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KR102307778B1 - Conductive crosslinked membranes and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR102307778B1
KR102307778B1 KR1020190169343A KR20190169343A KR102307778B1 KR 102307778 B1 KR102307778 B1 KR 102307778B1 KR 1020190169343 A KR1020190169343 A KR 1020190169343A KR 20190169343 A KR20190169343 A KR 20190169343A KR 102307778 B1 KR102307778 B1 KR 102307778B1
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Abstract

본 발명은, 전도성 가교막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히, 술폰화 폴리아릴렌에테르술폰 및 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체가 가교되어 형성된 전도성 가교막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전도성 가교막은 치수 안정성을 향상시켜 기계적 물성이 우수하면서도 워터 업테이크 및 전기전도성이 우수하다.
또한, 본 발명에 따른 전도성 가교막의 제조방법은 가교 밀도 및 양성자 전도도를 쉽게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 제조방법이 간단하여 전도성 가교막을 매우 용이하게 제조할 수 있다.
The present invention relates to a conductive cross-linked film and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a conductive cross-linked film formed by cross-linking a high molecular polymer including an aromatic ring substituted with sulfonated polyarylene ether sulfone and sulfonate (-SO3M), and the same It relates to a manufacturing method.
The conductive crosslinked film according to the present invention improves dimensional stability and thus has excellent mechanical properties and excellent water uptake and electrical conductivity.
In addition, the method for manufacturing the conductive cross-linked membrane according to the present invention can easily control the cross-linking density and proton conductivity, and the manufacturing method is simple, so that the conductive cross-linked membrane can be manufactured very easily.

Description

전도성 가교막 및 그 제조방법{CONDUCTIVE CROSSLINKED MEMBRANES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Conductive crosslinked film and its manufacturing method TECHNICAL FIELD

본 발명은, 전도성 가교막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히, 술폰화 폴리아릴렌에테르술폰 및 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체가 가교되어 형성된 전도성 가교막 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 전도성 가교막은 연료전지에 적용할 수 있다.The present invention relates to a conductive cross-linked film and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a conductive cross-linked film formed by cross-linking a high molecular polymer comprising an aromatic ring substituted with a sulfonated polyarylene ether sulfone and a sulfonate (-SO3M), and the same It relates to a manufacturing method. The conductive crosslinked membrane according to the present invention can be applied to a fuel cell.

PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는 양성자를 전달해 줄 수 있는 특성을 갖는 고분자를 전해질로 사용하는 연료전지이다. 양성자 교환막(Proton Exchange Membrane; PEM)은 양성자의 전도체일 뿐만 아니라 반응물의 교차에 대한 분리막 역할을 한다. 따라서 양성자 교환막은 높은 양성자 전도성과 화학적, 기계적 안정성을 가져야하고, 저렴해야 한다.PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) is a fuel cell that uses a polymer having the property of delivering protons as an electrolyte. The Proton Exchange Membrane (PEM) is not only a conductor of protons, but also acts as a separator for the crossover of reactants. Therefore, the proton exchange membrane should have high proton conductivity, chemical and mechanical stability, and should be inexpensive.

현재 상업적으로 가장 많이 사용되는 양성자 교환막은 높은 양성자 전도성과 화학적 안정성을 갖는 Nafion이다. 그러나, 이는 가격이 비싸고 반응물의 크로스 오버가 높다는 문제가 있다. 반면에 폴리아릴렌에테르설폰과 같은 방향족 탄화수소 중합체는 제조 비용이 낮고 물리 화학적 안정성이 높아 PFSA(Perfluoro sulfonic acid)를 대체 할 유망한 후보로서 주목을 받고 있다. 그러나, 탄화수소계 양성자 교환막은 낮은 상대 습도에서 양성자 전도성이 저하되는 문제점을 갖는다.Currently, the most commercially used proton exchange membrane is Nafion, which has high proton conductivity and chemical stability. However, this has problems in that it is expensive and the crossover of the reactants is high. On the other hand, aromatic hydrocarbon polymers such as polyarylene ether sulfone are attracting attention as promising candidates to replace PFSA (Perfluoro sulfonic acid) due to their low manufacturing cost and high physicochemical stability. However, the hydrocarbon-based proton exchange membrane has a problem in that proton conductivity is lowered at low relative humidity.

탄화수소계 양성자 교환막의 양성자 전도성을 향상시키기 위해서는 고도의 술폰화가 필요한데, 술폰화도(Degree of sulfonation; DS)가 높은 막은 과도한 팽창으로 인해 치수 안정성이 악화된다.In order to improve the proton conductivity of the hydrocarbon-based proton exchange membrane, a high degree of sulfonation is required, and a membrane having a high degree of sulfonation (DS) deteriorates dimensional stability due to excessive expansion.

따라서 탄화수소계 고분자막의 수소 이온 전도도와 치수 안정성의 트레이드 오프 관계를 해결하기 위해, 세미 아이피엔 구조 또는 가교구조를 도입하거나, 블락 코폴리머 형태로 고분자를 합성하거나, 충진재를 활용해 복합막을 제조하는 등 다양한 형태로 탄화수소계 고분자 막에 관한 연구가 이루어지고 있다.Therefore, in order to solve the trade-off relationship between hydrogen ion conductivity and dimensional stability of hydrocarbon-based polymer membranes, introducing a semi-IPN structure or a cross-linked structure, synthesizing a polymer in the form of a block copolymer, or manufacturing a composite membrane using a filler Studies on hydrocarbon-based polymer membranes are being made in various forms.

몇 가지 전략 중에서, 가교 구조의 도입이 가장 널리 사용되는 방법 중 하나이며, 이는 가교 후에 물리 화학적 안정성이 상당히 증가하기 때문이다. Among several strategies, the introduction of cross-linked structures is one of the most widely used, since physicochemical stability after cross-linking is significantly increased.

한국등록특허 제 1827728 호는 열적 안정성 및 수소 이온 전도도를 향상시키기 위해 셀룰로오스를 포함시켜 가교시킨 고분자 전해질 막을 제공하고 있고, 한국공개특허 제 2009-0088646 호는 가교성 아크릴 수지를 이용한 폴리술폰계 가교 고분자막에 관한 것으로 기계적 물성이 우수하고 메탄올 투과도가 낮은 코팅 조성물을 제시하고 있다. Korea Patent No. 1827728 provides a polymer electrolyte membrane crosslinked by including cellulose to improve thermal stability and hydrogen ion conductivity, and Korea Patent Publication No. 2009-0088646 discloses a polysulfone-based crosslinked polymer membrane using a crosslinkable acrylic resin. It relates to a coating composition having excellent mechanical properties and low methanol permeability.

그러나, 이와 같은 중합체의 개질에는 매우 많은 단계가 필요하여 합성이 용이하지 않다는 한계가 있다.However, there is a limitation in that the synthesis of the polymer is not easy because many steps are required for the modification of such a polymer.

한국등록특허 제 1827728 호 (2018.02.12 등록)Korea Patent No. 1827728 (Registered on Feb. 12, 2018) 한국공개특허 제 2009-0088646 호 (2009.08.20 공개)Korean Patent Publication No. 2009-0088646 (published on August 20, 2009)

본 발명의 전도성 가교막은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 술폰화 폴리아릴렌에테르술폰 및 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체가 가교되어 형성된 전도성 가교막을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The conductive cross-linking membrane of the present invention was devised to solve the above problems, and a conductive cross-linking formed by cross-linking a high molecular polymer including an aromatic ring substituted with sulfonated polyarylene ether sulfone and sulfonate (-SO 3 M). Its purpose is to provide a membrane.

또한, 본 발명은 술폰화 폴리아릴렌에테르술폰 및 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체를 매우 간단하고 용이하게 가교시키는 전도성 가교막의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a conductive cross-linked membrane that very simply and easily cross-links a high molecular polymer including an aromatic ring substituted with sulfonated polyarylene ether sulfone and sulfonate (-SO 3 M). The purpose.

본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.The present invention may also have as its object to achieve these objects and other objects that can be easily derived by a person skilled in the art from the general description of the present specification in addition to the above clear objects.

본 발명의 전도성 가교막은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 및 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체가 가교된 것을 특징으로 한다.The conductive crosslinked film of the present invention is characterized in that in order to achieve the above object, a high molecular polymer including an aromatic ring substituted with sulfonated poly(ether ether ketone) and sulfonate (-SO 3 M) is crosslinked. .

