved, followed by a bar coater method on a supporting film (Cellguard #2400). And dried for 24 hours. Subsequently, the acetoacetate-substituted cobalt porphyrin 1 (Co) 1 synthesized in the above was dissolved in 5 mg (1 eq.) and 0.25 ml of chloroform and stirred sufficiently. After stirring, 1.25 equivalents of tetrafunctional acrylate, 1.5 equivalents of t-butyl acetoacetate and 1, 8-diazabicyclo(5,4,0)-undecene (DBU) as catalyst, 20% by weight relative to porphyrin 1 It was added, dissolved in chloroform, and formed on a poly(1-trimethylsilyl-1-propene) film of a supporting film at room temperature by a bar coater method, followed by drying and curing for 1 day to prepare an oxygen permeable film.

[실시예 2: 산소 투과재의 제작] [Example 2: Preparation of oxygen permeable material]

상기 실시예 1의 산소 투과막을 다공성 기재 상에 형성한 산소 투과재를 제작하였다. 구체적으로는, 다공성 기재(다공성 지지막)로서 친수성 폴리프로필렌막(셀가드 #2400: 막 두께 25㎛, 기공 직경 0.125x0.05㎛, 셀가드 #3051: 막 두께 25㎛)을 선택하였다. 폴리프로필렌막은 가스를 통과한 물은 통과 하지 않도록 하는 특성을 가지고 있고, 또한 클로로포름 용액을 계산할 필요 없이 포르피린 용액을 지지막 상에 균일하게 도포할 수 있다. 상기 (반응 스킴 3)에 나타낸, 아세토아세테이트 치환 코발트 포르피린 1(Co) (Mw: 785.8, 10mg)과 사관능 아크릴레이트 2(Mw: 352.4, 2.5mg, 0.5eq), 및 1중량%의 DBU를 0.2mL 클로로포름에 용해시켜, 바코터법으로 다공성 지지막(6㎝x6㎝) 상에 성막하고, 실온에서 12시간 경화시켜 산소 투과막을 제작하였다. 경화 후에도 다공성 지지막으로부터의 박리 등은 발견되지 않고, 코발트 포르피린 착체를 80중량% 포함하는 산소 투과막을 다공성 지지막 상에 형성한 산소 투과재를 제작하였다.
An oxygen permeable material in which the oxygen permeable membrane of Example 1 was formed on a porous substrate was prepared. Specifically, a hydrophilic polypropylene film (Cell Guard #2400: film thickness 25 µm, pore diameter 0.125 x 0.05 µm, cell guard #3051: film thickness 25 µm) was selected as the porous substrate (porous support film). The polypropylene film has a property of not allowing water that has passed through the gas to pass through, and a porphyrin solution can be uniformly applied on the support film without the need to calculate the chloroform solution. Acetoacetate-substituted cobalt porphyrin 1 (Co) (Mw: 785.8, 10 mg) and tetrafunctional acrylate 2 (Mw: 352.4, 2.5 mg, 0.5 eq) shown in (Reaction Scheme 3) above, and 1% by weight of DBU It was dissolved in 0.2 mL chloroform, deposited on a porous support membrane (6 cm x 6 cm) by a bar coater method, and cured at room temperature for 12 hours to prepare an oxygen permeable membrane. Even after curing, peeling and the like from the porous support film were not found, and an oxygen permeable material was prepared in which an oxygen permeable film containing 80% by weight of a cobalt porphyrin complex was formed on the porous support film.

[비교예 2: 산소 투과재의 제작][Comparative Example 2: Preparation of oxygen permeable material]

상기 실시예 1의 산소 투과막 대신 실시예 2의 산소 투과막을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 산소 투과재를 제작하였다.
An oxygen permeable material was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the oxygen permeable membrane of Example 2 was used instead of the oxygen permeable membrane of Example 1.

