KR20100120519A - Polysulfone crosslinked with dicarbonyl group, method for preparing thereof, polymerelectrolyte membrane comprising the same, fuel cell employing the same - Google Patents

Polysulfone crosslinked with dicarbonyl group, method for preparing thereof, polymerelectrolyte membrane comprising the same, fuel cell employing the same Download PDF

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Abstract

PURPOSE: Polysulfone cross-linked with a dicarbonyl group, a producing method thereof, a polymer electrolyte film using thereof, and a fuel cell including thereof are provided to secure the excellent tensile strength and dimensional stability at the high temperature. CONSTITUTION: Polysulfone cross-linked with a dicarbonyl group is marked with chemical formula 1. In the chemical formula 1, Y is a single bond, -S-, -O-, or -S(=O)2-. Z is a cation exchanger, or its metal salt group selected from the group consisting a sulfonic acid group, a phosphate group, a carboxylic acid, a sulfonamide group, and a C1~C10 alkylsulfone acid group.

Description

디카보닐기로 가교된 폴리설폰, 이의 제조방법, 이를 이용한 고분자전해질막 및 이를 채용한 연료전지{POLYSULFONE CROSSLINKED WITH DICARBONYL GROUP, METHOD FOR PREPARING THEREOF, POLYMERELECTROLYTE MEMBRANE COMPRISING THE SAME, FUEL CELL EMPLOYING THE SAME}POLYSULFONE CROSSLINKED WITH DICARBONYL GROUP, METHOD FOR PREPARING THEREOF, POLYMERELECTROLYTE MEMBRANE COMPRISING THE SAME, FUEL CELL EMPLOYING THE SAME}

본 발명은 함수율이 낮고 치수 안정성이 우수하며 고온에서의 이온전도도를 높게 유지할 수 있는 디카보닐기로 가교된 폴리설폰, 이의 제조방법, 이를 이용한 전해질막 및 이를 채용한 연료전지에 관한 것이다. The present invention relates to a polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group capable of maintaining low water content, excellent dimensional stability, and high ion conductivity at high temperature, a method for preparing the same, an electrolyte membrane using the same, and a fuel cell employing the same.

연료전지, 특히 고체 고분자 전해질형 연료전지는 우주선에 에너지를 공급할 목적으로 1950년대에 제안된 이후 다각적으로 개발되어 오고 있다. 현재 우주선에 대한 전력공급 외에 자동차 산업에서 연료 전지를 적용하고자 하는 많은 시도가 진행 중에 있으며, 이외에 다양한 산업 분야에서 다음과 같은 이유로 연료전지에 대한 많은 관심이 주목되고 있다.Fuel cells, particularly solid polymer electrolyte fuel cells, have been developed in various ways since they were proposed in the 1950s for the purpose of supplying energy to spacecraft. At present, many attempts are being made to apply fuel cells in the automobile industry in addition to the power supply for spacecraft. In addition, a lot of attention has been paid to fuel cells in various industries.

첫째, 내연기관의 연소에 의한 대기 오염을 방지하기 위한 관심이 증폭되는데 있다. 내연기관의 연소에 의한 질소산화물, 불완전 연소된 탄화수소 및 산성화합물 등과 같은 모든 방출 화합물을 내연기관의 자체적인 연소반응의 제어를 통해 전부 막는 것은 사실상 매우 어렵다. First, there is a growing interest in preventing air pollution by combustion of internal combustion engines. In practice, it is very difficult to completely block all emission compounds such as nitrogen oxides, incompletely burned hydrocarbons and acidic compounds by combustion of internal combustion engines through the control of internal combustion engines' own combustion reactions.

둘째, 장기적으로 볼 때 영구적이지 못한 석유 및 석탄과 같은 화석연료 이외의 연료를 사용하는 자동차를 개발하는 것이다.Second, developing cars that use fuels other than fossil fuels, such as oil and coal, that are not permanent in the long run.

대표적인 고분자 전해질형 연료전지로는 수소 가스를 연료로 사용하는 수소 이온 교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell: PEMFC)와 액상의 메탄올을 직접 연료로 캐소드에 공급하여 사용하는 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)가 있다. 이들 연료전지는 연료로 공급되는 수소 및 메탄올은 거의 영구적이고, 전기 화학적인 반응을 통해 부산물로 물을 생성한다.Representative polymer electrolyte fuel cells include a hydrogen exchange gas fuel cell (Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC)) and a direct methanol fuel cell using liquid methanol directly supplied to the cathode as a fuel. Fuel Cell: DMFC). In these fuel cells, hydrogen and methanol supplied as fuel are almost permanent and produce water as a by-product through electrochemical reactions.

전기에너지를 생성하고, 부산물로 물을 발생하는 연료전지의 막전극 접합체(membrane-electrode assembly)를 도 1에 나타내었다.1 shows a membrane-electrode assembly of a fuel cell that generates electrical energy and generates water as a by-product.

도 1을 참조하면, 막전극 접합체는 캐소드(4), 애노드(5) 및 이들 사이에 개재된 고분자 전해질막(1)을 구비한다.Referring to FIG. 1, the membrane electrode assembly includes a cathode 4, an anode 5, and a polymer electrolyte membrane 1 interposed therebetween.

캐소드(4)에 공급된 연료(2, 수소 또는 메탄올 용액)는 코팅층(8)의 촉매반응을 통해, 하기의 반응식과 같이 수소이온을 발생시킨다.The fuel (2, hydrogen or methanol solution) supplied to the cathode 4 generates hydrogen ions through the catalytic reaction of the coating layer 8, as shown in the following reaction formula.

수소 연료전지의 경우:For hydrogen fuel cells:

2H2 → 4H+ + 4e- 2H 2 → 4H + + 4e -

직접메탄올 연료전지의 경우:For direct methanol fuel cells:

CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e- CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e -

생성된 수소이온은 고분자 전해질막(1)을 거쳐 애노드(5) 측으로 수소이온 전달(9)이 이루어진다. 또한, 상기 반응에 의해 생성된 전자는 외부회로(6)를 통해 애노드(5) 측으로 전달된다. 이때 애노드(5)에서는 애노드(5)에 주입된 산소, 수소이온 및 전자와 함께 하기 환원반응이 일어나 전기에너지가 발생하고, 부산물로 물(7)이 생성된다:The generated hydrogen ions transfer hydrogen ions 9 to the anode 5 side via the polymer electrolyte membrane 1. In addition, electrons generated by the reaction are transferred to the anode 5 side through the external circuit 6. At the anode 5, the following reduction reaction occurs with oxygen, hydrogen ions and electrons injected into the anode 5 to generate electrical energy, and water 7 is generated as a by-product:

수소연료전지의 경우:For hydrogen fuel cells:

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O

직접메탄올연료전지의 경우:For direct methanol fuel cells:

3/2O2 + 6H+ + 6e- → CO2 + 2H2O 3 / 2O 2 + 6H + + 6e - → CO 2 + 2H 2 O

상기 캐소드(4)과 애노드(5)는 탄소 재질의 지지체 상에 백금 또는 루테늄과 같은 금속 촉매입자가 증착된 구조를 가지며, 수소이온 전도성을 나타낸다. The cathode 4 and the anode 5 have a structure in which metal catalyst particles such as platinum or ruthenium are deposited on a carbon support and exhibit hydrogen ion conductivity.

막전극 접합체(Membrane electrode assembly, MEA)는 밀리미터 단위의 매우 얇은 두께로 이루어져 있으며, 통상 고분자 전해질막과 그 양면에 부착되어 각각 캐소드 및 애노드 역할을 하는 2개의 전극으로 구성된다. Membrane electrode assembly (MEA) is composed of a very thin thickness of the millimeter unit, and is usually composed of a polymer electrolyte membrane and two electrodes attached to both sides and serving as a cathode and an anode, respectively.

이러한 연료전지에서 고분자 전해질막은 애노드에서 캐소드로 이온을 전도하는 중요한 역할을 한다. 현재 연료전지용 고분자 전해질막은 술폰산기, 인산기 등의 양이온 교환기가 도입된 고분자들이 널리 사용되고 있다. In such fuel cells, the polymer electrolyte membrane plays an important role of conducting ions from the anode to the cathode. Currently, polymer electrolyte membranes for fuel cells have been widely used polymers in which cation exchange groups such as sulfonic acid groups and phosphoric acid groups are introduced.

일예로, 술폰산기 도입은 고분자에 친수성을 부여하기 위해 종래부터 많이 사용되는 방법으로, 친수성 작용기인 술폰산기의 함량을 조절하여 고분자 전해질막 자체의 친수화도를 조절할 수 있다. 이렇게 고분자 전해질막에 부여된 친수성과 술폰산기 자체의 산성도로 인하여, 수소이온을 전달할 수 있는 전해질로서의 역할을 한다.For example, the introduction of sulfonic acid groups is a conventionally used method to impart hydrophilicity to a polymer, and may control the hydrophilicity of the polymer electrolyte membrane itself by controlling the content of sulfonic acid groups, which are hydrophilic functional groups. Thus, due to the hydrophilicity imparted to the polymer electrolyte membrane and the acidity of the sulfonic acid group itself, it serves as an electrolyte capable of transferring hydrogen ions.

하지만, 강산기인 양이온 교환기의 도입은 막의 화학적 안정성을 약화시키는 단점으로 작용한다. 특히, 연료전지용 전해질막에서 친수화도의 제어 문제는 매우 중요한 문제로, 함수율이 너무 낮게 되면 막이 수소이온을 제대로 전달하지 못하는 현상이 발생하여 수소이온 전도도가 떨어진다. 또한 함수율이 너무 높은 경우에는 막의 지나친 팽창으로 인하여 막의 기계적 물성이 낮아지면서 막이 손상되거나 전극층과의 접합이 약해질 수 있다. However, the introduction of a cation exchanger, which is a strong acid group, acts as a disadvantage in weakening the chemical stability of the membrane. In particular, the problem of controlling the hydrophilicity in the electrolyte membrane for a fuel cell is a very important problem. If the water content is too low, the membrane may not properly transfer hydrogen ions, resulting in poor hydrogen ion conductivity. In addition, when the moisture content is too high, the mechanical properties of the membrane may be lowered due to excessive expansion of the membrane, and the membrane may be damaged or the bonding with the electrode layer may be weakened.

특히, 직접메탄올 연료전지에서는 물과 함께 연료인 메탄올이 애노드 쪽으로 넘어가 촉매를 피독시키는 현상이 발행하곤 하는데, 막의 함수율이 높은 경우에는 이런 현상이 심해진다. In particular, in a direct methanol fuel cell, a phenomenon in which methanol, which is a fuel, is passed along with water and poisons the catalyst, occurs. When the membrane has a high water content, this phenomenon becomes worse.

이에 이러한 현상을 방지하기 위하여 가장 널리 상용되는 방법은 고분자를 가교시키는 것이다. 고분자가 가교될 경우 양이온 교환기의 함량이 높더라도, 전체적인 분자량의 증가로 상대적으로 안정성이 높아지며, 기계적 물성 또한 향상된다. 특히, 가교로 인하여 수화된 상태에서 팽창률이 제한을 받게 된다. 즉, 동일한 양이온 교환기 함량에서도 낮은 함수율을 갖는 연료전지용 고분자 전해질막의 제작이 가능하게 된다. The most widely used method to prevent this phenomenon is to crosslink the polymer. When the polymer is crosslinked, even if the content of the cation exchanger is high, the stability is relatively increased due to the increase in the overall molecular weight, and the mechanical properties are also improved. In particular, crosslinking limits the expansion rate in the hydrated state. That is, it is possible to manufacture a polymer electrolyte membrane for a fuel cell having a low water content even at the same cation exchanger content.

이러한 가교 방법 중 널리 사용되는 방법에는 광가교(photo-crossllinking, S. Fujiyama, J. Ishikawa, T. Omi and S. Tamai, Polymer Journal, 40 (2008), 17-24), 이온 가교(ionic crosslinking, Z.W. Bai, G. E. Price, M. Yoonessi, S. B. Juhl, M. F. Durstock, and T. D. Dang, J. Membr. Sci., 305 (2007), 69-76) 및 공유결합 가교(covalent crosslinng, W. Zhang, V. Gogel, K.A. Friedrich and J. Kerres, J. Power Sources, 155 (2006), 3-12) 등이 있다. 그러나, 이러한 가교법들은 가교도가 낮은 경우가 많고, 가교법이 복잡하거나 추가적인 촉매가 필요한 경우가 대부분이다. 이렇게 추가적인 촉매를 사용하는 경우 촉매의 반응성에 따라 가교도가 낮아질 수 있고, 부반응이 일어나거나, 무엇보다 촉매 제거를 위한 추가 단계가 필요함에 따라 가교 반응이 복합한 단점이 있다. Among the crosslinking methods widely used include photo-crossllinking (S. Fujiyama, J. Ishikawa, T. Omi and S. Tamai, Polymer Journal , 40 ( 2008 ), 17-24), ionic crosslinking , ZW Bai, GE Price, M. Yoonessi, SB Juhl, MF Durstock, and TD Dang, J. Membr.Sci. , 305 ( 2007 ), 69-76) and covalent crosslinng, W. Zhang, V Gogel, KA Friedrich and J. Kerres, J. Power Sources , 155 ( 2006 ), 3-12). However, these crosslinking methods are often low in crosslinking degree, and in many cases, the crosslinking method is complicated or additional catalyst is required. In the case of using such an additional catalyst, the degree of crosslinking may be lowered depending on the reactivity of the catalyst, and a crosslinking reaction may be complex as a side reaction occurs or, above all, an additional step for removing the catalyst.

일예로, Zhang 등(C. Zhang, X. Guo, J. Fang, H. Xu, M. Yuan, B. Chen, J. Power Sources, 170 (2007), 42)과 Fang 등(J. Fang, F. Zhai, X. Guo, H. Xu, K.-I. Okamoto, J. Mater. Chem., 17 (2007), 1102)은 고분자 매트릭스 내에서 술폰산기를 함유하는 고분자를 프리델-크래프트(Friedel-Craft) 반응으로 가교하는 방법을 제안하면서, 가교에 의해 어느 정도 기계적 강도 및 치수 안정성 향상에 효과가 있다고 보고하였다. For example, Zhang et al. (C. Zhang, X. Guo, J. Fang, H. Xu, M. Yuan, B. Chen, J. Power Sources , 170 ( 2007 ), 42) and Fang et al. (J. Fang, F. Zhai, X. Guo, H. Xu, K.-I. Okamoto, J. Mater. Chem ., 17 ( 2007 ), 1102 describe Friedel-Craft polymers containing sulfonic acid groups in a polymer matrix. While suggesting a method of crosslinking by the Craft reaction, it has been reported that the crosslinking has an effect on improving mechanical strength and dimensional stability to some extent.

그러나, 상기 방법은 높은 양이온 전도성을 위해 필요한 술폰산기가 가교부위로 사용됨에 따라 술폰산기가 설폰기로 변화하고 이에 따라 양이온 교환기인 술폰산기가 급속히 감소하는 문제점이 있다. 또한, 폴리인산(polyphosphoric acid) 또는 메탄술폰산(methane sulfonic acid)와 P2O5의 혼합물을 촉매로 사용하여야 하는 단점이 있다. However, the method has a problem in that the sulfonic acid group is changed to the sulfonic group as the sulfonic acid group necessary for high cation conductivity is used as the crosslinking site, and thus the sulfonic acid group, which is a cation exchange group, is rapidly reduced. In addition, there is a disadvantage in that a mixture of polyphosphoric acid or methane sulfonic acid and P 2 O 5 must be used as a catalyst.

본 발명의 목적은 물리적 안정성 및 화학적 안정성이 향상되고 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide polysulfones which have improved physical and chemical stability and which are crosslinked with dicarbonyl groups.

본 발명의 다른 목적은 촉매 없이 간단한 공정으로 폴리설폰을 가교하고, 양이온 교환기가 가교 부위로 작용하지 아니하여 가교 반응에 따른 양이온 교환기의 감소를 방지할 수 있는 디카보닐기로 가교된 폴리설폰의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to prepare a polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group which can crosslink the polysulfone in a simple process without a catalyst and prevent the reduction of the cation exchange group due to the crosslinking reaction because the cation exchanger does not act as a crosslinking site. To provide.

본 발명의 다른 목적은 상기 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 포함하여 향상된 치수 안정성 및 고온에서의 양이온 전도도를 높게 유지할 수 있는 고분자 전해질막을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a polymer electrolyte membrane capable of maintaining high dimensional stability and high cation conductivity at high temperature, including the polysulfone crosslinked with the dicarbonyl group.

