KR102699314B1 - Polymer electrolyte membrane with high water content and ion conductivity - Google Patents
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Abstract
본 발명은 높은 함수율과 이온전도도를 갖는 고분자전해질 막에 관한 것이다. 구체적으로 서로 다른 당량을 가지는 이오노머 수지, 즉 비대칭적인 이오노머 수지를 혼합하여 이오노머 막을 제공함으로써, 동일 단량의 단일 이오노머 막 보다 더욱 향상된 함수율 및 이온전도도를 가지는 이오노머 막을 제공하는 것이다.The present invention relates to a polymer electrolyte membrane having a high water content and ionic conductivity. Specifically, by mixing ionomer resins having different equivalent weights, i.e., asymmetric ionomer resins, to provide an ionomer membrane, the ionomer membrane has a water content and ionic conductivity that are more improved than those of a single ionomer membrane having the same monomer weight.
Description
본 발명은 높은 함수율과 이온전도도를 갖는 고분자전해질 막에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer electrolyte membrane having high moisture content and ionic conductivity.
수소를 활용하는 에너지 변환기기는 양이온 전도성 고분자전해질을 바탕으로 하며, 그 중 고분자전해질 양이온의 전도를 위해 높은 함수율을 가지며, 이를 유지할 수 있어야 한다. 이를 바탕으로 고분자전해질 연료전지 및 고분자전해질 수전해의 음극 및 양극을 분리해주는 분리체의 역할을 수행한다.Energy conversion devices utilizing hydrogen are based on cation-conducting polymer electrolytes, and among them, the polymer electrolyte must have a high water content for conducting cations and be able to maintain them. Based on this, it plays the role of a separator that separates the cathode and anode of polymer electrolyte fuel cells and polymer electrolyte water electrolysis.
과불소계 고분자전해질 막은 PTFE 고분자를 기반으로 하여 이온 전도성 술폰산기를 포함하며, 고분자전해질은 음극 및 양극 중간에서 이온교환 통로 및 가스투과방지체로 이용된다. 실제 연료전지 및 수전해 장치 성능에도 큰 영향을 미치며, 높은 함수율과 이온전도도를 갖는 고분자전해질 막의 개발은 연료전지 및 수전해용 전극 접합체의 고성능화를 위해 필수적이며 이를 이루고자 많은 연구가 진행되고 있다.Perfluorinated polymer electrolyte membranes are based on PTFE polymers and contain ion-conducting sulfonic acid groups, and the polymer electrolyte is used as an ion exchange passage and gas permeation barrier between the cathode and the anode. It has a great influence on the performance of actual fuel cells and water electrolysis devices, and the development of polymer electrolyte membranes with high water content and ion conductivity is essential for improving the performance of electrode assemblies for fuel cells and water electrolysis, and much research is being conducted to achieve this.
다만, 종래의 고분자전해질 막의 경우 당량이 낮은 이오노머 수지를 사용할 경우 함수율 및 이온전도도는 비교적 높지만 낮은 내구성을 가지고 있으며, 반면에 높은 당량을 가지는 이오노머 수지로 막을 제조시 낮은 함수율 및 이온전도도를 가질 수 있다.However, in the case of conventional polymer electrolyte membranes, when an ionomer resin having a low equivalent weight is used, the moisture content and ionic conductivity are relatively high but the durability is low. On the other hand, when a membrane is manufactured using an ionomer resin having a high equivalent weight, the moisture content and ionic conductivity may be low.
이에 무기물 또는 친수성 고분자등을 더 투입하여 상기 함수율 및 이온전도도를 향상시킬 수는 있으나, 상기 첨가물로 인한 부반응이 발생될 수 있으며 장기간 사용 시 이오노머 막의 내구성이 감소하는 문제점이 발생될 수 있다.Although the water content and ionic conductivity can be improved by adding additional inorganic substances or hydrophilic polymers, side reactions may occur due to the additives, and the durability of the ionomer membrane may decrease when used for a long period of time.
상기 안출된 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 추가적인 무기물 또는 고분자 수지를 포함하지 않고도 함수율 및 이온전도도가 매우 우수한 이오노머 막을 제공하고자 한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention aims to provide an ionomer membrane having excellent moisture content and ion conductivity without including additional inorganic substances or polymer resins.
본 발명은 서로 상이한 당량(Equivalent weight)을 갖는 2 종 이상의 과불소계 이오노머 수지를 포함하며, 상기 2 종의 과불소계 이오노머 수지는 하기 식 1을 만족하는 것인 이오노머 막을 제공한다.The present invention provides an ionomer membrane comprising two or more kinds of perfluorinated ionomer resins having different equivalent weights, wherein the two kinds of perfluorinated ionomer resins satisfy the following formula 1.
[식 1][Formula 1]
(상기 HEW는 가장 높은 당량을 갖는 과불소계 이오노머 수지의 당량이며, LEW는 가장 낮은 당량을 갖는 과불소계 이오노머 수지의 당량이다.)(The above HEW is the equivalent weight of the perfluorocarbon ionomer resin with the highest equivalent weight, and LEW is the equivalent weight of the perfluorocarbon ionomer resin with the lowest equivalent weight.)