[산소 투과 성능의 평가][Evaluation of oxygen permeation performance]

기체의 투과계수 P는, 확산계수 D와 용해도 계수 S와의 부피로 나타낼 수 있다. 투과계수 P는, 하기 식 [수1]에 기초하여, 막면적과 막 두께에 의존하지 않는 고유 값으로서 구해질 수 있다. 한편, 하기 [수학식 1]에 있어서, 투과유량 Q[㎝3], 확산계수 D[㎝2s-1], 용해도적 S[㎝3 (STP) ㎝-3㎝Hg], 막 두께 1[㎝], 단면적 A[㎝2], 압력차?p[㎝Hg]이다.The permeation coefficient P of the gas can be expressed by the volume of the diffusion coefficient D and the solubility coefficient S. The transmission coefficient P can be obtained as an intrinsic value that does not depend on the film area and the film thickness, based on the following equation [Formula 1]. On the other hand, in the following [Equation 1], the permeate flow rate Q [cm 3 ], diffusion coefficient D [cm 2 s -1 ], solubility S [cm 3 (STP) cm -3 cmHg], film thickness 1 [ Cm], cross-sectional area A[cm 2 ], pressure difference ?p[cmHg].

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112013075512738-pat00014
Figure 112013075512738-pat00014

실시예 1 및 비교예 1의 산소 투과막에 대해서 빔플럭스메타(Beam Flux Monitor, BFM)을 이용한 가압법으로 측정을 실시하였다. 이 장치에서는, 막의 상부로부터 압력을 가해 기체(산소 및 질소)를 투과시켜, 단위체적당 기체가 투과하기에 필요한 시간을 산출한다. 이 방법에서는 순가스의 투과량을 측정할 수 있어서 박막과 고농도의 착체 담지에 의해 약해진 막, 또는 유리상 고분자막 등을 지지막 상에 캐스트한 막을 측정하여 적절하게 한다. 다른 측정법(저진공법, 전극법 등)과 비교하여 극소량의 샘플로 투과량이 측정될 수 있고, 측정에 시간이 걸리지 않는 잇점으로서 열거될 수 있다.The oxygen permeable membranes of Example 1 and Comparative Example 1 were measured by a pressure method using a beam flux meter (BFM). In this apparatus, gas (oxygen and nitrogen) is permeated by applying pressure from the top of the membrane, and the time required for the gas to permeate per unit volume is calculated. In this method, the permeation amount of pure gas can be measured, and a film weakened by thin film and high-concentration complex loading, or a film obtained by casting a glass polymer film or the like on a support film is appropriately measured. Compared to other measurement methods (low vacuum method, electrode method, etc.), the transmittance can be measured with a very small amount of sample, and listed as an advantage that the measurement does not take time.

도 4a에, 비교예 1의 산소 투과막에 있어서 산소와 질소와의 차압(p1-p2: 횡축)과 산소와의 질소 투과계수(P: 종축)와의 관계를 나타내는 특성도를 나타내고(●: 산소의 투과계수, ○: 질소의 투과계수), 도 4b에, 실시예 1의 산소 투과막에 있어서 산소와 질소와의 차압(p1-p2: 횡축)과 산소의 투과계수(P: 종축)와의 관계를 나타내는 특성도를 나타낸다(●: 산소의 투과계수, ○: 질소의 투과계수).4A shows a characteristic diagram showing the relationship between the differential pressure (p 1 -p 2 : horizontal axis) of oxygen and nitrogen and the oxygen transmission coefficient (P: vertical axis) of oxygen in the oxygen permeable membrane of Comparative Example 1 (● : Oxygen permeation coefficient, ○: Nitrogen permeation coefficient), FIG. 4B, in the oxygen permeation membrane of Example 1, the differential pressure between oxygen and nitrogen (p 1 -p 2 : horizontal axis) and oxygen permeation coefficient (P: It shows the characteristic diagram showing the relationship with (the vertical axis) (●: oxygen permeation coefficient, ○: nitrogen permeation coefficient).