본 발명의 다른 목적은 상기 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 포함하는 전해질막을 구비한 막전극 접합체를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane comprising a polysulfone crosslinked with the dicarbonyl group.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 전해질막을 구비하여 향상된 전지 성능을 갖는 연료전지를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a fuel cell having improved battery performance by including the electrolyte membrane.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1의 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention provides a polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group of formula (I):

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112009027210184-PAT00001
Figure 112009027210184-PAT00001

(상기 화학식 1에서, (In the formula 1,

Y는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합, -S-, -O-, 또는 -S(=O)2-이고, Y is a single bond, -S-, -O-, or -S (= O) 2- , to which carbon is directly connected,

Z는 술폰산기, 인산기, 카본산기, 설폰이미드기 및 C1~C10의 알킬술폰산기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 양이온 교환기 또는 이들의 금속염기를 나타내고,Z represents one type of cation exchange group or metal bases thereof selected from the group consisting of sulfonic acid group, phosphoric acid group, carbonic acid group, sulfonimide group and C 1 -C 10 alkylsulfonic acid group,

Ar은 2가의 C5~C24의 아릴렌기 또는 2가의 C5~C24의 헤테로아릴렌기이고, 이들은 적어도 하나의 C1~C10의 알킬기, 알콕시기, 할로알킬기, 또는 할로알콕시기로 치환 또는 비치환되고, 선택적으로 이들은 2개 이상의 방향족 고리가 서로 직접연결되거나 -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O)2-, -Si(CH3)2-, -(CH2)p- (이때 1≤p≤10), -(CF2)q- (이때 1≤q≤10), -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, 또는 -C(=O)NH-의 관능기에 의해 공유결합되어 있고,Ar is a divalent C 5 to C 24 arylene group or a divalent C 5 to C 24 heteroarylene group, which is substituted with at least one C 1 to C 10 alkyl group, alkoxy group, haloalkyl group, or haloalkoxy group or Unsubstituted, optionally they are two or more aromatic rings directly connected to each other or -O-, -S-, -C (= 0)-, -CH (OH)-, -S (= 0) 2 -,- Si (CH 3 ) 2 -,-(CH 2 ) p- (where 1≤p≤10),-(CF 2 ) q- (where 1≤q≤10), -C (CH 3 ) 2 -,- Are covalently bonded by a functional group of C (CF 3 ) 2- , or -C (= 0) NH-,

Ar1 Ar2는 서로 같거나 다르며, 2가 또는 3가의 C5~C24의 아릴렌기 또는 2가 또는 3가의 C5~C24의 헤테로아릴렌기이고, 이들은 적어도 하나의 C1~C10의 알킬기, 알콕시기, 할로알킬기, 할로알콕시기 또는 시안기로 치환 또는 비치환되고, 선택적으로 이들은 2개 이상의 방향족 고리가 서로 직접연결되거나 -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O)2-, -Si(CH3)2-, -(CH2)p- (이때 1≤p≤10), -(CF2)q- (이때 1≤q≤10), -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, 또는 -C(=O)NH-의 관능기에 의해 공유결합되어 있고,Ar 1 and Ar 2 is the same as or different from each other, and is a divalent or trivalent C 5 to C 24 arylene group or a divalent or trivalent C 5 to C 24 heteroarylene group, and these are at least one C 1 to C 10 alkyl group, Alkoxy, haloalkyl, haloalkoxy, or cyanyl groups are unsubstituted or substituted, and optionally these are two or more aromatic rings directly connected to each other, or -O-, -S-, -C (= 0)-, -CH ( OH)-, -S (= O) 2- , -Si (CH 3 ) 2 -,-(CH 2 ) p- (where 1≤p≤10),-(CF 2 ) q- (where 1≤q ≦ 10), —C (CH 3 ) 2 —, —C (CF 3 ) 2 —, or —C (═O) NH—, which are covalently bonded

1≤a, b≤4의 정수이고,An integer of 1 ≦ a, b ≦ 4,

3≤n≤400의 정수이고,An integer of 3 ≦ n ≦ 400,

0≤m≤400의 정수이고; 및An integer of 0 ≦ m ≦ 400; And

0<z≤4의 정수이다)0 <z≤4 is an integer)

또한 본 발명은 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이,In addition, the present invention as shown in Scheme 1,

화학식 2의 폴리설폰을 화학식 3의 디카르복시산 화합물로 가교 반응시켜 하기 화학식 1의 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 제조하는 방법을 제공한다: There is provided a method of crosslinking a polysulfone of formula (2) with a dicarboxylic acid compound of formula (3) to prepare a polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group of formula (1):

[반응식 1]Scheme 1

Figure 112009027210184-PAT00002
Figure 112009027210184-PAT00002

(상기 반응식 1에서,(In Scheme 1,

Y, Z, Ar, Ar1, Ar2, a, b, n, m 및 z는 상기 식에서 정의된 바와 같고,Y, Z, Ar, Ar 1 , Ar 2 , a, b, n, m and z are as defined in the above formula,

Ar1'와 Ar2는 서로 같거나 다르며, 2가의 C5~C24의 아릴렌기 또는 C5~C24의 헤테로아릴렌기이고, 이들은 적어도 하나의 C1~C10의 알킬기, 알콕시기, 할로알킬기, 할로알콕시기 또는 시안기로 치환 또는 비치환되고, 선택적으로 이들은 2개 이상의 방향족 고리가 서로 직접연결되거나 -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O)2-, -Si(CH3)2-, -(CH2)p- (이때 1≤p≤10), -(CF2)q- (이때 1≤q≤10), -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, 또는 -C(=O)NH-의 관능기에 의해 공유결합되어 있다)Ar 1 'and Ar 2 is the same as or different from each other, and is a divalent C 5 to C 24 arylene group or C 5 to C 24 heteroarylene group, and these are at least one C 1 to C 10 alkyl group, alkoxy group, haloalkyl group, haloalkoxy Or unsubstituted or substituted with a cyan group, optionally wherein two or more aromatic rings are directly connected to each other, or -O-, -S-, -C (= 0)-, -CH (OH)-, -S (= O) 2- , -Si (CH 3 ) 2 -,-(CH 2 ) p- (where 1≤p≤10),-(CF 2 ) q- (where 1≤q≤10), -C (CH 3) 2 -, -C (CF 3) 2 - is a covalent bond by, or -C (= O) NH- in the functional group)

또한 본 발명은 상기 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 포함하는 고분자 전해질막을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a polymer electrolyte membrane comprising a polysulfone crosslinked with the dicarbonyl group.

또한 본 발명은 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드 및 상기 애노드 사이에 위치하는 고분자 전해질막을 포함하는 막전극 접합체에 있어서, 상기 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 고분자 전해질막으로 포함하는 것을 특징으로 하는 막전극 접합체를 제공한다.The present invention also provides a cathode; Anode; And a polymer electrolyte membrane positioned between the cathode and the anode, wherein the membrane electrode assembly comprises polysulfone crosslinked with the dicarbonyl group as a polymer electrolyte membrane.

아울러 본 발명은 상기 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 고분자 전해질막으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a fuel cell comprising the polysulfone crosslinked with the dicarbonyl group as a polymer electrolyte membrane.

본 발명의 디카보닐기로 가교된 폴리설폰은 인장강도가 높고, 함수율이 낮아 고온에서 우수한 치수안정성, 수소이온전도도 및 메탄올 투과도를 갖는다. The polysulfone crosslinked with the dicarbonyl group of the present invention has high tensile strength, low water content, and has excellent dimensional stability, hydrogen ion conductivity, and methanol permeability at high temperature.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

폴리설폰과 같은 수소이온전도성 고분자에 친수성을 부여하기 위해 설폰산기 등의 양이온 교환기를 도입하고 있다. 그러나, 이러한 강산성 양이온 교환기의 도입은 화학적 안정성 약화, 촉매 피독 현상 등의 단점이 있어 이를 방지하기 위해 폴리설폰을 가교하는 방법이 상용되고 있다.In order to impart hydrophilicity to hydrogen ion conductive polymers such as polysulfone, cation exchange groups such as sulfonic acid groups are introduced. However, the introduction of such a strong acid cation exchanger has disadvantages such as chemical stability weakening, catalyst poisoning phenomenon, so that a method of crosslinking polysulfone is commonly used to prevent this.

그러나, 종래의 가교된 폴리설폰은 가교 부위로 양이온 교환기가 사용되어 가교 후 수소이온전도를 위해 필수적인 양이온 교환기 수가 급감하는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 가교 반응을 위한 촉매가 필요하고, 가교반응이 복잡하다는 단점이 있다.However, the conventional crosslinked polysulfone has a problem in that a cation exchange group is used as a crosslinking site so that the number of cation exchange groups essential for hydrogen ion conduction after crosslinking decreases sharply. In addition, there is a disadvantage in that a catalyst for the crosslinking reaction is required and the crosslinking reaction is complicated.

이에 이러한 문제를 해소하기 위해 본 발명에서는 백본에 설폰기를 갖고, 일부 수소원자가 양이온 교환기로 치환된 탄화수소계 고분자인 폴리설폰이 서로 가교된 가교 고분자로서, 상기 가교는 수소원자가 양이온 교환기로 치환되지 아니한 방향환 사이에 이루어지고, 가교기가

Figure 112009027210184-PAT00003
인 것을 특징으로 하는 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 제공한다. In order to solve this problem, in the present invention, a polysulfone which is a hydrocarbon-based polymer having a sulfone group in the backbone and some hydrogen atoms are substituted with a cation exchanger is a crosslinked polymer crosslinked with each other, and the crosslinking is a direction in which hydrogen atoms are not substituted with a cation exchanger. Between ring and crosslinking group
Figure 112009027210184-PAT00003
It provides a polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group, characterized in that.

이와 같은 본 발명의 폴리설폰은 가교기인 디카보닐기가 고분자 체인의 결합을 견고히 하고, 친수성 영역을 제한함에 따라 고분자 전해질막의 함수율을 감소시켜 스웰링을 줄인다. 이에 따라 가교된 폴리설폰으로 제조된 고분자 전해질막은 우수한 치수 안정성을 갖게 되며, 고온에서의 이온전도도를 높게 유지할 수 있다. In the polysulfone of the present invention, the dicarbonyl group, which is a crosslinking group, strengthens the binding of the polymer chain and reduces the water content of the polymer electrolyte membrane as it limits the hydrophilic region, thereby reducing swelling. Accordingly, the polymer electrolyte membrane made of the crosslinked polysulfone has excellent dimensional stability and can maintain high ion conductivity at high temperature.

구체적으로, 본 발명의 디카보닐기로 가교된 폴리설폰은 하기 화학식 1로 표시된다:Specifically, the polysulfone crosslinked with the dicarbonyl group of the present invention is represented by the following general formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112009027210184-PAT00004
Figure 112009027210184-PAT00004

(상기 화학식 1에서, (In the formula 1,

Y는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합, -S-, -O-, 또는 -S(=O)2-이고, Y is a single bond, -S-, -O-, or -S (= O) 2- , to which carbon is directly connected,

Z는 술폰산기, 인산기, 카본산기, 설폰이미드기 및 C1~C10의 알킬술폰산기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 양이온 교환기 또는 이들의 금속염기를 나타내고,Z represents one type of cation exchange group or metal bases thereof selected from the group consisting of sulfonic acid group, phosphoric acid group, carbonic acid group, sulfonimide group and C 1 -C 10 alkylsulfonic acid group,

Ar은 2가의 C5~C24의 아릴렌기 또는 2가의 C5~C24의 헤테로아릴렌기이고, 이들은 적어도 하나의 C1~C10의 알킬기, 알콕시기, 할로알킬기, 또는 할로알콕시기로 치환 또는 비치환되고, 선택적으로 이들은 2개 이상의 방향족 고리가 서로 직접연결되거나 -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O)2-, -Si(CH3)2-, -(CH2)p- (이때 1≤p≤10), -(CF2)q- (이때 1≤q≤10), -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, 또는 -C(=O)NH-의 관능기에 의해 공유결합되어 있고,Ar is a divalent C 5 to C 24 arylene group or a divalent C 5 to C 24 heteroarylene group, which is substituted with at least one C 1 to C 10 alkyl group, alkoxy group, haloalkyl group, or haloalkoxy group or Unsubstituted, optionally they are two or more aromatic rings directly connected to each other or -O-, -S-, -C (= 0)-, -CH (OH)-, -S (= 0) 2 -,- Si (CH 3 ) 2 -,-(CH 2 ) p- (where 1≤p≤10),-(CF 2 ) q- (where 1≤q≤10), -C (CH 3 ) 2 -,- Are covalently bonded by a functional group of C (CF 3 ) 2- , or -C (= 0) NH-,

Ar1 Ar2는 서로 같거나 다르며, 2가 또는 3가의 C5~C24의 아릴렌기 또는 2가 또는 3가의 C5~C24의 헤테로아릴렌기이고, 이들은 적어도 하나의 C1~C10의 알킬기, 알콕시기, 할로알킬기, 할로알콕시기 또는 시안기로 치환 또는 비치환되고, 선택적으로 이들은 2개 이상의 방향족 고리가 서로 직접연결되거나 -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O)2-, -Si(CH3)2-, -(CH2)p- (이때 1≤p≤10), -(CF2)q- (이때 1≤q≤ 10), -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, 또는 -C(=O)NH-의 관능기에 의해 공유결합되어 있고,Ar 1 and Ar 2 is the same as or different from each other, and is a divalent or trivalent C 5 to C 24 arylene group or a divalent or trivalent C 5 to C 24 heteroarylene group, and these are at least one C 1 to C 10 alkyl group, Alkoxy, haloalkyl, haloalkoxy, or cyanyl groups are unsubstituted or substituted, and optionally these are two or more aromatic rings directly connected to each other, or -O-, -S-, -C (= 0)-, -CH ( OH)-, -S (= O) 2- , -Si (CH 3 ) 2 -,-(CH 2 ) p- (where 1≤p≤10),-(CF 2 ) q- (where 1≤q ≦ 10), —C (CH 3 ) 2 —, —C (CF 3 ) 2 —, or —C (═O) NH—, which are covalently bonded

1≤a, b≤4의 정수이고,An integer of 1 ≦ a, b ≦ 4,

3≤n≤400의 정수이고,An integer of 3 ≦ n ≦ 400,

0≤m≤400의 정수이고; 및An integer of 0 ≦ m ≦ 400; And

0<z≤4의 정수이다)0 <z≤4 is an integer)

상기 화학식 1의 디카보닐기로 가교된 폴리설폰은 폴리설폰 백본이 서로 디카보닐기

Figure 112009027210184-PAT00005
로 가교된 것이다. In the polysulfone crosslinked with the dicarbonyl group of Formula 1, the polysulfone backbone is a dicarbonyl group
Figure 112009027210184-PAT00005
It is crosslinked with.

상기 화학식 1에서 아릴렌기는 탄소수 5 내지 24의 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 바람직하게는 탄소수 6 내지 12인 직선형 또는 분지형 아릴렌기이다. 이때 탄소수는 치환기에 포함된 탄소수를 제외하고 아릴렌기의 방향족 골격을 이루는 탄소의 수만을 의미한다. 상기 아릴렌기의 구체적인 예로서는 페닐렌기, 톨릴렌기, 자일릴렌기, 비페닐렌기, o-터페닐렌기, 나프틸렌기, 안트라세닐렌기, 페난트레닐렌기, 플루오렌 등을 들 수 있다. 이때 상기 아릴렌기는 알킬기, 알콕시기, 할로알킬기, 할로알킬기 원자 또는 시안기로 치환될 수 있다. The arylene group in Chemical Formula 1 is a substituted or unsubstituted arylene group having 5 to 24 carbon atoms, preferably a straight or branched arylene group having 6 to 12 carbon atoms. At this time, the carbon number means only the number of carbons forming the aromatic skeleton of the arylene group except for the carbon number included in the substituent. Specific examples of the arylene group include a phenylene group, tolylene group, xylylene group, biphenylene group, o -terphenylene group, naphthylene group, anthracenylene group, phenanthrenylene group, fluorene and the like. In this case, the arylene group may be substituted with an alkyl group, an alkoxy group, a haloalkyl group, a haloalkyl group atom, or a cyan group.

