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KR20140133748A - Ion-conducting polymer comprising controlled sulfonated poly(phenyl sulfone) and use thereof - Google Patents

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KR20140133748A
KR20140133748A KR20130053417A KR20130053417A KR20140133748A KR 20140133748 A KR20140133748 A KR 20140133748A KR 20130053417 A KR20130053417 A KR 20130053417A KR 20130053417 A KR20130053417 A KR 20130053417A KR 20140133748 A KR20140133748 A KR 20140133748A
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Abstract

The present invention relates to an ionic conducting polymer characterized by comprising: a block copolymer including a hydrophilic block and a hydrophobic block, wherein the hydrophilic block includes sulfonated polyphenyl sulfone structure including sulfonic acid groups, and the hydrophobic block includes benzene rings bonded by ether bonds of the increased number; a block copolymer including repeating units having the hydrophobic bond and the hydrophilic block including or not including capping units on both linked ends; a method to manufacture the block copolymer; an ionic conductor including the ionic conducting polymer or block copolymer; and a battery including an electrolyte membrane or a separator formed from a resin composition including the ionic conductive polymer or block copolymer. The ionic conducting polymer of the present invention is a block copolymer which includes the hydrophobic block including benzene rings bonded by ether bond to provide flexibility while including hydrophilic block including polyphenyl sulfone structure including sulfonic acid groups to maintain strength and dimensional stability.

Description

조절된 갯수의 술폰산기가 치환된 폴리페닐술폰 구조를 포함하는 이온전도성 고분자 및 이의 용도{Ion-conducting polymer comprising controlled sulfonated poly(phenyl sulfone) and use thereof}[0001] The present invention relates to an ion-conducting polymer comprising a polyphenylsulfone structure substituted with a controlled number of sulfonic acid groups, and to an ion-

본 발명은 친수성 블록 및 소수성 블록을 포함하는 블록공중합체를 포함하는 이온전도성 고분자에 있어서, 상기 친수성 블록은 술폰산기를 포함하는 폴리페닐술폰(sulfonated poly(phenyl sulfone))구조를 포함하고, 상기 소수성 블록은 증가된 수의 에테르 결합으로 연결된 벤젠고리를 포함하는 것이 특징인 이온전도성 고분자; 각각 독립적으로 양 말단에 캡핑 단위를 포함 또는 불포함하는 소수성 블록과 친수성 블록이 연결된 반복단위를 포함하는 블록 공중합체; 상기 블록 공중합체의 제조방법; 상기 이온전도성 고분자 또는 블록 공중합체를 포함하는 이온전도체; 상기 이온전도성 고분자 또는 블록 공중합체를 포함하는 수지 조성물로부터 성형된 전해질막 또는 분리막을 구비한 전지에 관한 것이다.
The present invention relates to an ion conductive polymer comprising a hydrophilic block and a block copolymer comprising a hydrophobic block, wherein the hydrophilic block comprises a sulfonated poly (phenyl sulfone) structure containing a sulfonic acid group, An ionic conducting polymer comprising a benzene ring linked by an increased number of ether bonds; A block copolymer comprising a repeating unit in which a hydrophilic block having hydrophilic blocks, each hydrophilic block containing or not including capping units at both ends thereof, is connected independently; A method for producing the block copolymer; An ion conductor comprising the ion conductive polymer or block copolymer; An electrolyte membrane formed from a resin composition containing the ion conductive polymer or a block copolymer, or a battery having a separation membrane.

연료전지는 연료의 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 에너지 전환 장치로써 높은 에너지 효율성과 오염물 배출이 적은 친환경적인 특징으로 차세대 에너지원으로 연구 개발되어져 왔다. 고분자 전해질막을 포함하는 양성자 교환막 연료전지(proton exchange membrane fuel cell a.k.a. polymer electrolyte membrane fuel cell; PEMFC)는 낮은 작동온도, 고체 전해질 사용으로 인한 누수문제 배제, 빠른 구동 등의 장점으로 휴대용, 차량용 및 가정용 전원장치로 각광받고 있다.Fuel cells are energy conversion devices that convert the chemical energy of fuels directly into electric energy, and have been developed as a next generation energy source with high energy efficiency and eco-friendly characteristics with less pollutant emissions. Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) containing polymer electrolyte membranes have advantages such as low operating temperature, elimination of leakage problems due to the use of solid electrolytes, and fast operation, Devices.

일반적으로 고분자 전해질 연료전지에서 사용되는 전해질막은 불소화된(perfluorinated) 고분자 전해질과 탄화수소계(hydrocarbon) 고분자 전해질로 나눌 수 있다. 상기 불소화된 고분자 전해질은 탄소-불소(C-F)간의 강한 결합력과 불소원자의 특징인 가림(shielding) 효과로 화학적으로 안정하며, 기계적인 물성도 우수하고, 특히 수소이온 교환막으로 전도성이 우수하여 현재 고분자 전해질형 연료전지의 고분자막으로 상용화되고 있다. 미국 듀퐁(Du Pont)사의 상품인 네피온(Nafion, 퍼플루오르화 술폰산 중합체)은 상용화된 수소이온 교환막의 대표적인 예로서 이온전도도, 화학적 안정성, 이온 선택성 등이 우수하여 현재 가장 많이 상용화되고 있다. 그러나, 불소화된 고분자 전해질막은 우수한 성능에 반하여 높은 가격으로 인해 산업용으로서의 이용도가 낮으며, 메탄올이 고분자막을 통과하는 메탄올 투과성(methanol crossover)이 높고, 80℃ 이상에서의 고분자막의 효율이 감소되는 단점이 있어 가격면에서 경쟁이 가능한 탄화수소 이온 교환막에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In general, an electrolyte membrane used in a polymer electrolyte fuel cell can be divided into a perfluorinated polymer electrolyte and a hydrocarbon polymer electrolyte. The fluorinated polymer electrolyte is chemically stable due to a strong binding force between carbon-fluorine (CF) and a shielding effect which is a characteristic of a fluorine atom, and has excellent mechanical properties. Particularly, And has been commercialized as a polymer membrane of an electrolyte type fuel cell. Nafion (perfluorinated sulfonic acid polymer), a product of Du Pont, USA, is a typical example of a commercially available hydrogen ion exchange membrane, and has been most commercially used since it has excellent ionic conductivity, chemical stability and ion selectivity. However, the fluorinated polymer electrolyte membrane has a low utilization rate for industrial use due to its high price compared to the excellent performance, a disadvantage that the methanol permeability (methanol crossover) of methanol through the polymer membrane is high and the efficiency of the polymer membrane is decreased And therefore, researches on hydrocarbon ion exchange membranes that can be competitive in terms of price have been actively conducted.

연료전지에 사용되는 고분자 전해질막은 연료전지 구동시 요구되는 조건에서 안정해야 하므로 사용가능한 고분자가 방향족 폴리에테르(aromatic polyether; APE) 등으로 매우 제한된다. 연료전지 구동 시 가수분해, 산화, 환원반응 등이 고분자막의 분해를 야기하여 연료전지의 성능을 저하시킨다. 따라서, 폴리에테르케톤(polyetherketone), 폴리에테르술폰(polyethersulfone) 계열의 폴리아릴렌에테르(polyaryleneether) 고분자는 우수한 화학적 안정성과 기계적 물성으로 인해 이를 연료전지에 적용하기 위해 연구되어 왔다.Since the polymer electrolyte membrane used in the fuel cell must be stable under the conditions required for driving the fuel cell, the usable polymer is very limited by aromatic polyether (APE) and the like. Hydrolysis, oxidation, and reduction reactions during the operation of a fuel cell cause degradation of the polymer membrane, thereby deteriorating the performance of the fuel cell. Accordingly, polyetherketone and polyethersulfone-based polyaryleneether polymers have been studied for their application to fuel cells due to their excellent chemical stability and mechanical properties.

종래기술에서 개시한 고분자 술폰화 방법들은, 상용화된 나피온(Nafion, Dupont)과 유사한 수소이온 전도도를 구현하고자 술폰산기 함량(술폰화도; DS, Degree of sulfonation)을 증가시킬 경우, 전해질막의 물 함량 및 메탄올 함량이 지나치게 증가해 전해질막이 메탄올에 용해되는 등 전해질막의 기계적 집적도를 현저히 떨어뜨려 연료전지 구동시 요구되는 전해질막의 물성을 충족시키지 못했다.The polymer sulfonation methods disclosed in the prior art have the disadvantage that when the degree of sulfonation (DS) (degree of sulfonation) is increased in order to realize hydrogen ion conductivity similar to that of commercialized Nafion (Dupont), the water content And the methanol content is excessively increased to dissolve the electrolyte membrane in methanol, thereby remarkably deteriorating the mechanical integrity of the electrolyte membrane, failing to satisfy the physical properties of the electrolyte membrane required for driving the fuel cell.

이에 본 발명자들은 친수성 블록에 도입된 치환기의 함량을 조절하고, 막성형에 용이하도록 유연성을 가지면서도 화학적 내구성을 잃지 않는 이온전도성 고분자를 제조하고자 예의 연구노력한 결과, 술폰화된 폴리페닐술폰의 강직한 화학적 구조로 인한 막 성형의 어려움을 극복하기 위하여 소수성 블록에 유연한 에테르 결합의 함량을 증가시킴으로써 극복하였다. 나아가, 상기 고분자는 술폰산기와 분리된 위치에 반응성 에테르 결합을 포함함으로써 화학적 내구성이 악화되는 것을 방지할 수 있음을 확인하였다.
Accordingly, the present inventors have made intensive researches to prepare an ion conductive polymer which has flexibility to control the content of a substituent introduced into a hydrophilic block and which does not lose its chemical durability while being flexible enough to form a film. As a result, In order to overcome the difficulty of membrane formation due to the chemical structure, it is overcome by increasing the content of flexible ether bond in hydrophobic block. Furthermore, it has been confirmed that the polymer can prevent the chemical durability from deteriorating by containing a reactive ether bond at a position separated from the sulfonic acid group.