또한, 상기 고분자 중합체는 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 구조 중 적어도 하나를 반복단위로 할 수 있다.In addition, the polymer may have at least one of the structures represented by the following Chemical Formulas 1 to 3 as a repeating unit.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019130720513-pat00001
Figure 112019130720513-pat00001

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112019130720513-pat00002
Figure 112019130720513-pat00002

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112019130720513-pat00003
Figure 112019130720513-pat00003

상기 화학식 1 내지 3에 있어서,In Formulas 1 to 3,

X1 내지 X8은 각각 독립적으로 SO2, CO2, O, S, CH2, CF2, 또는

Figure 112019130720513-pat00004
이고,X 1 To X 8 are each independently SO 2 , CO 2 , O, S, CH 2 , CF 2 , or
Figure 112019130720513-pat00004
ego,

R1 내지 R9은 각각 독립적으로 SO3M 또는 H 이고, R 1 To R 9 are each independently SO 3 M or H,

상기 M은 금속임. wherein M is a metal.

그리고, 상기 M은 알칼리 금속이고, Na 또는 K일 수 있다.And, M is an alkali metal, and may be Na or K.

또한, 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)은 -SO3H로 표시되는 술폰산기를 포함할 수 있다.In addition, the sulfonated poly(ether ether ketone) may include a sulfonic acid group represented by -SO 3 H.

그리고, 상기 가교는 -SO2- 를 통해 이루어질 수 있다.And, the cross-linking can be made through -SO 2 -.

그리고, 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)의 술폰화도는 25 내지 95, 바람직하게는 33 내지 93, 더욱 바람직하게는 50 내지 90일 수 있다.In addition, the sulfonation degree of the sulfonated poly(ether ether ketone) may be 25 to 95, preferably 33 to 93, more preferably 50 to 90.

그리고, 상기 고분자 중합체의 술폰화도는 25 내지 95, 바람직하게는 33 내지 93, 더욱 바람직하게는 50 내지 90일 수 있다.And, the sulfonation degree of the polymer may be 25 to 95, preferably 33 to 93, more preferably 50 to 90.

그리고, 상기 고분자 중합체는 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위 및 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리(아릴렌 에테르 술폰)일 수 있다.In addition, the polymer may be poly(arylene ether sulfone) including a repeating unit represented by the following Chemical Formula 4 and a repeating unit represented by Chemical Formula 5.

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112019130720513-pat00005
Figure 112019130720513-pat00005

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112019130720513-pat00006
Figure 112019130720513-pat00006

상기 화학식 4 및 5에서, x 및 y는 x+y=1의 관계를 갖는 0 과 1 사이의 소수이고, x:y 는 0.8:0.2 내지 0.1:0.9, 바람직하게는 0.5:0.5 내지 0.1:0.9, 더욱 바람직하게는 0.3:0.7 내지 0.1:0.9임.In Formulas 4 and 5, x and y are prime numbers between 0 and 1 having a relationship of x+y=1, and x:y is 0.8:0.2 to 0.1:0.9, preferably 0.5:0.5 to 0.1:0.9 , more preferably 0.3:0.7 to 0.1:0.9.

그리고, 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)은 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위 및 화학식 7로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.In addition, the sulfonated poly(ether ether ketone) may include a repeating unit represented by Chemical Formula 6 and a repeating unit represented by Chemical Formula 7 below.

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112019130720513-pat00007
Figure 112019130720513-pat00007

[화학식 7][Formula 7]

Figure 112019130720513-pat00008
Figure 112019130720513-pat00008

상기 화학식 6 및 7에서, p 및 q는 p+q=1의 관계를 갖는 0 과 1 사이의 소수이고, p:q 는 0.8:0.2 내지 0.1:0.9, 바람직하게는 0.5:0.5 내지 0.1:0.9, 더욱 바람직하게는 0.2:0.8 내지 0.1:0.9임.In Formulas 6 and 7, p and q are prime numbers between 0 and 1 having a relationship of p+q=1, and p:q is 0.8:0.2 to 0.1:0.9, preferably 0.5:0.5 to 0.1:0.9 , more preferably 0.2:0.8 to 0.1:0.9.

그리고, 상기 전도성 가교막은,And, the conductive cross-linking film,

술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 100 중량부; 및100 parts by weight of a sulfonated poly(ether ether ketone); and

상기 고분자 중합체 1 내지 500 중량부, 바람직하게는 10 내지 300 중량부, 더욱 바람직하게는 50 내지 200 중량부;를 포함할 수 있다.1 to 500 parts by weight of the polymer polymer, preferably 10 to 300 parts by weight, more preferably 50 to 200 parts by weight; may include.

한편, 본 발명의 전도성 가교막의 제조방법은, On the other hand, the manufacturing method of the conductive crosslinked film of the present invention,

(A) 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 및 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체를 용매에 용해시키는 단계; 및(A) dissolving a high molecular polymer comprising an aromatic ring substituted with a sulfonated poly(ether ether ketone) and a sulfonate (-SO 3 M) in a solvent; and

(B) 가열하여 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)의 가교반응을 유도하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.(B) heating to induce a crosslinking reaction of the sulfonated poly(ether ether ketone).

또한, 상기 고분자 중합체는 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 구조 중 적어도 하나를 반복단위로 할 수 있다.In addition, the polymer may have at least one of the structures represented by the following Chemical Formulas 1 to 3 as a repeating unit.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019130720513-pat00009
Figure 112019130720513-pat00009

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112019130720513-pat00010
Figure 112019130720513-pat00010

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112019130720513-pat00011
Figure 112019130720513-pat00011

상기 화학식 1 내지 3에 있어서,In Formulas 1 to 3,

X1 내지 X8은 각각 독립적으로 SO2, CO2, O, S, CH2, CF2, 또는

Figure 112019130720513-pat00012
이고,X 1 To X 8 are each independently SO 2 , CO 2 , O, S, CH 2 , CF 2 , or
Figure 112019130720513-pat00012
ego,

R1 내지 R9은 각각 독립적으로 SO3M 또는 H 이고, R 1 To R 9 are each independently SO 3 M or H,

상기 M은 금속임. wherein M is a metal.

그리고, 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)은 -SO3H로 표시되는 술폰산기를 포함할 수 있다.In addition, the sulfonated poly(ether ether ketone) may include a sulfonic acid group represented by -SO 3 H.

또한, 상기 전도성 가교막의 제조방법은, 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 및 상기 고분자 중합체의 비율을 조절하여 가교막의 가교밀도를 임의로 조절할 수 있다.In addition, in the method for preparing the conductive cross-linked film, the cross-linking density of the cross-linked film can be arbitrarily adjusted by adjusting the ratio of the sulfonated poly(ether ether ketone) and the polymer polymer.

그리고, 상기 단계 (A)는 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)에 -SO2가 도입되는 단계일 수 있다.And, the step (A) may be a step in which -SO 2 is introduced into the sulfonated poly(ether ether ketone).

그리고, 상기 고분자 중합체는 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위 및 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리(아릴렌 에테르 술폰)일 수 있다.In addition, the polymer may be poly(arylene ether sulfone) including a repeating unit represented by the following Chemical Formula 4 and a repeating unit represented by Chemical Formula 5.

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112019130720513-pat00013
Figure 112019130720513-pat00013

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112019130720513-pat00014
Figure 112019130720513-pat00014

상기 화학식 4 및 5에서, x 및 y는 x+y=1의 관계를 갖는 0 과 1 사이의 소수이고, x:y 는 0.8:0.2 내지 0.1:0.9, 바람직하게는 0.5:0.5 내지 0.1:0.9, 더욱 바람직하게는 0.3:0.7 내지 0.1:0.9임.In Formulas 4 and 5, x and y are prime numbers between 0 and 1 having a relationship of x+y=1, and x:y is 0.8:0.2 to 0.1:0.9, preferably 0.5:0.5 to 0.1:0.9 , more preferably 0.3:0.7 to 0.1:0.9.

그리고, 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)은 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위 및 화학식 7로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.In addition, the sulfonated poly(ether ether ketone) may include a repeating unit represented by Chemical Formula 6 and a repeating unit represented by Chemical Formula 7 below.

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112019130720513-pat00015
Figure 112019130720513-pat00015

[화학식 7][Formula 7]

Figure 112019130720513-pat00016
Figure 112019130720513-pat00016

상기 화학식 6 및 7에서, p 및 q는 p+q=1의 관계를 갖는 0 과 1 사이의 소수이고, p:q 는 0.8:0.2 내지 0.1:0.9, 바람직하게는 0.5:0.5 내지 0.1:0.9, 더욱 바람직하게는 0.2:0.8 내지 0.1:0.9임.In Formulas 6 and 7, p and q are prime numbers between 0 and 1 having a relationship of p+q=1, and p:q is 0.8:0.2 to 0.1:0.9, preferably 0.5:0.5 to 0.1:0.9 , more preferably 0.2:0.8 to 0.1:0.9.