상기 화학식 1에서 헤테로아릴렌기는 탄소수 5 내지 24의 치환 또는 비치환 헤테로아릴렌기, 바람직하게는 탄소수 5 내지 15인 헤테로아릴렌기이다. 이때 F, S, N, O, P 및 Si로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 하 나 이상의 고리 내에 함유한다. 상기 헤테로아릴렌기의 구체적인 예에는 [1,2,4]옥사디아졸, [1,3,4]옥사디아졸, [1,2,4]티아디아졸, [1,3,4]티아디아졸, 피롤, 이미다졸, 피라졸, 피리딘, 피라진, 피리미딘, 피리다진, 인돌리진, 이소인돌, 인돌, 인다졸, 퓨린, 퀴놀리진, 이소퀴놀린, 퀴놀린, 프탈라진, 나프틸피리딘, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 신놀린, 프테리딘, 카르바졸, 카르볼린, 페난트리딘, 아크리딘, 페난트롤린, 이소티아졸, 페나진, 이소옥사졸, 페녹사진, 페노티아진, 이미다졸리딘, 이미다졸린 등의 디라디칼 등이 있다. 이때 상기 헤테로아릴렌기는 알킬기, 알콕시기, 할로알킬기, 할로알킬기 또는 시안기로 치환될 수 있다. The heteroarylene group in Chemical Formula 1 is a substituted or unsubstituted heteroarylene group having 5 to 24 carbon atoms, preferably a heteroarylene group having 5 to 15 carbon atoms. Wherein at least one hetero atom selected from the group consisting of F, S, N, O, P and Si is contained in one or more rings. Specific examples of the heteroarylene group include [1,2,4] oxadiazole, [1,3,4] oxadiazole, [1,2,4] thiadiazole, and [1,3,4] thiadia Sol, pyrrole, imidazole, pyrazole, pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, indolizine, isoindole, indole, indazole, purine, quinolysine, isoquinoline, quinoline, phthalazine, naphthylpyridine, Quinoxaline, quinazoline, cinnoline, pteridine, carbazole, carboline, phenanthridine, acridine, phenanthroline, isothiazole, phenazine, isoxazole, phenoxazine, phenothiazine, already Diradical such as dazolidine and imidazoline. In this case, the heteroarylene group may be substituted with an alkyl group, an alkoxy group, a haloalkyl group, a haloalkyl group, or a cyan group.

상기 화학식 1에서 알킬기는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 측쇄의 포화된 탄화수소 라디칼, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6인 직쇄 또는 측쇄의 포화된 탄화수소 라디칼을 의미한다. 일예로, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실, 1,2-디메틸-프로필, 2-에틸-헥실 등이 가능하다. In Formula 1, an alkyl group means a straight or branched saturated hydrocarbon radical having 1 to 10 carbon atoms, preferably a straight or branched saturated hydrocarbon radical having 1 to 6 carbon atoms. For example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, iso-amyl, hexyl, 1,2-dimethyl-propyl, 2-ethyl-hexyl and the like are possible. .

상기 화학식 1에서 알콕시기는 탄소수 1 내지 10의 직선형 또는 분지형 알콕시기이며, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6인 직선형 또는 분지형 알콕시기이다. 대표적으로 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 이소부톡시, sec-부톡시 및 tert-부톡시 등이 가능하다. The alkoxy group in the general formula (1) is a straight or branched alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, preferably a straight or branched alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms. Typically methoxy, ethoxy, propoxy, isopropoxy, butoxy, isobutoxy, sec-butoxy and tert-butoxy are possible.

상기 화학식 1에서 할로알킬기는 상기에서 정의된 알킬기의 하나 이상의 수소 원자가 동일하거나 상이한 하나 이상의 할로겐 원자로 치환된 라디칼을 의미한다. 구체적인 예로, 트리플루오로메틸, 디플루오로메틸, 2,2-디클로로에틸, 2-플루오로에틸, 2,2-디플루오로에틸, 2,2,2-트리플루오로에틸, 펜타플루오로에틸, 3,3-디플루오로프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 2,2,3,3-테트라플루오로프로필, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필, 헵타플루오로프로필 등이 있다.The haloalkyl group in Formula 1 refers to a radical in which one or more hydrogen atoms of the alkyl group defined above are substituted with one or more halogen atoms, which are the same or different. Specific examples include trifluoromethyl, difluoromethyl, 2,2-dichloroethyl, 2-fluoroethyl, 2,2-difluoroethyl, 2,2,2-trifluoroethyl, pentafluoroethyl , 3,3-difluoropropyl, 3,3,3-trifluoropropyl, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl, 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl, hepta Fluoropropyl and the like.

상기 화학식 1에서 할로알콕시기는 상기에서 정의된 알콕시기의 하나 이상의 수소 원자가 동일하거나 상이한 하나 이상의 할로겐 원자로 치환된 라디칼을 의미한다. 일예로, 트리플루오로메톡시, 플루오로메톡시, 2-플루오로에톡시, 2,2-디플루오로에틸, 2,2-디플루오로에톡시, 2,2,2-트리플루오로에톡시, 펜타플루오로에톡시, 3-플루오로프로폭시, 2,2,3,3-테트라플루오로프로폭시, 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로폭시, 헵타플루오로프로폭시 등이 가능하다. In the formula (1) haloalkoxy group means a radical in which one or more hydrogen atoms of the alkoxy group defined above is substituted with the same or different one or more halogen atoms. For example, trifluoromethoxy, fluoromethoxy, 2-fluoroethoxy, 2,2-difluoroethyl, 2,2-difluoroethoxy, 2,2,2-trifluoroethoxy, Pentafluoroethoxy, 3-fluoropropoxy, 2,2,3,3-tetrafluoropropoxy, 2,2,3,3,3-pentafluoropropoxy, heptafluoropropoxy and the like It is possible.

또한, 본 발명에 의한 상기 폴리설폰의 중합도를 나타내는 n은 3 내지 400의 정수, 바람직하게는 5 내지 200, 더 바람직하게는 10 내지 100이다. 폴리설폰과 공중합되는 반복단위의 중합도를 나타내는 m은 0 내지 400의 정수, 바람직하게는 3 내지 200, 더 바람직하게는 5 내지 100이다. n이 상기 범위 미만이면 기계적 물성 및 화학적 안정성이 불충분하고 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 점도가 너무 높아져 취급이 곤란한 문제점이 있다. 또한 m이 상기 범위를 초과하면 점도가 높아 져 취급이 곤란한 단점이 있다. In addition, n which shows the polymerization degree of the said polysulfone by this invention is an integer of 3-400, Preferably it is 5-200, More preferably, it is 10-100. M which shows the degree of polymerization of the repeating unit copolymerized with polysulfone is an integer of 0-400, Preferably it is 3-200, More preferably, it is 5-100. If n is less than the above range, the mechanical properties and chemical stability are insufficient, and on the contrary, if the n exceeds the above range, the viscosity becomes too high, which makes handling difficult. In addition, when m exceeds the above range, there is a disadvantage in that the viscosity becomes high and handling is difficult.

상기 화학식 1에서 Z는 술폰산기, 인산기, 카본산기, 설폰이미드기 및 C1~C10의 알킬술폰산기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 양이온 교환기 또는 이들의 금속염기를 나타내는데, 바람직하기로 Z는 술폰산기 또는 이의 금속염기이다. In Chemical Formula 1, Z represents one type of cation exchange group selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a sulfonimide group, and a C 1 to C 10 alkylsulfonic acid group or a metal base thereof, preferably Z is Sulfonic acid groups or metal bases thereof.

바람직하게, 상기 화학식 1 중, 상기 Z는 술폰산기 또는 이의 금속염기이고, z는 1이고, Ar1

Figure 112009027210184-PAT00006
이고, Ar2
Figure 112009027210184-PAT00007
이고, a 및 b는 2이다. Preferably, in Formula 1, Z is a sulfonic acid group or a metal base thereof, z is 1, and Ar 1 is
Figure 112009027210184-PAT00006
And Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00007
And a and b are 2.

바람직하게, 상기 화학식 1 중, 상기 Y는 -S- 또는 -S(=O)2-이고, Z는 술폰산기 또는 이의 금속염기이고, z는 1이고, Ar1

Figure 112009027210184-PAT00008
이고, Ar2
Figure 112009027210184-PAT00009
이고, a 및 b는 2이다. 상기 Y가 -S-인 경우 가수분해 및 산화 안정성이 더욱 향상될 수 있다. Preferably, in Formula 1, Y is -S- or -S (= 0) 2- , Z is a sulfonic acid group or a metal base thereof, z is 1, and Ar 1 is
Figure 112009027210184-PAT00008
And Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00009
And a and b are 2. When Y is -S-, hydrolysis and oxidation stability may be further improved.

바람직하게, 상기 화학식 1 중, 상기 Z는 술폰산기 또는 이의 금속염기이고, z는 1이고, Ar1

Figure 112009027210184-PAT00010
이고, Ar2
Figure 112009027210184-PAT00011
이고, a 및 b는 2이다. 상기 Ar2
Figure 112009027210184-PAT00012
인 경우 극성-극성 상호작용에 따른 함수율 감소와 장기운전조건에서 전극과의 접착성 향상 확보가 가능하다. Preferably, in Formula 1, Z is a sulfonic acid group or a metal base thereof, z is 1, and Ar 1 is
Figure 112009027210184-PAT00010
And Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00011
And a and b are 2. Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00012
In this case, it is possible to reduce the moisture content due to the polar-polar interaction and to improve the adhesion with the electrode under long-term operation conditions.

바람직하게, 상기 화학식 1 중, 상기 Y는 -S-이고, Z는 술폰산기 또는 이의 금속염기이고, z는 1이고, Ar1

Figure 112009027210184-PAT00013
이고, Ar2
Figure 112009027210184-PAT00014
이고, a 및 b는 2이다. 상기 Y가 -S-인 경우 가수분해 및 산화 안정성이 더욱 향상될 수 있다. 상기 Ar2
Figure 112009027210184-PAT00015
인 경우 극성-극성 상호작용에 따른 함수율 감소와 장기운전조건에서 전극과의 접착성 향상 확보가 가능하다. Preferably, in Formula 1, Y is -S-, Z is a sulfonic acid group or a metal base thereof, z is 1, and Ar 1 is
Figure 112009027210184-PAT00013
And Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00014
And a and b are 2. When Y is -S-, hydrolysis and oxidation stability may be further improved. Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00015
In this case, it is possible to reduce the moisture content due to the polar-polar interaction and to improve the adhesion with the electrode under long-term operation conditions.

바람직하게, 상기 화학식 1 중, 술폰산기 또는 이의 금속염기이고, z는 1이 고, Ar1

Figure 112009027210184-PAT00016
이고, Ar2
Figure 112009027210184-PAT00017
이고, a 및 b는 1이다.Preferably, in Formula 1, a sulfonic acid group or a metal base thereof, z is 1, Ar 1 is
Figure 112009027210184-PAT00016
And Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00017
And a and b are 1.

바람직하게, 상기 화학식 1 중, 상기 Y는 -O-이고, Z는 술폰산기 또는 이의 금속염기이고, z는 1이고, Ar1

Figure 112009027210184-PAT00018
이고, Ar2
Figure 112009027210184-PAT00019
이고, a 및 b는 1이다. Preferably, in Formula 1, Y is -O-, Z is a sulfonic acid group or a metal base thereof, z is 1, and Ar 1 is
Figure 112009027210184-PAT00018
And Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00019
And a and b are 1.

바람직하기로, 상기 Ar은 하기 식으로 표시되는 것 중에서 선택되며, 이때 결합 위치는 o-, m-, p- 위치를 모두 포함한다:Preferably, Ar is selected from those represented by the following formulae, wherein the bonding position includes all of the o- , m- , p- positions:

Figure 112009027210184-PAT00020
Figure 112009027210184-PAT00020

(이때 W는 O, S, C(=O), CH(OH), S(=O)2, Si(CH3)2, (CH2)p (이때 1≤p≤10), (CF2)q (이때 1≤q≤10), C(CH3)2, C(CF3)2, 또는 C(=O)NH이다)Where W is O, S, C (= O), CH (OH), S (= O) 2 , Si (CH 3 ) 2 , (CH 2 ) p (where 1≤p≤10), (CF 2 ) q (where 1 ≦ q ≦ 10), C (CH 3 ) 2 , C (CF 3 ) 2 , or C (═O) NH)

보다 바람직하기로, 상기 Ar은 하기 식으로 표시된 것 중에서 선택된, 이때 결합 위치는 o-, m-, p- 위치를 모두 포함한다:More preferably, Ar is selected from those represented by the following formulae, wherein the bonding position comprises all o- , m- , p- positions:

Figure 112009027210184-PAT00021
Figure 112009027210184-PAT00021

상기한 화학식 1에 따른 디카보닐기로 가교된 폴리설폰의 구체적인 예는 다음을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다:Specific examples of the polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group according to Chemical Formula 1 include, but are not limited to:

폴리설폰 1: Polysulfone 1:

Figure 112009027210184-PAT00022
Figure 112009027210184-PAT00022

폴리설폰 2: Polysulfone 2:

Figure 112009027210184-PAT00023
Figure 112009027210184-PAT00023

폴리설폰 3:Polysulfone 3:

Figure 112009027210184-PAT00024
Figure 112009027210184-PAT00024

폴리설폰 4: Polysulfone 4:

Figure 112009027210184-PAT00025
Figure 112009027210184-PAT00025

이러한 본 발명의 디카보닐기로 가교된 폴리설폰은 하기 반응식 1에 도시한 것처럼, 화학식 2의 폴리설폰을 화학식 3의 디카르복시산 화합물로 가교 반응시켜 제조된다: Such polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group of the present invention is prepared by crosslinking a polysulfone of formula 2 with a dicarboxylic acid compound of formula 3, as shown in Scheme 1 below:

[반응식 1]Scheme 1

Figure 112009027210184-PAT00026
Figure 112009027210184-PAT00026

(상기 반응식 1에서, (In Scheme 1,

Y, Z, Ar, Ar1, Ar2, a, b, z, n 및 m은 상기 식에서 정의된 바와 같고,Y, Z, Ar, Ar 1 , Ar 2 , a, b, z, n and m are as defined in the above formula,

Ar1'와 Ar2는 서로 같거나 다르며, 2가의 C5~C24의 아릴렌기 또는 C5~C24의 헤테로아릴렌기이고, 이들은 적어도 하나의 C1~C10의 알킬기, 알콕시기, 할로알킬기, 할로알콕시기 또는 시안기로 치환 또는 비치환되고, 선택적으로 이들은 2개 이상의 방향족 고리가 서로 직접연결되거나 -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O)2-, -Si(CH3)2-, -(CH2)p- (이때 1≤p≤10), -(CF2)q- (이때 1≤q≤10), -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, 또는 -C(=O)NH-의 관능기에 의해 공유결합되어 있다)Ar 1 'and Ar 2 is the same as or different from each other, and is a divalent C 5 to C 24 arylene group or C 5 to C 24 heteroarylene group, and these are at least one C 1 to C 10 alkyl group, alkoxy group, haloalkyl group, haloalkoxy Or unsubstituted or substituted with a cyan group, optionally wherein two or more aromatic rings are directly connected to each other, or -O-, -S-, -C (= 0)-, -CH (OH)-, -S (= O) 2- , -Si (CH 3 ) 2 -,-(CH 2 ) p- (where 1≤p≤10),-(CF 2 ) q- (where 1≤q≤10), -C (CH 3) 2 -, -C (CF 3) 2 - is a covalent bond by, or -C (= O) NH- in the functional group)

본 발명의 제조방법은 가교제로 화학식 3의 디카르복시산 화합물을 사용하여 화학식2의 폴리설폰을 서로 가교시킨다. 이때 폴리설폰에 존재하는 술폰산기와 같은 양이온 교환기가 스스로 산촉매 작용을 하여, 가교제 말단의 다카르복시산기를 양자화(Protonation)한다. 이렇게 양자화된 가교제는 양이온 교환기가 아니라 친핵성의 방향환(Ar1)과 프리델-크래프트(Friedel-Craft) 반응을 한다. In the preparation method of the present invention, polysulfones of formula (2) are crosslinked with each other using a dicarboxylic acid compound of formula (3) as a crosslinking agent. At this time, a cation exchanger such as a sulfonic acid group present in the polysulfone acts as an acid catalyst, thereby protonating the polycarboxylic acid group at the terminal of the crosslinker. The protonated crosslinker reacts with a nucleophilic aromatic ring (Ar 1 ) and Friedel-Craft rather than a cation exchanger.

이와 같이 폴리설폰의 관능기로 존재하는 양이온 교환기가 산촉매 작용을 하므로, 가교 반응을 위한 촉매가 추가적으로 필요하지 않다. 따라서, 촉매 사용에 따른 부반응, 촉매 제거를 위한 추가 단계가 필요치 않아 가교 공정이 간단하다. As such, since the cation exchange group present as a functional group of the polysulfone acts as an acid catalyst, a catalyst for the crosslinking reaction is not additionally required. Thus, the crosslinking process is simple since no side reactions due to the use of catalysts and additional steps for catalyst removal are not required.

또한, 양이온 교환기가 가교부위로 사용되지 아니하므로, 가교에 따른 양이온 교환기 감소를 방지할 수 있다. In addition, since the cation exchanger is not used as a crosslinking site, it is possible to prevent a decrease in the cation exchanger due to crosslinking.

이때 상기 가교반응은 진공하에 110 내지 180 ℃에서 5 내지 48 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 특히 진공조건은 프리델-크래프트(Friedel-Craft) 반응을 통해 생성된 물이 용이하게 탈수될 수 있도록 한다. 상기 반응온도와 반응시간이 상기 범위 미만이면 충분한 가교 고분자를 얻을 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하여도 더 이상 가교도가 높아지지 않을 뿐만 아니라 경우에 따라 고분자 백본이 분해될 수 있다. In this case, the crosslinking reaction is preferably performed at 110 to 180 ° C. for 5 to 48 hours under vacuum. In particular, the vacuum conditions allow the water produced through the Friedel-Craft reaction to be easily dehydrated. When the reaction temperature and the reaction time is less than the above range, a sufficient crosslinked polymer may not be obtained. On the contrary, even if the reaction temperature is exceeded, the crosslinking degree does not increase any more, and in some cases, the polymer backbone may be decomposed.

