KR20110062849A - Poly(arylene ether)copolymer, method of manufacturing the same, and use thereof - Google Patents

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KR20110062849A KR1020090119697A KR20090119697A KR20110062849A KR 20110062849 A KR20110062849 A KR 20110062849A KR 1020090119697 A KR1020090119697 A KR 1020090119697A KR 20090119697 A KR20090119697 A KR 20090119697A KR 20110062849 A KR20110062849 A KR 20110062849A
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이주호
박형수
손장배
임정혁
최소곤
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Abstract

PURPOSE: A poly(arylene ether)copolymer is provided to ensure excellent processability and physical properties, and improved ion exchange capability and metallic ion adsorption ability and to enable use as a cation exchange resin or cation exchange membrane. CONSTITUTION: A poly(arylene ether)copolymer is represented by chemical formula 1. A method for manufacturing the poly(arylene ether)copolymer comprises: synthesizing a copolymer of chemical formula 5 by polymerizing a dihydroxy monomer of chemical formula 2, a dihalide monomer of chemical formula 3, and a dihydroxy monomer of chemical formula 4; and introducing a cation exchange group to a copolymer phenyl ring of chemical formula 5.

Description

폴리(아릴렌 에테르) 공중합체, 이의 제조방법, 및 이의 용도{Poly(Arylene Ether)copolymer, Method of manufacturing the same, and Use thereof}Poly (arylene ether) copolymer, method for preparing the same, and use thereof {Poly (Arylene Ether) copolymer, method of manufacturing the same, and use}

본 발명은 가공성 및 물리적 특성이 우수하고, 향상된 이온교환능 및 금속이온 흡착능을 가져 양이온 교환수지 및 양이온 교환막으로 사용될 수 있는 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체, 이의 제조방법, 및 이의 용도에 관한 것이다. The present invention relates to poly (arylene ether) copolymers having excellent processability and physical properties, having improved ion exchange capacity and metal ion adsorption capacity, which can be used as cation exchange resins and cation exchange membranes, methods for preparing the same, and uses thereof.

현대사회의 산업 발전에 따른 산업용수, 하천수의 오염을 방지하고, 유가금속 자원의 확보를 위해 많은 관심이 집중되고 있다. 이를 위한 방법으로 물리적, 화학적 방법이 알려져 있으며, 이중 화학적 방법으로 이온교환 방법이 가장 많이 사용되고 있다.In order to prevent the pollution of industrial water and river water according to the industrial development of the modern society, and to secure valuable metal resources, much attention has been focused. Physical and chemical methods are known as a method for this purpose, and ion exchange methods are most commonly used as a dual chemical method.

이온교환은 용액을 이온교환수지와 접촉시켜 용액 중에서 추출하고자 하는 이온을 수지의 관능기와 교환하여 용액 내 이온을 회수하는 방법으로서, 목적하는 이온을 용액으로부터 고체수지로 분리시키는 흡착단계, 흡착된 이온을 수지로부터 산이나 알칼리 용액으로 회수하는 세출단계 및 수지를 재사용하기 위한 재생단계로 설명할 수 있다. Ion exchange is a method of recovering ions in a solution by contacting a solution with an ion exchange resin to exchange ions to be extracted from the solution with a functional group of a resin. It can be described as an extraction step for recovering from the resin to the acid or alkaline solution and a regeneration step for reusing the resin.

이온교환수지는 기재수지에 도입되는 이온교환기의 종류, 이온교환수지의 형 태에 의해 분류될 수 있다. 관능기에 따른 분류는 용액 중의 양이온을 자신의 양이온과 치환시켜 용액 중의 양이온을 제거하는 양이온교환수지와 용액 중의 음이온을 자신의 음이온과 치환시켜 용액 중의 음이온을 제거하는 음이온교환수지가 있다. 또한, 형태에 따른 분류는 입상형 이온교환체와 섬유형 이온교환제로 나눌 수 있다. Ion exchange resins can be classified according to the type of ion exchange groups introduced into the base resin and the type of ion exchange resin. The functional groups are classified into cation exchange resins for removing cations in a solution by replacing cations in the solution with their own cations, and anion exchange resins for removing anions in a solution by replacing anions in the solutions with their anions. In addition, the classification according to the form can be divided into granular ion exchanger and fibrous ion exchanger.

현재 양이온교환수지로 스티렌에 디비닐벤젠을 가교제로 사용하여 제조된 3차원의 망상구조를 갖는 수지에 이온 교환기를 도입한 스티렌계 수지가 상용되고 있다. 이는 화학적으로 강산, 강염기에 안정하고, 술폰산기가 교환기로 되어 있어 전 pH 범위에서 이온교환이 가능하다는 장점이 있지만, 150℃ 이상으로 가열하면 분해되어 교환용량, 밀도, 수분 흡착이 저하하고, 186℃에서 24시간 가열하면 교환용량이 15∼40% 저하되어 사용할 수 없는 단점이 있다.  Currently, styrene-based resins incorporating ion exchangers into resins having a three-dimensional network structure made by using divinylbenzene as a crosslinking agent in styrene as a cation exchange resin are commercially available. It is chemically stable to strong acids and strong bases and has the advantage of being capable of ion exchange in the entire pH range because of sulfonic acid groups as exchangers, but when heated to 150 ° C or higher, it decomposes to lower exchange capacity, density, and water adsorption, and 186 ° C. If it is heated for 24 hours at, the exchange capacity is reduced by 15 to 40%.

이러한 이온교환수지는 유가금속의 회수, 공기정화, 촉매, 수처리, 의약분야 및 단백질 분리 등에 다양하게 용도로 사용되고 있다. Such ion exchange resins are used for various purposes such as recovery of valuable metals, air purification, catalysts, water treatment, pharmaceuticals and protein separation.

그러나, 현재 사용되고 있는 이온교환수지는 이온교환 용량에 한계가 있고, 대부분 가교되어 있어 가공성이 떨어지는 단점이 있다. 이에 이러한 단점을 개선한 신규한 이온교환수지의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.However, currently used ion exchange resins have a limit in ion exchange capacity, and most of them are crosslinked, and thus have disadvantages of poor workability. Therefore, there is an urgent need for the development of new ion exchange resins that have alleviated these shortcomings.

본 발명의 목적은 가공성 및 물리적 특성이 우수한 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a poly (arylene ether) copolymer having excellent processability and physical properties.

본 발명의 다른 목적은 상기 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for preparing the poly (arylene ether) copolymer.

본 발명의 다른 목적은 상기 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 포함하여 향상된 이온교환능 및 금속이온 흡착능을 갖는 양이온 교환수지를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a cation exchange resin having improved ion exchange capacity and metal ion adsorption capacity, including the poly (arylene ether) copolymer.