본 발명의 목적은 종래 폴리페닐술폰 구조를 포함하는 이온전도체가 이의 강직한 화학구조로 인해 막 형태로 제조시 매우 부스러지기 쉬운 문제가 있다는 점에 착안하여, 강직한 구조의 술폰산기를 포함하는 폴리페닐술폰 구조를 포함하는 친수성 블록을 모아 블록 공중합체의 형태로 제조시 유연한 에테르기로 연결된 벤젠고리를 포함하는 소수성 블록을 사용함으로써 유연성이 충분히 확보된 고분자를 제공하는 것이다.
DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a polyphenylsulfone-containing polyphenylene sulfone-based polyphenylene sulfide having a structure in which an ionic conductor having a rigid structure The present invention provides a polymer having sufficient flexibility by using a hydrophobic block containing a benzene ring linked with a flexible ether group in the production of a block copolymer by collecting a hydrophilic block containing a sulfone structure.

본 발명은 친수성 블록 및 소수성 블록을 포함하는 블록공중합체를 포함하는 이온전도성 고분자에 있어서, 상기 친수성 블록은 술폰산기를 포함하는 폴리페닐술폰(sulfonated poly(phenyl sulfone))구조를 포함하고, 상기 소수성 블록은 하기 화학식 1로 표시되는 것이 특징인 이온전도성 고분자를 제공한다:The present invention relates to an ion conductive polymer comprising a hydrophilic block and a block copolymer comprising a hydrophobic block, wherein the hydrophilic block comprises a sulfonated poly (phenyl sulfone) structure containing a sulfonic acid group, Is represented by the following general formula (1): < EMI ID = 1.0 >

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

A'은 전자끌게기로서 -(SO2)-, -(C=O)-, -CF2-, -C(CF3)2- 또는 -(P=O)-,A 'is an electron withdrawing group such as - (SO 2 ) -, - (C═O) -, -CF 2 -, -C (CF 3 ) 2 - or - (P═O)

p는 1 또는 2,p is 1 or 2,

q는 1 이상의 정수일 수 있다.
q may be an integer of 1 or more.

이때, 상기 친수성 블록은 하기 화학식 2 내지 4 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.In this case, the hydrophilic block may be represented by any one of the following formulas (2) to (4).

[화학식 2](2)

Figure pat00002
Figure pat00002

[화학식 3](3)

Figure pat00003
Figure pat00003

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 화학식 2 내지 4에서,In the above Chemical Formulas 2 to 4,

a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수,a and b are each independently an integer of 1 to 4,

M은 양이온으로서, H+, Li+, Na+, K+, NR4 + 또는 PR4 +,M is a cation, H +, Li +, Na +, K +, NR 4 + or PR 4 +,

A는 전자끌게기로서 -(SO2)-, -(C=O)-, -CF2-, -C(CF3)2- 또는 -(P=O)-,A is an electron withdrawing group, - (SO 2 ) -, - (C═O) -, -CF 2 -, -C (CF 3 ) 2 - or -

l은 0 내지 2의 정수,l is an integer of 0 to 2,

m은 1 이상의 정수이다.
m is an integer of 1 or more.

또한 본 발명은 하기 화학식 5 내지 7 중 어느 하나로 표시되는 반복단위를 포함하는 친수성 블록 및 소수성 블록을 포함하는 블록 공중합체를 제공한다:The present invention also provides a block copolymer comprising a hydrophilic block and a hydrophobic block comprising a repeating unit represented by any one of the following formulas (5) to (7):

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00005
Figure pat00005

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식 7](7)

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 화학식 5 내지 7에서,In the above formulas 5 to 7,

a, b, A, A', M, l, m, p 및 q는 각각 제1항 또는 제3항에 정의된 바와 같고, y는 1 이상의 정수이며, E 및 E'은 각각 독립적으로 단일결합 또는 캡핑 단위로서 하나 이상의 벤젠고리를 포함하며 말단에 반응성 작용기인 히드록시 또는 플루오르기를 포함하는 분자이다.a, b, A, A ', M, l, m, p and q are as defined in claim 1 or 3, y is an integer of 1 or more, E and E' Or a molecule comprising at least one benzene ring as a capping unit and containing a hydroxy or fluorine group as a reactive functional group at the terminal.

상기 E 또는 E'이 캡핑 단위인 경우 말단의 히드록시기 또는 플루오르기를 통해 각각 소수성 단위 중합체 및 친수성 단위 중합체에 연결된 것일 수 있다.
And when E or E 'is a capping unit, it may be connected to the hydrophobic unit polymer and the hydrophilic unit polymer through a terminal hydroxyl group or a fluorine group, respectively.

나아가, 본 발명은 상기 블록 공중합체의 제조방법으로서, 설파이드기를 포함하는 하기 화학식 13 내지 15 중 어느 하나의 화학식으로 표시되는 친수성 단위 중합체의 전구체를 준비하는 단계; 하기 화학식 1로 표시되는 소수성 단위 중합체를 준비하는 단계; 상기 친수성 단위 중합체의 전구체와 소수성 단위 중합체를 혼합하여 축합반응에 의해 블록 공중합체를 형성하는 단계; 및 상기 친수성 단위 중합체의 전구체의 설파이드기를 술폰기로 산화시키는 단계를 포함하는 블록 공중합체의 제조방법을 제공한다:Further, the present invention provides a method for producing the block copolymer, comprising the steps of: preparing a precursor of a hydrophilic unit polymer represented by the following formula (13) to (15), which contains a sulfide group; Preparing a hydrophobic unit polymer represented by the following formula (1); Mixing a precursor of the hydrophilic unit polymer with a hydrophobic unit polymer to form a block copolymer by a condensation reaction; And oxidizing the sulfide group of the precursor of the hydrophilic unit polymer to a sulfone group.

[화학식 13][Chemical Formula 13]

Figure pat00008
Figure pat00008

[화학식 14][Chemical Formula 14]

Figure pat00009
Figure pat00009

[화학식 15][Chemical Formula 15]

Figure pat00010

Figure pat00010

더 나아가, 본 발명은 본 발명의 이온전도성 블록 공중합체를 포함하는 이온전도체를 제공한다.Further, the present invention provides an ion conductor comprising the ion conductive block copolymer of the present invention.

상기 이온전도체는 본 발명의 이온전도성 블록 공중합체를 포함하는 수지 조성물로 형성된 성형체일 수 있다. 또한, 상기 성형체는 전해질막, 분리막 또는 수처리막일 수 있다.
The ion conductor may be a molded body formed from a resin composition containing the ion conductive block copolymer of the present invention. The molded article may be an electrolyte membrane, a separator membrane or a water treatment membrane.

또한, 본 발명은 본 발명의 블록 공중합체를 포함하는 수지 조성물로부터 성형된 전해질막 또는 분리막을 구비한 전지를 제공한다.
The present invention also provides a battery having an electrolyte membrane or separator formed from a resin composition comprising the block copolymer of the present invention.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 종래 폴리페닐술폰 구조를 포함하는 이온전도체가 이의 강직한 화학구조로 인해 막 형태로 제조시 매우 부스러지기 쉬운 문제가 있다는 점에 착안하여, 강직한 구조의 술폰산기를 포함하는 폴리페닐술폰 구조를 포함하는 친수성 블록을 모아 블록 공중합체의 형태로 제조시 유연한 에테르기로 연결된 벤젠고리를 포함하는 소수성 블록을 사용함으로써 유연성을 충분히 확보하는 것이 특징이다.In view of the fact that ionic conductors containing a conventional polyphenylsulfone structure are liable to be very easily broken down in the form of a film due to its rigid chemical structure, the present invention has a structure in which a polyphenylsulfone structure containing a sulfonic acid group And a hydrophobic block containing a benzene ring linked by a flexible ether group when the hydrophilic block is assembled into a block copolymer in the form of a block copolymer.

또한 상기 본 발명에 따른 친수성 및 소수성 블록을 포함하는 이온전도성 고분자는 소수성 블록에 에테르기로 연결된 벤젠고리의 함량을 증가시켜 용해도를 증가시키고 막 형태로 제조시 유연성을 향상시킬 수 있는 것이 특징이다. 놀랍게도 본 발명의 고분자는 증가된 수의 에테르 결합을 포함함에도 불구하고 상기 에테르 결합을 소수성 블록에 포함시켜 술폰산기와 격리시킴으로써 일반적으로 에테르기의 함량이 증가하였을 때 수반될 수 있는 물흡수율, 치수안정성 악화, 화학적 내구성 감소 등의 역효과는 나타내지 않는다.In addition, the ion conductive polymer comprising the hydrophilic and hydrophobic block according to the present invention is characterized in that the solubility is increased by increasing the content of the benzene ring linked to the hydrophobic block through the ether group, and the flexibility of the membrane is improved. Surprisingly, although the polymer of the present invention contains an increased number of ether bonds, the ether bond is contained in the hydrophobic block and is isolated from the sulfonic acid group, so that the water absorption rate and dimensional stability deterioration , Chemical durability reduction, and the like.