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 이오노머 막에 포함되는 서로 상이한 당량을 갖는 2 종 이상의 과불소계 이오노머 수지의 중량비가 2:8 내지 8:2인 것을 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the ionomer membrane may include two or more types of perfluorinated ionomer resins having different equivalent weights in a weight ratio of 2:8 to 8:2.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 서로 상이한 당량을 갖는 2 종 이상의 과불소계 이오노머 수지의 분자량은 각각 500 내지 1000 g/eq 또는 600 내지 1500 g/eq인 것을 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the molecular weights of two or more types of perfluorinated ionomer resins having different equivalent weights may be 500 to 1000 g/eq or 600 to 1500 g/eq, respectively.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 과불소계 이오노머 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the perfluorinated ionomer resin may include one represented by the following chemical formula 1.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
(상기 화학식 1에서 X는 공유결합 또는 -O- 이며, Rf1, Rf2 및 Rf3는 서로 독립적으로 -(CF2)n-, -(CF(CF3))n- 또는 -(C(CF3)2)n-이며, m은 1 내지 30이며, n은 1 내지 5이다.)(In the above chemical formula 1, X is a covalent bond or -O-, and Rf 1, Rf 2 and R f3 are independently -(CF 2 ) n -, -(CF(CF 3 )) n -, or -(C(CF 3 ) 2 ) n -, m is from 1 to 30, and n is from 1 to 5.)
본 발명은 서로 상이한 당량을 갖는 2종 이상의 과불소계 이오노머 분산액을 혼합하여 혼합 분산액을 제조하는 단계; 상기 혼합 분산액에서 용매를 증발시키는 혼합 파우더를 수득하는 단계; 상기 수득한 혼합 파우더를 분쇄하는 단계; 상기 혼합 파우더를 유기용매에 용해시켜 혼합 유기용액을 제조하는 단계; 상기 혼합 유기용액을 이오노머 막으로 제조하고, 산 수용액으로 활성화 시키는 단계;를 포함하며, 상기 2 종의 과불소계 이오노머 수지는 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다.The present invention comprises the steps of: preparing a mixed dispersion by mixing two or more kinds of perfluorinated ionomer dispersions having different equivalent weights; obtaining a mixed powder by evaporating a solvent from the mixed dispersion; pulverizing the obtained mixed powder; preparing a mixed organic solution by dissolving the mixed powder in an organic solvent; preparing an ionomer membrane from the mixed organic solution, and activating it with an acid solution; wherein the two kinds of perfluorinated ionomer resins may satisfy the following formula 1.
[식 1][Formula 1]
(상기 HEW는 가장 높은 당량을 갖는 과불소계 이오노머 수지의 당량이며, LEW는 가장 낮은 당량을 갖는 과불소계 이오노머 수지의 당량이다.)(The above HEW is the equivalent weight of the perfluorocarbon ionomer resin with the highest equivalent weight, and LEW is the equivalent weight of the perfluorocarbon ionomer resin with the lowest equivalent weight.)
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 증발은 40 내지 100℃ 온도조건에서 증발되는 것일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the evaporation may be performed at a temperature of 40 to 100°C.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 유기용매는 디메틸아세트아미드(DMAC), 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸설폭사이드(DMSO), 테트라하이드로퓨란(THF) 및 아세톤 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합용액인 것을 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the organic solvent may include one or a mixed solution of two or more selected from dimethylacetamide (DMAC), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), tetrahydrofuran (THF), and acetone.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 혼합 유기용액에서의 과불소계 이오노머 수지의 농도는 1 내지 90 wt%인 것을 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the concentration of the perfluorinated ionomer resin in the mixed organic solution may be 1 to 90 wt%.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 혼합 유기용액을 이오노머 막으로 제조하고 어닐링 과정을 더 포함하는 것 일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the mixed organic solution may be manufactured into an ionomer membrane and may further include an annealing process.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 어닐링 과정은 100 내지 150 ℃에서 수행되는 것일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the annealing process may be performed at 100 to 150° C.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 산 수용액은 염산 수용액, 황산 수용액, 질산 수용액 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합 수용액인 것을 포함하는 것일수 있다. According to one aspect of the present invention, the acid aqueous solution may include one or more mixed aqueous solutions selected from a hydrochloric acid aqueous solution, a sulfuric acid aqueous solution, and a nitric acid aqueous solution.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 산 수용액의 농도는 0.1 내지 10 mol/L인 것 일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the concentration of the acid aqueous solution may be 0.1 to 10 mol/L.
본 발명의 일 양태에 따른, 서로 상이한 당량을 갖는 과불소계 이오노머 수지는 하기 화학식 1이며, 하기 A는 하기 화학식 2 내지 3에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.According to one aspect of the present invention, a perfluorinated ionomer resin having different equivalents is represented by the following chemical formula 1, and A may be any one selected from the following chemical formulas 2 to 3.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
(상기 화학식 1에서 X는 공유결합 또는 -O- 이며, Rf1, Rf2 및 Rf3는 서로 독립적으로 -(CF2)n-, -(CF(CF3))n- 또는 -(C(CF3)2)n-이며, 1 내지 30이며, n은 1 내지 5이다.)(In the above chemical formula 1, X is a covalent bond or -O-, and Rf 1, Rf 2 and R f3 are independently -(CF 2 ) n -, -(CF(CF 3 )) n -, or -(C(CF 3 ) 2 ) n -, 1 to 30, and n is 1 to 5.)
본 발명은 추가적인 무기물 또는 고분자 수지를 포함하지 않고도 이온전도도가 매우 우수한 이오노머 막을 제조할 수 있다.The present invention can produce an ionomer membrane having very excellent ion conductivity without including additional inorganic substances or polymer resins.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 고분자전해질 막의 제조방법으로 제조된 고분자전해질 막은 높은 함수율과 이온전도도를 가지며, 차후 이를 수소기반 에너지 변환기기에서 낮은 저항을 바탕으로 높은 성능을 기대할 수 있다.In addition, a polymer electrolyte membrane manufactured by a method for manufacturing a polymer electrolyte membrane according to one aspect of the present invention has a high water content and ionic conductivity, and thus, high performance can be expected based on low resistance in a hydrogen-based energy conversion device in the future.