본 발명의 다른 목적은 상기 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 포함하여 향상된 이온교환능 및 금속이온 흡착능을 갖는 양이온 교환막을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a cation exchange membrane having an improved ion exchange capacity and metal ion adsorption capacity, including the poly (arylene ether) copolymer.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention provides a poly (arylene ether) copolymer represented by the following general formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112009075011074-PAT00001
Figure 112009075011074-PAT00001

(상기 화학식 1에서, (In the formula 1,

Ar1

Figure 112009075011074-PAT00002
이고,Ar 1 is
Figure 112009075011074-PAT00002
ego,

Ar2

Figure 112009075011074-PAT00003
이고,Ar 2 is
Figure 112009075011074-PAT00003
ego,

이때 E1, E2, E3, E4, E5 E6는 서로 같거나 다르며, 단일결합, O, S, C(=O), S(=O), S(=O)2, C(CH3)2, C(CF3)2, Si(CH3)2, P(=O)CH3 또는 C(=O)NH이고,Where E 1 , E 2 , E 3 , E 4 , E 5 and E 6 is the same as or different from each other, a single bond, O, S, C (= O), S (= O), S (= O) 2 , C (CH 3 ) 2 , C (CF 3 ) 2 , Si (CH 3 ) 2 , P (= 0) CH 3 or C (= 0) NH,

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

x는 0.01 내지 1이고,x is 0.01 to 1,

n은 10 내지 800의 정수이다)n is an integer from 10 to 800)

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

S1) 화학식 2의 디하이드록시 단량체, 화학식 3의 디할라이드 단량체 및 화학식 4의 디하이드록시 단량체를 중합하여 화학식 5로 표시되는 공중합체를 합성하 는 단계; 및S1) synthesizing a copolymer represented by Formula 5 by polymerizing a dihydroxy monomer of Formula 2, a dihalide monomer of Formula 3 and a dihydroxy monomer of Formula 4; And

S2) 화학식 5의 공중합체 페닐고리 부분에 양이온교환기를 도입하는 단계를 포함하는 화학식 1로 표시되는 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체의 제조방법을 제공한다: S2) provides a method of preparing a poly (arylene ether) copolymer represented by Formula 1, including introducing a cation exchange group to a copolymer phenyl ring portion of Formula 5:

[반응식 1]Scheme 1

Figure 112009075011074-PAT00004
Figure 112009075011074-PAT00004

(상기 반응식 1에서,(In Scheme 1,

X는 Cl, Br, I, 또는 F이고,X is Cl, Br, I, or F,

Ar1, Ar2, x, n 및 Z는 상기에서 정의한 바를 따른다)Ar 1 , Ar 2 , x, n and Z follow the definition above)

또한 본 발명은 상기 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 포함하는 양이온 교환 수지를 제공한다.The present invention also provides a cation exchange resin comprising the poly (arylene ether) copolymer.

아울러 본 발명은 상기 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 포함하는 양이온 교환막을 제공한다.In addition, the present invention provides a cation exchange membrane comprising the poly (arylene ether) copolymer.

본 발명의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 물리적 특성, 이온교환능 및 금속이온 흡착능이 우수할 뿐만 아니라 가공이 쉬워 다양한 형태로 성형되어 광범위하게 응용될 수 있다. The poly (arylene ether) copolymer of the present invention is not only excellent in physical properties, ion exchange capacity and metal ion adsorption capacity, but also easily processed and molded into various forms and thus can be widely applied.

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

일반적으로 이온교환수지로 가교된 고분자가 대부분이다. 이에 따라 가공성이 떨어서 그 응용이 제한적이다. 뿐만 아니라 가교 반응을 위한 촉매가 필요하고, 가교반응이 복잡하다는 단점이 있다.Generally, most polymers are crosslinked with ion exchange resin. As a result, workability is inferior, and its application is limited. 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 측쇄에 양이온 교환기가 도입되어 있어 유동적인 고분자 사슬을 가져 가공성 및 물리적 특성이 우수할 뿐만 아니라 양이온 교환기 도입율이 높아 우수한 이온교환능을 갖는 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제공한다. In order to solve this problem, in the present invention, a cation exchange group is introduced into the side chain to have a flowable polymer chain, thereby providing excellent processability and physical properties, as well as a high cation exchange group introduction ratio, thereby providing excellent ion exchange ability (poly (arylene ether)). To provide a copolymer.

구체적으로, 본 발명의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 하기 화학식 1로 표시된다:Specifically, the poly (arylene ether) copolymer of the present invention is represented by the following general formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112009075011074-PAT00005
Figure 112009075011074-PAT00005

(상기 화학식 1에서, (In the formula 1,

Ar1

Figure 112009075011074-PAT00006
이고,Ar 1 is
Figure 112009075011074-PAT00006
ego,

Ar2

Figure 112009075011074-PAT00007
이고,Ar 2 is
Figure 112009075011074-PAT00007
ego,

이때 E1, E2, E3, E4, E5 E6는 서로 같거나 다르며, 단일결합, O, S, C(=O), S(=O), S(=O)2, C(CH3)2, C(CF3)2, Si(CH3)2, P(=O)CH3 또는 C(=O)NH이고,Where E 1 , E 2 , E 3 , E 4 , E 5 and E 6 is the same as or different from each other, a single bond, O, S, C (= O), S (= O), S (= O) 2 , C (CH 3 ) 2 , C (CF 3 ) 2 , Si (CH 3 ) 2 , P (= 0) CH 3 or C (= 0) NH,

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

x는 0.01 내지 1이고,x is 0.01 to 1,

n은 10 내지 800의 정수이다)n is an integer from 10 to 800)

본 발명에 따른 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 랜덤(random) 또는 블록(block) 공중합체일 수 있다. The poly (arylene ether) copolymers according to the present invention may be random or block copolymers.

상기 화학식 1에서 Z는 독립적으로 양성자를 가질 수 있는 양이온 교환기를 나타내는데, 바람직하기로 Z는 술폰산기 또는 이의 금속염기이다. 이때 금속염으로는 나트륨염 또는 칼륨염이 바람직하다. In Formula 1, Z represents a cation exchange group that may independently have a proton, preferably Z is a sulfonic acid group or a metal base thereof. As the metal salt, sodium salt or potassium salt is preferable.

상기 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 제조단계에서 적절한 분자량을 갖도록 설계하며, 바람직하기로 중량평균 분자량이 10,000 내지 1,000,000이 되도록 한다. 만약 상기 범위 미만이면 기계적 물성 및 화학적 안정성이 불충분하고 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 점도가 너무 높아져 취급이 곤란한 문제점이 있다. The poly (arylene ether) copolymer is designed to have an appropriate molecular weight in the manufacturing step, preferably to have a weight average molecular weight of 10,000 to 1,000,000. If it is less than the above range, the mechanical properties and chemical stability are insufficient, on the contrary, if the above range is exceeded, the viscosity becomes too high, which makes handling difficult.