술폰산기(sulfonic acid group; -SO3H)는 고분자 전해질막에 수소이온(proton, H+) 전도성을 부여하기 위해 도입된다. 동일한 목적으로 술폰산의 알칼리 금속염을 사용할 수 있다. 상기 "알칼리 금속염"은 Na+, K+, 또는 Li+ 등의 알칼리족 금속의 양이온이 술폰산의 양성자(H+)를 대신하는 것일 수 있다.The sulfonic acid group (-SO 3 H) is introduced to impart hydrogen ion (proton, H + ) conductivity to the polymer electrolyte membrane. Alkali metal salts of sulfonic acids may be used for the same purpose. The "alkali metal salt" may be a cation of an alkaline metal such as Na + , K + , or Li + in place of a proton (H + ) of sulfonic acid.

본 발명에서 친수성 블록은 술폰산기를 포함하는 폴리페닐술폰 구조를 포함한다. 예컨대, 벤젠고리가 다소 강직한 술폰기로 연결되어 있어서 강도가 부여되고 화학적 안정성이 증가된다. 그러나, 이러한 술폰기로 연결된 구조는 막 형태로 제조하는 경우 강직한 화학구조로 인해 부서지기 쉬운(brittle) 단점이 있다.In the present invention, the hydrophilic block includes a polyphenylsulfone structure containing a sulfonic acid group. For example, benzene rings are linked to somewhat rigid sulfone groups, imparting strength and increasing chemical stability. However, such a sulfonated structure has a disadvantage in that it is brittle due to its rigid chemical structure when it is prepared into a membrane form.

따라서, 본 발명은 에테르 결합으로 연결된 복수개의 벤젠고리를 포함하는 소수성 블록을 포함할 수 있다. 소수성 블록 내에서 비교적 유연한 구조를 갖는 에테르 결합을 포함하며, 상기 에테르 결합의 함량을 증가시킴으로써 충분한 유연성을 확보할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 고분자는 강직한 친수성 블록을 모아 유연한 소수성 블록으로 분리시킨 블록 공중합체의 형태로 제조하여 연료전지 작동환경인 고온 및 높은 산성도의 조건에서 충분한 내구성을 가지면서도 유연성을 확보하여 막으로의 제조가 용이한 고분자를 제공하는 것이 특징이다. 한편 술폰산기가 조밀하고 국부적(densely and locally)으로 치환된 술폰화 구조를 형성시킴으로써 친수성 도메인과 소수성 도메인의 효과적인 상분리를 유발할 수 있다.Accordingly, the present invention may include a hydrophobic block comprising a plurality of benzene rings linked by an ether linkage. It contains an ether bond having a relatively flexible structure in the hydrophobic block, and sufficient flexibility can be ensured by increasing the content of the ether bond. That is, the polymer according to the present invention can be prepared in the form of a block copolymer in which rigid hydrophilic blocks are collected and separated into flexible hydrophobic blocks, thereby ensuring flexibility while ensuring sufficient durability under conditions of high temperature and high acidity, Which is easy to manufacture. On the other hand, by forming a dense and densely and locally substituted sulfonated structure of the sulfonic acid group, an effective phase separation of the hydrophilic domain and the hydrophobic domain can be induced.

본 발명의 구체적인 실시예에서는 소수성 블록에 도입된 증가된 함량의 에테르 결합의 효과를 확인하기 위하여, 비교예로서 동일한 친수성 구조의 블록을 포함하면서 소수성 블록에 낮은 함량의 에테르 결합을 포함하는 블록 공중합체와 친수성 블록에 에테르 결합을 도입한 블록 공중합체를 제조하여 사용하였다. 그 결과 본 발명에 따른 소수성 블록에 증가된 함량의 에테르 결합을 포함하는 블록 공중합체는 낮은 함량의 에테르 결합을 포함하는 블록 공중합체에 비해 증가된 유연성을 가지면서 동일하거나 높은 화학적 내구성을 갖는 것을 확인하였다(도 1 및 표 3). 한편, 친수성 블록에 에테르 결합을 도입한 경우에는 화학적 내구성이 급격히 감소하여 산화안정성이 낮아 펜톤시약 처리시 모두 분해되어 필름형태를 유지하지 못하였다(표 3).In a specific embodiment of the present invention, in order to confirm the effect of the increased content of ether linkage introduced into the hydrophobic block, as a comparative example, a block copolymer containing a block of the same hydrophilic structure and containing a low content of ether linkage in the hydrophobic block And a block copolymer having an ether bond introduced into a hydrophilic block were prepared and used. As a result, it was confirmed that the block copolymer containing an increased amount of ether bond in the hydrophobic block according to the present invention had the same or higher chemical durability with increased flexibility as compared with the block copolymer containing a lower content of ether bond (Fig. 1 and Table 3). On the other hand, when the ether bond was introduced into the hydrophilic block, the chemical durability was drastically decreased and the oxidation stability was low.

상기 본 발명에 따른 친수성 블록은 하기 화학식 8로 표시되는 술폰산기를 포함하는 단량체를 화학식 9 또는 10으로 표시되는 설파이드기를 포함하는 단량체와 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 황원자(sulfur atom; S)를 포함하는 화합물은 친핵성(nucleophilicity)이 높은 좋은 친핵체(good nucleophile)로서 반응기로서 할로겐을 포함하는 화합물과 친핵성 치환반응을 일으킬 수 있으며, 그 결과로서 설파이드기로 연결된 화합물을 제공할 수 있다.The hydrophilic block according to the present invention can be prepared by reacting a monomer having a sulfonic acid group represented by the following formula (8) with a monomer having a sulfide group represented by the formula (9) or (10). A compound containing a sulfur atom (S) is a good nucleophile having a high nucleophilicity and can cause a nucleophilic substitution reaction with a halogen-containing compound as a reactor. As a result, a compound having a sulfido group Can be provided.

[화학식 8][Chemical Formula 8]

Figure pat00011
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[화학식 9][Chemical Formula 9]

Figure pat00012
Figure pat00012

[화학식 10][Chemical formula 10]

Figure pat00013
Figure pat00013

상기 a, b 및 A는 각각 화학식 2 내지 4에 대해 정의된 바와 같으며, X는 할로겐이며, l은 1 또는 2이다.Wherein a, b and A are each as defined for formulas 2 to 4, X is halogen and l is 1 or 2.

예컨대, 상기 화학식 8로 표시되는 술폰산기를 포함하는 단량체의 양 말단의 할로겐이 치환된 자리에서 화학식 9 또는 10으로 표시되는 화합물의 설파이드기에 의한 친핵성 치환반응이 수행될 수 있으며, 그 결과로서 상기 할로겐이 설파이드기로 연결된 페닐기 또는 황원자로 치환된 화합물이 형성된다. 상기 제조된 화합물은 본 발명에 따른 친수성 블록의 전구체로서 중합반응으로 블록 공중합체를 형성한 후 산화시켜 설파이드기를 술폰기로 전환시킬 수 있다.For example, a nucleophilic substitution reaction of a compound represented by the formula (9) or (10) with a sulfide group can be carried out at a position substituted with halogens at both terminals of a monomer having a sulfonic acid group represented by the formula (8) A phenyl group connected with the sulfide group or a compound substituted with a sulfur atom is formed. The compound thus prepared can be converted into a sulfone group by forming a block copolymer by a polymerization reaction and then oxidizing it as a precursor of the hydrophilic block according to the present invention.

상기 본 발명에 따른 소수성 블록은 하기 화학식 11 및 12로 표시되는 단량체들로부터 제조될 수 있다. 하기 화학식 11로 표시되는 화합물은 양 말단에 반응성기로써 할로겐을, 화학식 12로 표시되는 화합물은 히드록시기를 포함하는 것으로, 상기 히드록시기와 할로겐의 친핵반응에 있어서의 반응성 차이에 의해 치환반응이 수행될 수 있다. 즉, 히드록시기가 보다 좋은 이탈기(good leaving group)인 할로겐을 치환하여 화학식 11로 표시되는 화합물의 양 말단에 화학식 12로 표시되는 화합물이 에테르 결합을 형성함으로써 결합하여 소수성 블록을 형성할 수 있다.The hydrophobic block according to the present invention can be prepared from the monomers represented by the following general formulas (11) and (12). The compound represented by the following general formula (11) includes a halogen as a reactive group at both ends and a compound represented by the general formula (12) as a hydroxyl group, and the substitution reaction can be carried out by the difference in reactivity in the nucleophilic reaction between the hydroxyl group and the halogen have. That is, the hydroxy group is substituted with a halogen, which is a good leaving group, and the compound represented by the general formula (12) forms an ether bond at both ends of the compound represented by the general formula (11) to form a hydrophobic block.

[화학식 11](11)

Figure pat00014
Figure pat00014

[화학식 12][Chemical Formula 12]

Figure pat00015
Figure pat00015

상기 A' 및 p는 화학식 1에 대해 정의된 바와 같으며, X는 할로겐이다.
Wherein A 'and p are as defined for formula (1), and X is halogen.