상기 화학식 3의 가교제는 반응물 총 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 첨가된다. 만약 가교제의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 얻고자 하는 가교제에 의한 효과를 얻을 수 없고, 상기 함량보다 많은 경우에는 가교도가 더 이상 높이지지 않고, 부반응이 일어나 최종 수득되는 폴리설폰 물성을 심각하게 악화하는 문제 점이 있다. The crosslinking agent of Formula 3 is added in 1 to 20% by weight based on the total weight of the reactants. If the content of the crosslinking agent is less than the above range, the effect of the crosslinking agent to be obtained cannot be obtained, and if the content of the crosslinking agent is higher than the above content, the crosslinking degree is no longer increased, and side reactions occur to seriously deteriorate the final polysulfone physical properties. There is a problem.

화학식 2의 폴리설폰의 제조는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 통상적으로 이 분야에서 공지된 바의 방법이 사용될 수 있다.The preparation of the polysulfones of formula (2) is not particularly limited in the present invention, and methods commonly known in the art may be used.

일예로, 하기 반응식 2에 나타낸 바와 같이, 화학식 4 및 화학식 5의 모노머를 중합하여 수득할 수 있다(화학식 1에서 m이 0인 경우): For example, as shown in Scheme 2, the monomers of Formulas 4 and 5 may be obtained by polymerizing (when m is 0 in Formula 1):

[반응식 2]Scheme 2

Figure 112009027210184-PAT00027
Figure 112009027210184-PAT00027

(상기 반응식 2에서, (In Scheme 2,

Z, Y, Ar1, a, n 및 z는 상기에서 정의된 바와 같고,Z, Y, Ar 1 , a, n and z are as defined above,

X는 F, Cl, Br 또는 I와 같은 할로겐 원소이다)X is a halogen element such as F, Cl, Br or I)

또한, 하기 반응식 3에 나타낸 바와 같이, 화학식 4, 화학식 5 및 화학식 6의 모노머를 중합하여 얻을 수 있다: In addition, as shown in Scheme 3, the monomers of Formulas 4, 5 and 6 may be obtained by polymerizing:

[반응식 3]Scheme 3

Figure 112009027210184-PAT00028
Figure 112009027210184-PAT00028

(상기 반응식 3에서, (In Scheme 3,

Z, Y, Ar1, Ar2, a, b, n, m 및 z는 상기에서 정의된 바와 같고,Z, Y, Ar 1 , Ar 2 , a, b, n, m and z are as defined above,

X는 F, Cl, Br 또는 I와 같은 할로겐 원소이다)X is a halogen element such as F, Cl, Br or I)

이와 같이 제조된 본 발명의 디카보닐기로 가교된 폴리설폰은 물리적 안정성 및 화학적 안정성이 우수하여 고분자막으로 적용될 수 있다. The polysulfone crosslinked with the dicarbonyl group of the present invention prepared as described above may be applied to a polymer membrane because of excellent physical stability and chemical stability.

따라서, 본 발명은 상기 화학식 1의 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 포함하는 고분자막을 제공한다. 본 발명에 따른 고분자막은 연료전지용, 전기분해용, 수계 및 비수계 전기투석 및 확산투석용, 투과증발, 가스분리, 투석, 한외여과, 나노여과 또는 역삼투압공정용 등 여러 용도로 사용가능하나, 특히 연료전지용 고분자 전해질막으로 바람직하게 사용될 수 있다. Accordingly, the present invention provides a polymer membrane including polysulfone crosslinked with the dicarbonyl group of Chemical Formula 1. The polymer membrane according to the present invention can be used for various purposes such as fuel cell, electrolysis, water and non-aqueous electrodialysis and diffusion dialysis, pervaporation, gas separation, dialysis, ultrafiltration, nanofiltration or reverse osmosis process. In particular, it can be preferably used as a polymer electrolyte membrane for fuel cells.

본 발명은 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드 및 상기 애노드 사이에 위치하는 고분자 전해질막을 포함하는 막전극 접합체에 있어서, 본 발명의 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 고분자 전해질막으로 포함하는 것을 특징으로 하는 막전극 접합체를 제공한다.The present invention is a cathode; Anode; And in the membrane electrode assembly comprising a polymer electrolyte membrane positioned between the cathode and the anode, it provides a membrane electrode assembly comprising a polysulfone crosslinked with the dicarbonyl group of the present invention as a polymer electrolyte membrane.

또한, 본 발명의 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 고분자 전해질막으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 제공한다.The present invention also provides a fuel cell comprising polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group of the present invention as a polymer electrolyte membrane.

연료전지는 캐소드, 및 애노드 사이에 고분자 전해질막이 개재된 막전극 접합체를 구비하고, 상기 캐소드와 애노드 사이의 전기 화학적 반응을 통해 전기 에너지를 발생하는 장치이다. The fuel cell includes a cathode and a membrane electrode assembly in which a polymer electrolyte membrane is interposed between the anode, and is a device for generating electrical energy through an electrochemical reaction between the cathode and the anode.

이때 상기 막전극 접합체의 고분자 전해질막으로, 본 발명에서 제시하는 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 포함하는 고분자 전해질막을 사용하며, 바람직하기로 수소이온 전도성 고분자 연료전지(PEMFC) 또는 직접메탄올연료전지(DMFC)에 적용된다.In this case, as the polymer electrolyte membrane of the membrane electrode assembly, a polymer electrolyte membrane including a polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group proposed in the present invention is used. Preferably, a hydrogen ion conductive polymer fuel cell (PEMFC) or a direct methanol fuel cell ( DMFC).

여기서, 캐소드, 애노드는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야에 공지된 것이면 모두 사용가능하다. Here, the cathode and the anode are not particularly limited in the present invention, and any one known in the art may be used.

본 발명의 고분자 전해질막은 낮은 함수율 및 높은 치수안정성을 확보하고, 메탄올 투과도를 감소시키며, 고온에서의 이온전도도를 높게 유지하여 연료전지의 성능을 향상시킨다. The polymer electrolyte membrane of the present invention ensures low water content and high dimensional stability, reduces methanol permeability, maintains high ion conductivity at high temperature, and improves fuel cell performance.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 비교예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. The following examples and comparative examples are described for the purpose of more clearly expressing the present invention, but the contents of the present invention are not limited to the following examples and comparative examples.

실시예 1: 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 40 제조Example 1 Preparation of Crosslinked Sulfonated Poly (phenylenesulfidesulfonnitrile) 40

상기 반응식 4로 표시되는 바에 의해 하기 화학식 7로 표시되는 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 40을 제조하였다:A crosslinked sulfonated poly (phenylenesulfidesulfonnitrile) 40 represented by Formula 7 was prepared by the following Scheme 4:

[반응식 4]Scheme 4

Figure 112009027210184-PAT00029
Figure 112009027210184-PAT00029

1-1. 재료1-1. material

2,6-디클로로벤조니트릴(DCBN), 4,4'-티오비스벤젠티올(TBBT), 4,4'-옥시비스(벤조익애시드)는 Sigma-Alrich 사로부터 구입하였고, 3,3'-디술포네이트-4,4'-디클로로디페닐 술폰(SDCDPS)는 종래 알려진 방법에 따라 합성하였다(Y.T. Hong, C.H. Lee, H.S. Park, K.A. Min, H.J. Kim, S.Y. Nam, Y.M. Lee, J. Power Sources, 175 (2008), 724-731).2,6-dichlorobenzonitrile (DCBN), 4,4'-thiobisbenzenethiol (TBBT), 4,4'-oxybis (benzoic acid) was purchased from Sigma-Alrich, and 3,3'- Disulfonate-4,4'-dichlorodiphenyl sulfone (SDCDPS) was synthesized according to conventionally known methods (YT Hong, CH Lee, HS Park, KA Min, HJ Kim, SY Nam, YM Lee, J. Power Sources , 175 ( 2008 ), 724-731).

1-2. 1-2. 폴리설폰Polysulfone 합성 synthesis

5.0082g의 4,4'-티오비스벤젠티올(0.0200 mol), 2.0642g의 2,6-디클로로벤조니트릴(0.0120 mol), 3.9301g의 3,3'-디술포네이트-4,4'-디클로로디페닐 술폰(0.0080 mol), 3.3169g의 K2CO3(0.0240 mol), 50 mL의 무수 NMP 및 25 mL의 톨루엔을 기계적 교반기, Dean-Stark trap이 장착된 4구 둥근바닥 플라스크에 넣었다. 140 ℃, 4시간 동안 탈수반응을 수행한 후, 톨루엔을 제거하였다. 170 ℃에서 24시간 동안 온도를 유지한 다음 코폴리머 용액을 탈이온수에 침전시켰다. 5.0082 g of 4,4'-thiobisbenzenethiol (0.0200 mol), 2.0642 g of 2,6-dichlorobenzonitrile (0.0120 mol), 3.9301 g of 3,3'-disulfonate-4,4'-dichloro Diphenyl sulfone (0.0080 mol), 3.3169 g K 2 CO 3 (0.0240 mol), 50 mL anhydrous NMP and 25 mL toluene were placed in a four neck round bottom flask equipped with a mechanical stirrer, Dean-Stark trap. After dehydration at 140 ° C. for 4 hours, toluene was removed. The temperature was maintained at 170 ° C. for 24 hours and then the copolymer solution was precipitated in deionized water.

수득한 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 나트륨염의 화학 구조를 분석하기 위해 Fourier transform infrared(FT-IR, Nicolet magna IR 760 spectra E.S.P., WI, USA)를 이용하여 FT-IR 스펙트럼을 얻고, NMR 분석(NMR, varian model NMR 1000)을 수행하였다. 그 결과는 다음과 같다: FT-IR spectra were obtained using Fourier transform infrared (FT-IR, Nicolet magna IR 760 spectra ESP, WI, USA) to analyze the chemical structure of the obtained sulfonated poly (phenylenesulfidesulfonnitrile) sodium salt, NMR analysis (NMR, varian model NMR 1000) was performed. the results are as follow:

FT-IR (KBr): 2,225 cm-1 (m, CN), 1,320 cm-1 (s, SO2), 1,065 cm-1 (s, SO3Na), 815 cm-1 (vs, S). FT-IR (KBr): 2225 cm −1 (m, CN), 1320 cm −1 (s, SO 2 ), 1,065 cm −1 (s, SO 3 Na), 815 cm −1 (vs, S).

1H NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ=8.16 (s, 4H), 7.64-7.456 (m, 28H), 7.133 (d, 6H, J=7.43 Hz), 6.895 (t, 3H, J=7.70 Hz). 1 H NMR (300 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 8.16 (s, 4H), 7.64-7.456 (m, 28H), 7.133 (d, 6H, J = 7.43 Hz), 6.895 (t, 3H, J = 7.70 Hz).

13C NMR (600 MHz, DMSO-d6): δ=144.58, 144.23, 142.00, 136.53, 136.24, 135.98, 135.31, 134.29, 133.42, 132.23, 132.09, 131.94, 130.73, 130.60, 128.90, 127.69, 126.04, 114.70, 112.64. 13 C NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 144.58, 144.23, 142.00, 136.53, 136.24, 135.98, 135.31, 134.29, 133.42, 132.23, 132.09, 131.94, 130.73, 130.60, 128.90, 127.69, 126.04, 114.70, 114.70 , 112.64.

1-3. 가교 1-3. Bridge

잔존하는 염은 열수에서 3시간 동안 세척하고, 진공하여, 120 ℃에서 24시간 동안 건조하였다. 가교된 막을 얻기 위해, 산형태의 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰 나이트릴)(술폰화도 40%)과 4,4'-옥시비스(벤조익애시드)를 97:3의 중량비로 N,N-디메틸아세트아미드(이하, 'DMAc')에 10 중량% 농도로 녹이고, 깨끗한 유리 기판에 캐스팅한 다음, 45 ℃에서 12시간, 60℃에서 2시간, 120 ℃에서 6시간 동안 용매를 제거하기 위해 가열하였다. 160 ℃에서 10시간 동안 진공하에서 가열하여 프리델-크래프트 반응에 의해 가교 결합이 형성되었다. 가교된 막은 1M H2SO4로 24시간 동안 산성화 한 다음 탈이온수로 24시간 동안 세척하였다. The remaining salt was washed in hot water for 3 hours, vacuumed and dried at 120 ° C. for 24 hours. To obtain a crosslinked membrane, sulfonated poly (phenylenesulfidesulfon nitrile) in sulfonic acid form (sulfonation degree 40%) and 4,4'-oxybis (benzoic acid) were added in an N, N- ratio by weight ratio of 97: 3. Dissolved in dimethylacetamide (hereinafter 'DMAc') at a concentration of 10% by weight, cast on a clean glass substrate, and then heated to remove solvent for 12 hours at 45 ° C, 2 hours at 60 ° C and 6 hours at 120 ° C. It was. Crosslinking was formed by Friedel-Crafts reaction by heating under vacuum at 160 ° C. for 10 hours. The crosslinked membrane was acidified with 1M H 2 SO 4 for 24 hours and then washed with deionized water for 24 hours.

실시예Example 2:  2: 가교된Bridged 술폰화Sulfonation 폴리Poly (( 페닐렌설파이드설폰나이트릴Phenylene sulfide sulfonitril ) 50 제조A) 50 manufacturing

상기 실시예 1의 1-3에서 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴)(술폰화 도 50%)을 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 50을 얻었다. Sulfonated poly (phenylenesulfidesulfone crosslinked in the same manner as in Example 1 except that sulfonated poly (phenylenesulfidesulfonitrile) (sulfonation degree 50%) was used in Examples 1 to 3 above Nitrile) 50.

수득한 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 50을 ATR-FTIR로 분석한 결과, 가교전 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴)에서는 존재하지 않았던 디카보닐기의 특성밴드인 1720 cm-1의 밴드가 확인되었다. The resulting crosslinked sulfonated poly (phenylenesulfidesulfonnitrile) 50 was analyzed by ATR-FTIR. As a result, 1720, which is a characteristic band of dicarbonyl group, did not exist in the sulfonated poly (phenylenesulfidesulfonnitrile) before crosslinking. A band of cm −1 was identified.

실시예 3: 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 60 제조Example 3: Preparation of Crosslinked Sulfonated Poly (phenylenesulfidesulfonnitrile) 60

상기 실시예 1의 1-3에서 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴)(술폰화도 60%)을 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 60을 얻었다. Sulfonated poly (phenylenesulphidesulfonite crosslinked in the same manner as in Example 1 except that sulfonated poly (phenylenesulphidesulfonnitrile) (sulfonation degree 60%) was used in Examples 1 to 3 above Reel) 60 was obtained.

수득한 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 60을 ATR-FTIR로 분석한 결과, 가교전 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴)에서는 존재하지 않았던 디카보닐기의 특성밴드인 1720 cm-1의 밴드가 확인되었다. The resulting crosslinked sulfonated poly (phenylenesulfidesulfonnitrile) 60 was analyzed by ATR-FTIR. As a result, 1720, a characteristic band of the dicarbonyl group which did not exist in the sulfonated poly (phenylenesulfidesulfonnitrile) before crosslinking A band of cm −1 was identified.

실시예 4: 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 40 제조Example 4: Preparation of Crosslinked Sulfonated Poly (phenylenesulfidesulfone) 40

상기 반응식 5로 표시되는 바에 의해 하기 화학식 8로 표시되는 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 40을 제조하였다:A crosslinked sulfonated poly (phenylene sulfidesulfone) 40 represented by the following Chemical Formula 8 was prepared by the scheme 5 below:

[반응식 5]Scheme 5

Figure 112009027210184-PAT00030
Figure 112009027210184-PAT00030

4-1. 재료4-1. material

4,4'-디클로로디페닐 술폰(DCDPS), 4,4'-티오비스벤젠티올(TBBT), 4,4'-옥시비스(벤조익애시드)는 Sigma-Alrich 사로부터 구입하였고, 3,3'-디술포네이트-4,4'-디클로로디페닐 술폰(SDCDPS)는 종래 알려진 방법에 따라 합성하였다(Y.T. Hong, C.H. Lee, H.S. Park, K.A. Min, H.J. Kim, S.Y. Nam, Y.M. Lee, J. Power Sources, 175 (2008), 724-731).4,4'-dichlorodiphenyl sulfone (DCDPS), 4,4'-thiobisbenzenethiol (TBBT), 4,4'-oxybis (benzoic acid) were purchased from Sigma-Alrich, 3,3 '-Disulfonate-4,4'-dichlorodiphenyl sulfone (SDCDPS) was synthesized according to a conventionally known method (YT Hong, CH Lee, HS Park, KA Min, HJ Kim, SY Nam, YM Lee, J. Power Sources , 175 ( 2008 ), 724-731).