상기한 화학식 1에 따른 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체의 구체적인 예는 다음을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다:Specific examples of the poly (arylene ether) copolymer according to Formula 1 above include, but are not limited to:

폴리(아릴렌 에테르) 1: Poly (arylene ether) 1:

Figure 112009075011074-PAT00008
Figure 112009075011074-PAT00008

폴리(아릴렌 에테르) 2: Poly (arylene ether) 2:

Figure 112009075011074-PAT00009
Figure 112009075011074-PAT00009

이러한 본 발명의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 하기 반응식 1에 도시한 것처럼, S1) 화학식 2의 디하이드록시 단량체, 화학식 3의 디할라이드 단량체 및 화학식 4의 디하이드록시 단량체를 중합하여 화학식 5로 표시되는 공중합체를 합성하는 단계; 및 S2) 화학식 5의 공중합체 페닐고리 부분에 양이온교환기를 도입하는 단계를 거쳐 제조된다: Such a poly (arylene ether) copolymer of the present invention, as shown in Scheme 1, S1) by dimerizing the dihydroxy monomer of formula (2), dihalide monomer of formula (3) and dihydroxy monomer of formula (4) Synthesizing a copolymer represented by; And S2) introducing a cation exchange group into the copolymer phenyl ring portion of Formula 5:

[반응식 1]Scheme 1

Figure 112009075011074-PAT00010
Figure 112009075011074-PAT00010

(상기 반응식 1에서,(In Scheme 1,

X는 Cl, Br, I, 또는 F이고,X is Cl, Br, I, or F,

Ar1, Ar2, x, n 및 Z는 상기에서 정의한 바를 따른다)Ar 1 , Ar 2 , x, n and Z follow the definition above)

먼저, 단계 S1)에서는 화학식 2의 디하이드록시 단량체, 화학식 3의 디할라 이드 단량체 및 화학식 4의 디하이드록시 단량체를 축중합 반응을 수행하여 화학식 5로 표시되는 공중합체를 합성한다. First, in step S1), the copolymer represented by Chemical Formula 5 is synthesized by performing a condensation polymerization reaction of the dihydroxy monomer of Chemical Formula 2, the dihydride monomer of Chemical Formula 3 and the dihydroxy monomer of Chemical Formula 4.

이러한 축중합 반응은 활성화 단계와 중합단계를 거치는 친핵성 치환반응을 통해 진행된다. 이러한 반응은 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적으로 알려진 반응조건으로 수행될 수 있으므로, 본 발명에서는 특별히 제한하지는 않는다. This polycondensation reaction proceeds through a nucleophilic substitution reaction through an activation step and a polymerization step. This reaction may be carried out under reaction conditions generally known in the art to which the present invention pertains, and therefore, the present invention is not particularly limited.

이때 화학식 3의 디하이드록시 단량체 1몰에 대하여 화학식 2의 디할라이드 단량체 및 화학식 4의 디하이드록시 단량체는 각각 0.1 내지 0.9, 및 0.1 내지 0.9의 몰비로 반응하는 것이 바람직하다. In this case, it is preferable that the dihalide monomer of the formula (2) and the dihydroxy monomer of the formula (4) react with each mole ratio of 0.1 to 0.9 and 0.1 to 0.9 with respect to 1 mole of the dihydroxy monomer of the formula (3).

이러한 중합반응은 유기 용매 내에서 수행되는데, 반응물과 생성물을 잘 용해시킬 수 있는 것이라면 본 발명에서 특별히 제한하지 않는다. 일예로, 톨루엔, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸술폭사이드 또는 이들의 혼합물이 가능하다. Such polymerization is carried out in an organic solvent, and is not particularly limited in the present invention as long as it can dissolve the reactants and the product well. In one example, toluene, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide or mixtures thereof are possible.

이때 친핵성 치환반응을 용이하게 하기 위해 알칼리금속 염기하에서 반응이 진행될 수 있다. 상기 알칼리금속 염기로는 탄산칼륨, 탄산나트륨, 수산화나트륨, 또는 수산화칼슘이 바람직하다. In this case, the reaction may proceed under an alkali metal base to facilitate the nucleophilic substitution reaction. The alkali metal base is preferably potassium carbonate, sodium carbonate, sodium hydroxide, or calcium hydroxide.

다음으로, 단계 S2)에서는 화학식 5의 공중합체 페닐고리 부분에 양이온교환기를 도입한다. Next, in step S2), a cation exchange group is introduced into the copolymer phenyl ring portion of the formula (5).

화학식 5의 공중합체를 술폰산 화합물, 인산 화합물, 또는 카본산 화합물에 함침시키거나 반응시켜 양이온교환기를 도입한다. 일예로, 술폰화 폴리(아릴렌 에 테르)를 얻기 위해 화학식 5의 공중합체와 클로로술폰산, 발연황산, 발연황산 트리에틸포스페이트 염, 및 진한황산으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 술폰산 화합물과 반응시켜 후술폰화할 수 있다. The copolymer of formula 5 is impregnated or reacted with a sulfonic acid compound, a phosphoric acid compound, or a carboxylic acid compound to introduce a cation exchange group. For example, to obtain a sulfonated poly (arylene ether) by reacting with a copolymer of formula (5) and one sulfonic acid compound selected from the group consisting of chlorosulfonic acid, fuming sulfuric acid, triethylphosphate salt, and concentrated sulfuric acid It can be phoned later.

이때 후술폰화 반응은 0 내지 100 ℃, 바람직하게는 25 내지 50 ℃에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 반응온도가 상기 범위 미만이면 충분히 술폰화된 고분자를 얻을 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하여도 더 이상 술폰화율이 높아지지 않을 뿐만 아니라 경우에 따라 고분자 백본이 분해될 수 있다. In this case, it is preferable that the fonning reaction described later is performed at 0 to 100 ° C, preferably at 25 to 50 ° C. If the reaction temperature is less than the above range, it is not possible to obtain a sufficiently sulfonated polymer. On the contrary, the sulfonation rate is not increased any more even if the reaction temperature is exceeded, and the polymer backbone may be decomposed in some cases.

이때 필요한 경우, 상기 단계 S1) 및 S2) 사이에 추가의 산화반응을 더욱 수행할 수 있다.At this time, if necessary, an additional oxidation reaction may be further performed between the steps S1) and S2).

일예로, Ar2가 설판(sulfane) 관능기를 포함하는 경우, 하기 반응식 2와 같이 추가의 산화반응을 통해 술폰(sulfone) 관능기로 산화될 수 있다.For example, when Ar 2 includes a sulfane functional group, it may be oxidized to a sulfone functional group through an additional oxidation reaction as in Scheme 2 below.

[반응식 2]Scheme 2

Figure 112009075011074-PAT00011
Figure 112009075011074-PAT00011

상기 산하반응은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야에서 통상적으로 사용되는 방법이 가능하다.The acid reaction is not particularly limited in the present invention, a method commonly used in this field is possible.