도 1은 실시예 및 비교예들의 이오노머 막에 대한 함수율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 및 비교예들의 이오노머 막에 대한 이온전도도를 나타낸 그래프이다.Figure 1 is a graph showing the moisture content of ionomer membranes of examples and comparative examples.
Figure 2 is a graph showing the ionic conductivity of ionomer membranes of examples and comparative examples.
이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. The present invention will be described in more detail below through specific examples or embodiments including the attached drawings. However, the following specific examples or embodiments are only a reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description of this invention is only for the purpose of effectively describing particular embodiments and is not intended to be limiting of the invention.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. Additionally, the singular forms used in the specification and the appended claims are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Additionally, when a part is said to "include" a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise specifically stated.
종래의 이오노머 막의 문제점은 높은 당량의 이오노머를 사용할 경우에는 낮은 함수율 및 이온전도도를 가지며, 낮은 당량의 이오노머의 경우 내구성이 저하되는 문제점이 있어, 추가적인 첨가물을 넣어 이를 개선하였다.The problem with conventional ionomer membranes is that when a high equivalent weight ionomer is used, the membrane has low moisture content and ionic conductivity, and when a low equivalent weight ionomer is used, the membrane has low durability. Therefore, these problems were improved by adding additional additives.
다만, 상기 추가적인 첨가물을 투입함에 따라 비용이 증가하며, 상기 이오노머 막을 장기간동안 사용할 시에 침전 등의 부반응이 발생할 수 있으며, 내구성 또한 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. However, as the additional additives are added, the cost increases, and when the ionomer membrane is used for a long period of time, side reactions such as precipitation may occur, and durability may also be reduced.
이에 본 발명은 서로 상이한 당량(Equivalent weight)을 갖는 2 종 이상의 과불소계 이오노머 수지를 포함하여 이오노머 막을 제공함으로서, 상기 문제점을 해결하였다.Accordingly, the present invention solves the above problem by providing an ionomer membrane including two or more types of perfluorinated ionomer resins having different equivalent weights.
본 발명의 이오노머 막은 서로 다른 당량을 가지는 이오노머 수지, 즉 비대칭적인 이오노머 수지를 혼합하여 이오노머 막을 제공함으로써, 동일 당량의 단일 이오노머 수지와 비교 시 정확한 이유는 알 수 없으나, 동일 단량의 단일 이오노머 막 보다 더욱 향상된 함수율 및 이온전도도를 가지는 이오노머 막을 제공할 수 있다. 이는, 종래의 첨가물인 친수성 고분자 및 무기물 등을 추가하지 않고, 단순히 비대칭성 이오노머 수지를 혼합함에 발생되는 현저한 효과이다.The ionomer membrane of the present invention provides an ionomer membrane by mixing ionomer resins having different equivalent weights, i.e., asymmetric ionomer resins, thereby providing an ionomer membrane having a moisture content and ionic conductivity that is more improved than a single ionomer membrane of the same monomer weight, although the exact reason is unknown. This is a remarkable effect that occurs simply by mixing asymmetric ionomer resins without adding conventional additives such as hydrophilic polymers and inorganic substances.
또한, 상기 서로 다른 당량의 2종 이상의 과불소계 이오노머 수지는 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있으며, 구체적으로 하기 식 2를 만족하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the two or more types of perfluorinated ionomer resins having different equivalents may satisfy the following formula 1, and specifically, may satisfy the following formula 2, but is not limited thereto.
[식 1][Formula 1]
[식 2][Formula 2]
상기 HEW는 가장 높은 당량을 갖는 과불소계 이오노머 수지의 당량이며, LEW는 가장 낮은 당량을 갖는 과불소계 이오노머 수지의 당량이다.The above HEW is the equivalent weight of the perfluorocarbon ionomer resin having the highest equivalent weight, and LEW is the equivalent weight of the perfluorocarbon ionomer resin having the lowest equivalent weight.
상기 식 1, 2의 범위를 만족하는 2 종 이상의 과불소계 이오노머 수지를 혼합하여 이오노머 막을 제공함에 따라 종래의 단일 종의 이오노머 막보다 더욱 우수한 함수율 및 이온전도도를 가질 수 있다.By providing an ionomer membrane by mixing two or more types of perfluorinated ionomer resins satisfying the ranges of the above formulas 1 and 2, it can have a moisture content and ionic conductivity that are better than those of a conventional single type of ionomer membrane.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 이오노머 막에 포함되는 서로 상이한 당량을 갖는 2 종 이상의 과불소계 이오노머 수지의 혼합 중량은 원하는 평균 당량의 이오노머 수지를 만족할 수만 있다면 이에 제한되는 것은 아니다. 일 예로 서로 상이한 당량을 갖는 2종의 과불소계 이오노머 수지의 경우 혼합 중량비가 1:99 내지 99:1일수 있으며, 구체적으로 2:8 내지 8:2일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 더욱 구체적인 일 예로 당량 1000 g/eq을 만족하기 위해 당량 1100 g/eq의 이오노머 수지와 720 g/eq의 이오노머 수지를 7.5:2.5 중량비를 혼합할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the mixing weight of two or more kinds of perfluorinated ionomer resins having different equivalent weights included in the ionomer membrane is not limited thereto as long as it can satisfy a desired average equivalent weight of the ionomer resin. For example, in the case of two kinds of perfluorinated ionomer resins having different equivalent weights, the mixing weight ratio may be 1:99 to 99:1, specifically, 2:8 to 8:2, but is not limited thereto. As a more specific example, in order to satisfy an equivalent weight of 1000 g/eq, an ionomer resin having an equivalent weight of 1100 g/eq and an ionomer resin having an equivalent weight of 720 g/eq may be mixed at a weight ratio of 7.5:2.5.