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 코발트 포르피린 착체에 대한 염기성 축배위자의 유무에 의해, 대기중의 산소분압(약 15㎝Hg) 정도의 압력차에 있어서, 산소와 질소의 투과성의 차가 현저하게 되었다. 즉, 비교예 1의 산소 투과성막에서의 산소와 질소의 투과성의 차는, 산소가 질소에 대해서 「1.4」 정도 큰 것에 대해, 실시예 1의 산소 투과성막에서의 산소와 질소와의 투과성의 차는, 산소가 질소에 대해서 단번에 「5」 이상으로까지 크게 된다. 이와 같이, 염기성 축배위자가 금속 포르피린 유도체에 축배위한 것에 따라, 공기 중의 산소분압 정도 이상의 환경하에 있어서도 산소의 선택 투과성이 저하하는 일 없이 유지될 수 있다.4A and 4B, due to the presence or absence of a basic axial ligand for the cobalt porphyrin complex, a difference in the permeability of oxygen and nitrogen was remarkable at a pressure difference of about oxygen partial pressure (about 15 cmHg) in the atmosphere. . That is, the difference between the permeability of oxygen and nitrogen in the oxygen-permeable film of Comparative Example 1 is that oxygen is about "1.4" greater than nitrogen, and the difference between the permeability of oxygen and nitrogen in the oxygen-permeable film of Example 1 is, Oxygen increases to "5" or more at a time with respect to nitrogen. As described above, as the basic axial ligand is toasted with the metal porphyrin derivative, the selective permeability of oxygen can be maintained without deterioration even in an environment having an oxygen partial pressure or higher in the air.

이상, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 가장 적절한 실시예에 대해서 상세하게 설명하지만, 본 발명은 관련된 에에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 속한 기술분야에 있어서 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 생각이 미칠 수 있는 것은 명백하며, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속한 것으로 이해될 수 있다.In the above, the most suitable embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the related examples. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains are apparent within the scope of the technical spirit described in the claims, and it is clear that various modifications or amendments may have an idea, and of course, the present invention It can be understood as belonging to the technical scope of.

예를 들면, 상술한 실시형태에서는, 전기화학 디바이스가 금속 공기 전지인 경우를 예로 열거하여 설명하지만, 이들에 한정되지 않고, 예를 들면, 본 발명에 관련된 전기화학 디바이스는, 연료 전지 등의 산소를 산화환원 반응에 이용하는 전지인 것이어도 좋다.For example, in the above-described embodiment, the case where the electrochemical device is a metal-air battery is listed and described as an example, but is not limited to these. For example, the electrochemical device according to the present invention includes oxygen, such as a fuel cell. It may be a battery used for the redox reaction.

한편, 테트라페닐포르피린 유도체 및 테트라페닐포르피린 유도체에 동 등의 전이금속이 배위한 금속 포르피린 유도체, 예를 들면 금속 포르피린 착체에 있어서도, 코발트 착체 만큼은 아니지만, 선택적 산소 투과능을 갖는다.On the other hand, a metal porphyrin derivative in which a transition metal such as copper is assigned to a tetraphenylporphyrin derivative and a tetraphenylporphyrin derivative, for example, a metal porphyrin complex, has a selective oxygen permeability, although not as much as a cobalt complex.

100: 리튬 공기전지 110: 양극
111: 집전체 112: 촉매층
120: 음극 130: 전해질
100: lithium air battery 110: positive electrode
111: current collector 112: catalyst layer
120: cathode 130: electrolyte

Claims (20)

다관능 아크릴레이트계 화합물 및 금속 포르피린 유도체가 서로 결합하여 가교화된 백본(backbone)을 포함하고,
상기 다관능 아크릴레이트계 화합물은 탄소수가 20 이상의 단쇄 아크릴레이트계 화합물이고,
상기 금속 포르피린 유도체는 하기 화학식 1로 표시되는 테트라페닐포르피린 유도체에 코발트가 배위한 착체이고,
상기 코발트의 제5 위치에 염기성 축배위자가 배위하는 고분자 화합물:
<화학식 1>
Figure 112019121149170-pat00022