예를들면, 용매 존재 하에 화학식 5의 화합물과 산화제를 일정 당량비로 혼합하여 산화 반응을 수행한다. 상기 산화제로는 메타클로로퍼옥시벤조산, 과산화수소, 옥손 또는 마그네슘 모노퍼프탈산 등을 사용할 수 있다.For example, in the presence of a solvent, the compound of Formula 5 and the oxidizing agent are mixed in a predetermined equivalent ratio to perform the oxidation reaction. As the oxidizing agent, metachloroperoxybenzoic acid, hydrogen peroxide, oxone or magnesium monoperphthalic acid may be used.

용매로는 디클로로메탄, 톨루엔, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸술폭사이드, 자이렌, 벤젠, n-부틸아세테이트, 메틸시클로헥산, 디메틸시클로헥산 또는 이들의 혼합용매가 가능하다.The solvent may be dichloromethane, toluene, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, styrene, benzene, n-butyl acetate, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane or a mixed solvent thereof.

상기 반응은 25 내지 50 ℃에서 30분 내지 10시간 동안 수행한다.The reaction is carried out at 25 to 50 ° C. for 30 minutes to 10 hours.

이와 같이 제조된 본 발명의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 물리적 특성, 이온교환능 및 금속이온 흡착능이 우수하여 양이온 교환수지 또는 양이온 교환막으로 적용될 수 있다. The poly (arylene ether) copolymer of the present invention prepared as described above may be applied as a cation exchange resin or a cation exchange membrane because of excellent physical properties, ion exchange ability, and metal ion adsorption capacity.

따라서, 본 발명은 상기 화학식 1의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 포함하는 양이온 교환수지를 제공한다. Accordingly, the present invention provides a cation exchange resin comprising the poly (arylene ether) copolymer of Chemical Formula 1.

본 발명의 폴리(아릴린 에테르) 공중합체는 상온에서 다양한 용매에 대한 용해도가 우수하기 때문에 다양한 형태로 성형이 가능하다. 일예로 양이온 교환수지로 적용하기 위해 겔, 다공성의 구형비드, 입상 등의 형태로 제조할 수 있다. 이와 같이 성형된 본 발명의 양이온 교환수지는 양이온 교환수지를 포함하는 크로마토그래피 칼럼, 양이온 교환수지를 포함하는 복합재료, 양이온 교환수지를 포함하는 여과부재 등으로 적용될 수 있다. The poly (arylene ether) copolymer of the present invention can be molded in various forms because of its excellent solubility in various solvents at room temperature. For example, it may be prepared in the form of gel, porous spherical beads, granules, etc. to be applied as a cation exchange resin. The cation exchange resin of the present invention thus formed may be applied to a chromatography column including a cation exchange resin, a composite material including a cation exchange resin, a filtration member including a cation exchange resin, and the like.

또한, 본 발명은 상기 화학식 1의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 포함하는 양이온 교환막을 제공한다. In addition, the present invention provides a cation exchange membrane comprising the poly (arylene ether) copolymer of the formula (1).

상기 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 이용하여 성막하는 방법은 당 업계에 서 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다. 일예로, 유기 용매에 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 용해시킨 후 유리 기판 위에 캐스팅한 후 용매를 제거하여 막으로 제조할 수 있다. 특히, 본 발명의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 가공성이 우수하므로 성막하기 편리하다.  The method of forming a film using the poly (arylene ether) copolymer is well known in the art, and thus a detailed description thereof will be omitted. For example, the poly (arylene ether) copolymer may be dissolved in an organic solvent, cast on a glass substrate, and then the solvent may be removed to prepare a film. In particular, since the poly (arylene ether) copolymer of the present invention is excellent in workability, it is convenient to form a film.

구체적으로 본 발명의 양이온 교환막은, 용도에 따라 탈염용막, 농축용막, 특수선택 투과성막, 전해질 막으로 적용되어 전기투석, 확산투석, 역삼투공정, 전해투석, 연료전지 등의 분야에서 널리 사용될 수 있다. 또한, 포지티브 및 네가티브 포토레지스트 제조에서, 금속 이온 오염물 제거에도 사용될 수 있다. Specifically, the cation exchange membrane of the present invention is applied as a desalting membrane, a concentrated membrane, a specially selected permeable membrane, and an electrolyte membrane according to the use, and thus can be widely used in the fields of electrodialysis, diffusion dialysis, reverse osmosis, electrodialysis, fuel cells, and the like. have. It can also be used to remove metal ion contaminants in positive and negative photoresist fabrication.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 실험예를 기재한다. 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred examples and experimental examples of the present invention are described. The following examples and experimental 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 experimental examples.

실시예 1: 화학식 8로 표시되는 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 합성(x=0.25)Example 1 Synthesis of Poly (arylene Ether) Copolymer of Formula 8 (x = 0.25)

하기 반응식 3으로 표시되는 바에 의해 화학식 8로 표시되는 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제조하였다.  A poly (arylene ether) copolymer represented by Chemical Formula 8 was prepared by the following Scheme 3.

[반응식 3]Scheme 3

Figure 112009075011074-PAT00012
Figure 112009075011074-PAT00012

1-1. 화학식 6의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 제조1-1. Preparation of Poly (arylene Ether) Copolymer of Formula 6

콘덴서, 딘스탁 트랩 및 마그네틱 스터바가 장착된 장치에 질소분위기 상태에서 2구 둥근바닥 플라스크에 세 개의 단량체 1,2-비스(4-히드록시페닐)-1,2-디페닐에틸렌(1,2-bis(4-hydroxyphenyl)-1,2-diphenylethylene: 5 mmol), 4,4'-디플루오로디페닐술폰(4,4'-difluorodiphenylsulfone: 20 mmol], 및 4,4'-티오디페 놀(4,4'-Thiodiphenol: 15 mmol)을 넣고, 탄산칼륨(24 mmol)을 첨가하였다. 이때 반응용매로는 디메틸아세트아마이드 (Dimethylacetamide:DMAc :70mL)와 톨루엔(toluene :50mL)를 사용하였다.Three monomers 1,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,2-diphenylethylene (1,2) in a two-necked round-bottom flask in a nitrogen atmosphere on a device equipped with a condenser, Deanstock trap and magnetic stub. -bis (4-hydroxyphenyl) -1,2-diphenylethylene: 5 mmol), 4,4'-difluorodiphenylsulfone (20 mmol), and 4,4'-thiodiphenol ( 4,4'-Thiodiphenol: 15 mmol) was added, and potassium carbonate (24 mmol) was added thereto, using dimethylacetamide (Dimethylacetamide: DMAc: 70 mL) and toluene (50 mL) as reaction solvents.

활성화 단계는 반응온도 140℃에서 4시간 동안 진행되었고, 반응 중 부산물로 생산된 물은 반응용매 중 하나인 톨루엔으로 제거하였다. 반응온도를 165℃까지 점진적으로 올려 24시간 동안 중합반응시켰다. 반응이 끝난 후 메탄올/물(부피비=1:1)에 여러 번 세척한 후 60℃에서 24시간 동안 진공건조하였다. The activation step was carried out for 4 hours at the reaction temperature of 140 ℃, water produced as a by-product during the reaction was removed with one of the reaction solvent toluene. The reaction temperature was gradually raised to 165 ° C. for polymerization for 24 hours. After the reaction, the mixture was washed several times with methanol / water (volume ratio = 1: 1) and vacuum dried at 60 ° C. for 24 hours.