한편, 본 발명에 따른 고분자는 각각 독립적으로 친수성 블록 또는 소수성 블록의 양 말단에 반응성 작용기로서 히드록시기 또는 할로겐을 포함하는 캡핑 단위를 추가로 포함할 수 있다. 상기 캡핑 단위는 친수성 블록을 형성하는 친수성 단위 중합체 전구체 또는 소수성 단위 중합체의 양 말단에 노출된 반응성이 매우 높은 설파이드기를 차단하여 상기 친수성 단위 중합체 전구체가 서로 반응성이 높으면서 이황화결합(disulfide bond)를 형성하여 비대해지는 것을 억제하기 위하여 도입될 수 있다. 상기 이황화결합은 반응성이 높아 화학적 내구성을 감소시킬 수 있으며, 상기 이황화결합을 통한 친수성 블록의 이량체화 또는 다량체화는 강직한 화학구조의 친수성 블록을 확장시켜 막으로 제조되었을 때 부서지기 쉬운 단점을 나타낼 수 있다. 또한 상기 이황화결합을 통한 소수성 블록의 이량체화 또는 다량체화는 반응성이 높은 에테르 결합을 포함하는 소수성 블록을 확장시켜 안정성을 감소시킬 수 있다.The polymer according to the present invention may further include a capping unit containing a hydroxyl group or a halogen as a reactive functional group at both ends of the hydrophilic block or the hydrophobic block, respectively. The capping unit blocks a highly reactive sulfide group exposed at both ends of the hydrophilic unit polymer precursor forming the hydrophilic block or both ends of the hydrophobic unit polymer so that the hydrophilic unit polymer precursor forms a disulfide bond with high mutual reactivity Can be introduced to suppress hypertrophy. The disulfide bond is highly reactive and can reduce the chemical durability. The dimerization or massification of the hydrophilic block through the disulfide bond expands the hydrophilic block having a rigid chemical structure and is liable to be fragile when it is made into a film . Also, dimerization or multimerization of the hydrophobic block through the disulfide bond can extend the hydrophobic block containing the highly reactive ether bond to reduce stability.

상기 캡핑 단위로는 일련의 페닐기가 직접 또는 간접적으로 연결된 분자일 수 있다. 상기 분자는 양 말단에 히드록시기 또는 할로겐이 치환된 것이어서 상기 반응성 치환기를 통해 친수성 블록의 말단에 도입될 수 있다. 바람직하게 상기 캡핑 단위는

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,
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,
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,
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,
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,
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,
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또는
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일 수 있고, 이때 상기 X는 단일결합, -CF2- 또는 -C(CF3)2-일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The capping unit may be a molecule in which a series of phenyl groups are directly or indirectly connected. The molecule may be introduced at the terminal of the hydrophilic block through the reactive substituent by substituting a hydroxyl group or a halogen at both terminals. Preferably, the capping unit comprises
Figure pat00016
,
Figure pat00017
,
Figure pat00018
,
Figure pat00019
,
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,
Figure pat00021
,
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or
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, Where X may be a single bond, -CF 2 - or -C (CF 3 ) 2 -, but is not limited thereto.

바람직하게 본 발명에 따른 블록 공중합체는 화학식 5 내지 7 중 어느 하나로 표시되는 반복단위를 포함하는 친수성 블록 및 소수성 블록을 포함하는 블록 공중합체이며, 구체적으로 화학식 1로 표시되는 소수성 블록과 양 말단에 캡핑 단위를 추가로 포함 또는 불포함하는 화학식 2 내지 4 중 어느 하나로 표시되는 친수성 블록이 결합하여 형성되는 블록 공중합체이다.Preferably, the block copolymer according to the present invention is a block copolymer comprising a hydrophilic block and a hydrophobic block containing a repeating unit represented by any one of formulas (5) to (7), specifically, a hydrophobic block represented by formula And a hydrophilic block represented by any one of formulas (2) to (4), wherein the hydrophilic block further comprises a capping unit.

화학식 5 내지 7 중 어느 하나로 표시되는 블록 공중합체의 일구체예에서 a 및 b는 1; M은 H+, Na+ 또는 K+; A는 -(SO2)-; l은 0 내지 2의 정수; p는 1 또는 2; E는

Figure pat00024
이고 상기 X는 단일결합이며; E'은 단일결합일 수 있다.In one embodiment of the block copolymer represented by any one of formulas (5) to (7), a and b are 1; M is H + , Na + or K + ; A is - (SO 2) -; l is an integer from 0 to 2; p is 1 or 2; E is
Figure pat00024
And X is a single bond; E 'may be a single bond.

상기 본 발명에 따른 블록 공중합체는 1.0 내지 3.0 meq/g의 이온교환능(ion exchange capacity; IEC)을 가지며, 친수성 블록과 소수성 블록이 각각 2,000 내지 50,000 Da 범위의 수평균 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 이온교환능이 1.0 meq/g 미만인 경우, 이온전도도가 너무 낮아 활용도가 낮으며, 3.0 meq/g 초과인 경우 물에 의해 고분자가 과도하게 팽윤되어 실제 분리막으로서 작용할 수 없다. 또한, 친수성 블록 및 소수성 블록의 분자량이 각각 2, 000 Da 미만인 경우 친수성 영역과 소수성 영역 간의 미세상분리 효과가 거의 나타나지 않아 블록 공중합체로서의 특성을 나타내지 못하며, 50,000 Da 초과인 경우 친수성 영역과 소수성 영역의 분리가 과하여 고분자가 물에 과도하게 팽윤되어 실제 분리막으로서 작용할 수 없다.
The block copolymer according to the present invention preferably has an ion exchange capacity (IEC) of 1.0 to 3.0 meq / g, and the hydrophilic block and the hydrophobic block each have a number average molecular weight ranging from 2,000 to 50,000 Da. For example, when the ion exchange capacity is less than 1.0 meq / g, the ion conductivity is too low to be utilized. When the ion exchange capacity is more than 3.0 meq / g, the polymer swells excessively due to water and can not act as an actual separator. When the molecular weight of the hydrophilic block and the hydrophobic block is less than 2,000 Da, the fine phase separation effect between the hydrophilic region and the hydrophobic region hardly occurs. Therefore, the hydrophobic block and the hydrophobic block do not exhibit the properties as a block copolymer. The polymer is excessively swollen in water and can not act as an actual separation membrane.

바람직하게 본 발명에 따른 고분자의 분자량은 10,000 내지 1,000,000의 Mn(수평균 분자량; number-average molecular weight) 또는 10,000 내지 10,000,000의 Mw(중량평균 분자량; weight-average molecular weight)의 분자량을 갖는 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 10,000 내지 300,000의 Mn 또는 10,000 내지 2,000,000의 Mw를 갖는 것일 수 있다. 분자량이 낮은 경우 예컨대, 10,000 이하인 경우, 필름 형성이 어려우며, 수분 함유량이 증대되고 라디칼의 공격에 쉽게 분해되어 전도도 및 내구성이 감소할 수 있다. 반면, 분자량이 높은 경우 예컨대, 1,000,000 이상인 경우, 급격히 증대된 점도로 인해 고분자 용액의 제조 및 필름으로의 성형이 어려워져 막 제조 공정이 불가능해질 수 있다.Preferably, the molecular weight of the polymer according to the present invention may be Mn (number-average molecular weight) of 10,000 to 1,000,000 or molecular weight of Mw (weight-average molecular weight) of 10,000 to 10,000,000 . More preferably from 10,000 to 300,000, or from 10,000 to 2,000,000. When the molecular weight is low, for example, when it is 10,000 or less, film formation is difficult, the moisture content is increased, and it is easily decomposed by the attack of radical, so that conductivity and durability may be decreased. On the other hand, in the case where the molecular weight is high, for example, 1,000,000 or more, the rapidly increasing viscosity may make the preparation of the polymer solution and molding into a film difficult, making the film production process impossible.

중량평균 분자량과 점도평균 분자량은 서로 비슷한 값을 나타내므로, 본 발명의 구체적인 실시예에서는 고분자의 고유점도를 측정하여 분자량을 예측하였다. GPC(gel permeation chromatography)를 이용하면 분자량을 측정할 수 있으나, 본 발명의 고분자와 같이 술폰산기가 치환된 경우 술폰산기 사이의 상호작용에 의해 데이터를 신뢰하기 어려우므로 점도를 측정하여 분자량을 예측하였다.Since the weight average molecular weight and the viscosity average molecular weight are similar to each other, the intrinsic viscosity of the polymer is measured to predict the molecular weight in the specific examples of the present invention. The molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC). However, when the sulfonic acid group is substituted with the polymer of the present invention, the molecular weight is predicted by measuring viscosity since it is difficult to trust the data due to interaction between sulfonic acid groups.

본 발명에 따른 블록 공중합체의 제조방법은 설파이드기를 포함하는 친수성 단위 중합체의 전구체를 준비하는 제1단계; 에테르 결합으로 연결된 페닐기를 포함하는 소수성 단위 중합체를 준비하는 제2단계; 상기 친수성 단위 중합체의 전구체와 소수성 단위 중합체를 혼합하여 축합반응에 의해 블록 공중합체를 형성하는 제3단계; 및 상기 친수성 단위 중합체의 전구체의 설파이드기를 술폰기로 산화시키는 제4단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 친수성 단위 중합체의 전구체는 하기 화학식 13 내지 15 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있으며, 소수성 단위 중합체는 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.A method for preparing a block copolymer according to the present invention comprises: a first step of preparing a precursor of a hydrophilic unit polymer containing a sulfide group; A second step of preparing a hydrophobic unit polymer containing a phenyl group linked by an ether bond; A third step of mixing a precursor of the hydrophilic unit polymer with a hydrophobic unit polymer to form a block copolymer by a condensation reaction; And a fourth step of oxidizing the sulfide group of the precursor of the hydrophilic unit polymer to a sulfone group. In this case, the precursor of the hydrophilic unit polymer may be represented by any one of the following formulas (13) to (15), and the hydrophobic unit polymer may be represented by the formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00025
Figure pat00025

[화학식 13][Chemical Formula 13]

Figure pat00026
Figure pat00026

[화학식 14][Chemical Formula 14]

Figure pat00027
Figure pat00027

[화학식 15][Chemical Formula 15]

Figure pat00028
Figure pat00028

상기 화학식 1 및 화학식 13 내지 15에서,In the above formulas (1) and (13) to (15)

a, b, A, A', M, l, m, p 및 q는 각각 화학식 5 내지 7에 대해 정의된 바와 같다.a, b, A, A ', M, l, m, p and q are as defined for formulas 5 to 7, respectively.