상기 기술한 바와 같이, 단일 종의 이오노머 수지와 본 발명의 2종이상의 혼합된 이오노머 수지와는 비록 평균단량이 비슷하더라도 함수율 및 이온전도도가 크게 차이나는 것을 확인할 수 있다.As described above, it can be confirmed that the moisture content and ionic conductivity of a single type of ionomer resin and the mixed ionomer resin of two or more types of the present invention are significantly different even though the average monomer amounts are similar.
또한 본 발명의 일 양태에 따른 상기 서로 상이한 당량을 갖는 2 종 이상의 과불소계 이오노머 수지의 당량은 각각 500 내지 1,000 g/eq 또는 600 내지 1,500 g/eq일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In addition, the equivalent weight of two or more kinds of perfluorinated ionomer resins having different equivalent weights according to one embodiment of the present invention may be 500 to 1,000 g/eq or 600 to 1,500 g/eq, respectively, but is not limited thereto.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 과불소계 이오노머 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the perfluorinated ionomer resin may be represented by the following chemical formula 1.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서 X는 공유결합 또는 -O- 이며, Rf1, Rf2 및 Rf3는 서로 독립적으로 -(CF2)n-, -(CF(CF3))n- 또는 -(C(CF3)2)n-이며, m은 1 내지 30이며, n은 1 내지 5이다.In the above chemical formula 1, X is a covalent bond or -O-, and Rf 1, Rf 2 and R f3 is independently -(CF 2 ) n -, -(CF(CF 3 )) n -, or -(C(CF 3 ) 2 ) n -, m is from 1 to 30, and n is from 1 to 5.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 과불소계 이오노머 수지는 상용화된 이오노머 수지를 사용할 수 있으며, 구체적으로 나피온 및 아퀴비온 등의 상업적인 이오노머를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one aspect of the present invention, the perfluorinated ionomer resin may be a commercially available ionomer resin, and specifically, commercial ionomers such as Nafion and Aquibion may be used, but are not limited thereto.
본 발명은 서로 상이한 당량을 갖는 2종 이상의 과불소계 이오노머 분산액을 혼합하여 혼합 분산액을 제조하는 단계; 상기 혼합 분산액에서 용매를 증발시키는 혼합 파우더를 수득하는 단계; 수득한 파우더를 분쇄하는 단계; 상기 혼합 파우더를 유기용매에 용해시켜 혼합 유기용액을 제조하는 단계; 상기 혼합 유기용액을 이오노머 막으로 제조하고, 산성용액으로 활성화 시키는 단계;를 포함하는 이오노머 막 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a method for producing an ionomer membrane, comprising: a step of mixing two or more perfluorinated ionomer dispersions having different equivalent weights to produce a mixed dispersion; a step of obtaining a mixed powder by evaporating a solvent from the mixed dispersion; a step of pulverizing the obtained powder; a step of preparing a mixed organic solution by dissolving the mixed powder in an organic solvent; a step of producing the mixed organic solution into an ionomer membrane and activating it with an acidic solution.
상기 과불소계 이오노머 분산액을 혼합하여 혼합 분산액을 제공할 수 있다. 상기 과불소계 이오노머 분산액의 용매는 물, 물 및 알코올의 혼합 수용액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 혼합된 과불소계 이오노머 분산액의 용매를 증발시켜 혼합 파우더를 수득할 수 있다. 상기 증발 방식은 일반 건조 일수 있으며, 오븐에서 열건조 시킬 수 있으며, 회전증발농축기 등을 사용하여 건조시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The above perfluorinated ionomer dispersions can be mixed to provide a mixed dispersion. The solvent of the above perfluorinated ionomer dispersion can be water, a mixed aqueous solution of water and alcohol, but is not limited thereto. The solvent of the above mixed perfluorinated ionomer dispersion can be evaporated to obtain a mixed powder. The evaporation method can be a general drying method, can be thermal drying in an oven, can be drying using a rotary evaporator, etc., but is not limited thereto.
상기 증발은 40 내지 100℃에서 증발되는 것일 수 있으며, 구체적으로 50 내지 80℃에서 건조되는 것일 수 있으며, 구체적으로 50 내지 70℃에서 건조되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The above evaporation may be evaporated at 40 to 100°C, and specifically dried at 50 to 80°C, and specifically dried at 50 to 70°C, but is not limited thereto.
상기 유기용매는 디메틸아세트아미드(DMAC), 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸설폭사이드(DMSO), 테트라하이드로퓨란(THF) 및 아세톤 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합용액일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 당업계에서 일반적으로 알려진 유기 용제 중에서 자유롭게 선택되는 것일 수 있다.The above organic solvent may be one or a mixed solution of two or more selected from dimethylacetamide (DMAC), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), tetrahydrofuran (THF), and acetone. However, the present invention is not limited thereto, and may be freely selected from organic solvents generally known in the art.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른, 상기 혼합 유기용액에서의 과불소계 이오노머 수지의 농도는 1 내지 90 wt%일 수 있으며, 구체적으로 10 내지 50 wt%일 수 있으며, 구체적으로 10 내지 30 wt%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the concentration of the perfluorinated ionomer resin in the mixed organic solution may be 1 to 90 wt%, specifically 10 to 50 wt%, specifically 10 to 30 wt%, but is not limited thereto.