4-2. 4-2. 폴리설폰Polysulfone 합성 synthesis

5.0082g의 4,4'-티오비스벤젠티올(0.0200 mol), 3.4459g의 4,4'-디클로로디페닐 술폰(DCDPS)(0.0120 mol), 3.9301g의 3,3'-디술포네이트-4,4'-디클로로디페닐 술폰(0.0080 mol), 3.3169g의 K2CO3(0.0240 mol), 50 mL의 무수 NMP 및 25 mL의 톨루엔을 기계적 교반기, Dean-Stark trap이 장착된 4구 둥근바닥 플라스크에 넣었다. 140 ℃, 4시간 동안 탈수반응을 수행한 후, 톨루엔을 제거하였다. 175 ℃에서 24시간 동안 온도를 유지한 다음 코폴리머 용액을 탈이온수에 침전시켰다. 5.0082 g of 4,4'-thiobisbenzenethiol (0.0200 mol), 3.4459 g of 4,4'-dichlorodiphenyl sulfone (DCDPS) (0.0120 mol), 3.9301 g of 3,3'-disulfonate-4 4'-dichlorodiphenyl sulfone (0.0080 mol), 3.3169 g of K 2 CO 3 (0.0240 mol), 50 mL of anhydrous NMP and 25 mL of toluene are mechanically stirrer, 4-neck round bottom with Dean-Stark trap Put into flask. After dehydration at 140 ° C. for 4 hours, toluene was removed. The temperature was maintained at 175 ° C. for 24 hours and then the copolymer solution was precipitated in deionized water.

수득한 술폰화 폴리(페닐렌설파이드 설폰) 나트륨염의 FT-IR 스펙트럼을 얻고, NMR 분석(NMR, varian model NMR 1000)을 수행하였다. 그 결과는 다음과 같다: The FT-IR spectrum of the obtained sulfonated poly (phenylenesulfide sulfone) sodium salt was obtained, and NMR analysis (NMR, varian model NMR 1000) was performed. the results are as follow:

FT-IR (KBr): 1,320 cm-1 (s, SO2), 1,065 cm-1 (s, SO3Na), 815 cm-1 (vs, S). FT-IR (KBr): 1320 cm −1 (s, SO 2 ), 1,065 cm −1 (s, SO 3 Na), 815 cm −1 (vs, S).

1H NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ=8.19, 7.64, 7.51, 7.451, 6.895. 1 H NMR (300 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 8.19, 7.64, 7.51, 7.451, 6.895.

13C NMR (600 MHz, DMSO-d6): δ=144.58, 144.23, 144.00, 139.1, 138.1, 136.2, 135.98, 135.52, 134.29, 132.09, 131.24, 130.30, 128.30, 127.69, 126.04. 13 C NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 144.58, 144.23, 144.00, 139.1, 138.1, 136.2, 135.98, 135.52, 134.29, 132.09, 131.24, 130.30, 128.30, 127.69, 126.04.

4-3. 가교 4-3. Bridge

잔존하는 염은 열수에서 3시간 동안 세척하고, 진공하여, 120 ℃에서 24시간 동안 건조하였다. 가교된 막을 얻기 위해, 산형태의 술폰화 폴리(페닐렌설파이드 설폰)(술폰화도 40%)과 4,4'-옥시비스(벤조익애시드)를 97:3의 중량비로 DMAc에 10 중량% 농도로 녹이고, 깨끗한 유리 기판에 캐스팅한 다음, 45 ℃에서 12시간, 60℃에서 2시간, 120 ℃에서 6시간 동안 용매를 제거하기 위해 가열하였다. 160 ℃에 서 10시간 동안 진공하에서 가열하여 프리델-크래프트 반응에 의해 가교 결합이 형성되었다. 가교된 막은 1M H2SO4로 24시간 동안 산성화 한 다음 탈이온수로 24시간 동안 세척하였다. The remaining salt was washed in hot water for 3 hours, vacuumed and dried at 120 ° C. for 24 hours. To obtain a crosslinked membrane, 10% by weight of sulfonated poly (phenylenesulfide sulfone) (sulfonation degree 40%) and 4,4'-oxybis (benzoic acid) in acid form in DMAc at a weight ratio of 97: 3. Melted and cast on a clean glass substrate and then heated to remove solvent for 12 hours at 45 ° C., 2 hours at 60 ° C., and 6 hours at 120 ° C. Crosslinking was formed by Friedel-Crafts reaction by heating under vacuum at 160 ° C. for 10 hours. The crosslinked membrane was acidified with 1M H 2 SO 4 for 24 hours and then washed with deionized water for 24 hours.

수득한 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 40을 ATR-FTIR로 분석한 결과, 가교전 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰)에서는 존재하지 않았던 디카보닐기의 특성밴드인 1720 cm-1의 밴드가 확인되었다. The resulting crosslinked sulfonated poly (phenylenesulfidesulfone) 40 was analyzed by ATR-FTIR and found to be 1720 cm -1 of the characteristic band of the dicarbonyl group which was not present in the sulfonated poly (phenylenesulfidesulfone) before crosslinking. The band was identified.

실시예 5: 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 50 제조Example 5: Preparation of Crosslinked Sulfonated Poly (phenylenesulfidesulfone) 50

상기 실시예 4의 4-3에서 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰)(술폰화도 50%)을 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 50을 얻었다. Sulfonated poly (phenylene sulfide sulfone) 50 crosslinked in the same manner as in Example 4 except that sulfonated poly (phenylene sulfide sulfone) (sulfonation degree 50%) was used in 4-3 of Example 4. Got it.

수득한 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 50을 ATR-FTIR로 분석한 결과, 가교전 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰)에서는 존재하지 않았던 디카보닐기의 특성밴드인 1720 cm-1의 밴드가 확인되었다.The resulting crosslinked sulfonated poly (phenylenesulfidesulfone) 50 was analyzed by ATR-FTIR and found to be 1720 cm -1 of the characteristic band of the dicarbonyl group which did not exist in the sulfonated poly (phenylenesulfidesulfone) before crosslinking. The band was identified.

실시예 6: 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 60 제조Example 6: Preparation of Crosslinked Sulfonated Poly (phenylenesulfidesulfone) 60

상기 실시예 4의 4-3에서 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰)(술폰화도 60%)을 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 60을 얻었다. The sulfonated poly (phenylene sulfide sulfone) 60 crosslinked in the same manner as in Example 4 except that sulfonated poly (phenylene sulfide sulfone) (sulfonation degree 60%) was used in 4-3 of Example 4. Got it.

수득한 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 60을 ATR-FTIR로 분석한 결과, 가교전 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰)에서는 존재하지 않았던 디카보닐기의 특성밴드인 1720 cm-1의 밴드가 확인되었다.The resulting crosslinked sulfonated poly (phenylenesulfidesulfone) 60 was analyzed by ATR-FTIR and found to be 1720 cm -1 of the characteristic band of the dicarbonyl group which did not exist in the sulfonated poly (phenylenesulfidesulfone) before crosslinking. The band was identified.

실시예 7: 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설폰) 80 제조Example 7: Preparation of Crosslinked Sulfonated Poly (phenylenesulfone) 80

상기 반응식 6으로 표시되는 바에 의해 하기 화학식 9로 표시되는 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설폰) 80을 제조하였다:A crosslinked sulfonated poly (phenylenesulfone) 80 represented by the following Chemical Formula 9 was prepared by the scheme 6 above:

[반응식 6]Scheme 6

Figure 112009027210184-PAT00031
Figure 112009027210184-PAT00031

7-1. 폴리설폰 합성7-1. Polysulfone synthesis

상기 실시예 4-2와 동일한 방법으로 술폰화 폴리(페닐렌설파이드 설폰)(술폰 화도 80%)을 합성한 후, 문헌에 기재된 바와 같이 산화시켜 술폰화 폴리(페닐렌 설폰)을 제조하였다(M. Schuster, K._D. Kreuer, H. T. Anderden, J. Maier, Macromolecules 40 (2007) 598-607).Sulfonated poly (phenylenesulfide sulfone) (sulfonation degree 80%) was synthesized in the same manner as in Example 4-2, and then oxidized as described in the literature to prepare sulfonated poly (phenylene sulfone) (M Schuster, K._D. Kreuer, HT Anderden, J. Maier, Macromolecules 40 ( 2007 ) 598-607).

20g의 술폰화(페닐렌설파이드 술폰)을 400 ml의 빙초산과 30 ml의 고농도 황산 (97%)에 분산시켰다. 이어서, 과산화수소(31%) 26 ml를 서서히 첨가한 다음 혼합물을 30 ℃에서 이틀 동안 교반하였다. 혼합물의 색이 갈색에서 무색으로 바뀌면, 100 ℃에서 10 분간 가열하여, 잔류 과산화물을 제거하였다. 혼합물을 200ml의 빙초산에 희석한 후 필터링하여 빙초산으로 다시 씻어냈다. 남아 있는 부산물들을 제거하기 위하여, 반응된 고분자를 48시간 동안 투석하여 정제하였다. 물은 로터리 증발 건조기로 제거한 후, 최종 고분자를 50 ℃ 진공에서 건조시켰다. 20 g of sulfonated (phenylenesulfide sulfone) was dispersed in 400 ml of glacial acetic acid and 30 ml of concentrated sulfuric acid (97%). Then 26 ml of hydrogen peroxide (31%) were added slowly and the mixture was stirred at 30 ° C. for 2 days. When the color of the mixture changed from brown to colorless, it was heated at 100 ° C. for 10 minutes to remove residual peroxide. The mixture was diluted with 200 ml of glacial acetic acid and then filtered off and washed again with glacial acetic acid. To remove the remaining byproducts, the reacted polymer was purified by dialysis for 48 hours. Water was removed with a rotary evaporator and the final polymer was dried in vacuo at 50 ° C.

수득한 술폰화 폴리(페닐렌설폰) 나트륨염의 FT-IR 스펙트럼을 얻었다. NMR 분석의 경우에는, 고분자가 용해되지 않아 NMR 분석(NMR, varian model NMR 1000)을 수행하였다. 그 결과는 다음과 같다: The FT-IR spectrum of the obtained sulfonated poly (phenylene sulfone) sodium salt was obtained. In the case of NMR analysis, since the polymer was not dissolved, NMR analysis (NMR, varian model NMR 1000) was performed. the results are as follow:

FT-IR (KBr): 1,320 cm-1 (s, SO2), 1,065 cm-1 (s, SO3Na). FT-IR (KBr): 1320 cm −1 (s, SO 2 ), 1,065 cm −1 (s, SO 3 Na).

1H NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ=8.5, 8.5, 8.24, 7.971, 7.895. 1 H NMR (300 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 8.5, 8.5, 8.24, 7.971, 7.895.

13C NMR (600 MHz, DMSO-d6): δ=149.48, 145.98, 143.7, 142.58, 139.71, 133.19, 129.30, 127.96. 13 C NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 149.48, 145.98, 143.7, 142.58, 139.71, 133.19, 129.30, 127.96.

7-2. 가교 7-2. Bridge

잔존하는 염은 열수에서 3시간 동안 세척하고, 진공하여, 120 ℃에서 24시간 동안 건조하였다. 가교된 막을 얻기 위해, 산형태의 술폰화 폴리(페닐렌 술폰)(술폰화도 40%)과 4,4'-옥시비스(벤조익애시드)를 97:3의 중량비로 DMAc에 10 중량% 농도로 녹이고, 깨끗한 유리 기판에 캐스팅한 다음, 45 ℃에서 12시간, 60℃에서 2시간, 120 ℃에서 6시간 동안 용매를 제거하기 위해 가열하였다. 160 ℃에서 10시간 동안 진공하에서 가열하여 프리델-크래프트 반응에 의해 가교 결합이 형성되었다. 가교된 막은 1M H2SO4로 24시간 동안 산성화 한 다음 탈이온수로 24시간 동안 세척하였다. The remaining salt was washed in hot water for 3 hours, vacuumed and dried at 120 ° C. for 24 hours. In order to obtain a crosslinked membrane, sulfonated poly (phenylene sulfone) in acid form (sulfonation degree 40%) and 4,4'-oxybis (benzoic acid) were added in a concentration of 10% by weight in DMAc in a weight ratio of 97: 3. It was melted and cast on a clean glass substrate and then heated to remove solvent for 12 hours at 45 ° C., 2 hours at 60 ° C., and 6 hours at 120 ° C. Crosslinking was formed by Friedel-Crafts reaction by heating under vacuum at 160 ° C. for 10 hours. The crosslinked membrane was acidified with 1M H 2 SO 4 for 24 hours and then washed with deionized water for 24 hours.

수득한 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설폰) 80을 ATR-FTIR로 분석한 결과, 가교전 술폰화 폴리(페닐렌설폰)에서는 존재하지 않았던 디카보닐기의 특성밴드인 1720 cm-1의 밴드가 확인되었다.The resulting crosslinked sulfonated poly (phenylenesulfone) 80 was analyzed by ATR-FTIR. As a result, a band of 1720 cm −1 , which is a characteristic band of the dicarbonyl group, did not exist in the sulfonated poly (phenylenesulfone) before crosslinking. Confirmed.

실시예 8: 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설폰) 100 제조Example 8: Preparation of Crosslinked Sulfonated Poly (phenylenesulfone) 100

상기 실시예 7의 7-2에서 술폰화 폴리(페닐렌설폰)(술폰화도 100%)을 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 7과 동일한 방법으로 가교된 술폰화 폴리(페닐렌 설폰) 100을 얻었다. Sulfonated poly (phenylene sulfone) 100 was obtained in the same manner as in Example 7, except that sulfonated poly (phenylene sulfone) (sulfonation degree 100%) was used in 7-2 of Example 7.

수득한 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설폰) 100을 ATR-FTIR로 분석한 결과, 가교전 술폰화 폴리(페닐렌설폰)에서는 존재하지 않았던 디카보닐기의 특성밴드인 1720 cm-1의 밴드가 확인되었다.The resulting crosslinked sulfonated poly (phenylenesulfone) 100 was analyzed by ATR-FTIR. As a result, a band of 1720 cm −1 , which is a characteristic band of the dicarbonyl group, did not exist in the sulfonated poly (phenylenesulfone) before crosslinking. Confirmed.

실시예 9: 가교된 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 40 제조Example 9: Preparation of Crosslinked Sulfonated Poly (aryleneethersulfone) 40

상기 반응식 7로 표시되는 바에 의해 하기 화학식 10으로 표시되는 가교된 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 40을 제조하였다:A crosslinked sulfonated poly (arylene ethersulfone) 40 represented by the following Chemical Formula 10 was prepared as represented by Scheme 7:

[반응식 7]Scheme 7

Figure 112009027210184-PAT00032
Figure 112009027210184-PAT00032

9-1. 재료9-1. material

4,4'-디클로로디페닐 술폰(DCDPS), 4,4'-디하이드록시바이페닐(BP), 4,4'-옥시비스(벤조익애시드)은 Sigma-Alrich 사로부터 구입하였고, 3,3'-디술포네이트-4,4'-디클로로디페닐 술폰(SDCDPS)는 종래 알려진 방법에 따라 합성하였다(Y.T. Hong, C.H. Lee, H.S. Park, K.A. Min, H.J. Kim, S.Y. Nam, Y.M. Lee, J. Power Sources, 175 (2008), 724-731).4,4'-dichlorodiphenyl sulfone (DCDPS), 4,4'-dihydroxybiphenyl (BP), 4,4'-oxybis (benzoic acid) were purchased from Sigma-Alrich, 3, 3'-disulfonate-4,4'-dichlorodiphenyl sulfone (SDCDPS) was synthesized according to a conventionally known method (YT Hong, CH Lee, HS Park, KA Min, HJ Kim, SY Nam, YM Lee, J Power Sources , 175 ( 2008 ), 724-731).