그리고, 상기 단계 (A)는,And, the step (A) is,

술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 100 중량부; 및100 parts by weight of a sulfonated poly(ether ether ketone); and

상기 고분자 중합체 1 내지 500 중량부, 바람직하게는 10 내지 300 중량부, 더욱 바람직하게는 50 내지 200 중량부;를 용매에 용해시킬 수 있다.1 to 500 parts by weight of the polymer polymer, preferably 10 to 300 parts by weight, more preferably 50 to 200 parts by weight; may be dissolved in a solvent.

그리고, 상기 단계 (A)는 상기 고분자 중합체 및 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)을 하나의 용매에 함께 용해시킬 수 있다.And, in the step (A), the high molecular polymer and the sulfonated poly(ether ether ketone) may be dissolved together in one solvent.

또한, 상기 용매는 DMSO(Dimethyl sulfoxide)를 포함할 수 있다.In addition, the solvent may include dimethyl sulfoxide (DMSO).

또한, 상기 단계 (B)는 140 내지 300 ℃바람직하게는 150 내지 220 ℃더욱 바람직하게는 155 내지 190 ℃에서 수행될 수 있다.In addition, the step (B) may be carried out at 140 to 300 ℃, preferably 150 to 220 ℃, more preferably 155 to 190 ℃.

그리고, 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)은 폴리(에테르 에테르 케톤)에 황산을 반응시켜 술폰산기를 도입할 수 있다.In addition, the sulfonated poly(ether ether ketone) may introduce a sulfonic acid group by reacting the poly(ether ether ketone) with sulfuric acid.

그리고, 상기 고분자 중합체는, 모노머 3,3'-Disulfonate-4,4'-difluorodiphenyl sulfone(SDFDPS), 4,4'-Difluorodiphenyl sulfone(DFDPS), 및 4,4'-Dihydroxybiphenyl(BP)를 중합하여 제조한 술폰화 폴리(아릴렌 에테르 술폰)일 수 있다.And, the polymer is, by polymerizing the monomers 3,3'-Disulfonate-4,4'-difluorodiphenyl sulfone (SDFDPS), 4,4'-Difluorodiphenyl sulfone (DFDPS), and 4,4'-Dihydroxybiphenyl (BP) prepared sulfonated poly(arylene ether sulfone).

그리고, 상기 술폰화 폴리(아릴렌 에테르 술폰)의 술폰화도는 상기 SDFDPS 및 DFDPS의 몰비를 조절하여 임의로 선택할 수 있다.The sulfonation degree of the sulfonated poly(arylene ether sulfone) may be arbitrarily selected by adjusting the molar ratio of SDFDPS and DFDPS.

또한, 상기 전도성 가교막의 제조방법은, (C) 술폰산염을 술폰산기로 치환하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, the method for preparing the conductive crosslinked film may further include (C) substituting a sulfonic acid group for a sulfonic acid group.

한편, 본 발명의 연료전지는 상기 본 발명에 따른 전도성 가교막을 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the fuel cell of the present invention is characterized in that it includes the conductive cross-linked membrane according to the present invention.

그리고, 상기 전도성 가교막의 술폰화지수는 0.01 내지 6.5, 바람직하게는 0.07 내지 3.9, 바람직하게는 0.3 내지 2.6일 수 있다.And, the sulfonation index of the conductive crosslinked film may be 0.01 to 6.5, preferably 0.07 to 3.9, preferably 0.3 to 2.6.

본 발명에 따른 전도성 가교막은 치수 안정성을 향상시켜 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라 전기전도성이 우수한 전도성 가교막을 제공할 수 있다.The conductive crosslinked film according to the present invention can provide a conductive crosslinked film having excellent mechanical properties as well as excellent electrical conductivity by improving dimensional stability.

또한, 본 발명에 따른 전도성 가교막의 제조방법은 가교를 이루는 화합물의 비율을 조절하여 가교 밀도 및 양성자 전도도를 쉽게 조절할 수 있어 용처에 따라 원하는 물성의 가교막을 얻는 것이 가능하여 활용도가 우수하다. 또한 종래 매우 여러 단계의 반응을 통해 제조한 전도성 가교막과 달리 본 발명은 제조방법이 간단하여 막 제조가 용이하고 신속할 뿐만 아니라 경제성 및 범용성이 우수하다.In addition, the method for producing a conductive cross-linked film according to the present invention can easily control the cross-linking density and proton conductivity by adjusting the ratio of the cross-linking compound, so that it is possible to obtain a cross-linked film with desired properties depending on the application, and thus has excellent utility. In addition, unlike the conventional conductive cross-linked membrane prepared through a very multi-step reaction, the present invention has a simple manufacturing method, so that the membrane can be easily and quickly manufactured, as well as economical and versatile.

도 1은 본 발명에 따른 전도성 가교막의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 막의 겔 분획 시험 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 막의 겔 분획 시험 결과이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 막의 FT-IR 분석 결과이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 막의 디지털 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 막의 흡수 및 팽윤비 측정 결과이다.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 막의 SEM 이미지이다.
1 is a schematic diagram schematically showing the structure of a conductive cross-linked film according to the present invention.
2 is a gel fraction test result of membranes prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
3 is a gel fraction test result of membranes prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
4 is an FT-IR analysis result of the films prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
5 is a digital image of a film prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
6 is a measurement result of absorption and swelling ratio of membranes prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
7 is an SEM image of the membranes prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

다만, 아래는 특정 실시예들을 예시하여 상세히 설명하는 것일 뿐, 본 발명은 다양하게 변경될 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있기 때문에, 예시된 특정 실시예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, the present invention is not limited to the specific exemplary embodiments, since the following is only to be described in detail by exemplifying specific embodiments, and since the present invention may be variously changed and may have various forms. It should be understood that the present invention includes all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the following description, many specific details such as specific components are described, which are provided to help a more general understanding of the present invention, and it is common in the art that the present invention can be practiced without these specific details. It will be self-evident to those who have the knowledge of And, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

그리고, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.And, the terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

본 출원에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In this application, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, '포함하다', '함유하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소(또는 구성성분) 등이 존재함을 지칭하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.In the present application, terms such as 'comprise', 'contain' or 'have' are intended to refer to the presence of a feature, component (or component), etc. described in the specification, but one or more other features or It does not mean that the component or the like is not present or cannot be added.

본 발명에 있어서, 술폰화지수는 다음과 같이 정의된다:In the present invention, the sulfonation index is defined as follows:

술폰화지수 = {(고분자 A의 술폰화도) x (고분자 A의 중량)}/{(고분자 B의 술폰화도) x (고분자 B의 중량)}Sulfonation index = {(Sulphonation degree of polymer A) x (weight of polymer A)}/{(degree of sulfonation of polymer B) x (weight of polymer B)}

상기 술폰화지수에서 고분자 A는 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체이며, 고분자 B는 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)을 의미한다.In the sulfonation index, the polymer A is a polymer containing an aromatic ring substituted with a sulfonate (-SO 3 M), and the polymer B means a sulfonated poly(ether ether ketone).

본 발명의 전도성 가교막은 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)(Sulfonated poly(ether ether ketone);SPEEK) 및 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체가 가교된 것을 특징으로 한다. 술폰화가 이루어진 두 종류의 고분자를 이용함으로써 기계적 물성 및 전도성을 모두 만족시키는 가교막을 제공할 수 있으며, 특히 양성자 교환막 연료 전지에 적용할 경우 우수한 성능을 나타낼 수 있다.The conductive cross-linked film of the present invention is characterized in that a high molecular polymer including an aromatic ring substituted with sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) and sulfonate (-SO 3 M) is cross-linked. do. By using two types of sulfonated polymers, it is possible to provide a cross-linked membrane satisfying both mechanical properties and conductivity, and in particular, when applied to a proton exchange membrane fuel cell, excellent performance can be exhibited.

상기 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체는 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 구조 중 적어도 하나를 반복단위로 할 수 있다.The sulfonic acid salt (-SO 3 M) of the high molecular weight polymer including a substituted aromatic ring may have at least one of the structures represented by the following Chemical Formulas 1 to 3 as a repeating unit.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019130720513-pat00017
Figure 112019130720513-pat00017

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112019130720513-pat00018
Figure 112019130720513-pat00018

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112019130720513-pat00019
Figure 112019130720513-pat00019

상기 화학식 1 내지 3에 있어서,In Formulas 1 to 3,

X1 내지 X8은 각각 독립적으로 SO2, CO2, O, S, CH2, CF2, 또는

Figure 112019130720513-pat00020
이고,X 1 To X 8 are each independently SO 2 , CO 2 , O, S, CH 2 , CF 2 , or
Figure 112019130720513-pat00020
ego,

R1 내지 R9은 각각 독립적으로 SO3M 또는 H 이고, R 1 To R 9 are each independently SO 3 M or H,

상기 M은 금속이며, 알칼리 금속인 Na 또는 K일 수 있다. M is a metal, and may be Na or K, which is an alkali metal.