최종생성물은 흰색의 고체로 얻어졌으며(수율: 97%), 최종생성물의 구조분석을 위해 1H-NMR을 수행하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. The final product was obtained as a white solid (yield: 97%), 1 H-NMR was performed for structural analysis of the final product, the results are shown in FIG.

1-2. 산화반응을 통한 화학식 7의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 제조1-2. Preparation of Poly (arylene Ether) Copolymer of Chemical Formula 7 by Oxidation

상기 1-1에서 합성한 화학식 6의 공중합체 5 g을 디클로로메탄 100 mL에 용해시킨 후, 메타클로로퍼록시벤조산(m-chloro-peroxybenzoic acid, MCPBA) 5 g을 혼합하였다. 이어서 실온에서 6 시간 동안 반응시킨 후 반응용액을 메탄올에 부어 침전시켰다. 그 후 메탄올로 3 회 세척하고 120 ℃에서 진공건조하여 최종 생성물을 수득하였다(수율: 95 %).After dissolving 5 g of the copolymer of Chemical Formula 6 synthesized in 1-1 in 100 mL of dichloromethane, 5 g of metachloroperoxybenzoic acid (MCPBA) was mixed. After reacting for 6 hours at room temperature, the reaction solution was poured into methanol to precipitate. Then washed three times with methanol and dried in vacuo at 120 ℃ to give the final product (yield: 95%).

최종 생성물에 대하여 1H-NMR을 수행하여 구조를 분석하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1을 참조하면, 6.9 ppm 부근의 Ar-S-Ar의 벤젠 수소의 피크가 술폰(SO2)으로 바뀌면서 기존의 피크가 사라지는 것을 확인하고, 이의 면적비 비교를 통하여 합성이 되었음을 확인하였다. 1 H-NMR was performed on the final product to analyze the structure, and the results are shown in FIG. 1. Referring to FIG. 1, it was confirmed that the peak of the benzene hydrogen of Ar-S-Ar around 6.9 ppm was changed to sulfone (SO 2 ) and disappeared, and the synthesis was confirmed by comparing the area ratio thereof.

1-3. 후술폰화 공정을 통한 화학식 8의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 제조1-3. Preparation of Poly (arylene Ether) Copolymer of Formula 8 through Subsequent Phonenization Process

콘덴서 및 마그네틱 스터바(Magnetic Stirrer Bar)가 장착된 100 mL 플라스크에 질소 분위기에서, 상기 1-2에서 수득한 화학식 7의 공중합체 5 g을 진한 황산 60 mL에 용해시킨 후, 45 ℃에서 12 시간 동안 반응시켰다. 이어서 반응용액을 증류수에 부어 고분자를 침전시켰다. 이후 침전된 고분자를 증류수로 수회 세척하여 잔류 황산을 제거하였다. 정제를 마친 고분자를 120 ℃에서 진공건조하여 화학식 8의 술폰화 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 수득하였다(수율: 94 %).In a 100 mL flask equipped with a condenser and a magnetic stirrer bar, in a nitrogen atmosphere, 5 g of the copolymer of formula 7 obtained in 1-2 were dissolved in 60 mL of concentrated sulfuric acid, followed by 12 hours at 45 ° C. Reacted for a while. Subsequently, the reaction solution was poured into distilled water to precipitate the polymer. The precipitated polymer was then washed several times with distilled water to remove residual sulfuric acid. The purified polymer was dried in vacuo at 120 ℃ to obtain a sulfonated poly (arylene ether) copolymer of formula (8) (yield: 94%).

최종생성물의 구조분석을 위해 1H-NMR을 수행하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1을 참조하면, 술폰산기가 도입되면서 7.50 ppm 근처의 피크가 생성되었는데, 이는 술폰산기의 알파 위치의 수소가 다운필드되어 나타나는 것이며 면적비를 통하여 정확히 합성이 되었음을 확인할 수 있었다. 1 H-NMR was performed for structural analysis of the final product, and the results are shown in FIG. 1. Referring to FIG. 1, when the sulfonic acid group was introduced, a peak around 7.50 ppm was generated, which was shown to be downfield of hydrogen at an alpha position of the sulfonic acid group, and was accurately synthesized through an area ratio.

실시예 2: 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체의 합성 (x=0.3)Example 2: Synthesis of Poly (arylene Ether) Copolymer (x = 0.3)

2-1. 화학식 6의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 제조2-1. Preparation of Poly (arylene Ether) Copolymer of Formula 6

1,2-비스(4-히드록시페닐)-1,2-디페닐에틸렌(6 mmol), 4,4'-디플루오로디페닐술폰(20mmol), 및 4,4'-티오디페놀(14 mmol) 몰비로 첨가한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 흰색 고체의 최종생성물을 얻었다(수율: 95%). 1,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,2-diphenylethylene (6 mmol), 4,4'-difluorodiphenylsulphone (20 mmol), and 4,4'-thiodiphenol (14 mmol) was added in the same manner as in Example 1, except that the final product was obtained in a white solid (yield: 95%).

최종생성물의 구조분석을 위해 1H-NMR을 수행하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 1 H-NMR was performed for structural analysis of the final product, and the results are shown in FIG. 2.

2-2. 산화반응을 통한 화학식 7의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 제조2-2. Preparation of Poly (arylene Ether) Copolymer of Chemical Formula 7 by Oxidation

상기 2-1에서 수득한 화학식 6의 공중합체를 사용하여 상기 실시예 1의 1-2와 동일하게 수행하여 산화반응을 진행하였고, 화학식 7의 공중합체를 얻었다(수율: 93%). Using the copolymer of Formula 6 obtained in 2-1 in the same manner as in Example 1-2, the oxidation reaction was carried out to obtain a copolymer of Formula 7 (yield: 93%).

최종 생성물에 대하여 1H-NMR을 수행하여 구조를 분석하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2를 참조하면, 6.9 ppm 부근의 Ar-S-Ar의 벤젠 수소의 피크가 술폰(SO2)으로 바뀌면서 기존의 피크가 사라지는 것을 확인하고, 이의 면적비 비교를 통하여 합성이 되었음을 확인하였다. 1 H-NMR was performed on the final product to analyze the structure, and the results are shown in FIG. 2. Referring to FIG. 2, it was confirmed that the peak of the benzene hydrogen of Ar-S-Ar around 6.9 ppm was changed to sulfone (SO 2 ) and disappeared, and the synthesis was confirmed by comparing the area ratio thereof.