9-2. 폴리설폰 합성 9 -2. Polysulfone synthesis

3.7242g의 4,4'-디하이드록시바이페닐(0.0200 mol), 3.4459g의 4,4'-디클로로디페닐 술폰(DCDPS)(0.0120 mol), 3.9301g의 3,3'-디술포네이트-4,4'-디클로로디페닐 술폰(0.0080 mol), 3.3169g의 K2CO3(0.0240 mol), 50 mL의 무수 NMP 및 25 mL의 톨루엔을 기계적 교반기, Dean-Stark trap이 장착된 4구 둥근바닥 플라스크에 넣었다. 140 ℃, 4시간 동안 탈수반응을 수행한 후, 톨루엔을 제거하였다. 190 ℃에서 20시간 동안 온도를 유지한 다음 코폴리머 용액을 탈이온수에 침전시켰다. 수득한 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 나트륨염의 FT-IR 스펙트럼을 얻고, NMR 분석(NMR, varian model NMR 1000)을 수행하였다. 그 결과는 다음과 같다: 3.7242 g of 4,4'-dihydroxybiphenyl (0.0200 mol), 3.4459 g of 4,4'-dichlorodiphenyl sulfone (DCDPS) (0.0120 mol), 3.9301 g of 3,3'-disulfonate- 4,4'-dichlorodiphenyl sulfone (0.0080 mol), 3.3169 g of K 2 CO 3 (0.0240 mol), 50 mL of anhydrous NMP and 25 mL of toluene are mechanically stirrer, 4-neck round with Dean-Stark trap Placed in the bottom flask. After dehydration at 140 ° C. for 4 hours, toluene was removed. The temperature was maintained at 190 ° C. for 20 hours and then the copolymer solution was precipitated in deionized water. The FT-IR spectrum of the obtained sulfonated poly (arylene ethersulfone) sodium salt was obtained, and NMR analysis (NMR, varian model NMR 1000) was performed. the results are as follow:

FT-IR (KBr): 1,320 cm-1 (s, SO2), 1,065 cm-1 (s, SO3Na), 1,234 cm-1 (s, -O-). FT-IR (KBr): 1320 cm −1 (s, SO 2 ), 1,065 cm −1 (s, SO 3 Na), 1234 cm −1 (s, —O—).

1H NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ=8.27, 7.9, 7.81, 7.68, 7.47, 7.1, 6.80 1 H NMR (300 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 8.27, 7.9, 7.81, 7.68, 7.47, 7.1, 6.80

9-3. 가교 9-3. Bridge

잔존하는 염은 열수에서 3시간 동안 세척하고, 진공하여, 120 ℃에서 24시간 동안 건조하였다. 가교된 막을 얻기 위해, 산형태의 술폰화 폴리(아릴렌 에테르 설폰)(술폰화도 40%)과 4,4'-옥시비스(벤조익애시드)를 97:3의 중량비로 DMAc에 10 중량% 농도로 녹이고, 깨끗한 유리 기판에 캐스팅한 다음, 45 ℃에서 12시간, 60℃ 에서 2시간, 120 ℃에서 6시간 동안 용매를 제거하기 위해 가열하였다. 160 ℃에서 10시간 동안 진공하에서 가열하여 프리델-크래프트 반응에 의해 가교 결합이 형성되었다. 가교된 막은 1M H2SO4로 24시간 동안 산성화 한 다음 탈이온수로 24시간 동안 세척하였다. The remaining salt was washed in hot water for 3 hours, vacuumed and dried at 120 ° C. for 24 hours. In order to obtain a crosslinked membrane, a sulfonated poly (arylene ether sulfone) in acid form (sulfonation degree 40%) and 4,4'-oxybis (benzoic acid) were concentrated in DMAc at a weight ratio of 97: 3 in 10% by weight of DMAc. Melted and cast on a clean glass substrate and then heated to remove solvent for 12 hours at 45 ° C., 2 hours at 60 ° C., and 6 hours at 120 ° C. Crosslinking was formed by Friedel-Crafts reaction by heating under vacuum at 160 ° C. for 10 hours. The crosslinked membrane was acidified with 1M H 2 SO 4 for 24 hours and then washed with deionized water for 24 hours.

수득한 가교된 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 40을 ATR-FTIR로 분석한 결과, 가교전 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰)에서는 존재하지 않았던 디카보닐기의 특성밴드인 1720 cm-1의 밴드가 확인되었다.The obtained crosslinked sulfonated poly (arylene ethersulfone) 40 was analyzed by ATR-FTIR. As a result, 1720 cm -1 of the characteristic band of the dicarbonyl group which did not exist in the sulfonated poly (arylene ethersulfone) before crosslinking was obtained. The band was identified.

실시예 10: 가교된 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 50 제조Example 10 Preparation of Crosslinked Sulfonated Poly (Aryleneethersulfone) 50

상기 실시예 9의 9-2에서 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰)(술폰화도 50%)을 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 9와 동일한 방법으로 가교된 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 50을 얻었다. Sulfonated poly (arylene ether sulfone) 50 crosslinked in the same manner as in Example 9, except that sulfonated poly (arylene ether sulfone) (sulfonation degree 50%) was used in 9-2 of Example 9. Got it.

수득한 가교된 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 50을 ATR-FTIR로 분석한 결과, 가교전 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰)에서는 존재하지 않았던 디카보닐기의 특성밴드인 1720 cm-1의 밴드가 확인되었다.The obtained crosslinked sulfonated poly (arylene ethersulfone) 50 was analyzed by ATR-FTIR. As a result, 1720 cm -1 of the characteristic band of the dicarbonyl group which did not exist in the sulfonated poly (arylene ethersulfone) before crosslinking was obtained. The band was identified.

실시예 11: 가교된 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 60 제조Example 11: Preparation of Crosslinked Sulfonated Poly (aryleneethersulfone) 60

상기 실시예 9의 9-2에서 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰)(술폰화도 60%)을 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 9와 동일한 방법으로 가교된 술폰화 폴리(아릴 렌에테르설폰) 60을 얻었다. Sulfonated poly (arylene ether sulfone) 60 crosslinked in the same manner as in Example 9 except that sulfonated poly (arylene ether sulfone) (sulfonation degree 60%) was used in 9-2 of Example 9. Got it.

수득한 가교된 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 60을 ATR-FTIR로 분석한 결과, 가교전 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰)에서는 존재하지 않았던 디카보닐기의 특성밴드인 1720 cm-1의 밴드가 확인되었다.The resulting crosslinked sulfonated poly (arylene ethersulfone) 60 was analyzed by ATR-FTIR. As a result, 1720 cm -1 of the characteristic band of the dicarbonyl group which did not exist in the sulfonated poly (arylene ethersulfone) before crosslinking was obtained. The band was identified.

비교예Comparative example 1:  One: 술폰화Sulfonation 폴리Poly (( 페닐렌설파이드설폰나이트릴Phenylene sulfide sulfonitril ) 40 제조A) 40 manufacturing

상기 실시예 1의 1-3에서 얻은 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 나트륨염(술폰화도 40%)을 DMAc에 10 중량% 농도로 녹이고, 깨끗한 유리 기판에 캐스팅한 다음, 45 ℃에서 12시간, 60℃에서 2시간, 120 ℃에서 6시간 동안 용매를 제거하기 위해 가열하여, 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 40을 제조하였다. The sulfonated poly (phenylenesulphidesulfonnitrile) sodium salt (40% sulfonated) obtained in Example 1 1-3 was dissolved in DMAc at a concentration of 10% by weight, cast on a clean glass substrate, and then at 45 ° C. Sulfonated poly (phenylenesulfidesulfonnitrile) 40 was prepared by heating to remove the solvent for 12 hours, 2 hours at 60 ° C., and 6 hours at 120 ° C.

비교예 2: 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 50 제조Comparative Example 2: Preparation of Sulfonated Poly (phenylenesulphidesulfonnitrile) 50

상기 비교예 1에서 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 나트륨염(술폰화도 50%)을 사용한 것을 제외하고 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 50을 얻었다. Sulfonated poly (phenylenesulphidesulfonnitrile) 50 was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that sulfonated poly (phenylenesulphidesulfonnitrile) sodium salt (sulfonation degree 50%) was used in Comparative Example 1. Got it.

비교예 3: 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 60 제조Comparative Example 3: Preparation of Sulfonated Poly (phenylenesulphidesulfonnitrile) 60

상기 비교예 1에서 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴) 나트륨염(술폰화도 60%)을 사용한 것을 제외하고 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 술폰화 폴리 (페닐렌설파이드설폰나이트릴) 60을 얻었다. Sulfonated poly (phenylenesulphidesulfonnitrile) 60 was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that sulfonated poly (phenylenesulphidesulfonnitrile) sodium salt (sulfonation degree 60%) was used in Comparative Example 1. Got it.

비교예 4: 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 40 제조Comparative Example 4: Preparation of Sulfonated Poly (phenylenesulfidesulfone) 40

상기 실시예 4의 4-2에서 얻은 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 나트륨염(술폰화도 40%)을 DMAc에 10 중량% 농도로 녹이고, 깨끗한 유리 기판에 캐스팅한 다음, 45 ℃에서 12시간, 60℃에서 2시간, 120 ℃에서 6시간 동안 용매를 제거하기 위해 가열하여, 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 40을 제조하였다. The sulfonated poly (phenylene sulfidesulfone) sodium salt (40% sulfonated) obtained in Example 4-4 was dissolved in DMAc at a concentration of 10% by weight, cast on a clean glass substrate, and then 12 hours at 45 ° C. , To heat the solvent for 2 hours at 60 ° C. and 6 hours at 120 ° C. to prepare sulfonated poly (phenylenesulfidesulfone) 40.

비교예 5: 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 50 제조Comparative Example 5: Preparation of Sulfonated Poly (phenylenesulphidesulphone) 50

상기 비교예 4에서 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 나트륨염(술폰화도 50%)을 사용한 것을 제외하고 상기 비교예 4와 동일한 방법으로 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 50을 얻었다. A sulfonated poly (phenylene sulfide sulfone) 50 was obtained in the same manner as in Comparative Example 4 except that sulfonated poly (phenylene sulfide sulfone) sodium salt (sulfonation degree 50%) was used in Comparative Example 4.

비교예 6: 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 60 제조Comparative Example 6: Preparation of Sulfonated Poly (phenylenesulfidesulfone) 60

상기 비교예 4에서 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 나트륨염(술폰화도 60%)을 사용한 것을 제외하고 상기 비교예 4와 동일한 방법으로 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰) 60을 얻었다. A sulfonated poly (phenylene sulfide sulfone) 60 was obtained in the same manner as in Comparative Example 4 except that sulfonated poly (phenylene sulfide sulfone) sodium salt (60% sulfonation degree) was used in Comparative Example 4.

비교예 7: 술폰화 폴리(페닐렌설폰) 100 제조Comparative Example 7: Preparation of sulfonated poly (phenylenesulfone) 100

상기 실시예 7의 7-2에서 얻은 술폰화 폴리(페닐렌설폰) 나트륨염(술폰화도 100%)을 DMAc에 10 중량% 농도로 녹이고, 깨끗한 유리 기판에 캐스팅한 다음, 45 ℃에서 12시간, 60℃에서 2시간, 120 ℃에서 6시간 동안 용매를 제거하기 위해 가열하여, 술폰화 폴리(페닐렌설폰) 100을 제조하였다. The sulfonated poly (phenylenesulfone) sodium salt obtained in 7-2 of Example 7 (sulfonation degree 100%) was dissolved in DMAc at a concentration of 10% by weight, cast on a clean glass substrate, and then 12 hours at 45 ° C. Sulfonated poly (phenylenesulfone) 100 was prepared by heating to remove the solvent at 60 ° C. for 2 hours and at 120 ° C. for 6 hours.

비교예 8: 술폰화 폴리(페닐렌설폰) 80 제조Comparative Example 8: Preparation of sulfonated poly (phenylene sulfone) 80

상기 비교예 7에서 술폰화 폴리(페닐렌설폰) 나트륨염(술폰화도 80%)을 사용한 것을 제외하고 상기 비교예 7과 동일한 방법으로 술폰화 폴리(페닐렌설폰) 80을 얻었다. A sulfonated poly (phenylene sulfone) 80 was obtained in the same manner as in Comparative Example 7, except that sulfonated poly (phenylene sulfone) sodium salt (sulfonation degree 80%) was used in Comparative Example 7.

비교예 9: 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 40 제조Comparative Example 9: Preparation of Sulfonated Poly (Arylene Ether Sulfone) 40

상기 실시예 9의 9-2에서 얻은 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 나트륨염(술폰화도 40%)을 DMAc에 10 중량% 농도로 녹이고, 깨끗한 유리 기판에 캐스팅한 다음, 45 ℃에서 12시간, 60℃에서 2시간, 120 ℃에서 6시간 동안 용매를 제거하기 위해 가열하여, 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 40을 제조하였다. The sulfonated poly (arylene ethersulfone) sodium salt (40% sulfonated) obtained in Example 9-2 of Example 9 was dissolved in DMAc at a concentration of 10% by weight, cast on a clean glass substrate, and then 12 hours at 45 ° C. , Sulfonated poly (arylene ethersulfone) 40 was prepared by heating to remove the solvent at 60 ° C. for 2 hours and at 120 ° C. for 6 hours.

비교예 10: 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 50 제조Comparative Example 10 Preparation of Sulfonated Poly (Arylene Ethersulfone) 50

상기 비교예 9에서 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 나트륨염(술폰화도 50%)을 사용한 것을 제외하고 상기 비교예 9와 동일한 방법으로 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 50을 얻었다. A sulfonated poly (arylene ether sulfone) 50 was obtained in the same manner as in Comparative Example 9 except that sulfonated poly (arylene ether sulfone) sodium salt (sulfonation degree 50%) was used in Comparative Example 9.

비교예 11: 술폰화 폴리(아일렌에테르설폰) 60 제조Comparative Example 11: Preparation of sulfonated poly (ylene ethersulfone) 60

상기 비교예 9에서 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 나트륨염(술폰화도 60%)을 사용한 것을 제외하고 상기 비교예 9와 동일한 방법으로 술폰화 폴리(아릴렌에테르설폰) 60을 얻었다. A sulfonated poly (arylene ether sulfone) 60 was obtained in the same manner as in Comparative Example 9 except that sulfonated poly (arylene ether sulfone) sodium salt (sulfonation degree 60%) was used in Comparative Example 9.

실험예Experimental Example 1: 가교 여부 분석 1: Crosslinking Analysis

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 폴리설폰의 가교여부를 확인하기 위해 ATR-FTIR을 촬영하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. ATR-FTIR was taken to check whether the polysulfones prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were crosslinked, and the results are shown in FIG. 2.

도 2는 (a)는 가교제인 4,4'-옥시비스(벤조익애시드), (b)는 비교예 1의 가가교전 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴), (c)는 실시예 1의 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴)에 대한 FT-IR 스펙트럼이다.(A) is 4,4'-oxybis (benzoic acid) which is a crosslinking agent, (b) is the crosslinking sulfonated poly (phenylene sulfide sulfonitril) of the comparative example 1, (c) is an Example FT-IR spectrum for crosslinked sulfonated poly (phenylenesulfidesulfonnitrile) of 1.

도 2를 참조하면, 비교예 1의 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴)에서는 존재하지 않는 1720 cm-1에서의 디카보닐기(-CO-)의 특성밴드가 4,4'-옥시비스(벤조익애시드)와의 가교 반응으로 인하여 실시예 1의 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴)에서는 관찰되어, 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴)이 서로 디카보닐기로 가교되었음을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 2, the sulfonated poly (phenylenesulphidesulfonnitrile) of Comparative Example 1 does not exist at 1720 cm −1 . A characteristic band of the dicarbonyl group (-CO-) is observed in the crosslinked sulfonated poly (phenylenesulphidesulfonitril) of Example 1 due to the crosslinking reaction with 4,4'-oxybis (benzoic acid), It was confirmed that the sulfonated poly (phenylene sulfide sulfonitryl) was crosslinked with each other with a dicarbonyl group.

실험예 2: 물리적 특성 분석 Experimental Example 2: Physical Characteristic Analysis

상기 실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 11에서 얻은 폴리설폰의 물리적 특성을 분석하고, 이를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다. The physical properties of the polysulfones obtained in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 11 were analyzed, and are shown in Tables 1 and 2 below.

분자량은 폴리설폰은 DMF 녹이고, 0.05 M LiBr로 점도를 낮춘 후 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 측정하였다. The molecular weight was measured by gel permeation chromatography (GPC) after dissolving polysulfone in DMF and lowering the viscosity to 0.05 M LiBr.

인장강도와 파단연신율은 ASTM D882에 의거하여 Instron mechanical testing machine(AGS-500NJ, Shimazu)을 사용하여 측정하였다. Tensile strength and elongation at break were measured using an Instron mechanical testing machine (AGS-500NJ, Shimazu) in accordance with ASTM D882.

겔 분율은 샘플의 무게(W0)를 측정하고 DMAc에 담가 48시간 보관한 후 꺼내서 진공하에 120 ℃에서 2시간 동안 DMAc을 제거한 후 무게(W1)를 측정하여 백분율로 나타내었다(겔분율 (%) = (W1/W0)ㅧ100).The gel fraction was measured as the weight of the sample (W 0 ), soaked in DMAc, stored for 48 hours, taken out, and removed DMAc for 2 hours at 120 ° C. under vacuum, and the weight (W 1 ) was expressed as a percentage (gel fraction ( %) = (W 1 / W 0 ) ㅧ 100).