상기 고분자 중합체는 술폰기를 SPEEK에 비해 단위당 더 많이 가질 수 있고, 이로 인해 전도성 가교막의 양성자 전도성을 우수하게 할 수 있다.The high molecular polymer may have more sulfone groups per unit than SPEEK, thereby improving the proton conductivity of the conductive cross-linked film.

상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)은 술폰산기를 가지되 상기 술폰산기는 술폰산염의 형태가 아닌 -SO3H(H Form)로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 가교막의 재료가 되는 두 고분자가 모두 술폰화된 고분자이지만 그 중 하나는 술폰산기를, 다른 하나는 술폰산염의 형태를 갖는 것에 주목해야 한다. The sulfonated poly(ether ether ketone) has a sulfonic acid group, but the sulfonic acid group is not in the form of a sulfonate, but -SO 3 H(H Form). That is, it should be noted that both polymers used as the material of the crosslinked film according to the present invention are sulfonated polymers, but one of them has a sulfonic acid group and the other has a sulfonate form.

가교를 형성하여 가교막의 치수 안정성을 향상시키는 것은 술폰산기를 갖는 SPEEK이다. 이는 후술하는 바와 같이 술폰산기의 존재에 의해 중간체를 통한 가교 반응이 진행되어 고분자 간의 가교가 형성될 수 있기 때문이다. 따라서 본 발명의 전도성 가교막은 SPEEK - (SO3M)고분자 간의 가교는 물론, SPEEK - SPEEK 간의 가교가 존재할 수 있다. 술폰산기를 통한 가교가 형성되므로, 상기 가교는 -SO2- 구조를 포함할 수 있다. It is SPEEK having a sulfonic acid group that forms a cross-link to improve the dimensional stability of the cross-linked film. This is because, as will be described later, the crosslinking reaction may proceed through the intermediate due to the presence of the sulfonic acid group, thereby forming crosslinking between polymers. Therefore, in the conductive crosslinked film of the present invention, there may be crosslinking between SPEEK - (SO 3 M) polymer as well as crosslinking between SPEEK - SPEEK. Since crosslinking is formed through a sulfonic acid group, the crosslinking may include a —SO 2 — structure.

본 발명에서 '술폰화도(Degree of sulfonation; DS)'는 중합체에 있어 반복 단위에 있는 술폰산 그룹의 비율을 가리키는 것이다. 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)의 술폰화도는 25 내지 95, 바람직하게는 33 내지 93, 더욱 바람직하게는 50 내지 90일 수 있다. 술폰화도가 상기 범위 미만인 경우 전도도가 나쁠 수 있다. In the present invention, the 'degree of sulfonation (DS)' refers to the ratio of sulfonic acid groups in the repeating unit in the polymer. The sulfonation degree of the sulfonated poly(ether ether ketone) may be 25 to 95, preferably 33 to 93, more preferably 50 to 90. If the sulfonation degree is less than the above range, the conductivity may be poor.

또한, 상기 고분자 중합체의 술폰화도는 25 내지 95, 바람직하게는 33 내지 93, 더욱 바람직하게는 50 내지 90일 수 있다. 술폰화도가 상기 범위 미만인 경우 전도도가 낮고, 반면에 상기 범위를 초과할 경우 기계적 물성이 악화된다.In addition, the sulfonation degree of the polymer may be 25 to 95, preferably 33 to 93, more preferably 50 to 90. When the sulfonation degree is less than the above range, the conductivity is low, whereas when it exceeds the above range, mechanical properties are deteriorated.

상기 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체는 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위 및 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리(아릴렌 에테르 술폰)일 수 있다.The high molecular weight polymer including the aromatic ring substituted with the sulfonic acid salt (-SO 3 M) may be poly(arylene ether sulfone) including a repeating unit represented by Chemical Formula 4 and a repeating unit represented by Chemical Formula 5 below.

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112019130720513-pat00021
Figure 112019130720513-pat00021

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112019130720513-pat00022
Figure 112019130720513-pat00022

상기 화학식 4 및 5에서, x 및 y는 x+y=1의 관계를 갖는 0 과 1 사이의 소수이고, x:y 는 0.8:0.2 내지 0.1:0.9, 바람직하게는 0.5:0.5 내지 0.1:0.9, 더욱 바람직하게는 0.3:0.7 내지 0.1:0.9이다. 상기 y가 상기 범위 미만일 경우 제조된 막이 낮은 전도도를 가지며, 상기 범위를 초과할 경우 치수안정성이 감소할 수 있다.In Formulas 4 and 5, x and y are prime numbers between 0 and 1 having a relationship of x+y=1, and x:y is 0.8:0.2 to 0.1:0.9, preferably 0.5:0.5 to 0.1:0.9 , more preferably 0.3:0.7 to 0.1:0.9. When y is less than the above range, the prepared film has low conductivity, and when it exceeds the above range, dimensional stability may decrease.

상기 술폰화 폴리(아릴렌 에테르 술폰)(Sulfonated poly(arylene ether sulfone);SPAES)은 술폰화에 의해 상기 화학식 5와 같은 반복단위를 가질 수 있는데, 2 이상의 술폰기가 도입될 수 있어 가교막에 우수한 양성자 전도성을 부여할 수 있다. The sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES) may have a repeating unit as in Chemical Formula 5 by sulfonation, and since two or more sulfone groups may be introduced, it is excellent for a cross-linking film. It can impart proton conductivity.

또한, 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)은 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위 및 화학식 7로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.In addition, the sulfonated poly(ether ether ketone) may include a repeating unit represented by Formula 6 and a repeating unit represented by Formula 7 below.

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112019130720513-pat00023
Figure 112019130720513-pat00023

[화학식 7][Formula 7]

Figure 112019130720513-pat00024
Figure 112019130720513-pat00024

상기 화학식 6 및 7에서, p 및 q는 p+q=1의 관계를 갖는 0 과 1 사이의 소수이고, p:q 는 0.8:0.2 내지 0.1:0.9, 바람직하게는 0.5:0.5 내지 0.1:0.9, 더욱 바람직하게는 0.2:0.8 내지 0.1:0.9이다. 상기 q가 상기 범위 미만인 경우 전도도가 낮은 막이 제조될 수 있다.In Formulas 6 and 7, p and q are prime numbers between 0 and 1 having a relationship of p+q=1, and p:q is 0.8:0.2 to 0.1:0.9, preferably 0.5:0.5 to 0.1:0.9 , more preferably 0.2:0.8 to 0.1:0.9. When the q is less than the above range, a film having low conductivity may be prepared.

상기 화학식 4 내지 7에서 x, y, p, 및 q는 각 화학물의 술폰화 정도를 나타내는 지표이며, 상기 술폰화도는 {y/(x+y)}*100 또는 {q/(p+q)}*100 으로 계산된다.In Formulas 4 to 7, x, y, p, and q are indicators indicating the degree of sulfonation of each chemical, and the degree of sulfonation is {y/(x+y)}*100 or {q/(p+q) }*100 is calculated.

그리고, 상기 전도성 가교막은,And, the conductive cross-linking film,

술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)(SPEEK) 100 중량부; 및100 parts by weight of sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK); and

상기 고분자 중합체 1 내지 500 중량부, 바람직하게는 10 내지 300 중량부, 더욱 바람직하게는 50 내지 200 중량부;를 포함할 수 있다.1 to 500 parts by weight of the polymer polymer, preferably 10 to 300 parts by weight, more preferably 50 to 200 parts by weight; may include.

상기 고분자 중합체의 중량부가 상기 범위 미만인 경우에는 막의 전도도가 좋지 않고, 반면에 상기 범위를 초과할 경우 기계적 물성에 악영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라 막 제조과정에서 막의 표면이 물에 용해되어 균일성을 저하시키는 요인이 될 수 있다. 다만, 상기 SPEEK 및 상기 고분자 중합체의 중량비는 각 화합물의 술폰화도에 따라 조절될 수 있다.When the weight part of the polymer is less than the above range, the conductivity of the membrane is not good. On the other hand, when it exceeds the above range, mechanical properties may be adversely affected, and the surface of the membrane will be dissolved in water during the membrane manufacturing process to lower the uniformity. can be a contributing factor. However, the weight ratio of the SPEEK and the polymer may be adjusted according to the sulfonation degree of each compound.