상기 본 발명에 따른 블록 공중합체의 제조방법은 1) 술폰산기가 도입된 친수성 블록을 이용하여 술폰화를 위한 후처리 과정을 필요로 하지 않으며, 2) 설파이드기를 포함하는 친수성 단위 중합체의 전구체 형태로 블록 공중합체를 제조한 후 산화시켜 술폰산기로 전환시키는 방법임에 특징이 있다.The method of producing the block copolymer according to the present invention does not require post-treatment for sulfonation using 1) a hydrophilic block having a sulfonic acid group introduced therein, 2) The copolymer is converted into a sulfonic acid group by oxidizing it.

먼저, 상기한 바와 같이 본 발명에 따른 제조방법은 술폰산기가 도입된 반응물을 이용하여 중합체를 제조하므로 술폰화를 위한 후처리 과정을 필요로 하지 않는다. 즉, 도입된 술폰산기의 수를 조절한 반응물을 사용하여 고분자를 제조함으로써 친수성 블록에 도입된 술폰산기의 비율을 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 후처리 술폰화에 의해 고분자 골격에 무작위로 술폰산기가 도입되어 이의 분포, 위치 및 수 등이 제어하기 어려운 단점을 극복할 수 있다.First, as described above, the process according to the present invention does not require a post-treatment process for sulfonation since a polymer is prepared using a sulfonate-introduced reactant. That is, the ratio of the sulfonic acid group introduced into the hydrophilic block can be easily controlled by preparing the polymer using the reactant in which the number of introduced sulfonic acid groups is controlled. Therefore, it is possible to overcome the disadvantage that the sulfonic acid group is randomly introduced into the polymer backbone by post-treatment sulfonation, and its distribution, position and number are difficult to control.

또한, 친수성 블록을 형성함에 있어 설파이드기는 우수한 중합도를 달성할 수 있는 높은 반응성을 가지면서도, 술폰기로 전환하여 전자 주게 연결기를 배제하고 높은 전자 끌게 연결기만을 포함시킬 수 있는 장점이 있다. 즉, 친핵성 치환반응을 통한 친수성 블록 제조시 분자량 형성 및 조절이 용이하며, 산화반응을 통해 친핵체로부터 형성되는 설파이드 결합을 전자 끌게인 술폰기로 산화시킴으로써 공중합체의 화학적 내구성과 저가습 상태에서의 이온전도능을 향상시킬 수 있다.Further, in forming the hydrophilic block, the sulfide group has a high reactivity capable of achieving excellent polymerization degree, and is advantageous in that it can be converted into a sulfone group to exclude the electron-donating group and include only a high electron-withdrawing group. That is, it is easy to form and control the molecular weight when preparing the hydrophilic block through the nucleophilic substitution reaction. By oxidizing the sulfide bond formed from the nucleophile through the oxidation reaction to the sulfone group of the electron donor, it is possible to improve the chemical durability of the copolymer and the ion The conductivity can be improved.

상기 친수성 단위 중합체의 전구체 및/또는 소수성 단위 중합체는 당업계에 공지된 방법을 이용하여 합성하거나 판매되는 것을 구입하여 사용할 수 있다. 상기 화합물들을 합성하는 경우 친핵성 치환반응을 이용하여 제조할 수 있으나, 합성방법은 이에 제한되지 않는다.The precursor of the hydrophilic unit polymer and / or the hydrophobic unit polymer can be purchased and used by synthesizing or selling using a method known in the art. When the above compounds are synthesized, they can be prepared using a nucleophilic substitution reaction, but the synthesis method is not limited thereto.

바람직하게 상기 제1단계 내지 제3단계는 각각 친핵성 치환반응에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 용어 "친핵성 치환반응(nucleophilic substitution)"은 기질(substrate) 상의 이탈기(leaving group)이 결합된 자리에 친핵체(nucleophile)가 결합하면서 이탈기가 제거되는 반응을 가리킨다. 상기 반응은 유기화학에서 흔하게 일어나는 반응으로, 포화 지방족 탄소 또는 포화 방향족 또는 이외의 불포화 탄소 중심에서 발생할 수 있다. 상기 "친핵체"는 화학적 결합에 참여하지 않은 비공유 전자쌍(electron pair)을 가진 원자 또는 분자로, 상기 비공유 전자쌍을 통해 기질을 공격(attack)하여 새로운 결합을 형성한다. 이때, 기질 상에 결합된 이탈기는 이의 결합 전자쌍을 가지고 기질로부터 분리된다. 좋은 친핵체(good or better nucleophile)는 상기 비공유 전자쌍을 제공하는 능력이 뛰어난 반응기로 상기 전자쌍을 통해 결합을 형성할 수 있으며, 상기 전자를 제공하는 능력이 뛰어나다는 점에서 좋은 친핵체는 좋은 전자주게(electron donor) 즉, 좋은 루이스 염기(Lewis base)일 수 있다. 반면, 좋은 이탈기(good or better leaving group)는 상기 결합 전자쌍을 수용하는 능력이 뛰어난 반응기를 의미하는 것으로, 결합 전자쌍을 가지고 스스로 기질로부터 분리되거나, 친핵체의 공격에 대해 즉시 기질로부터 분리될 수 있는 능력을 갖는다. 대표적인 좋은 이탈기의 예로는 수소와의 결합전자를 수용하고 양성자를 용이하게 방출하는 강산의 짝염기(conjugate base)를 들 수 있다. 상기 친핵체의 결합 및 이탈기의 분리는 동시에 일어날 수 있으며, 또는 이탈기가 분리된 후 친핵체가 결합하는 방식으로 순차적으로 일어날 수 있다. 상기 반응의 종류는 친핵체 및 이탈기의 종류, 이들의 상대적인 반응성 및 기질 상의 반응이 일어나는 자리에 결합된 다른 치환기의 종류에 따라 결정될 수 있다. 또한 용매, 온도 등의 반응조건 및 반응매질(용매) 또한 반응 메커니즘 및 생성물에 영향을 준다.Preferably, the first to third steps may be performed by a nucleophilic substitution reaction, respectively. The term "nucleophilic substitution" of the present invention refers to a reaction in which a nucleophile is bonded to a site where a leaving group is bonded to a substrate to remove a leaving group. The reaction is a reaction that is common in organic chemistry and may occur at the center of a saturated aliphatic carbon, a saturated aromatic or other unsaturated carbon. The "nucleophile" is an atom or molecule having a non-covalent electron pair that does not participate in a chemical bond, and attacks the substrate through the non-covalent electron pair to form a new bond. At this time, the leaving group bonded on the substrate is separated from the substrate with its bonding electron pair. A good or better nucleophile can form a bond through the electron pair to a reactor having an excellent ability to provide the non-covalent electron pair, and a good nucleophile has a good electron donor electron donor, that is, a good Lewis base. A good or better leaving group, on the other hand, refers to a reactor that is capable of accepting the binding electron pair, which can be separated from the substrate itself with a binding pair of electrons, or can be readily separated from the substrate for attack of the nucleophile Have the ability. An example of a representative good leaving group is a conjugate base of strong acid that accepts a bond electron with hydrogen and easily releases a proton. The coupling of the nucleophile and the separation of the leaving group may occur at the same time or may occur sequentially in such a manner that the leaving group is separated and then the nucleophile is bonded. The kind of the reaction can be determined depending on the type of the nucleophile and the leaving group, the relative reactivity thereof, and the kind of other substituent bonded to the position where the reaction on the substrate takes place. In addition, reaction conditions such as solvent, temperature, and reaction medium (solvent) also affect reaction mechanism and product.

본 발명에 사용되는 반응물 및 중간 생성물의 반응기인 티올기, 히드록시기 및 염소, 불소 등의 할로겐의 반응성을 비교할 때, 할로겐은 전자를 수용하는 능력이 월등하여 공유 전자쌍을 가지고 기질로부터 분리될 수 있는 능력이 뛰어난 좋은 이탈기로 작용할 수 있다. 따라서, 할로겐은 티올기 또는 히드록시기에 의해 용이하게 치환될 수 있으므로, 이를 반응기로서 포함하는 분자에 의해 용이하게 치환될 수 있으며, 이때 설파이드 또는 에테르 결합이 형성될 수 있다. 한편, 친핵성에 있어서는 티올기가 가장 뛰어난 친핵체로 작용할 수 있다. 따라서, 양 말단에 반응기로서 티올기를 포함하는 분자는 히드록시기 또는 할로겐을 반응기로 포함하는 분자와 설파이드 결합을 형성하면서 결합할 수 있다. 이때, 상기 히드록시기 또는 할로겐은 각각 이탈기로서 기질로부터 분리될 수 있다.When the reactivity of the reactants and intermediates used in the present invention is compared with the reactivity of the thiol group, the hydroxyl group and the halogen such as chlorine and fluorine, the ability of the halogen to be separated from the substrate with a shared electron pair This can serve as an excellent good release. Thus, the halogen can be easily substituted by a thiol group or a hydroxyl group, so that it can be easily substituted by a molecule containing it as a reactor, in which a sulfide or an ether bond can be formed. On the other hand, in the nucleophilicity, the thiol group can act as the most excellent nucleophile. Thus, a molecule containing a thiol group as a reactor at both ends can be bonded to form a sulfide bond with a molecule containing a hydroxyl group or a halogen as a reactor. At this time, the hydroxyl group or the halogen may be separated from the substrate as a leaving group, respectively.