또한, 상기 혼합 유기용액을 이오노머 막으로 제조 시, 캐스팅(Casting)방식을 도입하거나 또는 닥터블레이드를 도입하여 제조될 수도 있으나, 상기 이오노머 막을 제조하는 통상의 방법이면 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, when manufacturing the above mixed organic solution into an ionomer membrane, it may be manufactured by introducing a casting method or a doctor blade, but is not limited thereto if it is a conventional method for manufacturing the ionomer membrane.
상기 제조된 이오노머 막은 어닐링 과정을 포함할 수 있다. 상기 어닐링 과정은 100 내지 150 ℃에서 수행되는 것일 수 있으며, 구체적으로 110 내지 130 ℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The above-mentioned manufactured ionomer film may include an annealing process. The annealing process may be performed at 100 to 150° C., and specifically, may be performed at 110 to 130° C., but is not limited thereto.
상기 제조된 이오노머 막의 술폰산 기를 산성화하기 위해 산 수용액에 침지할 수 있다. 상기 산 수용액은 염산 수용액, 황산 수용액, 질산 수용액 등이 사용될 수 있으며, 구체적으로 염산 수용액이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In order to acidify the sulfonic acid group of the above-mentioned manufactured ionomer membrane, it can be immersed in an acidic solution. The acidic solution may be an aqueous hydrochloric acid solution, an aqueous sulfuric acid solution, an aqueous nitric acid solution, etc., and specifically, an aqueous hydrochloric acid solution may be used, but is not limited thereto.
상기 산 수용액의 농도는 0.1 내지 10 mol/L일 수 있으며, 구체적으로 0.5 내지 5 mol/L일 수 있으며, 구체적으로 1 내지 3 mol/L일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The concentration of the above acid solution may be 0.1 to 10 mol/L, specifically 0.5 to 5 mol/L, specifically 1 to 3 mol/L, but is not limited thereto.
또한, 상기 2 종의 과불소계 이오노머 수지는 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있으나, 상기 기재에 대해서는 앞서 설명하였으므로 여기서는 생략한다. In addition, the above two types of perfluorinated ionomer resins may satisfy the following equation 1, but since the above description has been previously explained, it is omitted here.
[식 1][Formula 1]
상기 HEW는 높은 수평균 분자량을 갖는 과불소계 이오노머 수지의 수평균 분자량이며, LEW는 낮은 수평균 분자량을 갖는 과불소계 이오노머 수지의 수평균 분자량이다.The above HEW is the number average molecular weight of a perfluorinated ionomer resin having a high number average molecular weight, and LEW is the number average molecular weight of a perfluorinated ionomer resin having a low number average molecular weight.
본 발명의 일 양태에 따른, 서로 상이한 당량을 갖는 과불소계 이오노머 수지는 하기 화학식 1이며, 하기 A는 하기 화학식 2 내지 3에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있으나, 이 또한 앞서 설명하였으므로 자세한 설명은 생략한다.According to one aspect of the present invention, a perfluorinated ionomer resin having different equivalents is represented by the following chemical formula 1, and A may be any one selected from the following chemical formulas 2 to 3, but since this has also been described above, a detailed description thereof will be omitted.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서 X는 공유결합 또는 -O- 이며, Rf1, Rf2 및 Rf3는 서로 독립적으로 -(CF2)n-, -(CF(CF3))n- 또는 -(C(CF3)2)n-이며, m은 1 내지 30이며, n은 1 내지 5이다.In the above chemical formula 1, X is a covalent bond or -O-, and Rf 1, Rf 2 and R f3 is independently -(CF 2 ) n -, -(CF(CF 3 )) n -, or -(C(CF 3 ) 2 ) n -, m is from 1 to 30, and n is from 1 to 5.
본 발명의 서로 상이한 당량을 가지는 2종 이상의 이오노머 수지를 포함하는 이오노머 막은 동일한 당량에서의 단일 이오노머로 제조된 이오노머 막보다 더욱 우수한 함수율 및 이온전도도를 가지고 있으며, 특히, 상기 효과는 추가적인 첨가물 투입없이 비대칭성 이오노머 수지를 혼합하여 발현되는 효과로, 이는 종래에는 확인되지 않은 이질적인 효과이다.The ionomer membrane comprising two or more ionomer resins having different equivalent weights of the present invention has better moisture content and ionic conductivity than an ionomer membrane manufactured with a single ionomer having the same equivalent weight. In particular, the above effect is an effect achieved by mixing asymmetric ionomer resins without adding additional additives, and is a heterogeneous effect that has not been confirmed in the past.
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다. The present invention will be described in more detail based on the following examples and comparative examples. However, the following examples and comparative examples are only examples for describing the present invention in more detail, and the present invention is not limited by the following examples and comparative examples.
[평균 당량(Equivalent weight, EW 측정)[Equivalent weight (EW measurement)
이오노머 수지의 경우 당량과 이온교환용량은 반비례 관계이다. 즉, 이오노머 수지의 당량이 낮을수록 이온교환용량은 증가한다. 따라서 본 발명의 실시예 들의 이온교환용량을 측정하고, 이를 단일 이오노머 수지의 이온교환용량과 비교하여 평균 당량을 측정하였다.In the case of ionomer resins, the equivalent weight and ion exchange capacity are inversely proportional. That is, the lower the equivalent weight of the ionomer resin, the higher the ion exchange capacity. Therefore, the ion exchange capacity of the examples of the present invention was measured and compared with the ion exchange capacity of a single ionomer resin to determine the average equivalent weight.