이에, 본 발명자는 각 고분자의 술폰화도와 중량부 간의 관계에 대하여 고찰하여 술폰화지수라는 새로운 지수를 도입하였다. 이는 전도성 가교막의 기계적 물성 및 양성자 전도성을 나타내는 지표가 될 수 있으며 다음과 같이 정의된다:Accordingly, the present inventor introduced a new index called sulfonation index by considering the relationship between the degree of sulfonation and parts by weight of each polymer. This can be an indicator showing the mechanical properties and proton conductivity of the conductive cross-linked film, and is defined as follows:

술폰화지수 = {(고분자 A의 술폰화도) x (고분자 A의 중량)}/{(고분자 B의 술폰화도) x (고분자 B의 중량)}Sulfonation index = {(Sulphonation degree of polymer A) x (weight of polymer A)}/{(degree of sulfonation of polymer B) x (weight of polymer B)}

상기 본 발명에 따른 전도성 가교막의 술폰화지수는 0.01 내지 6.5, 바람직하게는 0.07 내지 3.9, 바람직하게는 0.3 내지 2.6이다. 술폰화지수가 상기 범위 이내일 때 가교막의 치수안정성 및 양성자 전도성이 우수하고 표면의 불균일성을 최소화할 수 있다.The sulfonation index of the conductive crosslinked film according to the present invention is 0.01 to 6.5, preferably 0.07 to 3.9, preferably 0.3 to 2.6. When the sulfonation index is within the above range, the dimensional stability and proton conductivity of the cross-linked film are excellent, and surface non-uniformity can be minimized.

한편, 본 발명의 전도성 가교막의 제조방법은, On the other hand, the manufacturing method of the conductive crosslinked film of the present invention,

(A) 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 및 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체를 용매에 용해시키는 단계; 및(A) dissolving a high molecular polymer comprising an aromatic ring substituted with a sulfonated poly(ether ether ketone) and a sulfonate (-SO 3 M) in a solvent; and

(B) 가열하여 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)의 가교반응을 유도하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.(B) heating to induce a crosslinking reaction of the sulfonated poly(ether ether ketone).

재료가 되는 두 고분자 화합물인 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 및 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체의 구조 또는 반복단위는 전술한 바와 같다. 또한, 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)은 -SO3H로 표시되는 술폰산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The structure or repeating unit of the high molecular weight polymer including the aromatic ring substituted with the sulfonated poly(ether ether ketone) and the sulfonate (-SO 3 M), which are the two high molecular compounds used as the material, is as described above. In addition, the sulfonated poly(ether ether ketone) is characterized in that it contains a sulfonic acid group represented by -SO 3 H.

이하, 본 발명의 전도성 가교막의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the conductive crosslinked film of the present invention will be described in detail for each step.

먼저, 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 및 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체를 준비하고, 이를 용매에 용해시킨다(단계 (A)).First, a high molecular polymer including an aromatic ring substituted with sulfonated poly(ether ether ketone) and sulfonate (-SO 3 M) is prepared and dissolved in a solvent (step (A)).

이 때 용매에 용해시키는 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 및 상기 고분자 중합체의 비율을 조절하여 가교막의 가교밀도 및 전도도를 용이하게 조절할 수 있는 것이 본 발명의 중요한 기술적 특징을 이룬다. 더욱 구체적으로는, 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)의 비율을 증가시키면 가교막의 가교 밀도가 높아지고 기계적 물성이 좋아지며, 반대로 술폰산염이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체의 비율을 증가시키면 전도도를 향상시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 필요에 따라 가교막의 물성을 임의로 조절할 수 있는 유용한 전도성 가교막의 제조방법을 제공할 수 있다.At this time, it is an important technical feature of the present invention that the crosslinking density and conductivity of the crosslinked film can be easily controlled by controlling the ratio of the sulfonated poly(ether ether ketone) and the high polymer dissolved in the solvent. More specifically, if the ratio of sulfonated poly(ether ether ketone) is increased, the crosslinking density of the crosslinked film is increased and mechanical properties are improved. can be improved Therefore, the present invention can provide a useful method for preparing a conductive cross-linked film, in which the physical properties of the cross-linked film can be arbitrarily adjusted as necessary.

상기 용매는 DMSO(Dimethyl sulfoxide)일 수 있으며, 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 및 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체를 하나의 용매에 함께 용해시킬 수 있다. DMSO는 SPEEK와의 상호작용에 의해 친전자종을 형성할 수 있다.The solvent may be dimethyl sulfoxide (DMSO), and a polymer polymer including an aromatic ring substituted with sulfonated poly(ether ether ketone) and sulfonate (-SO 3 M) may be dissolved together in one solvent. DMSO can form electrophilic species by interaction with SPEEK.

그리고, 상기 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체는 술폰화 폴리(아릴렌 에테르 술폰)(SPAES)일 수 있으며, 이의 구조는 전술한 바와 같다. In addition, the high molecular weight polymer including the aromatic ring substituted with the sulfonate (-SO 3 M) may be sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES), and the structure thereof is the same as described above.

또한, 상기 단계 (A)는 고분자에 -SO2가 도입되는 단계일 수 있다. 가능한 한 가지 메커니즘은 하기 반응식 1 및 반응식 2와 같다. 하기 메커니즘에 따르면 먼저 DMSO와 SPEEK의 술폰산 그룹(-SO3H) 사이의 강한 수소결합 및 쌍극자-쌍극자 상호작용으로 이온쌍을 형성하게 되고 그 후 연속적인 반응을 통해 친전자종 -SO2 +가 형성된다.In addition, the step (A) may be a step in which -SO 2 is introduced into the polymer. One possible mechanism is shown in Scheme 1 and Scheme 2 below. According to the following mechanism, ion pairs are first formed by strong hydrogen bonding and dipole-dipole interaction between DMSO and the sulfonic acid group (-SO 3 H) of SPEEK, and then the electrophilic species -SO 2 + is formed through a series of reactions. is formed

[반응식 1][Scheme 1]

Figure 112019130720513-pat00025
Figure 112019130720513-pat00025

[반응식 2][Scheme 2]

Figure 112019130720513-pat00026
Figure 112019130720513-pat00026

이렇게 생성된 친전자종은 SPEEK의 활성화 부위 또는 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체의 활성화 부위와 결합을 형성하여 가교가 진행된다. 활성화 부위는 친전자종과 반응을 할 수 있는 사이트로서, 방향족 고리에 존재할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가교 반응은 하기 반응식 3과 같이 나타낼 수 있다.The electrophilic species generated in this way form a bond with the active site of SPEEK or the active site of the polymer polymer including an aromatic ring substituted with a sulfonate (-SO 3 M), and cross-linking proceeds. The activation site is a site capable of reacting with an electrophilic species, and may be present in the aromatic ring. The cross-linking reaction according to an embodiment of the present invention may be represented by Scheme 3 below.

[반응식 3][Scheme 3]

Figure 112019130720513-pat00027
Figure 112019130720513-pat00027

상기 본 발명의 전도성 가교막의 제조방법은, SPEEK 및 SPAES 두 물질의 중량비를 조절하여 가교 밀도 및 이온 전도성을 쉽게 조절할 수 있는 것을 중요한 특징으로 한다. 가교 반응을 일으키는 SPEEK의 함량이 많을 수록 가교 밀도가 증가하며, 가교 밀도가 증가함에 따라, 가교막의 산화 및 열 안정성이 증가하는 경향이 있다. 반대로, SPAES의 함량이 많을수록 전도성이 좋아지는데 SPAES가 술폰산염기를 다량 가지고 있기 때문이다.The method for manufacturing the conductive crosslinked film of the present invention is characterized in that it is possible to easily control the crosslinking density and ionic conductivity by controlling the weight ratio of the two materials SPEEK and SPAES. As the content of SPEEK causing the crosslinking reaction increases, the crosslinking density increases. As the crosslinking density increases, the oxidation and thermal stability of the crosslinked film tend to increase. Conversely, the higher the content of SPAES, the better the conductivity is because SPAES has a large amount of sulfonate groups.