구분division 술폰화도
(몰%)
Sulfonated
(mole%)
수평균
분자량
(Mn, kg·mol-1)
Number average
Molecular Weight
(Mn, kgmol- 1 )
다분산
지수
(PDI)
Polydispersion
Indices
(PDI)
인장강도
(MPa)
The tensile strength
(MPa)
파단 연신율
(%)
Elongation at Break
(%)
겔분율
(%)
Gel fraction
(%)
실시예 1Example 1 -- -- -- 63.163.1 184.1184.1 67.567.5 실시예 2Example 2 -- -- -- 67.167.1 179.2179.2 77.677.6 실시예 3Example 3 -- -- -- 49.149.1 158.2158.2 67.967.9 실시예 4Example 4 -- -- -- 53.453.4 23.823.8 43.043.0 실시예 5Example 5 -- -- -- 58.258.2 22.422.4 41.141.1 실시예 6Example 6 -- -- -- 61.761.7 24.824.8 44.744.7 실시예 7Example 7 -- -- -- 27.427.4 55.455.4 33.933.9 실시예 8Example 8 -- -- -- 49.649.6 41.841.8 39.139.1 실시예 9Example 9 -- -- -- 67.867.8 12.312.3 48.648.6 실시예 10Example 10 -- -- -- 61.361.3 17.417.4 52.352.3 실시예 11Example 11 -- -- -- 57.857.8 18.918.9 49.149.1 비교예 1Comparative Example 1 4040 92.892.8 1.571.57 56.256.2 202.8202.8 -- 비교예 2Comparative Example 2 5050 65.065.0 1.631.63 51.051.0 220.9220.9 -- 비교예 3Comparative Example 3 6060 85.885.8 1.631.63 43.443.4 180.9180.9 -- 비교예 4Comparative Example 4 4040 38.538.5 2.712.71 45.145.1 27.827.8 -- 비교예 5Comparative Example 5 5050 45.445.4 2.682.68 42.742.7 29.329.3 -- 비교예 6Comparative Example 6 6060 52.052.0 2.772.77 44.244.2 21.921.9 -- 비교예 7Comparative Example 7 100100 28.728.7 3.553.55 19.119.1 48.748.7 -- 비교예 8Comparative Example 8 8080 29.729.7 5.745.74 35.835.8 34.234.2 -- 비교예 9Comparative Example 9 4040 83.883.8 1.681.68 57.657.6 17.617.6 -- 비교예 10Comparative Example 10 5050 79.179.1 1.591.59 53.153.1 19.619.6 -- 비교예 11Comparative Example 11 6060 78.478.4 1.791.79 45.545.5 25.725.7 -- 나피온117Nafion117 해당 없음Not applicable 해당 없음Not applicable 해당 없음Not applicable 30.330.3 270.0270.0 해당 없음Not applicable

고분자 전해질막이 실제로 연료전지에 사용되기 위해서는, 촉매 전극 및 기체 확산층과 막전극 접합체(MEA)를 이루어야 한다. 이때, 일반적으로 80 kgf/cm2 이상의 높은 압력과 100 ℃ 이상의 높은 온도에서 열간 압착을 시키게 된다. 또한, 실제 연료전지 조립시에도 MEA를 사이에 넣은 후 60 kgf/cm2 이상의 높은 압력으로 전지를 체결하게 되므로, 고분자 전해질막의 인장강도는 실용화 측면에서 매우 중요한 요소 중 하나이다. In order for a polymer electrolyte membrane to be actually used in a fuel cell, a membrane electrode assembly (MEA) must be formed with a catalyst electrode and a gas diffusion layer. In this case, hot pressing is generally performed at a high pressure of 80 kgf / cm 2 or more and a high temperature of 100 ° C. or more. In addition, since the battery is fastened at a high pressure of 60 kgf / cm 2 or more after the MEA is inserted in the actual fuel cell assembly, the tensile strength of the polymer electrolyte membrane is one of very important factors in terms of practical use.

상기 표 1을 참조하면, 비교예 1 내지 11의 폴리설폰은 인장강도가 43.4 내지 56.2 Mpa로서 나피온117 보다 높았다. 그러나, 가교후 인장강도가 49.1 내지 67.1 Mpa로 높아짐을 알 수 있다. 즉, 디카보닐기 가교를 통해 폴리설폰의 인장강도를 현저히 향상시킬 수 있었다. Referring to Table 1, the polysulfones of Comparative Examples 1 to 11 had a tensile strength of 43.4 to 56.2 Mpa, which was higher than that of Nafion 117. However, it can be seen that the tensile strength after crosslinking is increased to 49.1 to 67.1 Mpa. That is, the tensile strength of the polysulfone was remarkably improved through the dicarbonyl group crosslinking.

상기 실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 11에서 제조된 폴리설폰의 N-메틸피롤리돈(NMP), DMAc, 디메틸술폰사이드(DMSO), 디메틸포름아미드(DMF)에 대한 용해도를 하기 표 2에 정리하였다.The solubility of N-methylpyrrolidone (NMP), DMAc, dimethylsulfonside (DMSO), and dimethylformamide (DMF) of the polysulfones prepared in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 11 is shown in Table 2 below. Summarized in

구분division NMPNMP DMAcDMAc DMSODMSO DMFDMF 실시예 1Example 1 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 실시예 2Example 2 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 실시예 3Example 3 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 실시예 4Example 4 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 실시예 5Example 5 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 실시예 6Example 6 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 실시예 7Example 7 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 실시예 8Example 8 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 실시예 9Example 9 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 실시예 10Example 10 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 실시예 11Example 11 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 팽윤됨Swelling 비교예 1Comparative Example 1 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 비교예 2Comparative Example 2 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 비교예 3Comparative Example 3 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 비교예 4Comparative Example 4 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 비교예 5Comparative Example 5 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 비교예 6Comparative Example 6 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 비교예 7Comparative Example 7 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 비교예 8Comparative Example 8 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 비교예 9Comparative Example 9 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 비교예 10Comparative Example 10 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 비교예 11Comparative Example 11 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved 용해됨Dissolved

상기 표 2를 참조하면, 비교예 1 내지 11의 가교전 폴리설폰은 DMAc, NMP, DMSO, DMF와 같은 일반적인 극성 유기 용매에 잘 녹지만, 실시예 1 내지 11의 디카보닐기로 가교된 폴리설폰은 가교로 인해 폴리설폰 백본이 서로 얽혀 있어 극성 유기 용매에 용해되지 않았다.Referring to Table 2, the polysulfones before crosslinking of Comparative Examples 1 to 11 are well dissolved in general polar organic solvents such as DMAc, NMP, DMSO, and DMF, but the polysulfones crosslinked with dicarbonyl groups of Examples 1 to 11 Because of the crosslinking, the polysulfone backbones were entangled with each other and did not dissolve in polar organic solvents.

실험예 3: 화학적 특성 분석Experimental Example 3: Chemical Characterization

상기 실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 11에서 얻은 폴리설폰의 화학적 특성을 분석하고, 이를 하기 표 3에 나타내었다. The chemical properties of the polysulfones obtained in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 11 were analyzed and are shown in Table 3 below.

1. 이온 교환 용량 측정(Ion Exchange Capacity)1.Ion Exchange Capacity Measurement

상기에서 제조된 폴리설폰 막을 각각 0.1 M NaCl 용액에 48시간 이상 담지시켜 수소 이온(H+)을 나트륨 이온(Na+)으로 치환시켰다. 상기 치환된 수소 이온(H+)을 0.01 N NaOH 표준용액으로 적정하고, 적정에 사용된 NaOH의 양으로 하기 수학식 1에 따라 고분자 막의 이온교환용량(Ion Exchange Capacity, IEC) 값을 계산하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. Each of the polysulfone membranes prepared above was soaked in 0.1 M NaCl solution for 48 hours or longer to replace hydrogen ions (H + ) with sodium ions (Na + ). The substituted hydrogen ion (H + ) is titrated with 0.01 N NaOH standard solution, and the ion exchange capacity (Ion Exchange Capacity, IEC) value of the polymer membrane is calculated according to Equation 1 as the amount of NaOH used in the titration, The results are shown in Table 3 below.

[수학식 1][Equation 1]

IEC (meq/g) = (VNaOH CNaOH) / Wdry IEC (meq / g) = (V NaOH C NaOH ) / W dry

(상기 수학식 1에서, Wdry : 건조된 박막의 무게 (g), VNaOH : 소비된 NaOH 표준용액 (mL), CNaOH : NaOH 표준용액의 농도 (M))(Equation 1, W dry : weight of dried thin film (g), V NaOH : consumed NaOH standard solution (mL), C NaOH : NaOH standard solution (M))

2. 함수율 (Water Uptake) 및 치수 변화율 (Dimensional Change) 측정2. Measurement of Water Uptake and Dimensional Change

함수율 측정은 제조된 상기에서 제조된 폴리설폰 막을 초순수에 평형상태에 이르도록 팽윤시킨 후 하기 수학식 2 및 수학식 3에 따라 함수율 및 치수 변화율을 계산하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. The water content measurement was performed by swelling the polysulfone membrane prepared above to reach equilibrium in ultrapure water, and then calculating moisture content and dimensional change rate according to Equations 2 and 3 below, and the results are shown in Table 3 below.

[수학식 2][Equation 2]

함수율 (%) = (Wwet - Wdry) / Wdry x 100Moisture Content (%) = (W wet -W dry ) / W dry x 100

(상기 수학식 2에서, Wdry : 팽윤전 막의 무게 (g), Wwet : 팽윤 후 막의 무게 (g))(Equation 2, W dry : weight of the film before swelling (g), W wet : weight of the film after swelling (g))

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

치수 변화율 (%) = (Lwet - Ldry) / Ldry x 100% Change in dimension = (L wet -L dry ) / L dry / 100

(상기 수학식 2에서, Ldry : 팽윤전 막의 두께 (㎛), Lwe : 팽윤 후 막의 두께 (㎛))(Equation 2, L dry : thickness of the film before swelling (µm), L we : thickness of the film after swelling (µm))

3. 수소이온전도도 측정(Proton Conductivity)3. Proton Conductivity Measurement

수소이온전도도는 교류 사극자법(Four point probe AC impedance spectroscopic method)을 이용하여 옴저항 또는 벌크저항(ohmic resistance or bulk resistance)를 측정하여 하기 수학식 4에 의하여 계산하여 수소이온 전도도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.Hydrogen ion conductivity was measured by Equation 4 below by measuring ohmic resistance or bulk resistance by using a four-point probe AC impedance spectroscopic method, and the hydrogen ion conductivity was measured. The results are shown in Table 3 below.

[수학식 4]&Quot; (4) &quot;

σ= L/RSσ = L / RS

(상기 수학식 4에서, σ: 수소이온전도도(S/cm), R: 고분자 전해질의 옴저항(Ω), L: 전극간의 거리(cm), S: 일정전류가 흐르는 전해질 내 면적(㎠)임)(Equation 4, σ: hydrogen ion conductivity (S / cm), R: ohmic resistance (Ω) of the polymer electrolyte, L: distance between the electrodes (cm), S: area in the electrolyte (cm 2) flowing a constant current) being)

4. E4. E aa 측정 (activation energy of proton conductivity) Activation energy of proton conductivity

수소이온전도도의 활성화 에너지는 측정된 수소이온전도도를 사용하여 아레니우스 식으로부터 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. The activation energy of the hydrogen ion conductivity was calculated from the Arrhenius equation using the measured hydrogen ion conductivity, and the results are shown in Table 3 below.

5. 메탄올 투과도5. Methanol Permeability

메탄올 투과도는 Two chamber diffusion cell법에 의해 측정하였다. 측정 전 고분자 전해질막은 초순수에서 하루 이상 팽윤시킨 후, 양쪽 챔버의 사이에 설치한다. 측정을 위해 한 쪽 챔버에는 10 M 메탄올 용액을 채우고, 다른 한 쪽 챔버에는 초순수를 채운 후, 시간이 경과한 후 메탄올 용액을 채운 챔버로부터 고분자 전해질을 통해 초순수만을 채운 챔버 쪽으로 메탄올이 확산이 될 때, 확산된 메탄올의 양을 가스크로마토그래피(GC, Shimadtzu, GC-14B, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.Methanol permeability was measured by the two chamber diffusion cell method. The polymer electrolyte membrane is swollen in ultrapure water for at least one day before measurement, and is installed between both chambers. When methanol is diffused from one chamber filled with 10 M methanol solution to the other chamber, the other chamber filled with ultrapure water, and over time from the chamber filled with methanol solution to the chamber filled with ultra pure water through the polymer electrolyte. , The amount of methanol diffused was measured by gas chromatography (GC, Shimadtzu, GC-14B, Tokyo, Japan), the results are shown in Table 3 below.

Figure 112009027210184-PAT00033
Figure 112009027210184-PAT00033

상기 표 3을 참조하면, 비교예 1 내지 11의 가교전 폴리설폰막은 고산도로 인하여 90 ℃에서의 함수율과 치수 변화율이 실시예 1 내지 3의 가교된 폴리설폰막과 비교하여 상당히 높았다. Referring to Table 3 above, the polysulfone membranes before the crosslinking of Comparative Examples 1 to 11 had significantly higher moisture content and dimensional change rate at 90 ° C. compared to the crosslinked polysulfone membranes of Examples 1 to 3 due to the high acidity.

도 3은 실시예 1 내지 3 및 비교예 2 내지 3의 온도에 따른 치수 변화율을 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing the dimensional change rate according to the temperature of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 3.

도 3을 참조하면, 고온에서의 치수 변화는 가교후 현저히 감소하였다. 이로부터 가교 결합은 친수성 영역을 제한하여 고분자 체인의 결합을 견고히 하여 함수율을 저감시킴을 알 수 있었다. Referring to FIG. 3, the dimensional change at high temperature was significantly reduced after crosslinking. From this, it was found that crosslinking reduced the hydrophilic region, thereby strengthening the binding of the polymer chain, thereby reducing the water content.

구체적으로, 비교예 3의 폴리설폰은 90 ℃에서 물에 용해되나, 가교 후 실시예 3의 폴리설폰은 치수 변화율이 94%로 물에 용해되지 않았다. 또한, 실시예 1의 가교 폴리설폰은 치수 변화율이 80 ℃, 15%에서 90 ℃, 23.3%로 매우 경미하게 증가하였다. 이 값은 나피온117의 20.5%보다 조금 높은 것에 불과하다. 이는 가교에 의해 폴리설폰이 상당히 향상된 치수 안정도를 갖는다는 것을 의미한다. Specifically, the polysulfone of Comparative Example 3 was dissolved in water at 90 ° C, but after crosslinking, the polysulfone of Example 3 was not dissolved in water with a dimensional change rate of 94%. In addition, the crosslinked polysulfone of Example 1 has a slight increase in the dimensional change rate from 80 ℃, 15% to 90 ℃, 23.3%. This value is only slightly higher than 20.5% of Nafion 117. This means that polysulfones have significantly improved dimensional stability by crosslinking.

상기 표 3을 참조하면, 비교예 1의 폴리설폰은 90 ℃에서 수소이온전도도는 0.233 S·cm-1로 나피온117의 0.185 S·cm-1 보다 높다. 일반적으로 높은 성능을 나타내는 고분자 전해질막을 제조하기 위해서는 수소이온전도도가 높아야 한다. 그러나 비교예 1의 함수율과 치수변화율도 굉장히 높다.Referring to Table 3, the polysulfone of Comparative Example 1 has a hydrogen ion conductivity of 0.233 S · cm −1 at 90 ° C., and less than 0.185 S · cm −1 of Nafion 117. high. In general, in order to manufacture a polymer electrolyte membrane having high performance, the hydrogen ion conductivity must be high. However, the moisture content and dimensional change rate of Comparative Example 1 are also very high.

실시예 1의 가교 폴리설폰은 가교 후 함수율 감소로 인하여 수소이온전도도가 비교예 1 보다 낮아졌다. 그러나, 가교 후 실시예 1의 90 ℃에서 수소이온전도도는 나피온117보다 높은 0.223 S·cm-1로 유지되었다.The crosslinked polysulfone of Example 1 had a lower hydrogen ion conductivity than Comparative Example 1 due to a decrease in water content after crosslinking. However, the hydrogen ion conductivity at 90 ° C. of Example 1 after crosslinking was maintained at 0.223 S · cm −1 , which is higher than Nafion 117.

비교예 2 및 비교예 3의 함수율과 치수변화율은 너무 높아 90 ℃에서 수소이온전도도 측정이 불가능하였다. 가교 후 막의 형태는 측정하는 동안 유지되었으며, 단위 체적당 술폰산의 양도 함수율 감소로 인하여 높았다. The moisture content and dimensional change rate of Comparative Examples 2 and 3 were too high to measure the hydrogen ion conductivity at 90 ° C. The morphology of the membrane after crosslinking was maintained during the measurement, and the amount of sulfonic acid per unit volume was high due to the decrease in moisture content.

도 4는 실시예 1 내지 3 및 비교예 2 내지 3의 온도에 따른 수소이온전도도를 나타낸 그래프이다. Figure 4 is a graph showing the hydrogen ion conductivity according to the temperature of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 3.