건조된 이오노머 막은 3 cm×4 cm의 크기로 자른 후 200mL의 1.0 M-HCl 수용액에 24시간동안 침지시킨 후 꺼내어 재건조하여 전처리를 하였다. 이후, 전처리가 끝난 3 cm×4 cm의 이오노머 막을 200 mL의 1.0 M-NaCl 수용액에 24시간 침지하였다. 침지시킨 이오노머 막을 24시간 뒤 NaCl 수용액에서 제거한 후, 자동 적정기(848 Titrino plus, Metrohom)를 사용하여 이오노머 막을 침지시킨 200 mL의 1.0 M-NaCl 수용액을 0.01 M-NaOH 수용액을 통해 적정하였다. 상기 조건에서 측정 시 사용한 NaOH 수용액의 부피 및 농도를 사용하여 이온교환용량(Ion exchange capacity, IEC)을 하기 IEC 계산식에 대입하여 계산하였다. IEC 적정 용액 중량 및 건조 막 중량은 하기 표 1에 기재하였다.The dried ionomer membrane was cut into a size of 3 cm × 4 cm, immersed in 200 mL of a 1.0 M HCl aqueous solution for 24 hours, taken out, and re-dried to perform a pretreatment. Thereafter, the 3 cm × 4 cm ionomer membrane that had been pretreated was immersed in 200 mL of a 1.0 M NaCl aqueous solution for 24 hours. After 24 hours, the immersed ionomer membrane was removed from the NaCl aqueous solution, and the 200 mL of 1.0 M NaCl aqueous solution in which the ionomer membrane was immersed was titrated with a 0.01 M NaOH aqueous solution using an automatic titrator (848 Titrino plus, Metrohom). The ion exchange capacity (IEC) was calculated by substituting the volume and concentration of the NaOH aqueous solution used in the measurement under the above conditions into the IEC calculation formula below. The IEC titration solution weight and dry membrane weight are listed in Table 1 below.
IEC 계산식IEC calculation formula
식. ceremony.
: Concentration for NaOH solution(mol/L) : Concentration for NaOH solution (mol/L)
: Titrated volume of NaOH solution(L) for the samples : Titrated volume of NaOH solution(L) for the samples
: Titrated volume of NaOH solution(L) for the blank : Titrated volume of NaOH solution(L) for the blank
: Dry membrane weight (g) : Dry membrane weight (g)
: Total volume of NaCl/Sampling volume of NaCl for titration : Total volume of NaCl/Sampling volume of NaCl for titration
[함수율 (Water Uptake) 측정][Water Uptake Measurement]
함수율 측정은 제조된 상기에서 제조된 멤브레인 80℃에서 건조시킨 후 탈이온수에 평형상태에 이르도록 팽윤시킨 후 하기 수학식 1에 따라 함수율을 계산하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The moisture content was measured by drying the membrane manufactured above at 80°C and swelling it in deionized water until it reached equilibrium, and calculating the moisture content according to the following mathematical formula 1, and the results are shown in Table 2 below.
[수학식 1][Mathematical formula 1]
함수율 (%) = (Wwet - Wdry) / Wdry x 100Moisture content (%) = (W wet - W dry ) / W dry x 100
(상기 수학식 1에서, Wdry : 팽윤전 막의 무게 (g), Wwet : 팽윤 후 막의 무게 (g))(In the above mathematical expression 1, W dry : weight of the membrane before swelling (g), W wet : weight of the membrane after swelling (g))
[이온전도도 측정][Ionic Conductivity Measurement]
막의 양성자 전도도는 potentiostat(SP-150, Bio-Logic Science Instruments, France)를 사용하여 10mV 진폭으로 100kHz ~ 1Hz의 스캔 범위에서 AC 전원을 공급하여 측정되었다. 옴 저항(R)은 임피던스의 고주파 저항으로부터 유도되었다. 양성자 전도도는 하기 식으로 측정되었다. 상기 측정된 이온전도도는 하기 표 3에 기재하였다.The proton conductivity of the membrane was measured using a potentiostat (SP-150, Bio-Logic Science Instruments, France) with an AC voltage supply in the scan range of 100 kHz to 1 Hz with an amplitude of 10 mV. The ohmic resistance (R) was derived from the high-frequency resistance of the impedance. The proton conductivity was measured by the following equation. The measured ionic conductivities are listed in Table 3 below.
[식][ceremony]
* 여기서 l은 전극의 거리, R은 멤브레인 저항, S는 멤브레인 단면적이다.* Here, l is the distance between the electrodes, R is the membrane resistance, and S is the membrane cross-sectional area.
[실시예 1][Example 1]
나피온 D1021(EW1100) 수용액과 아퀴비온 D72-25BS(EW720) 수용액을 고형분 함량 대비 7:3 중량비로 혼합하고 상기 혼합된 수용액을 24시간 동안 60℃ 의 오븐에서 수용액을 증발시켜 고체상의 과불산계 이오노머 수지를 수득하였다.Nafion D1021 (EW1100) aqueous solution and Aquibion D72-25BS (EW720) aqueous solution were mixed at a weight ratio of 7:3 based on the solid content, and the mixed aqueous solution was evaporated in an oven at 60°C for 24 hours to obtain a solid perfluorinated ionomer resin.
상기 수득된 고체상의 과불소계 이오노머 수지 100 중량부를 무수 DMAc 500 중량부에 투입하고 교반하여 과불소계 이오노머 수지 용액을 제조하였다. 상기 과불소계 이오노머 수지 용액을 Dr.blade 칼을 사용하여 두께를 조절하여 유리판에 코팅하였다. 100 parts by weight of the solid perfluorinated ionomer resin obtained above was added to 500 parts by weight of anhydrous DMAc and stirred to prepare a perfluorinated ionomer resin solution. The perfluorinated ionomer resin solution was coated on a glass plate by controlling the thickness using a Dr. blade knife.