이러한 맥락에서, 상기 단계 (A)는,In this context, step (A) is

술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 100 중량부; 및100 parts by weight of a sulfonated poly(ether ether ketone); and

상기 고분자 중합체 1 내지 500 중량부, 바람직하게는 10 내지 300 중량부, 더욱 바람직하게는 50 내지 200 중량부;를 용매에 용해시키는 것일 수 있다. 상기 고분자 중합체의 중량부가 상기 범위 미만인 경우 제조된 가교막의 전도성이 낮고, 반면에 상기 범위를 초과할 경우 막의 파단값에서 인장 강도 및 신장이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다. 한편, SPAES와 같은 고분자 중합체의 중량비가 상기 범위를 초과할 경우 세척 과정에서 탈이온수에 모두 용해되어 가교막을 얻을 수 없는 문제가 발생할 수 있다.1 to 500 parts by weight of the polymer polymer, preferably 10 to 300 parts by weight, more preferably 50 to 200 parts by weight; may be dissolved in a solvent. When the weight portion of the polymer is less than the above range, the conductivity of the prepared crosslinked membrane is low, whereas when it exceeds the above range, there may be problems in that the tensile strength and elongation at the breaking value of the membrane decrease. On the other hand, when the weight ratio of the polymer such as SPAES exceeds the above range, all of the polymer is dissolved in deionized water during the washing process, which may cause a problem that a crosslinked film cannot be obtained.

또한, SPEEK와, SPAES로 대표되는 상기 고분자 중합체 각각의 술폰화도에 따라 단계 (A)에서 두 고분자의 중량비가 조절될 수 있다. In addition, the weight ratio of the two polymers in step (A) may be adjusted according to the degree of sulfonation of each of the polymers represented by SPEEK and SPAES.

다음으로, 상기 단계 (A)에서 형성된 용액을 가열하여 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)의 가교반응을 유도한다(단계 (B)). Next, the solution formed in step (A) is heated to induce a crosslinking reaction of the sulfonated poly(ether ether ketone) (step (B)).

상기 단계 (B)는 상기 단계 (A)에서 형성된 용액을 기재에 도포 또는 코팅한 후 가열하는 것일 수 있고, 이 때 용액-캐스팅법을 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The step (B) may be to apply or coat the solution formed in step (A) on the substrate and then heat it, and at this time, a solution-casting method may be performed, but is not limited thereto.

상기 가교 단계에 있어 가열온도는 140 내지 300 ℃, 바람직하게는 150 내지 220 ℃, 더욱 바람직하게는 155 내지 190 ℃일 수 있다. 또한 160 ℃ 이상의 온도가 바람직하다. 가열 온도가 상기 범위 미만일 경우 가교 구조가 도입되지 않을 수 있으며, 반면에 상기 범위를 초과할 경우 술폰산 그룹의 열분해가 발생할 수 있다. The heating temperature in the crosslinking step may be 140 to 300 ℃, preferably 150 to 220 ℃, more preferably 155 to 190 ℃. Also, a temperature of 160° C. or higher is preferred. If the heating temperature is less than the above range, a crosslinked structure may not be introduced, whereas if it exceeds the above range, thermal decomposition of the sulfonic acid group may occur.

이렇게 본 발명에 의한 전도성 가교막의 제조방법은, 용액 형성 후 가열이라는 매우 단순한 공정으로 이루어져 있다. 이는 고온 및 DMSO 하에서 SPEEK의 자체 가교 능력(Self-cross linking)에 의한 것으로서, 종래의 다른 복잡한 단계적 반응에 의한 가교막 형성방법에 비해 매우 간단하게 막을 형성할 수 있는 것이다.As described above, the method for manufacturing the conductive crosslinked film according to the present invention consists of a very simple process of heating after forming a solution. This is due to the self-cross linking ability of SPEEK under high temperature and DMSO, and it is possible to form a film very simply compared to other conventional cross-linking film formation methods by complex stepwise reactions.

가교막을 구성하는 두 고분자는 모체가 되는 고분자에 술폰화를 통해 제조된 것일 수 있다. 상기 술폰화 폴리(아릴렌 에테르 술폰)은 모노머 3,3'-Disulfonate-4,4'-difluorodiphenyl sulfone(SDFDPS), 4,4'-Difluorodiphenyl sulfone(DFDPS), 4,4'-Dihydroxybiphenyl(BP)을 중합하여 제조되는 것일 수 있으며, 특히 상기 SDFDPS 및 DFDPS의 몰비를 통해 상기 술폰화 폴리(아릴렌 에테르 술폰)의 술폰화도를 조절할 수 있다. 본 발명의 일 실시예로서, 상기 술폰화 폴리(아릴렌 에테르 술폰)(SPAES)은 하기 반응식 (a)와 같이 합성될 수 있다.The two polymers constituting the crosslinked film may be prepared by sulfonation of the parent polymer. The sulfonated poly (arylene ether sulfone) is a monomer 3,3'-Disulfonate-4,4'-difluorodiphenyl sulfone (SDFDPS), 4,4'-Difluorodiphenyl sulfone (DFDPS), 4,4'-Dihydroxybiphenyl (BP) may be prepared by polymerization of , and in particular, the sulfonation degree of the sulfonated poly(arylene ether sulfone) may be controlled through the molar ratio of SDFDPS and DFDPS. As an embodiment of the present invention, the sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES) may be synthesized as shown in the following Reaction Scheme (a).

Figure 112019130720513-pat00028
Figure 112019130720513-pat00028

또한, 본 발명의 일 실시예로서 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)(SPEEK)은, 하기 반응식 (b)와 같이 폴리(에테르 에테르 케톤)(PEEK)에 황산을 반응시켜 술폰산기를 도입할 수 있다. In addition, as an embodiment of the present invention, the sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) may introduce a sulfonic acid group by reacting sulfuric acid with poly(ether ether ketone) (PEEK) as shown in the following reaction formula (b). .

Figure 112019130720513-pat00029
Figure 112019130720513-pat00029

상기와 같이 SPAES는 H+ 형태(H form), SPEEK는 K+ 형태(K form)를 가짐으로써 가교막의 기계적 물성이 우수하면서도 전도성이 향상된 전도성 가교막을 형성할 수 있는 것이다. 따라서 SPEEK 를 예로 들었으나 술폰산염(-SO3M)이 치환된 방향족 고리를 포함하고 SPEEK와 가교를 형성할 수 있는 고분자 중합체라면 상기 SPEEK와 함께 물성이 우수한 막을 얻을 수 있다.As described above, since SPAES has H+ form and SPEEK has K+ form, it is possible to form a conductive crosslinked film with improved conductivity while having excellent mechanical properties of the crosslinked film. Therefore, SPEEK is taken as an example, but if the sulfonate (-SO 3 M) contains an aromatic ring substituted and is a high molecular polymer capable of forming a cross-link with SPEEK, a film with excellent physical properties can be obtained together with the SPEEK.

더욱이, 본 발명의 전도성 가교막의 제조방법은 단계 (B) 이후, 술폰산염을 술폰산기로 치환하는 단계(단계 (C))를 더 포함할 수 있다. 가교막을 형성하는 동안 SPEEK의 술폰산기 -SO3H는 가교반응을 통해 소모되나, SPAES의 술폰산염 -SO3K는 가교막 형성 후에도 여전히 존재하며, 이를 황산 용액 등을 통해 술폰산기로 치환시킬 수 있다. 이러한 처리를 통해 가교막의 전도도를 쉽게 조절할 수 있는 것이 본 발명의 전도성 가교막 제조방법의 중요한 기술적 특징을 이룬다.Furthermore, the method for preparing a conductive cross-linked film of the present invention may further include a step (step (C)) of substituting a sulfonic acid group for a sulfonic acid group after step (B). During the formation of the cross-linking film, the sulfonic acid group -SO 3 H of SPEEK is consumed through the cross-linking reaction, but the sulfonate -SO 3 K of SPAES is still present after the formation of the cross-linking film, and it can be substituted with a sulfonic acid group through a sulfuric acid solution, etc. . The ability to easily control the conductivity of the cross-linked film through this treatment constitutes an important technical feature of the method for manufacturing the conductive cross-linked film of the present invention.

한편, 본 발명의 연료전지는 상기 본 발명에 따른 전도성 가교막을 포함할 수 있다.Meanwhile, the fuel cell of the present invention may include the conductive cross-linked membrane according to the present invention.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.

실시예Example

제조예 1: 술폰화 폴리(아릴렌 에테르 술폰) SPAES90의 제조Preparation Example 1: Preparation of sulfonated poly(arylene ether sulfone) SPAES90

모노머 3,3'-디설포네이트-4,4'-디플루오로디페닐술폰(3,3'-Disulfonate-4,4'-difluorodiphenyl sulfone;SDFDPS), 4,4'-디플루오로디페닐술폰(4,4'-Difluorodiphenyl sulfone;DFDPS), 4,4'-디히드록시바이페닐(4,4'-Dihydroxybiphenyl;BP)을 K2CO3, CaCO3 하에서 150 ℃, 10 시간 동안 중합시켰다.Monomer 3,3'-disulfonate-4,4'-difluorodiphenyl sulfone (3,3'-Disulfonate-4,4'-difluorodiphenyl sulfone; SDFDPS), 4,4'-difluorodiphenyl sulfone ( 4,4'-Difluorodiphenyl sulfone;DFDPS) and 4,4'-dihydroxybiphenyl (4,4'-Dihydroxybiphenyl;BP) were polymerized under K 2 CO 3 , CaCO 3 at 150° C. for 10 hours.