상기 화학식 1에서,
R1, R2, R3 및 R4은 서로 독립적으로 아미노기, 아세토아세테이트(acetoacetate)기, 아세토아세트아미드(acetoacetamide)기, 시아노아세테이트(cyanoacetate)기, 시아노아세트아미드(cyanoacetamide)기, 수소, 할로겐기, 치환 또는 비치환의 C1-C10의 알킬기, 치환 또는 비치환의 C2-C10의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 C2-C10의 알키닐기, 치환 또는 비치환의 C6-C10의 아릴기, 또는 이들의 조합이고,
단, 상기 R1, R2, R3 및 R4 중 하나 이상은 아미노기, 아세토아세테이트(acetoacetate)기, 아세토아세트아미드(acetoacetamide)기, 시아노아세테이트(cyanoacetate)기, 또는 시아노아세트아미드(cyanoacetamide)기 중에서 선택된 기를 포함한다.
A polyfunctional acrylate-based compound and a metal porphyrin derivative are bonded to each other to include a crosslinked backbone,
The polyfunctional acrylate-based compound is a short-chain acrylate-based compound having 20 or more carbon atoms,
The metal porphyrin derivative is a complex in which cobalt is coordinated to the tetraphenylporphyrin derivative represented by the following Chemical Formula 1,
A polymer compound coordinated by a basic axis ligand at the fifth position of the cobalt:
<Formula 1>
Figure 112019121149170-pat00022