상기 코팅된 판을 120℃에서 24시간 동안 가열하고 오븐에서 190℃에서 3시간 동안 어닐링하여 멤브레인을 제조하였다. 상기 제조된 멤브레인을 탈이온수에 침지하여 유리판에서 제거한 후 잔류 용매를 제거하였다. 또한 술폰산기를 산성화하기 위해 상기 멤브레인을 1 mol/L HCl 수용액에 실온에서 24시간 동안 침지시켰다. 이후, 제조된 멤브레인을 탈이온수로 여러 번 세척하였다.The above-mentioned coated plate was heated at 120°C for 24 hours and annealed in an oven at 190°C for 3 hours to produce a membrane. The above-mentioned manufactured membrane was removed from the glass plate by immersing it in deionized water, and the residual solvent was removed. In addition, the membrane was immersed in a 1 mol/L HCl aqueous solution at room temperature for 24 hours to acidify the sulfonic acid groups. Thereafter, the manufactured membrane was washed several times with deionized water.
[실시예 2][Example 2]
실시예 1에서 나피온 D1021(EW1100) 수용액과 아퀴비온 D72-25BS(EW720) 수용액을 고형분 함량 대비 7:3 중량비로 혼합된 과불소계 이오노머 혼합 수용액 대신에 아퀴비온 D98-25BS(EW980) 및 아퀴비온 D72-25BS(EW720)를 수용액을 고형분 함량 대비 5.5: 4.5 중량비로 혼합된 과불소계 이오노머 혼합 수용액을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. The same procedure was followed as in Example 1, except that instead of the perfluorinated ionomer mixture solution in which the Nafion D1021 (EW1100) aqueous solution and the Aquibion D72-25BS (EW720) aqueous solution were mixed in a weight ratio of 7:3 based on the solid content, a perfluorinated ionomer mixture solution in which the Aquibion D98-25BS (EW980) and Aquibion D72-25BS (EW720) aqueous solutions were mixed in a weight ratio of 5.5:4.5 based on the solid content was used.
[비교예 1][Comparative Example 1]
실시예 1에서 과불소계 이오노머 혼합 수용액 대신에 아퀴비온 D98-25BS(EW980) 수용액을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure was followed as in Example 1, except that an Aquibion D98-25BS (EW980) aqueous solution was used instead of the perfluorocarbon ionomer mixed aqueous solution.
[비교예 2][Comparative Example 2]
실시예 1에서 과불소계 이오노머 혼합 수용액 대신에 아퀴비온 D83-24B(EW830) 수용액을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure was followed as in Example 1, except that an Aquibion D83-24B (EW830) aqueous solution was used instead of the perfluorocarbon ionomer mixed aqueous solution.
(mL) : 0.01 M-NaOH
(mL)
(g)Dry membrane
(g)
(mL)
(mL)
(mL) -
(mL)
* EW는 당량(equivalant weight)이며, 단위는 g/eq이다.* EW is equivalent weight and the unit is g/eq.
상기 표 1에 기재된 바와 같이, 실시예 1과 비교예 1이 NaOH 적정량이 유사하며, 실시예 2와 비교예 2의 NaOH의 적정량이 유사한 것으로 보아 실시예 1과 비교예 1의 평균 당량이 유사하며, 실시예 2와 비교예 2의 평균 당량 또한 유사한 것으로 대비된다.As described in Table 1 above, Example 1 and Comparative Example 1 have similar NaOH titration amounts, and Example 2 and Comparative Example 2 have similar NaOH titration amounts, which suggests that the average equivalents of Example 1 and Comparative Example 1 are similar, and that the average equivalents of Example 2 and Comparative Example 2 are also similar.
실시예 1과 비교예 1은 평균 당량이 980 g/eq이며, 실시예 2와 비교예 2는 평균 당량이 830 g/eq로 각각 동일한 수준의 당량으로 제조되었다.Example 1 and Comparative Example 1 were manufactured with the same equivalent weight, with an average equivalent weight of 980 g/eq, and Example 2 and Comparative Example 2 were manufactured with the same average equivalent weight of 830 g/eq.
상기 표 2 및 도 1에 기재된 바와 같이, 동일한 수준의 당량대비 함수율을 비교해 보았을 때, 실시예들이 모두 비교예 보다 높은 수준의 함수율을 가지는 것을 확인 할 수 있다. 특히, 실시예 2과와 비교예 2의 경우 각각 830 g/eq의 동일한 당량을 가지는 이오노머 막이지만 함수율은 대략 1.5 배 이상 차이나는 것을 확인 할 수 있다.As described in Table 2 and Fig. 1, when comparing the water content per equivalent at the same level, it can be confirmed that all examples have higher water content than the comparative examples. In particular, in the case of Example 2 and Comparative Example 2, although they are ionomer membranes having the same equivalent weight of 830 g/eq, it can be confirmed that the water content differs by approximately 1.5 times or more.
또한, 이온전도도 표 3 및 도 2를 참고하여 비교하였을 시, 실시예들이 비교예들보다 더욱 우수한 것으로 측정되었다.In addition, when comparing the ion conductivity with reference to Table 3 and Figure 2, the examples were measured to be better than the comparative examples.