2-3. 후술폰화 공정을 통한 화학식 8의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 제조2-3. Preparation of Poly (arylene Ether) Copolymer of Formula 8 through Subsequent Phonenization Process

상기 2-2에서 수득한 화학식 7의 공중합체를 사용하여 상기 실시예 1의 1-3과 동일하게 수행하여 후술폰화 반응을 진행하였고, 화학식 8의 공중합체를 얻었다(수율: 93%). Using the copolymer of Chemical Formula 7 obtained in the above 2-2 was carried out in the same manner as in Example 1 to 1-3 to the phonation reaction described below, to obtain a copolymer of Chemical formula 8 (yield: 93%).

최종생성물의 구조분석을 위해 1H-NMR을 수행하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2를 참조하면, 술폰산기가 도입되면서 7.50 ppm 근처의 피크가 생성되었는데, 이는 술폰산기의 알파 위치의 수소가 다운필드되어 나타나는 것이며 면적비를 통하여 정확히 합성이 되었음을 확인할 수 있었다. 1 H-NMR was performed for structural analysis of the final product, and the results are shown in FIG. 2. Referring to FIG. 2, when the sulfonic acid group was introduced, a peak around 7.50 ppm was generated, which was shown to be downfield of hydrogen at an alpha position of the sulfonic acid group, and was accurately synthesized through an area ratio.

실시예 3: 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체의 합성 (x=0.3)Example 3: Synthesis of Poly (arylene Ether) Copolymer (x = 0.3)

하기 반응식 4로 표시되는 바에 의해 화학식 10으로 표시되는 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제조하였다. A poly (arylene ether) copolymer represented by Chemical Formula 10 was prepared as shown in Scheme 4 below.

[반응식 4]Scheme 4

Figure 112009075011074-PAT00013
Figure 112009075011074-PAT00013

3-1. 화학식 9의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 제조3-1. Preparation of Poly (arylene Ether) Copolymer of Formula 9

1,2-비스(4-히드록시페닐)-1,2-디페닐에틸렌(5 mmol), 4,4'-디플루오로디페닐술폰(20 mmol), 및 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)술폰(15 mmol)을 단량체로 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 1-1과 동일한 조건 및 방법으로 공중합체를 제조하였다. 1,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,2-diphenylethylene (5 mmol), 4,4'-difluorodiphenylsulfone (20 mmol), and bis (4-hydroxy-3, A copolymer was prepared under the same conditions and methods as in Example 1-1 except that 5-dimethylphenyl) sulfone (15 mmol) was used as the monomer.

최종 생성물은 흰색의 고체로 얻어졌으며(수율: 95 %), 1H-NMR을 수행하여 구조를 분석하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.The final product was obtained as a white solid (yield: 95%), and the structure was analyzed by 1 H-NMR, and the results are shown in FIG. 3.

3-2. 후술폰화 공정을 통한 화학식 10의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 제조3-2. Preparation of Poly (arylene Ether) Copolymer of Chemical Formula 10 through Subsequent Phonetion Process

상기 3-1에서 합성한 화학식 9의 공중합체를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 1-3과 동일한 조건 및 방법으로 화학식 10의 술폰화 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 제조하였다(수율: 94 %).A sulfonated poly (arylene ether) copolymer of Chemical Formula 10 was prepared under the same conditions and methods as in Example 1 1-3 except that the copolymer of Chemical Formula 9 synthesized in 3-1 was used (yield: 94%).

최종 생성물에 대하여 1H-NMR을 수행하여 구조를 분석하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3을 참조하면, 공중합체에 술폰산기가 도입되면서 7.50 ppm 근처의 피크가 생성되었는데, 이는 술폰산기의 알파 위치의 수소가 다운 필드되어 나타나는 것이며, 면적비를 통하여 정확히 합성이 되었음을 확인할 수 있었다. 1 H-NMR was performed on the final product to analyze the structure, and the results are shown in FIG. 3. Referring to FIG. 3, when the sulfonic acid group was introduced into the copolymer, a peak near 7.50 ppm was generated, which is indicated by down-field hydrogen in the alpha position of the sulfonic acid group, and it was confirmed that the synthesis was accurately performed through the area ratio.

실험예 1: 분자량 및 분산도의 측정Experimental Example 1 Measurement of Molecular Weight and Dispersion

크로마토그래피를 사용하여 상기 실시예 1 내지 3에서 제조된 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체의 중량평균분자량 및 다분산지수(PolyDispersity Index: PDI)를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 측정에 사용된 기기 및 조건은 다음과 같다:The weight average molecular weight and polydispersity index (PDI) of the poly (arylene ether) copolymers prepared in Examples 1 to 3 were measured using chromatography, and the results are shown in Table 1 below. The instruments and conditions used for the measurements are as follows:

GPC 장치: Waters사, 모델명 2414GPC unit: Waters, model 2424

사용 컬럼: Waters사, 모델명 HR3,4,5 컬럼 온도 : 80℃Column: Waters, model HR3,4,5 Column temperature: 80 ℃

용출 용매 : 디메틸포름아마이드Elution solvent: dimethylformamide

용출 속도: 1 ml/min.Elution rate: 1 ml / min.

기준 물질: 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA)Reference Material: Polymethylmethacrylate (PMMA)

구분division 중량평균분자량 (X103)Weight average molecular weight (X10 3 ) 다분산지수(PDI)Polydispersity Index (PDI) 실시예 1Example 1 164164 1.771.77 실시예 2Example 2 173173 1.891.89 실시예 3Example 3 123123 1.811.81

실험예 2: 유기용매에 대한 용해도Experimental Example 2: Solubility in Organic Solvents

상기 실시예 1 내지 3에서 제조된 폴리(아릴렌에테르)의 상온에서의 N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폰사이드(DMSO), 메탄올(MeOH) 및 물에 대한 용해도를 하기 표 2에 정리하였다.N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfonide (DMSO) at room temperature of the poly (arylene ether) prepared in Examples 1 to 3, Solubility in methanol (MeOH) and water is summarized in Table 2 below.

구분division NMPNMP DMAcDMAc DMFDMF DMSODMSO MeOHMeOH water 실시예 1Example 1 용해Dissolution 용해Dissolution 용해Dissolution 용해Dissolution 불용해Insoluble 불용해Insoluble 실시예 2Example 2 용해Dissolution 용해Dissolution 용해Dissolution 용해Dissolution 불용해Insoluble 불용해Insoluble 실시예 3Example 3 용해Dissolution 용해Dissolution 용해Dissolution 용해Dissolution 불용해Insoluble 불용해Insoluble

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 다양한 종류의 용매에 상온에서의 용해도가 우수하여 여러가지 용도로 가공시 매우 큰 장점이 있다. As shown in Table 2, the poly (arylene ether) copolymer according to the present invention is excellent in solubility at room temperature in various kinds of solvents has a great advantage when processing for various uses.