In Chemical Formula 1,
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are independently of each other an amino group, acetoacetate group, acetoacetamide group, cyanoacetate group, cyanoacetamide group, hydrogen , Halogen group, substituted or unsubstituted C1-C10 alkyl group, substituted or unsubstituted C2-C10 alkenyl group, substituted or unsubstituted C2-C10 alkynyl group, substituted or unsubstituted C6-C10 aryl group, or a combination thereof Is a combination,
However, at least one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is an amino group, acetoacetate group, acetoacetamide group, cyanoacetate group, or cyanoacetamide ) Group.
제1항에 있어서, 상기 금속 포르피린 유도체는 금속의 반대측에 위치하는 제6 위치에 산소 분자가 배위결합될 수 있는 고분자 화합물.The method of claim 1, wherein the metal porphyrin derivative is a polymer compound capable of coordinating oxygen molecules to a sixth position located on the opposite side of the metal. 제1항에 있어서, 상기 염기성 축배위자가 함질소 유기 배위자를 포함하는 고분자 화합물. The polymer compound according to claim 1, wherein the basic axis ligand comprises a nitrogen-containing organic ligand. 제1항에 있어서, 상기 다관능 아크릴레이트계 화합물 및 상기 금속 포르피린 유도체가 마이클형 부가반응(Michael-type addition reaction)에 의해 서로 결합하여 가교화된 백본을 포함하는 고분자 화합물.The polymer compound of claim 1, wherein the polyfunctional acrylate-based compound and the metal porphyrin derivative are bonded to each other by a Michael-type addition reaction and crosslinked. 제1항에 있어서, 상기 금속 포르피린 유도체가 1 이상의 친핵성 관능기를 포함하고, 상기 친핵성 관능기의 일부 또는 전부와 상기 다관능 아크릴레이트계 화합물에 포함된 아크릴기가 마이클형 부가반응에 의해 서로 결합하여 가교화된 백본을 포함하는 고분자 화합물.The method of claim 1, wherein the metal porphyrin derivative contains at least one nucleophilic functional group, and part or all of the nucleophilic functional group and the acryl group included in the polyfunctional acrylate compound are bonded to each other by Michael type addition reaction. A polymer compound comprising a crosslinked backbone. 제1항에 있어서, 상기 금속 포르피린 유도체로부터 유래한 부위가 상기 백본의 주쇄 또는 측쇄(pendant group)에 존재하는 고분자 화합물.The polymer compound according to claim 1, wherein a site derived from the metal porphyrin derivative is present in a main chain or a pendant group of the backbone. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 고분자 화합물 단위함량 당 상기 금속 포르피린 유도체의 함량이 30중량% 이상인 고분자 화합물.The polymer compound according to claim 1, wherein the content of the metal porphyrin derivative per unit content of the polymer compound is 30% by weight or more. 제1항에 있어서, 상기 다관능 아크릴레이트계 화합물은 이관능성 아크릴레이트, 삼관능성 아크릴레이트, 또는 사관능성 아크릴레이트를 포함하는 고분자 화합물.The polymer compound according to claim 1, wherein the polyfunctional acrylate-based compound comprises a bifunctional acrylate, a trifunctional acrylate, or a tetrafunctional acrylate. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 다관능 아크릴레이트계 화합물은 할로겐으로 치환된 알킬렌기를 포함하는 고분자 화합물.The polymer compound according to claim 1, wherein the polyfunctional acrylate-based compound comprises an alkylene group substituted with halogen. 제1항 내지 제6항, 제8항, 제9항, 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 고분자 화합물을 이용한 산소 투과막.Oxygen permeable membrane using the polymer compound according to any one of claims 1 to 6, 8, 9, and 11. 제12항에 있어서, 상기 산소 투과막은 다공성 기재 상 또는 다공성 기재의 기공 내에 형성된 복합화된 산소 투과막을 포함하는 산소 투과막.The oxygen-permeable membrane of claim 12, wherein the oxygen-permeable membrane comprises a composite oxygen-permeable membrane formed on a porous substrate or in pores of the porous substrate. 제13항에 있어서, 상기 다공성 기재는 기체 투과성 고분자막이 도포되어 있는 산소 투과막.The oxygen-permeable membrane according to claim 13, wherein the porous substrate is coated with a gas-permeable polymer membrane. 제14항에 있어서, 상기 기체 투과성 고분자막은 폴리(1-트리메틸실릴프로핀)으로 형성된 산소 투과막.15. The method of claim 14, The gas-permeable polymer membrane is an oxygen permeable membrane formed of poly (1-trimethylsilylpropene). 제13항에 있어서, 상기 산소 투과막은 질소 투과계수에 대한 산소 투과계수가 막 전후에 있어서 산소의 압력차가 1㎝Hg에서 8배 이상이고, 50㎝Hg에서 2배 이상인 산소 투과막.The oxygen-permeable membrane according to claim 13, wherein the oxygen-permeable membrane has an oxygen permeability coefficient with respect to a nitrogen permeability coefficient of at least 8 times at a pressure of 1 cmHg or more than 2 times at 50 cmHg. 산소를 양극 활물질로 하는 양극,
리튬 이온을 흡장 방출할 수 있는 재료를 음극 활물질로 하는 음극,
상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 전해질, 및
제12항에 따른 산소 투과막으로 이루어진 격벽을 구비하고,
상기 격벽을 매개로 하여 상기 양극에 산소를 공급하는 전기화학 디바이스.
Anode using oxygen as a cathode active material,
A negative electrode that uses a material that can occlude and release lithium ions as a negative electrode active material,
An electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode, and
It has a partition wall made of an oxygen-permeable membrane according to claim 12,
An electrochemical device that supplies oxygen to the anode via the partition wall.
제17항에 있어서, 상기 전기화학 디바이스는 제13항에 따른 산소 투과막을 포함하는 전기화학 디바이스.18. The electrochemical device of claim 17, wherein the electrochemical device comprises an oxygen permeable membrane according to claim 13. 제17항에 있어서, 상기 전기화학 디바이스는 리튬 공기 전지인 전기화학 디바이스. 18. The electrochemical device of claim 17, wherein the electrochemical device is a lithium air battery. 제17항에 있어서, 상기 음극 활물질은 리튬 금속인 전기화학 디바이스. 18. The electrochemical device of claim 17, wherein the negative active material is lithium metal.
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