결국, 본 발명은 추가적인 첨가제를 투입하지 않고, 단순히 서로 상이한 당량을 가지는 이오노머 수지를 혼합하는 방법으로만 이오노머 막의 함수율 및 이온전도도를 비약적으로 향상시킬 수 있음을 보여준다.In conclusion, the present invention shows that the moisture content and ionic conductivity of an ionomer membrane can be dramatically improved simply by mixing ionomer resins having different equivalent weights without adding additional additives.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described with reference to specific matters, limited examples, and drawings, these have been provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations may be made from this description.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the idea of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all things that are equivalent or equivalent to the claims described below as well as the claims are included in the scope of the idea of the present invention.
Claims (13)
상기 혼합 분산액에서 용매를 증발시켜 혼합 파우더를 수득하는 단계;
상기 수득한 혼합 파우더를 분쇄하는 단계;
상기 혼합 파우더를 유기용매에 용해시켜 혼합 유기용액을 제조하는 단계;
상기 혼합 유기용액을 이오노머 막으로 제조하고, 산 수용액으로 활성화 시키는 단계;를 포함하며, 상기 2 종의 과불소계 이오노머 수지는 하기 식 2을 만족하는 것이며,
상기 이오노머 막에 포함되는 서로 상이한 당량을 갖는 2 종의 과불소계 이오노머 수지의 중량비가 2:8 내지 8:2이며,
상기 서로 상이한 당량을 갖는 2 종의 과불소계 이오노머 수지의 당량은 각각 500 내지 1000 g/eq 또는 600 내지 1500 g/eq인, 이오노머 막의 제조방법.
[식 2]
상기 HEW는 가장 높은 당량을 갖는 과불소계 이오노머 수지의 당량이며, LEW는 가장 낮은 당량을 갖는 과불소계 이오노머 수지의 당량이다.A step of preparing a mixed dispersion by mixing each dispersion containing two types of perfluorinated ionomer resins having different equivalent weights;
A step of evaporating the solvent from the above mixed dispersion to obtain a mixed powder;
A step of grinding the obtained mixed powder;
A step of preparing a mixed organic solution by dissolving the above mixed powder in an organic solvent;
A step of manufacturing the above mixed organic solution into an ionomer membrane and activating it with an acid aqueous solution; wherein the two types of perfluorinated ionomer resins satisfy the following formula 2,
The weight ratio of two types of perfluorinated ionomer resins having different equivalent weights included in the above ionomer membrane is 2:8 to 8:2,
A method for producing an ionomer membrane, wherein the equivalent weights of two types of perfluorinated ionomer resins having different equivalent weights are each 500 to 1000 g/eq or 600 to 1500 g/eq.
[Formula 2]
The above HEW is the equivalent weight of the perfluorocarbon ionomer resin having the highest equivalent weight, and LEW is the equivalent weight of the perfluorocarbon ionomer resin having the lowest equivalent weight.
상기 증발은 40 내지 100℃ 온도조건에서 증발되는 것인, 이오노머 막의 제조방법.In paragraph 5,
A method for manufacturing an ionomer membrane, wherein the above evaporation is performed at a temperature of 40 to 100°C.
상기 유기용매는 디메틸아세트아미드(DMAC), 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸설폭사이드(DMSO), 테트라하이드로퓨란(THF) 및 아세톤 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합용액인, 이오노머 막의 제조방법.In paragraph 5,
A method for producing an ionomer membrane, wherein the organic solvent is one or a mixed solution of two or more selected from dimethylacetamide (DMAC), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), tetrahydrofuran (THF), and acetone.
상기 혼합 유기용액에서의 과불소계 이오노머 수지의 농도는 1 내지 90 wt%인, 이오노머 막의 제조방법.In paragraph 5,
A method for producing an ionomer membrane, wherein the concentration of the perfluorinated ionomer resin in the above mixed organic solution is 1 to 90 wt%.
상기 혼합 유기용액을 이오노머 막으로 제조하고 어닐링 과정을 더 포함하는 것인, 이오노머 막의 제조방법.In paragraph 5,
A method for producing an ionomer membrane, comprising producing the above mixed organic solution into an ionomer membrane and further comprising an annealing process.
상기 어닐링 과정은 100 내지 150 ℃에서 수행되는 것인, 이오노머 막의 제조방법.In Article 9,
A method for manufacturing an ionomer membrane, wherein the above annealing process is performed at 100 to 150°C.
상기 산 수용액은 염산 수용액, 황산 수용액, 질산 수용액 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합 수용액인 것인, 이오노머 막의 제조방법.
In paragraph 5,
A method for manufacturing an ionomer membrane, wherein the above acid solution is one or a mixed solution of two or more selected from a hydrochloric acid solution, a sulfuric acid solution, and a nitric acid solution.
상기 산 수용액의 농도는 0.1 내지 10 mol/L인 것인, 이오노머 막의 제조방법.
In Article 11,
A method for producing an ionomer membrane, wherein the concentration of the above acid solution is 0.1 to 10 mol/L.
상기 과불소계 이오노머 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 것인, 이오노머 막의 제조방법.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 X는 공유결합 또는 -O- 이며, Rf1, Rf2 및 Rf3는 서로 독립적으로 -(CF2)n-, -(CF(CF3))n- 또는 -(C(CF3)2)n-이며, m은 1 내지 30이며, n은 1 내지 5이다.
In paragraph 5,
A method for producing an ionomer membrane, wherein the perfluorinated ionomer resin is represented by the following chemical formula 1.
[Chemical Formula 1]
In the above chemical formula 1, X is a covalent bond or -O-, and Rf 1, Rf 2 and R f3 is independently -(CF 2 ) n -, -(CF(CF 3 )) n -, or -(C(CF 3 ) 2 ) n -, m is from 1 to 30, and n is from 1 to 5.
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