그 후 DMSO, 톨루엔 하에서 190 ℃, 48 시간 가열하여 단계별 중합을 거쳐 중합체 술폰화 폴리(아릴렌 에테르 술폰)(SPAES)를 제조하였다. 이 때, 상기 SDFDPS와 DFDPS의 몰비를 9:1로 하여 술폰화도가 90인 SPAES90을 제조하였다. 제조한 SPAES90의 술폰산기는 -SO3K 로서, K+ 형태를 갖는다.Then, it was heated at 190° C. under toluene under DMSO and toluene for step-by-step polymerization to prepare a polymer sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES). At this time, SPAES90 having a sulfonation degree of 90 was prepared by setting the molar ratio of SDFDPS to DFDPS to 9:1. The sulfonic acid group of the prepared SPAES90 is -SO 3 K and has a K + form.

제조예 2: 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) SPEEK88의 제조Preparation Example 2: Preparation of sulfonated poly(ether ether ketone) SPEEK88

폴리(에테르 에테르 케톤)(PEEK)을 60 ℃에서 3 시간 동안 황산을 사용하여 술폰화를 진행하였다. 그 후, 반응용액을 탈이온수에 침전시켜 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)(SPEEK) 중합체를 수득하고 탈이온수로 세척하여 황산을 완전히 제거하였다. 제조한 SPEEK의 술폰화도는 88로서 SPEEK88로 명명하였으며, 상기 SPEEK 88의 술폰산기는 -SO3H 로서, H+ 형태를 갖는다.Poly(ether ether ketone) (PEEK) was sulfonated using sulfuric acid at 60 °C for 3 hours. Thereafter, the reaction solution was precipitated in deionized water to obtain a sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) polymer and washed with deionized water to completely remove sulfuric acid. The prepared SPEEK had a sulfonation degree of 88 and was named SPEEK88, and the sulfonic acid group of SPEEK 88 was -SO 3 H and had an H + form.

실시예Example 1: 전도성 가교막 CP67의 제조 1: Preparation of conductive crosslinked film CP67

상기 제조예 1에서 제조한 술폰화 폴리아릴렌에테르술폰 SPAES90 및 상기 제조예 2에서 제조한 술폰화 폴리에테르에테르케톤 SPEEK88을 중량비 1:2로 하여 DMSO에 용해시켰다.The sulfonated polyarylene ether sulfone SPAES90 prepared in Preparation Example 1 and the sulfonated polyether ether ketone SPEEK88 prepared in Preparation Example 2 were dissolved in DMSO at a weight ratio of 1:2.

생성된 용액을 닥터 블레이드를 사용하여 평판 유리판 상에 캐스팅하고, 160 ℃에서 12 시간 동안 가열하여 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)의 자기 가교를 유도하였다. 이 후, 가교된 막 CP67을 수득하였다.The resulting solution was cast on a flat glass plate using a doctor blade and heated at 160° C. for 12 hours to induce self-crosslinking of sulfonated poly(ether ether ketone). After this, a cross-linked membrane CP67 was obtained.

실시예 2: 전도성 가교막 CP50의 제조Example 2: Preparation of conductive crosslinked film CP50

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 가교막을 제조하되, SPAES90 및 SPEEK88의 중량비를 1:1로 하여 CP50을 수득하였다.A crosslinked film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of SPAES90 and SPEEK88 was 1:1 to obtain CP50.

실시예 3: 전도성 가교막 CP33의 제조Example 3: Preparation of conductive crosslinked film CP33

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 가교막을 제조하되, SPAES90 및 SPEEK88의 중량비를 2:1로 하여 CP33을 수득하였다.A crosslinked film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of SPAES90 and SPEEK88 was 2:1 to obtain CP33.

실시예 4: 전도성 가교막 CP25의 제조Example 4: Preparation of conductive crosslinked film CP25

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 가교막을 제조하되, SPAES90 및 SPEEK88의 중량비를 3:1로 하여 CP25를 수득하였다.A crosslinked film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of SPAES90 and SPEEK88 was 3:1 to obtain CP25.

비교예 1: 전도성 가교막 CP100의 제조Comparative Example 1: Preparation of conductive crosslinked film CP100

상기 제조예 2에서 제조한 SPEEK88을 DMSO에 용해시켰다. 생성된 용액을 닥터 블레이드를 사용하여 평판 유리판 상에 캐스팅하고, 160 ℃에서 12 시간 동안 가열하여 술폰화 폴리에테르에테르케텐의 자기 가교를 유도하였다. 이 후, 가교된 막 CP100을 수득하였다.SPEEK88 prepared in Preparation Example 2 was dissolved in DMSO. The resulting solution was cast on a flat glass plate using a doctor blade, and heated at 160° C. for 12 hours to induce self-crosslinking of sulfonated polyetheretherketene. After this, a cross-linked membrane CP100 was obtained.

비교예 2: SPEEK(NaComparative Example 2: SPEEK (Na ++ )의 가교) of crosslinking

실시예 1과 동일한 방법으로 가교막을 제조하되, 술폰산기가 -SO3H인 SPEEK 88 대신 술폰산 나트륨염 -SO3Na 형태의 SPEEK(Na+)를 이용하였다.A cross-linked film was prepared in the same manner as in Example 1, except that SPEEK (Na + ) in the form of sodium sulfonic acid salt -SO 3 Na was used instead of SPEEK 88 in which the sulfonic acid group was -SO 3 H.

비교예 3: DMAc 용매에 의한 용액 제조Comparative Example 3: Preparation of solution using DMAc solvent

실시예 1과 동일한 방법으로 가교막을 제조하되, 용매를 DMAc로 하였다.A cross-linked film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the solvent was DMAc.

비교예 4: 140 ℃ 에서의 제조Comparative Example 4: Preparation at 140 °C

실시예 1과 동일한 방법으로 가교막을 제조하되, 가열 온도를 140 ℃로 하였다.A crosslinked film was prepared in the same manner as in Example 1, but the heating temperature was set to 140 °C.

시험예 1: 겔 분획 시험Test Example 1: Gel fraction test

도 2는 좌측부터 비교예 2, 3, 4, 및 실시예 1을 통해 제조한 막을 겔 분획 시험을 통해 관찰한 것이다. 실시예 1의 막이 잘 유지된 것과 달리, 비교예 2 내지 4의 막은 용액에 용해되어 막이 유지되지 않았다. 이를 통해 SPEEK의 술폰산기가 염이 아닌 H+ 형태이고, 용매가 DMSO일 때 막이 잘 형성되는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 4의 겔 분획 시험 결과를 통해 160 ℃ 이상에서 가교가 더욱 용이하게 형성될 수 있음을 추측할 수 있다.2 is a view of the membranes prepared in Comparative Examples 2, 3, 4, and Example 1 from the left through a gel fractionation test. Unlike the membranes of Example 1, the membranes of Comparative Examples 2 to 4 were dissolved in the solution and the membranes were not maintained. Through this, it can be seen that the sulfonic acid group of SPEEK is in the form of H+ rather than a salt, and the film is well formed when the solvent is DMSO. In addition, it can be inferred that crosslinking can be more easily formed at 160° C. or higher through the gel fraction test result of Comparative Example 4.

비교예 5: 120 ℃ 에서의 제조Comparative Example 5: Preparation at 120 °C

실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 가열 온도를 120 ℃로 하였다.It was prepared in the same manner as in Example 1, but the heating temperature was 120 °C.

시험예 2: 겔 분획 시험Test Example 2: Gel fraction test

도 3은 실시예 1 및 비교예 5를 통해 제조한 가교막을 겔 분획 시험을 통해 관찰한 것이다. 실시예 1의 가교막과 달리 비교예 5의 가교막은 용액에 완전히 용해되었으며, 이를 통해 120 ℃에서는 가교 구조가 도입되지 않았음을 알 수 있다. 3 is a view showing the cross-linked membranes prepared in Example 1 and Comparative Example 5 through a gel fractionation test. Unlike the crosslinked film of Example 1, the crosslinked film of Comparative Example 5 was completely dissolved in the solution, and it can be seen that no crosslinked structure was introduced at 120 °C.