도 4를 참조하면, 가교된 폴리설폰막의 저온에서 수소이온전도도는 가교되지 않은 폴리설폰막에 비하여 조금 감소되었으나, 고온에서의 수소이온전도도는 높게 유지되었다. Referring to FIG. 4, the hydrogen ion conductivity at the low temperature of the crosslinked polysulfone film was slightly reduced compared to the polysulfone film not crosslinked, but the hydrogen ion conductivity at the high temperature was maintained high.

메탄올투과도의 경우, 표 3에 기재된 바와 같이, 가교 후 극단적으로 감소하였다. 비교예 2의 폴리설폰막은 5M 메탄올 용액에서 과도하게 스웰링하여 90 ℃에서 측정이 불가능하였으나, 가교 후 메탄올투과도는 45.6 ㅧ10-7 cm2·S-1이었다. 즉, 가교로 인해 낮아진 함수율과 가교된 부분이 메탄올 투과의 장벽 역할을 하여, 메탄올 투과도가 감소됨을 알 수 있었다.In the case of methanol permeability, it was extremely reduced after crosslinking, as shown in Table 3. The polysulfone membrane of Comparative Example 2 could not be measured at 90 ° C. due to excessive swelling in 5M methanol solution, but the methanol permeability after crosslinking was 45.6 × 10 −7 cm 2 · S −1 . That is, it was found that the water content lowered due to the crosslinking and the crosslinked portion act as a barrier for methanol permeation, thereby reducing the methanol permeability.

이상의 결과로부터, 폴리설폰은 디카보닐기로 가교 후 함수율, 치수변화율 및 메탄올 투과도가 감소됨을 확인하였다. 수소이온전도도의 경우 30 ℃에서 가교전 폴리설폰과 비교하여 가교된 폴리설폰이 감소하였으나, 30 ℃에서 가교된 폴리설폰의 수소이온전도도가 높았다. 즉, 디카보닐기 가교를 통해 폴리설폰은 치수안정성, 고온에서의 수소이온전도도 향상 및 메탄올 투과도 감소를 달성할 수 있었다.  From the above results, it was confirmed that the polysulfone reduced water content, dimensional change rate and methanol permeability after crosslinking with a dicarbonyl group. In the case of hydrogen ion conductivity, the crosslinked polysulfone decreased at 30 ° C. compared with the polysulfone before crosslinking, but the hydrogen ion conductivity of the crosslinked polysulfone at 30 ° C. was high. That is, polysulfone was able to achieve dimensional stability, improved hydrogen ion conductivity at high temperatures, and reduced methanol permeability through dicarbonyl group crosslinking.

본 발명에 따른 디카보닐기로 가교된 폴리설폰은 연료전지의 고분자 전해질막으로 적용될 수 있다. Polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group according to the present invention can be applied as a polymer electrolyte membrane of a fuel cell.

도 1은 전기에너지의 생성과 동시에 물을 생성하는 연료전지의 도식적인 셈블리(assembly)를 나타낸 것이다.1 shows a schematic assembly of a fuel cell that generates water simultaneously with the generation of electrical energy.

도 2는 (a)는 가교제인 4,4'-옥시비스(벤조익애시드), (b)는 비교예 1의 가교전 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴), (c)는 실시예 1의 가교된 술폰화 폴리(페닐렌설파이드설폰나이트릴)에 대한 FT-IR 스펙트럼이다.(A) is 4,4'-oxybis (benzoic acid) which is a crosslinking agent, (b) is sulfonated poly (phenylene sulfide sulfonitryl) before crosslinking of the comparative example 1, (c) is an Example FT-IR spectrum for crosslinked sulfonated poly (phenylenesulfidesulfonnitrile) of 1.

도 3은 실시예 1 내지 3 및 비교예 2 내지 3의 온도에 따른 치수 변화율을 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing the dimensional change rate according to the temperature of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 3.

도 4는 실시예 1 내지 3 및 비교예 2 내지 3의 온도에 따른 수소이온전도도를 나타낸 그래프이다. Figure 4 is a graph showing the hydrogen ion conductivity according to the temperature of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 3.

Claims (18)

하기 화학식 1의 디카보닐기로 가교된 폴리설폰:A polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group of formula [화학식 1][Formula 1]
Figure 112009027210184-PAT00034
Figure 112009027210184-PAT00034
(상기 화학식 1에서, (In the formula 1, Y는 탄소와 탄소가 직접 연결되어 있는 단일결합, -S-, -O-, 또는 -S(=O)2-이고, Y is a single bond, -S-, -O-, or -S (= O) 2- , to which carbon is directly connected, Z는 술폰산기, 인산기, 카본산기, 설폰이미드기 및 C1~C10의 알킬술폰산기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 양이온 교환기 또는 이들의 금속염기를 나타내고,Z represents one type of cation exchange group or metal bases thereof selected from the group consisting of sulfonic acid group, phosphoric acid group, carbonic acid group, sulfonimide group and C 1 -C 10 alkylsulfonic acid group, Ar은 2가의 C5~C24의 아릴렌기 또는 2가의 C5~C24의 헤테로아릴렌기이고, 이들은 적어도 하나의 C1~C10의 알킬기, 알콕시기, 할로알킬기, 또는 할로알콕시기로 치환 또는 비치환되고, 선택적으로 이들은 2개 이상의 방향족 고리가 서로 직접연결되거나 -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O)2-, -Si(CH3)2-, -(CH2)p- (이때 1≤p≤ 10), -(CF2)q- (이때 1≤q≤10), -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, 또는 -C(=O)NH-의 관능기에 의해 공유결합되어 있고,Ar is a divalent C 5 to C 24 arylene group or a divalent C 5 to C 24 heteroarylene group, which is substituted with at least one C 1 to C 10 alkyl group, alkoxy group, haloalkyl group, or haloalkoxy group or Unsubstituted, optionally they are two or more aromatic rings directly connected to each other or -O-, -S-, -C (= 0)-, -CH (OH)-, -S (= 0) 2 -,- Si (CH 3 ) 2 -,-(CH 2 ) p- (where 1≤p≤10),-(CF 2 ) q- (where 1≤q≤10), -C (CH 3 ) 2 -,- Are covalently bonded by a functional group of C (CF 3 ) 2- , or -C (= 0) NH-, Ar1 Ar2는 서로 같거나 다르며, 2가 또는 3가의 C5~C24의 아릴렌기 또는 2가 또는 3가의 C5~C24의 헤테로아릴렌기이고, 이들은 적어도 하나의 C1~C10의 알킬기, 알콕시기, 할로알킬기, 할로알콕시기 또는 시안기로 치환 또는 비치환되고, 선택적으로 이들은 2개 이상의 방향족 고리가 서로 직접연결되거나 -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O)2-, -Si(CH3)2-, -(CH2)p- (이때 1≤p≤10), -(CF2)q- (이때 1≤q≤10), -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, 또는 -C(=O)NH-의 관능기에 의해 공유결합되어 있고,Ar 1 and Ar 2 is the same as or different from each other, and is a divalent or trivalent C 5 to C 24 arylene group or a divalent or trivalent C 5 to C 24 heteroarylene group, and these are at least one C 1 to C 10 alkyl group, Alkoxy, haloalkyl, haloalkoxy, or cyanyl groups are unsubstituted or substituted, and optionally these are two or more aromatic rings directly connected to each other, or -O-, -S-, -C (= 0)-, -CH ( OH)-, -S (= O) 2- , -Si (CH 3 ) 2 -,-(CH 2 ) p- (where 1≤p≤10),-(CF 2 ) q- (where 1≤q ≦ 10), —C (CH 3 ) 2 —, —C (CF 3 ) 2 —, or —C (═O) NH—, which are covalently bonded 1≤a, b≤4의 정수이고,An integer of 1 ≦ a, b ≦ 4, 3≤n≤400의 정수이고,An integer of 3 ≦ n ≦ 400, 0≤m≤400의 정수이고; 및An integer of 0 ≦ m ≦ 400; And 0<z≤4의 정수이다)0 <z≤4 is an integer)
제1항에 있어서, 상기 Z는 술폰산기 또는 이의 금속염기이고, z는 1이고, Ar1
Figure 112009027210184-PAT00035
이고, Ar2
Figure 112009027210184-PAT00036
이고, a 및 b는 2인 것을 특징으로 하는 디카보닐기로 가교된 폴리설폰.
The method of claim 1, wherein Z is a sulfonic acid group or a metal base thereof, z is 1, and Ar 1 is
Figure 112009027210184-PAT00035
And Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00036
And a and b are 2 polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group.
제1항에 있어서, 상기 Y는 -S- 또는 -S(=O)2-이고, Z는 술폰산기 또는 이의 금속염기이고, z는 1이고, Ar1
Figure 112009027210184-PAT00037
이고, Ar2
Figure 112009027210184-PAT00038
이고, a 및 b는 2인 것을 특징으로 하는 디카보닐기로 가교된 폴리설폰.
The method of claim 1, wherein Y is -S- or -S (= 0) 2- , Z is a sulfonic acid group or a metal base thereof, z is 1, and Ar 1 is
Figure 112009027210184-PAT00037
And Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00038
And a and b are 2 polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group.
제1항에 있어서, 상기 Z는 술폰산기 또는 이의 금속염기이고, z는 1이고, Ar1
Figure 112009027210184-PAT00039
이고, Ar2
Figure 112009027210184-PAT00040
이고, a 및 b는 2인 것을 특징으로 하는 디카보닐기로 가교된 폴리설폰.
The method of claim 1, wherein Z is a sulfonic acid group or a metal base thereof, z is 1, and Ar 1 is
Figure 112009027210184-PAT00039
And Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00040
And a and b are 2 polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group.
제1항에 있어서, 상기 Y는 -S-이고, Z는 술폰산기 또는 이의 금속염기이고, z는 1이고, Ar1
Figure 112009027210184-PAT00041
이고, Ar2
Figure 112009027210184-PAT00042
이고, a 및 b는 2인 것을 특징으로 하는 디카보닐기로 가교된 폴리설폰.
The method of claim 1, wherein Y is -S-, Z is a sulfonic acid group or a metal base thereof, z is 1, and Ar 1 is
Figure 112009027210184-PAT00041
And Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00042
And a and b are 2 polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group.
제1항에 있어서, 상기 Z는 술폰산기 또는 이의 금속염기이고, z는 1이고, Ar1
Figure 112009027210184-PAT00043
이고, Ar2
Figure 112009027210184-PAT00044
이고, a 및 b는 1인 것을 특징으로 하는 디카보닐기로 가교된 폴리설폰.
The method of claim 1, wherein Z is a sulfonic acid group or a metal base thereof, z is 1, and Ar 1 is
Figure 112009027210184-PAT00043
And Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00044
And a and b are 1, wherein the polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group.
제1항에 있어서, 상기 Y는 -O-이고, Z는 술폰산기 또는 이의 금속염기이고, z는 1이고, Ar1
Figure 112009027210184-PAT00045
이고, Ar2
Figure 112009027210184-PAT00046
이고, a 및 b는 1인 것을 특징으로 하는 디카보닐기로 가교된 폴리설폰.
The method of claim 1, wherein Y is -O-, Z is a sulfonic acid group or a metal base thereof, z is 1, and Ar 1 is
Figure 112009027210184-PAT00045
And Ar 2 is
Figure 112009027210184-PAT00046
And a and b are 1, wherein the polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group.
제1항에서, 상기 Ar은 하기 식으로 표시된 것 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디카보닐기로 가교된 폴리설폰:The polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group according to claim 1, wherein Ar is selected from one of the following formulae:
Figure 112009027210184-PAT00047
Figure 112009027210184-PAT00047
(이때 W는 O, S, C(=O), CH(OH), S(=O)2, Si(CH3)2, (CH2)p (이때 1≤p≤10), (CF2)q (이때 1≤q≤10), C(CH3)2, C(CF3)2, 또는 C(=O)NH이다)Where W is O, S, C (= O), CH (OH), S (= O) 2 , Si (CH 3 ) 2 , (CH 2 ) p (where 1≤p≤10), (CF 2 ) q (where 1 ≦ q ≦ 10), C (CH 3 ) 2 , C (CF 3 ) 2 , or C (═O) NH)
제1항에서, 상기 Ar은 하기 식으로 표시된 것 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디카보닐기로 가교된 폴리설폰:The polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group according to claim 1, wherein Ar is selected from one of the following formulae:
Figure 112009027210184-PAT00048
Figure 112009027210184-PAT00048
하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이,As shown in Scheme 1 below, 화학식 2의 폴리설폰을 화학식 3의 디카르복시산 화합물로 가교 반응시켜 하기 화학식 1의 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 제조하는 방법: A method for preparing a polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group represented by Chemical Formula 1 by crosslinking polysulfone represented by Chemical Formula 2 with a dicarboxylic acid compound represented by Chemical Formula 3: [반응식 1]Scheme 1
Figure 112009027210184-PAT00049
Figure 112009027210184-PAT00049
(상기 반응식 1에서,(In Scheme 1, Y, Z, Ar, Ar1, Ar2, a, b, n, m 및 z는 상기 식에서 정의된 바와 같고,Y, Z, Ar, Ar 1 , Ar 2 , a, b, n, m and z are as defined in the above formula, Ar1'와 Ar2는 서로 같거나 다르며, 2가의 C5~C24의 아릴렌기 또는 C5~C24의 헤테로아릴렌기이고, 이들은 적어도 하나의 C1~C10의 알킬기, 알콕시기, 할로알킬기, 할로알콕시기 또는 시안기로 치환 또는 비치환되고, 선택적으로 이들은 2개 이상의 방향족 고리가 서로 직접연결되거나 -O-, -S-, -C(=O)-, -CH(OH)-, -S(=O)2-, -Si(CH3)2-, -(CH2)p- (이때 1≤p≤10), -(CF2)q- (이때 1≤q≤10), -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, 또는 -C(=O)NH-의 관능기에 의해 공유결합되어 있다)Ar 1 'and Ar 2 is the same as or different from each other, and is a divalent C 5 to C 24 arylene group or C 5 to C 24 heteroarylene group, and these are at least one C 1 to C 10 alkyl group, alkoxy group, haloalkyl group, haloalkoxy Or unsubstituted or substituted with a cyan group, optionally wherein two or more aromatic rings are directly connected to each other, or -O-, -S-, -C (= 0)-, -CH (OH)-, -S (= O) 2- , -Si (CH 3 ) 2 -,-(CH 2 ) p- (where 1≤p≤10),-(CF 2 ) q- (where 1≤q≤10), -C (CH 3) 2 -, -C (CF 3) 2 - is a covalent bond by, or -C (= O) NH- in the functional group)
제10항에 있어서, 상기 가교 반응은 진공하에 110 내지 180 ℃에서 5 내지 48시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 10, wherein the crosslinking reaction is performed at 110 to 180 ° C. for 5 to 48 hours under vacuum. 제10항에 있어서, 상기 가교 반응은 촉매 없이 수행하는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 10, wherein the crosslinking reaction is performed without a catalyst. 제10항에 있어서, 상기 화학식 3의 디카르복시산 화합물은 반응물 총량을 기준으로 하여 1 내지 20 중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 10, wherein the dicarboxylic acid compound of Chemical Formula 3 is used at 1 to 20% by weight based on the total amount of the reactants. 제10항에 있어서, 상기 Ar은 하기 식으로 표시된 것 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법:The method of claim 10, wherein Ar is selected from one of the following formulas:
Figure 112009027210184-PAT00050
Figure 112009027210184-PAT00050
(이때 W는 O, S, C(=O), CH(OH), S(=O)2, Si(CH3)2, (CH2)p (이때 1≤p≤10), (CF2)q (이때 1≤q≤10), C(CH3)2, C(CF3)2, 또는 C(=O)NH이다)Where W is O, S, C (= O), CH (OH), S (= O) 2 , Si (CH 3 ) 2 , (CH 2 ) p (where 1≤p≤10), (CF 2 ) q (where 1 ≦ q ≦ 10), C (CH 3 ) 2 , C (CF 3 ) 2 , or C (═O) NH)
제10항에서, 상기 Ar은 하기 식으로 표시된 것 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법:The method of claim 10, wherein Ar is selected from one of the following formulas:
Figure 112009027210184-PAT00051
Figure 112009027210184-PAT00051
제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 따른 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 포함하는 고분자 전해질막.A polymer electrolyte membrane comprising a polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group according to any one of claims 1 to 9. 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드 및 상기 애노드 사이에 위치하는 고분자 전해질막을 포함하는 막전극 접합체에 있어서, 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 따른 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 고분자 전해질막으로 포함하는 것을 특징으로 하는 막전극 접합체. Cathode; Anode; And a polymer electrolyte membrane positioned between the cathode and the anode, wherein the polysulfone crosslinked with the dicarbonyl group according to any one of claims 1 to 9 is used as the polymer electrolyte membrane. Membrane electrode assembly. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 따른 디카보닐기로 가교된 폴리설폰을 고분자 전해질막으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.A fuel cell comprising a polysulfone crosslinked with a dicarbonyl group according to any one of claims 1 to 9 as a polymer electrolyte membrane.
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