실험예 3: 기계적 강도의 측정Experimental Example 3: Measurement of Mechanical Strength

상기의 실시예 1 내지 3에서 수득한 폴리(아릴린 에테르) 공중합체를 N-메틸피롤리돈(NMP)에 용해 후 유리판에 캐스팅한 후 120℃에서 건조하여 양이온 교환막을 제조하고, 제조된 막의 인장강도를 ASTM D882에 의거하여 Instron mechanical testing machine(모델명 5540)을 사용하여 측정하고, 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다. The poly (arylene ether) copolymers obtained in Examples 1 to 3 above were dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP), cast on a glass plate, and dried at 120 ° C. to prepare a cation exchange membrane. Tensile strength was measured using an Instron mechanical testing machine (model name 5540) according to ASTM D882, and the results are shown in Table 3 below.

인장강도
(Mpa)
The tensile strength
(Mpa)
Nafion211Nafion211 실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3
2020 3939 3131 4848

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 높은 분자량으로 인한 물리적 기계적 특성이 우수하며 유기용매의 용해도 또한 우수하여 양이온 교환수지 또는 양이온 교환막으로서 사용이 용이할 것으로 기대된다.As shown in Table 3, the poly (arylene ether) copolymer of the present invention is expected to be easily used as a cation exchange resin or a cation exchange membrane because of excellent physical and mechanical properties due to high molecular weight and excellent solubility in organic solvents. do.

실험예 4: 이온교환용량(Ion Exchange Capacity) 측정Experimental Example 4: Ion Exchange Capacity Measurement

상기 실험예 3에서 얻은 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 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 4에 나타내었다. The poly (arylene ether) copolymer membranes obtained in Experimental Example 3 were each immersed in 0.1 M NaCl solution for at least 48 hours 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 4 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))

구분division 이온교환용량(meq/g)Ion exchange capacity (meq / g) 실시예 1Example 1 1.751.75 실시예 2Example 2 2.022.02 실시예 3Example 3 1.891.89

실험예 5 : 금속이온에 대한 흡착능 측정Experimental Example 5 Measurement of Adsorption Ability on Metal Ions

본 발명에 따른 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체의 금속이온에 대한 흡착능을 알아보기 위해, 구리 및 니켈 이온에 대한 흡착실험을 하기와 같이 실시하였다.In order to determine the adsorption capacity of the poly (arylene ether) copolymer according to the present invention to metal ions, adsorption experiments on copper and nickel ions were carried out as follows.

각각 50 mg/L로 제조된 금속 이온 용액을 염산과 수산화나트륨으로 pH 1.65 및 8.55가 되도록 조절하고, 상기 실시예 1 내지 3의 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 0.3g을 정량하여 첨가하고, 25 ℃에서 24시간 동안 처리하였다. 흡착실험 후 금속 이온 용액 내의 금속 이온 농도를 ICP-AES(Inductively Coupled Plama-Atomic Emission Spectrometer)로 측정하고, 그 결과를 아래 표 5 내지 6에 나타내었다. The metal ion solutions prepared at 50 mg / L, respectively, were adjusted to pH 1.65 and 8.55 with hydrochloric acid and sodium hydroxide, 0.3 g of the poly (arylene ether) copolymers of Examples 1 to 3 were added thereto, and 25 The treatment was carried out at 占 폚 for 24 hours. After the adsorption experiment, the metal ion concentration in the metal ion solution was measured by Inductively Coupled Plama-Atomic Emission Spectrometer (ICP-AES), and the results are shown in Tables 5 to 6 below.

구분division 구리이온 농도(ppm)Copper ion concentration (ppm) pH 1.65pH 1.65 pH 8.55pH 8.55 실시예 1Example 1 110110 105105 실시예 2Example 2 421421 401401 실시예 3Example 3 598598 578578 금속이온 용액 원액Metal Ion Solution 850850 850850

구분division 니켈이온 농도(ppm)Nickel ion concentration (ppm) pH 1.65pH 1.65 pH 8.55pH 8.55 실시예 1Example 1 9898 138138 실시예 2Example 2 354354 472472 실시예 3Example 3 520520 592592 금속이온 용액 원액Metal Ion Solution 850850 850850

상기 표 5 및 표 6에 의하면, pH가 낮은 산성 용액 및 pH가 높은 염기성 용액에서 모두 본 발명에 따른 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 포함하는 양이온 교환막은 구리 및 니켈이온에 대한 흡착능이 우수하였다. According to Table 5 and Table 6, the cation exchange membrane containing the poly (arylene ether) copolymer according to the present invention in both the acidic solution of low pH and the basic solution of high pH was excellent in adsorption capacity for copper and nickel ions. .

실험예 6: 양이온 교환 특성조사Experimental Example 6: Investigation of cation exchange characteristics

상기 실험예 3에서 얻은 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체 막을 하기 표 7과 같이 장착한 수처리 모듈에 원수(100 ppm NaCl 용액, pH 5.78) 실험조건으로 유량 30 ml/min, 압력 0.3 ~ 0.5 kgf/cm2, 정수 180초, 쇼트 60초, 퇴수 50초, 분리 10초로 설정하여 양이온 교환특성을 조사하고, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.The poly (arylene ether) copolymer membrane obtained in Experimental Example 3 was a raw water (100 ppm NaCl solution, pH 5.78) in a water treatment module equipped with a membrane as shown in Table 7 under a flow rate of 30 ml / min and a pressure of 0.3 to 0.5 kgf / The cation exchange characteristics were investigated by setting cm 2 , an integer of 180 seconds, a short of 60 seconds, a withdrawal of 50 seconds, and a separation of 10 seconds, and the results are shown in Table 8 below.

음극cathode CMXCMX 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 양극anode AMXAMX AMXAMX AMXAMX AMXAMX CMX (Astom사의 양이온교환막) AMX(Astom사의 음이온교환막)CMX (Astom cation exchange membrane) AMX (Astom anion exchange membrane)

CMX/AMXCMX / AMX 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 처리율 (%)Throughput (%) 8484 8484 8686 8686 정수평균 pHInteger average pH 6.096.09 6.126.12 6.096.09 6.106.10

상기 표 8을 참조하면, 본 발명의 양이온 교환막은 양이온 교환능이 우수하여 수처리용 정화장치로 유용하게 사용될 수 있다. Referring to Table 8, the cation exchange membrane of the present invention is excellent in cation exchange capacity can be usefully used as a purification device for water treatment.

본 발명에 따른 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체는 다양한 형태로 성형되어 양이온 교환수지 또는 양이온 교환막 등으로 적용될 수 있다. The poly (arylene ether) copolymer according to the present invention may be molded into various forms and applied to a cation exchange resin or a cation exchange membrane.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 화학식 6 내지 8의 공중합체의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.1 shows the 1 H-NMR spectrum of the copolymer of Chemical Formulas 6 to 8 in Example 1 of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예 2에서 화학식 6 내지 8의 공중합체의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.Figure 2 shows the 1 H-NMR spectrum of the copolymer of Chemical Formulas 6 to 8 in Example 2 of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예 3에서 화학식 9 및 10의 공중합체의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.Figure 3 shows the 1 H-NMR spectrum of the copolymers of formulas 9 and 10 in Example 3 of the present invention.