바람직하게, 상기 친수성 단위 중합체의 전구체(제1단계) 또는 소수성 단위 중합체(제2단계)를 제조하기 위한 친핵성 반응들은 DMAc(N,N-Dimethylacetamide), DMSO(dimethyl sulfoxide), DMF(N,N-dimethyl formamide), NMP(1-methyl-2-pyrrolidone) 또는 sulfolane 등의 양극성 비양성자성 용매(dipolar aprotic solvent)와 톨루엔 또는 사이클로헥산 등의 용매와 1.3:1 내지 2:1의 부피비로 혼합한 혼합용매를 이용하여 수행될 수 있으며, 촉매로서 탄산칼륨 또는 탄산세슘(Ce2CO3)을 사용하여 수행될 수 있다. 또한 반응을 촉진시키기 위한 부촉매로서 탄산칼슘을 추가로 포함하여 수행될 수 있다. 반응물은 상기 혼합용매에 첨가하여 130 내지 170℃로 가온하고 1.5 내지 2.5시간 동안 교반하면서 용해시켜 준비할 수 있다. 이후 3 내지 5시간 정도 환류(reflux)시켜 반응부산물인 물을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 이후 160 내지 200℃로 서서히 온도를 높여 상기 온도를 유지하면서 3 내지 48시간 동안 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, the nucleophilic reaction can be found in DMAc (N, N -Dimethylacetamide), DMSO (dimethyl sulfoxide) for the production of the hydrophilic polymer precursor of the unit (the first step) or a hydrophobic polymer units (step 2), DMF (N, A dipolar aprotic solvent such as N- dimethylformamide, NMP (1-methyl-2-pyrrolidone) or sulfolane and a solvent such as toluene or cyclohexane at a volume ratio of 1.3: 1 to 2: , And can be carried out using potassium carbonate or cesium carbonate (Ce 2 CO 3 ) as a catalyst. And may further be carried out with calcium carbonate as an auxiliary catalyst for promoting the reaction. The reaction product may be added to the mixed solvent, heated to 130 to 170 캜 and dissolved by stirring for 1.5 to 2.5 hours. And then refluxing for about 3 to 5 hours to remove water as a by-product of the reaction. Then slowly raising the temperature to 160 to 200 캜 and reacting for 3 to 48 hours while maintaining the temperature.

바람직하게, 본 발명에 따른 제조방법은 축합반응 이전에 상기 친수성 단위 중합체의 전구체 또는 소수성 단위 중합체의 말단에 캡핑 단위를 결합시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 캡핑 단위의 도입은 양 말단에 히드록시기 또는 할로겐이 치환된 캡핑제(capping agent)와의 반응에 달성되는 것으로, 상기 캡핑 단위의 도입은 1회 수행되거나, 서로 다른 종류의 캡핑제와 2회 이상 반복 수행하여 달성될 수 있다. 예컨대, 양 말단에 히드록시기를 포함하는 1,4-디히드록시벤젠(1,4-dihydroxybenzene) 또는 4,4'-바이페놀(4,4'-biphenol) 등의 캡핑제를 일차적으로 도입한 후 퍼플루오로벤젠(perfluorobenzene) 또는 데카플루오로바이페닐(decafluorobiphenyl) 등의 할로겐을 포함하는 캡핑제를 추가로 도입할 수 있다. 상기 캡핑제의 비제한적인 예로는 1,4-디히드록시벤젠, 4,4'-바이페놀, 퍼플루오로벤젠, 데카플루오로바이페닐, 디플루오로비스퍼플루오로페닐메탄(difluorobis(perfluorophenyl)methane), 6,6'-(퍼플루오로프로판-2,2-디일)비스(1,2,3,4,5-펜타플루오로벤젠)(6,6'-(perfluoropropane-2,2-diyl)bis(1,2,3,4,5-pentafluorobenzene))이 있으며, 또는 이들을 조합하여 사용할 수 있다.Preferably, the production process according to the present invention may further comprise the step of bonding the capping unit to the precursor of the hydrophilic unit polymer or to the end of the hydrophobic unit polymer before the condensation reaction. The introduction of the capping unit is accomplished by reaction with a capping agent having a hydroxy group or a halogen substituted at both ends. The introduction of the capping unit may be performed once, or may be repeated twice or more with different kinds of capping agents. Can be achieved. For example, a capping agent such as 1,4-dihydroxybenzene or 4,4'-biphenol, which contains a hydroxyl group at both terminals, is firstly introduced A capping agent containing a halogen such as perfluorobenzene or decafluorobiphenyl can be further introduced. Non-limiting examples of the capping agent include 1,4-dihydroxybenzene, 4,4'-biphenol, perfluorobenzene, decafluorobiphenyl, difluorobis (perfluorophenyl ) methane, 6,6 '- (perfluoropropane-2,2-diyl) bis (1,2,3,4,5-pentafluorobenzene) -diyl) bis (1,2,3,4,5-pentafluorobenzene)), or a combination thereof.

상기 설파이드기를 술폰기로 산화시키는 제4단계는 당업계에 공지된 방법을 제한없이 사용하여 수행될 수 있다. 상기 산화시키는 단계는 고분자 자체에 대해 수행할 수 있고, 막으로 성형한 후에 수행할 수도 있다. 예컨대, 건조된 파우더 형태의 공중합체를 아세트산에 분산시킨 후 황산을 첨가하고, 상기 반응용액에 과산화수소를 가한 뒤 교반하면서 반응시킬 수 있다. 이러한 경우 이후 성형 등의 가공을 용이하게 하기 위하여 점도가 낮은 용액을 형성하도록 술폰산기를 알칼리 금속염의 형태로 전환시키는 과정을 추가로 수행할 수 있다. 바람직하게 K2CO3 용액과 반응시켜 칼륨염의 형태로 제조할 수 있다.
The fourth step of oxidizing the sulfide group to a sulfone group can be carried out using any method known in the art without limitation. The oxidizing step may be performed on the polymer itself, or may be carried out after molding into a membrane. For example, a dried powder-form copolymer may be dispersed in acetic acid, sulfuric acid may be added, and hydrogen peroxide may be added to the reaction solution, followed by reaction with stirring. In this case, a process of converting a sulfonic acid group into an alkali metal salt form may be further performed to form a solution having a low viscosity in order to facilitate processing such as molding. Preferably in the form of a potassium salt, by reacting with a K 2 CO 3 solution.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 친수성 단위 중합체의 전구체는 설파이드기로 연결된 페닐기를 포함하는 것이 특징이다. 따라서, 합성에 의해 상기 화합물을 제조하는 경우 반응 상의 편의에 따라 양 말단에 티올기를 포함하는 형태의 화합물로 제조될 수 있다. 상기 티올기는 반응성이 높아 서로 결합하여 이황화결합을 형성하여 원하지 않는 중합체를 형성할 수 있다. 따라서, 이와 같이 친수성 단위 중합체의 전구체가 양 말단에 티올기를 포함하는 경우 상대적으로 안정하면서 반응 조건에 따라 친핵반응에 참여할 수 있는 히드록시기 또는 할로겐을 말단에 포함하는 캡핑 단위를 결합시키는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 캡핑 단위는 1회 또는 2회 이상의 반응을 통해 도입될 수 있다. 상기 캡핑 단위는 이후 소수성 블록과의 결합에 용이한 반응기를 양 말단에 갖도록 선택하여 도입할 수 있다.As described above, the precursor of the hydrophilic unit polymer according to the present invention includes a phenyl group linked with a sulfide group. Accordingly, when the compound is prepared by synthesis, it can be prepared as a compound having a thiol group at both terminals according to convenience of the reaction. The thiol groups are highly reactive and can bond to each other to form disulfide bonds to form an undesired polymer. Thus, when the precursor of the hydrophilic unit polymer contains a thiol group at both ends, it further includes a step of binding a capping unit containing a hydroxyl group or a halogen at the terminal, which is relatively stable and can participate in the nucleophilic reaction according to reaction conditions . The capping unit may be introduced through one or more reactions. The capping unit may be selected so as to have a reactive group at both ends thereof which is easy to bond with the hydrophobic block.

한편 본 발명에 따른 소수성 단위 중합체는 에테르 결합으로 연결된 페닐기를 포함하는 것이 특징이다. 따라서, 합성에 의해 상기 소수성 단위 중합체를 제조하는 경우 반응 상의 편의에 따라 양 말단에 히드록시기를 포함하는 형태의 화합물로 제조될 수 있다. 따라서, 상기 캡핑 단위는 소수성 단위 중합체의 히드록시기와 용이하게 반응하도록 반응성이 다른 할로겐기를 말단에 포함하는 것으로 선택하여 도입할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
The hydrophobic unit polymer according to the present invention includes a phenyl group linked by an ether bond. Therefore, when the hydrophobic unit polymer is produced by synthesis, it can be prepared as a compound having a hydroxy group at both terminals according to convenience of the reaction. Accordingly, the capping unit may be selected to include other end-reactive groups at the end to easily react with the hydroxyl group of the hydrophobic unit polymer, but the present invention is not limited thereto.

본 발명에 따른 이온전도성 고분자 또는 블록 공중합체는 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염을 포함하는 이온전도체를 제공한다.The ion conductive polymer or block copolymer according to the present invention provides an ion conductor comprising a sulfonic acid group or an alkali metal salt thereof.

본 발명에 따른 이온전도성 고분자 또는 블록 공중합체를 포함하는 수지 조성물로부터 성형체를 형성할 수 있다. 상기 성형체의 비제한적인 예로는 전해질막, 분리막 또는 수처리막이 있다.The molded article can be formed from the resin composition containing the ion conductive polymer or block copolymer according to the present invention. Non-limiting examples of the molded body include an electrolyte membrane, a separation membrane, or a water treatment membrane.