시험예 3: CP33의 FT-IR 스펙트럼 Test Example 3: FT-IR spectrum of CP33

도 4는 상기 SPAES90, CP100, CP33, 및 CP33 겔 분획 잔류물의 FT-IR 스펙트럼이다. CP33 겔-분획 잔류물의 FT-IR 스펙트럼에서 CP100에는 존재하지 않는 SPAES의 술폰 근처 페닐렌의 특징적인 피크가 관찰되었다. 이를 통해 CP33에서 SPAES 및 SPEEK가 모두 막의 가교구조를 형성하고 있음을 알 수 있다.4 is an FT-IR spectrum of the SPAES90, CP100, CP33, and CP33 gel fraction residues. In the FT-IR spectrum of the CP33 gel-fraction residue, a characteristic peak of phenylene near the sulfone of SPAES, which is not present in CP100, was observed. Through this, it can be seen that both SPAES and SPEEK in CP33 form a cross-linked structure of the film.

시험예 4: 가교 밀도 평가Test Example 4: Crosslinking Density Evaluation

도 5는 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 막의 겔-분획 시험 전후 디지털 이미지이며, 겔 분획 시험의 결과는 하기 표 1과 같다. 상기 겔 분획 시험으로부터, SPEEK 함량의 증가에 따라 가교 밀도가 증가하는 것으로 관찰되었다. 5 is a digital image before and after the gel-fractionation test of the membranes prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, and the results of the gel fractionation test are shown in Table 1 below. From the gel fraction test, it was observed that the crosslinking density increased with the increase of the SPEEK content.

CP100CP100 CP67CP67 CP50CP50 CP33CP33 CP25CP25 Weight percent of SPEEK(%)Weight percent of SPEEK(%) 100.00100.00 67.0067.00 50.0050.00 33.3333.33 25.0025.00 Residual weight after gel-fraction test(%)Residual weight after gel-fraction test (%) 99.8199.81 89.0689.06 82.1182.11 76.7576.75 62.1762.17

시험예 5: 치수안정성 평가Test Example 5: Dimensional stability evaluation

실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 가교막의 물 흡수 및 팽윤 비율을 측정하여 가교 구조가 치수안정성에 미치는 효과를 확인하였다(도 6). 예상한 바와 같이, SPEEK 함량이 증가함에 따라 가교 밀도가 증가하여 막의 수분 흡수값이 감소하였다. 막의 팽창비 거동은 물 흡수 거동과 유사하였으며, 이는 물에 의한 막의 부피 팽창은 친수성 그룹의 수화에 의해 직접 영향을 받기 때문이다.By measuring the water absorption and swelling ratios of the crosslinked films prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the effect of the crosslinked structure on dimensional stability was confirmed (FIG. 6). As expected, as the SPEEK content increased, the crosslinking density increased, leading to a decrease in the water absorption value of the membrane. The expansion ratio behavior of the membrane was similar to the water absorption behavior, because the volume expansion of the membrane by water is directly affected by the hydration of hydrophilic groups.

시험예 6: 막 표면 평가Test Example 6: Membrane surface evaluation

실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 가교막의 형태는 SEM에 의해 조사되었다. 도 7은 각 샘플의 표면(좌) 및 단면(우)의 SEM 이미지이다. 모든 샘플에서 상분리 도메인을 관찰할 수 없었다. 그러나 CP33 및 CP25은 거친 표면을 갖는 것을 관찰할 수 있었으며, 이는 세척 과정에서의 과도한 팽창으로 인한 현상일 수 있다.The shapes of the crosslinked films prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were investigated by SEM. 7 is an SEM image of the surface (left) and cross-section (right) of each sample. Phase-separated domains could not be observed in all samples. However, CP33 and CP25 could be observed to have rough surfaces, which may be due to excessive expansion during the washing process.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and those skilled in the art can implement various modifications without departing from the gist of the present invention. Of course it is possible. Accordingly, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the above embodiments, and should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.

Claims (10)

술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 및 술폰산염이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체가 -SO2- 가교된 전도성 가교막으로서,
상기 술폰산염이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체는 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위 및 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하고,
상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)은 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위 및 화학식 7로 표시되는 반복단위를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전도성 가교막:
[화학식 4]
Figure 112021087852816-pat00045

[화학식 5]
Figure 112021087852816-pat00046

[화학식 6]
Figure 112021087852816-pat00047

[화학식 7]
Figure 112021087852816-pat00048

상기 화학식 4 및 화학식 5에 있어서, x:y 는 0.8:0.2 내지 0.1:0.9이고,
상기 화학식 6 및 화학식 7에 있어서, p:q 는 0.8:0.2 내지 0.1:0.9이고,
상기 K는 금속임.
A sulfonated poly(ether ether ketone) and a high molecular polymer including an aromatic ring substituted with a sulfonate is -SO 2 - A cross-linked conductive film comprising:
The high molecular weight polymer including the aromatic ring substituted with the sulfonate includes a repeating unit represented by the following Chemical Formula 4 and a repeating unit represented by the Chemical Formula 5,
Wherein the sulfonated poly(ether ether ketone) comprises a repeating unit represented by the following formula (6) and a repeating unit represented by formula (7):
[Formula 4]
Figure 112021087852816-pat00045

[Formula 5]
Figure 112021087852816-pat00046

[Formula 6]
Figure 112021087852816-pat00047

[Formula 7]
Figure 112021087852816-pat00048

In Formulas 4 and 5, x:y is 0.8:0.2 to 0.1:0.9,
In Formulas 6 and 7, p:q is 0.8:0.2 to 0.1:0.9,
wherein K is a metal.
삭제delete 삭제delete (A) 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 및 술폰산염이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체를 용매에 용해시키는 단계; 및
(B) 150 내지 220 ℃로 가열하여 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)의 -SO2- 가교반응을 유도하는 단계;를 포함하고,
상기 용매는 DMSO(Dimethyl sulfoxide)를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 술폰산염이 치환된 방향족 고리를 포함하는 고분자 중합체는 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위 및 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하고,
상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤)은 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위 및 화학식 7로 표시되는 반복단위를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전도성 가교막의 제조방법:
[화학식 4]
Figure 112021087852816-pat00049

[화학식 5]
Figure 112021087852816-pat00050

[화학식 6]
Figure 112021087852816-pat00051

[화학식 7]
Figure 112021087852816-pat00052

상기 화학식 4 및 화학식 5에 있어서, x:y 는 0.8:0.2 내지 0.1:0.9이고,
상기 화학식 6 및 화학식 7에 있어서, p:q 는 0.8:0.2 내지 0.1:0.9이고,
상기 K는 금속임.
(A) dissolving a high molecular polymer comprising a sulfonated poly(ether ether ketone) and an aromatic ring substituted with a sulfonate in a solvent; and
(B) inducing -SO 2 - crosslinking reaction of the sulfonated poly (ether ether ketone) by heating to 150 to 220 ° C.;
The solvent is characterized in that it contains DMSO (dimethyl sulfoxide),
The high molecular weight polymer including the aromatic ring substituted with the sulfonate includes a repeating unit represented by the following formula (4) and a repeating unit represented by the formula (5),
The sulfonated poly(ether ether ketone) comprises a repeating unit represented by the following formula (6) and a repeating unit represented by formula (7), a method for producing a conductive cross-linked film:
[Formula 4]
Figure 112021087852816-pat00049

[Formula 5]
Figure 112021087852816-pat00050

[Formula 6]
Figure 112021087852816-pat00051

[Formula 7]
Figure 112021087852816-pat00052

In Formulas 4 and 5, x:y is 0.8:0.2 to 0.1:0.9,
In Formulas 6 and 7, p:q is 0.8:0.2 to 0.1:0.9,
wherein K is a metal.
삭제delete 청구항 4에 있어서,
상기 전도성 가교막의 제조방법은, 상기 술폰화 폴리(에테르 에테르 케톤) 및 상기 고분자 중합체의 비율을 조절하여 가교막의 가교밀도를 임의로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는, 전도성 가교막의 제조방법.
5. The method according to claim 4,
The method for producing the conductive cross-linked film is characterized in that the cross-linking density of the cross-linked film can be arbitrarily adjusted by adjusting the ratio of the sulfonated poly(ether ether ketone) and the polymer polymer.
삭제delete 삭제delete 청구항 4에 있어서,
상기 전도성 가교막의 제조방법은,
(C) 술폰산염을 술폰산기로 치환하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전도성 가교막의 제조방법.
5. The method according to claim 4,
The method for producing the conductive cross-linked film,
(C) substituting a sulfonic acid group for a sulfonate;
청구항 1의 전도성 가교막을 포함하는 연료전지.
A fuel cell comprising the conductive cross-linked membrane of claim 1.
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