Claims (15)

하기 화학식 1로 표시되는 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체:Poly (arylene ether) copolymer represented by the formula [화학식 1][Formula 1]
Figure 112009075011074-PAT00014
Figure 112009075011074-PAT00014
(상기 화학식 1에서, (In the formula 1, Ar1
Figure 112009075011074-PAT00015
이고,
Ar 1 is
Figure 112009075011074-PAT00015
ego,
Ar2
Figure 112009075011074-PAT00016
이고,
Ar 2 is
Figure 112009075011074-PAT00016
ego,
이때 E1, E2, E3, E4, E5 E6는 서로 같거나 다르며, 단일결합, O, S, C(=O), S(=O), S(=O)2, C(CH3)2, C(CF3)2, Si(CH3)2, P(=O)CH3 또는 C(=O)NH이고,Where E 1 , E 2 , E 3 , E 4 , E 5 and E 6 is the same as or different from each other, a single bond, O, S, C (= O), S (= O), S (= O) 2 , C (CH 3 ) 2 , C (CF 3 ) 2 , Si (CH 3 ) 2 , P (= 0) CH 3 or C (= 0) NH, Z는 술폰산기, 인산기, 카본산기, 술폰이미드기 및 C1~C10의 알킬술폰산기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 양이온 교환기 또는 이들의 금속염을 나타내고,Z represents one type of cation exchange group or metal salts thereof selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carbonic acid group, a sulfonimide group, and a C 1 to C 10 alkylsulfonic acid group, x는 0.01 내지 1이고,x is 0.01 to 1, n은 10 내지 800의 정수이다)n is an integer from 10 to 800)
제1항에 있어서, 상기 Z는 술폰산 또는 술폰산염인 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체.The poly (arylene ether) copolymer of claim 1, wherein Z is sulfonic acid or sulfonic acid salt. 제1항에 있어서, 상기 금속염은 나트륨염, 또는 칼륨염인 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체.The poly (arylene ether) copolymer of claim 1, wherein the metal salt is a sodium salt or a potassium salt. 제1항에 있어서, 상기 공중합체는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체인 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체.The poly (arylene ether) copolymer of claim 1, wherein the copolymer is a random copolymer or a block copolymer. 제1항에 있어서, 상기 공중합체는 중량평균 분자량이 10,000 내지 1,000,000인 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체.The poly (arylene ether) copolymer of claim 1, wherein the copolymer has a weight average molecular weight of 10,000 to 1,000,000. 제1항에 있어서, 상기 공중합체는 하기 식으로 표시된 것 중에서 선택되는 것인 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체:The poly (arylene ether) copolymer according to claim 1, wherein the copolymer is selected from those represented by the following formula: 1)
Figure 112009075011074-PAT00017
; 및
One)
Figure 112009075011074-PAT00017
; And
2)
Figure 112009075011074-PAT00018
2)
Figure 112009075011074-PAT00018
하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이,As shown in Scheme 1 below, S1) 화학식 2의 디하이드록시 단량체, 화학식 3의 디할라이드 단량체 및 화학식 4의 디하이드록시 단량체를 중합하여 화학식 5로 표시되는 공중합체를 합성하는 단계; 및S1) synthesizing a copolymer represented by Formula 5 by polymerizing a dihydroxy monomer of Formula 2, a dihalide monomer of Formula 3 and a dihydroxy monomer of Formula 4; And S2) 화학식 5의 공중합체 페닐고리 부분에 양이온교환기를 도입하는 단계를 포함하는 화학식 1로 표시되는 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체의 제조방법: S2) A method for preparing a poly (arylene ether) copolymer represented by Formula 1 comprising introducing a cation exchange group to a copolymer phenyl ring portion of Formula 5: [반응식 1]Scheme 1
Figure 112009075011074-PAT00019
Figure 112009075011074-PAT00019
(상기 반응식 1에서,(In Scheme 1, X는 Cl, Br, I, 또는 F이고,X is Cl, Br, I, or F, Ar1, Ar2, x, n 및 Z는 상기에서 정의한 바를 따른다)Ar 1 , Ar 2 , x, n and Z follow the definition above)
제7항에 있어서, 상기 단계 S1)은 탄산칼륨, 탄산나트륨, 수산화나트륨, 및 수산화칼슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 알칼리 금속 염기하에서 수행하는 방법. 8. The method of claim 7, wherein step S1) is performed under one alkali metal base selected from the group consisting of potassium carbonate, sodium carbonate, sodium hydroxide, and calcium hydroxide. 제7항에 있어서, 상기 단계 S1)은 톨루엔, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 디메틸술폭사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 유기용매하에서 수행하는 방법. The method of claim 7, wherein the step S1) is performed under one organic solvent selected from the group consisting of toluene, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide and mixtures thereof. 제7항에 있어서, 상기 단계 S2)는 화학식 5의 공중합체와 클로로술폰산, 발연황산, 발연황산 트리에틸포스페이트 염, 및 진한황산으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 술폰산 화합물과 반응시키는 방법. 8. The method of claim 7, wherein step S2) is reacted with a copolymer of Formula 5 and one sulfonic acid compound selected from the group consisting of chlorosulfonic acid, fuming sulfuric acid, triethylphosphate salt, and concentrated sulfuric acid. 제7항에 있어서, 상기 단계 S1) 이후 Ar2가 설판(sulfane) 관능기를 포함하는 경우 하기 반응식 2와 같이 추가의 산화반응을 통해 술폰(sulfone) 관능기로 산화시키는 산화반응을 추가로 수행하는 방법:The method of claim 7, wherein if Ar 2 comprises a sulfane functional group after step S1), an oxidation reaction is further performed by oxidizing to a sulfone functional group through an additional oxidation reaction as in Scheme 2 below. : [반응식 2]Scheme 2
Figure 112009075011074-PAT00020
Figure 112009075011074-PAT00020
제11항에 있어서, 상기 산화반응은 메타클로로퍼옥시벤조산, 과산화수소, 옥손, 및 마그네슘 모노퍼프탈산으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 산화제를 사용하여 수행하는 방법.The method of claim 11, wherein the oxidation reaction is performed using one oxidizing agent selected from the group consisting of metachloroperoxybenzoic acid, hydrogen peroxide, oxone, and magnesium monoperphthalic acid. 제12항에 있어서, 상기 산화반응은 25 내지 50 ℃에서 30분 내지 10시간 동안 수행하는 방법.The method of claim 12, wherein the oxidation reaction is performed at 25 to 50 ° C. for 30 minutes to 10 hours. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따른 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 포함하는 양이온 교환 수지.Cation exchange resin comprising the poly (arylene ether) copolymer according to any one of claims 1 to 6. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따른 폴리(아릴렌 에테르) 공중합체를 포함하는 양이온 교환막.Cation exchange membrane comprising the poly (arylene ether) copolymer according to any one of claims 1 to 6.
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