상기 본 발명의 수지 조성물은 필요에 따라 산화방지제, 열안정제, 윤활제, 점착부여제, 가소제, 가교제, 소포제, 분산제 등 각종 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.The resin composition of the present invention may further contain various additives such as an antioxidant, a heat stabilizer, a lubricant, a tackifier, a plasticizer, a crosslinking agent, a defoaming agent, and a dispersant.

본 발명에 따른 이온전도성 고분자 또는 블록 공중합체를 포함하는 수지 조성물은 이를 압출하고 방사, 압연 또는 캐스트 등의 임의의 방법으로 섬유 또는 필름 등의 형태로 성형체로 제조할 수 있다.The resin composition comprising the ion conductive polymer or block copolymer according to the present invention can be extruded and molded into a molded product such as fiber or film by any method such as spinning, rolling or casting.

예를 들어, 본 발명의 이온전도성 고분자 또는 블록 공중합체를 포함하는 수지 조성물을 성형하여 전해질막을 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 블록 공중합체를 N-메틸피롤리돈(Nmethylpyrrolidone; NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸술폭사이드 또는 디메틸아세트아미드 등과 같은 용매에 용해시키고, 상기 용액을 유리판 등의 플레이트에 부어 부착된 고분자를 건조시켜 수 내지 수백 μm, 바람직하게 10 내지 120 μm, 보다 바람직하게 50 내지 100 μm 두께의 필름을 얻은 다음 플레이트로부터 탈착하여 제조할 수 있다. 상기 제시한 용매는 예시일 뿐 본 발명의 범위가 이에 제한되지 않으며, 고분자를 용해시키고 건조조건에서 증발될 수 있는 것이면 통상의 유기용매를 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 고분자 제조시 사용된 유기용매와 동일한 것을 사용할 수 있다.For example, the resin composition containing the ion conductive polymer or block copolymer of the present invention can be molded to produce an electrolyte membrane. Specifically, the block copolymer is dissolved in a solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylsulfoxide or dimethylacetamide, and the solution is poured into a plate such as a glass plate, To obtain a film having a thickness of several to several hundreds of μm, preferably 10 to 120 μm, more preferably 50 to 100 μm, and then desorbing from the plate. The above-mentioned solvent is only illustrative, and the scope of the present invention is not limited thereto. Conventional organic solvents may be used as long as they dissolve the polymer and can be evaporated under the drying condition. Specifically, the same organic solvent as that used in the preparation of the polymer may be used.

본 발명의 구체적인 실시예에 의하면, 상기 제조된 고분자를 DMAc 및/또는 DMSO에 녹여 유리판 위에 부어 주고 60 내지 100℃, 바람직하게 70 내지 90℃에서 12 내지 36시간, 바람직하게 18 내지 30시간 동안 건조하여 막을 얻을 수 있다. 상기 건조는 질소분위기 하에서 할로겐램프를 사용하여 수행될 수 있다. 수득한 막은 황산용액과 증류수로 차례로 세척하여 프로톤 형태의 고분자 막으로 전환시킬 수 있다.According to a specific embodiment of the present invention, the prepared polymer is dissolved in DMAc and / or DMSO and poured onto a glass plate and dried at 60 to 100 ° C, preferably 70 to 90 ° C for 12 to 36 hours, preferably 18 to 30 hours So that a film can be obtained. The drying can be performed using a halogen lamp in a nitrogen atmosphere. The obtained membrane may be washed with a sulfuric acid solution and distilled water in turn to convert it into a proton-type polymer membrane.

상기 본 발명에 따른 성형체 즉, 본 발명에 따른 이온전도성 고분자 또는 블록 공중합체를 포함하는 고분자 막은 전지용 전해질막 또는 분리막으로 사용될 수 있다.
The molded article according to the present invention, that is, the ion conductive polymer or block copolymer according to the present invention The polymer membrane can be used as an electrolyte membrane or separator for a battery.

본 발명은 상기 이온전도성 고분자 또는 블록 공중합체를 포함하는 수지 조성물로부터 성형된 전해질막을 구비한 전지를 제공한다.The present invention provides a battery having an electrolyte membrane formed from a resin composition containing the ion conductive polymer or block copolymer.

본 발명에 따른 이온전도성 고분자 또는 블록 공중합체를 포함하는 수지 조성물로부터 성형된 전해질막은 높은 수소이온 전도도와 기계적 강도 및 우수한 화학적 안정성을 가지므로 수소이온 전해질막으로 사용될 수 있으며, 특히 고온에서도 안정하여 양성자 교환막 연료전지(proton exchange membrane fuel cell a.k.a. polymer electrolyte membrane fuel cell; PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell; DMFC) 또는 산화환원 흐름 전지(redox flow battery)에 이온교환막으로 사용될 수 있다.
The electrolyte membrane formed from the resin composition comprising the ion conductive polymer or block copolymer according to the present invention has high hydrogen ion conductivity, mechanical strength, and excellent chemical stability, and thus can be used as a hydrogen ion electrolyte membrane. In particular, The present invention can be used as an ion exchange membrane in a proton exchange membrane fuel cell aka polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), a direct methanol fuel cell (DMFC), or a redox flow battery.

본 발명의 이온전도성 고분자는 에테르 결합으로 연결된 벤젠고리를 포함하는 소수성 블록을 포함함으로써 유연성을 부여하되 술폰산기를 포함하는 폴리페닐술폰 구조를 포함하는 친수성 블록을 포함함으로써 강도 및 치수안정성을 유지할 수 있는 블록 공중합체로써, 상기 이온전도성 고분자는 용해도 및 이를 포함하는 막 제조시 유연성이 향상되는 한편 일반적으로 에테르 결합의 비율을 증가로 인해 유발될 수 있는 물흡수율 또는 치수안정성의 악화 및 화학적 내구성 감소와 같은 역효과는 나타나지 않는 우수한 물리적 특성을 가지면서 막 성형이 용이한 고분자 막을 제공할 수 있다. 또한 우수한 이온교환능을 나타내므로, 이를 이용하여 향상된 전도도와 우수한 물리적 특성을 나타내면서 우수한 화학적 안정성을 갖는 고분자 연료전지용 전해질 막을 제공할 수 있다.
The ion conductive polymer of the present invention comprises a hydrophilic block containing a benzene ring linked by an ether bond, thereby imparting flexibility, and including a hydrophilic block containing a polyphenylsulfone structure including a sulfonic acid group, so that a block capable of maintaining strength and dimensional stability As the copolymer, the ion conductive polymer has improved solubility and flexibility in the production of a film containing the ion conductive polymer, while adversely affecting the deterioration of water absorption rate or dimensional stability and chemical durability, which can generally be caused by an increase in the ratio of ether bonds It is possible to provide a polymer film which has excellent physical properties and can be easily formed into a film. Also, since it exhibits excellent ion exchange ability, it can provide an electrolyte membrane for a polymer fuel cell having excellent chemical stability while exhibiting improved conductivity and excellent physical properties.

도 1은 DSC 분석을 통한 유리전이온도(glass transition temperature) 측정결과를 나타낸 도이다.1 is a graph showing the results of measurement of glass transition temperature through DSC analysis.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시에에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are for further illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예Example 1: 친수성 단위 중합체 전구체인  1: a hydrophilic unit polymer precursor 술폰산기를The sulfonic acid group 포함하는  Included 폴리페닐설파이드Polyphenylsulfide 유도체의 제조 Preparation of derivatives

본 발명에 따른 친수성 단위 중합체는 이를 제조하는 단량체의 몰 비에 따라 분자량을 달리할 수 있다. 따라서, 목표 분자량을 설정하여 이에 따라 반응물의 사용량을 결정한다. 본 발명에서는 목표 분자량을 10 kg/mol로 설정하고 합성을 진행하였다.
The hydrophilic unit polymer according to the present invention may have a different molecular weight depending on the molar ratio of the monomers to be produced. Thus, the target molecular weight is set and the amount of reactant used is determined accordingly. In the present invention, the target molecular weight was set to 10 kg / mol and the synthesis was carried out.

1.1. 1.1. TBBTTBBT (4,4'-(4,4'- thiobisbenzenethiolthiobisbenzenethiol )-기반 친수성 단위 중합체 전구체() -Based hydrophilic unit polymer precursor ( TBBTTBBT -- philicphilic )의 제조)

Figure pat00029
Figure pat00029

4구(four-necked) 플라스크에 냉각기(condenser)와 기계적 교반기(mechanical stirrer), 딘스탁 트랩(Dean-Stark trap)을 장착하고 아르곤 가스로 충분히 정화(purging)하였다. 3.3798 g(0.0135 mol)의 4,4'-티오비스벤젠티올(4,4'-thiobisbenzenethiol; TBBT), 6.6201 g(0.0144 mol)의 술폰산기를 포함하는 4,4'-디플루오로디페닐 술폰(sulfonated 4,4'-difluorodiphenyl sulfone; SDFDPS)을 무수 K2CO3(anhydrous potassium carbonate; 2.2386 g, 0.0162 mol) 및 CaCO3(calcium carbonate; 1.6212 g, 0.0162 mol)와 함께 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide; DMAc)와 톨루엔(toluene)의 혼합용매(v/v=1.6/1)에서 반응시켰다. 온도를 150℃까지 올리고 2시간 동안 교반시키면서 단량체를 용해시킨 후 톨루엔을 4시간 동안 환류(reflux)시켜 반응 부산물인 물을 제거하였다. 이후 175℃로 1시간 동안 승온시키고 18시간 동안 반응시켜 TBBT-기반 친수성 단위 중합체 전구체(TBBT-philic)를 제조하였다.
A four-necked flask was equipped with a condenser, a mechanical stirrer, and a Dean-Stark trap, and purged sufficiently with argon gas. A solution of 3.3798 g (0.0135 mol) of 4,4'-thiobisbenzenethiol (TBBT), 4,4'-difluorodiphenyl sulfone containing 6.6201 g (0.0144 mol) 4,4'-difluorodiphenyl sulfone; SDFDPS) of anhydrous K 2 CO 3 (anhydrous potassium carbonate ; 2.2386 g, 0.0162 mol) and CaCO 3 (calcium carbonate; 1.6212 g , 0.0162 mol) and dimethylacetamide (with dimethylacetamide; DMAc) And a mixed solvent of toluene (v / v = 1.6 / 1). The temperature was raised to 150 ° C and the monomer was dissolved while stirring for 2 hours, and then toluene was refluxed for 4 hours to remove water as a reaction byproduct. Thereafter, the temperature was raised to 175 캜 for 1 hour and reacted for 18 hours to prepare a TBBT-based hydrophilic unit polymer precursor (TBBT-philic).

1.2. 1.2. LiLi 22 SS -기반 친수성 단위 중합체 전구체(Based hydrophilic unit polymer precursor ( LiLi 22 SS -- philicphilic )의 제조)

Figure pat00030
Figure pat00030

3구(three-necked) 플라스크에 냉각기와 기계적 교반기를 장착하고 아르곤 가스로 충분히 정화하였다. 0.8735 g(0.0190 mol)의 Li2S(lithium sulfide)와 9.1264 g(0.0199 mol)의 SDFDPS를 혼합하고 DMAc를 가한 후 3시간 동안 160℃까지 승온시켜 18시간 동안 반응시켜 Li2S-기반 친수성 단위 중합체 전구체(Li2S-philic)를 제조하였다.
A three-necked flask was equipped with a condenser and a mechanical stirrer and sufficiently purged with argon gas. 0.8735 g (0.0190 mol) of Li 2 S (lithium sulfide) and 9.1264 g (0.0199 mol) were mixed and the temperature was raised and SDFDPS of DMAc was added to the 160 ℃ for 3 hours to react for 18 hours Li 2 S- based To prepare a hydrophilic unit polymer precursor (Li 2 S-philic).

1.3. 1.3. BDTBDT (( benzenebenzene -1,4-dithiol)-기반 친수성 단위 중합체 전구체(-1,4-dithiol) -based hydrophilic unit polymer precursor ( BDTBDT -philic)의 제조-philic

Figure pat00031
Figure pat00031

4구 플라스크에 냉각기와 기계적 교반기, 딘스탁 트랩을 장착하고 아르곤 가스로 충분히 정화하였다. 2.2611 g(0.0158 mol)의 벤젠-1,4-디티올(benzene-1,4-dithiol; BDT), 7.7388 g(0.0168 mol)의 SDFDPS를 무수 K2CO3(2.6365 g, 0.0190 mol)와 함께 혼합하고 DMAc와 톨루엔의 혼합용매(v/v=1.6/1)를 가하여 온도를 150℃까지 올리고 2시간 동안 교반시키면서 단량체를 용해시킨 후 톨루엔을 4시간 동안 환류시켜 반응 부산물인 물을 제거하였다. 이후 175℃로 1시간 동안 승온시키고 18시간 동안 반응시켜 BDT-기반 친수성 단위 중합체 전구체(BDT-philic)를 제조하였다.
The four-necked flask was equipped with a condenser, a mechanical stirrer and a Deanstock trap, and sufficiently purged with argon gas. 2.2611 g (0.0158 mol) of benzene-1,4-dithiol (BDT) and 7.7388 g (0.0168 mol) of SDFDPS were mixed with anhydrous K 2 CO 3 (2.6365 g, 0.0190 mol) The mixture was stirred and heated to 150 ° C with a mixture of DMAc and toluene (v / v = 1.6 / 1). The monomer was dissolved by stirring for 2 hours and toluene was refluxed for 4 hours to remove water as a byproduct. The BDT-based hydrophilic unit polymer precursor (BDT-philic) was then prepared by heating at 175 ° C for 1 hour and reacting for 18 hours.

실시예Example 2: 친수성 단위 중합체 전구체의 말단에  2: at the end of the hydrophilic unit polymer precursor 캡핑Capping 단위의 도입 Introduction of unit

상기 실시예 1에서 제조한 친수성 단위 중합체 전구체인 폴리페닐설파이드 유도체의 안정성을 향상시키고 소수성 단위 중합체와의 축합반응에 대한 반응성을 향상시키기 위하여 히드록시 또는 할로겐을 말단에 포함하는 캡핑 단위를 상기 친수성 단위 중합체 전구체의 양말단에 도입하였다.
In order to improve the stability of the polyphenylsulfide derivative, which is the hydrophilic unit polymer precursor produced in Example 1, and to improve the reactivity to the condensation reaction with the hydrophobic unit polymer, a capping unit containing a hydroxy or halogen at the terminal thereof is referred to as the hydrophilic unit Was introduced into both ends of the polymer precursor.

2.1.2.1. TBBTTBBT -기반 친수성 단위 중합체 전구체의 말단에 -Based hydrophilic units at the ends of the polymer precursor 캡핑Capping 단위의 도입 Introduction of unit

Figure pat00032
Figure pat00032

상기 실시예 1.1의 반응 혼합용액의 온도를 80℃까지 낮춘 후 0.5586 g(0.00300 mol)의 4,4'-바이페놀(4,4'-biphenol; BP)을 첨가하고 다시 서서히 175℃로 온도를 높여 3시간 동안 반응시켰다. K2CO3에 의해 생성된 부산물을 제거하기 위하여 여과한 후 이소프로필알콜(isopropyl alcohol; IPA)에 침전시켰다. 침전물은 반복하여 세척하고 여과하여 정제한 후 80℃에서 24시간 동안 감압건조하였다.After the temperature of the reaction mixture solution of Example 1.1 was lowered to 80 占 폚, 0.5586 g (0.00300 mol) of 4,4'-biphenol (BP) was added and slowly heated to 175 占 폚 And allowed to react for 3 hours. After filtration to remove the by-products formed by K 2 CO 3 , it was precipitated in isopropyl alcohol (IPA). The precipitate was repeatedly washed, filtered and purified, and then dried under reduced pressure at 80 DEG C for 24 hours.

축합반응에 대한 추가적인 반응성 향상을 위하여 상기 말단에 BP를 도입한 친수성 단위 중합체 전구체의 말단에 데카플루오로바이페닐(decafluorobiphenyl; DFBP)을 도입하였다.Decafluorobiphenyl (DFBP) was introduced at the terminal of the hydrophilic unit polymer precursor into which BP was introduced at the terminal for further improving the reactivity to the condensation reaction.

구체적으로 상기 제조하여 정제하고 건조시킨 BP를 도입한 친수성 단위 중합체 전구체 10 g에 0.5528 g의 K2CO3을 첨가한 후 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide; DMAc)와 사이클로헥산(cyclohexane)의 혼합용매(v/v=1.6/1)에서 반응시켰다. 온도를 80℃로 조절하여 1시간 동안 교반시키면서 단량체를 용해시킨 후 사이클로헥산을 4시간 동안 환류시켜 반응 부산물인 물을 제거하였다. 용액의 온도를 상온으로 낮춘 후 DFBP(2.004 g, 0.00600 mol)를 첨가하고 온도를 다시 서서히 80℃로 올려 4시간 동안 반응시켰다. K2CO3에 의해 생성된 부산물을 제거하기 위하여 여과한 후 이소프로필알콜에 침전시켰다. 침전물은 반복하여 세척하고 여과하여 정제한 후 80℃에서 24시간 동안 감압건조하여 양말단에 캡핑단위가 도입된 TBBT-기반 친수성 단위 중합체 전구체(capped TBBT-philic)를 수득하였다.
Specifically, 0.5528 g of K 2 CO 3 was added to 10 g of the hydrophilic unit polymer precursor prepared by introducing purified BP and dried and purified, followed by the addition of a mixed solvent v (v) of dimethylacetamide (DMAc) and cyclohexane / v = 1.6 / 1). The temperature was adjusted to 80 ° C and the monomer was dissolved while stirring for 1 hour. Cyclohexane was refluxed for 4 hours to remove water as a reaction by-product. After the temperature of the solution was lowered to room temperature, DFBP (2.004 g, 0.00600 mol) was added and the temperature was gradually raised to 80 ° C and reacted for 4 hours. After filtration to remove the by-products produced by K 2 CO 3 , it was precipitated in isopropyl alcohol. The precipitate was repeatedly washed, filtered and purified, and then dried under reduced pressure at 80 DEG C for 24 hours to obtain a TBBT-based hydrophilic unit polymer precursor (capped TBBT-philic) having capping units introduced at both ends.

2.2.2.2. LiLi 22 SS -기반 친수성 단위 중합체 전구체의 말단에 -Based hydrophilic units at the ends of the polymer precursor 캡핑Capping 단위의 도입 Introduction of unit

Figure pat00033
Figure pat00033

상기 실시예 1.2의 반응 혼합용액의 온도를 80℃까지 낮춘 후 0.5586 g(0.00300 mol)의 BP, 무수 K2CO3(0.8707 g) 및 톨루엔을 첨가하여 온도를 150℃까지 높인 후 톨루엔을 4시간 동안 환류시켜 반응 부산물인 물을 제거하였다. 이후 한 시간 동안 150℃로 승온시켜 3시간 동안 반응시켰다. K2CO3에 의해 생성된 부산물을 제거하기 위하여 여과한 후 이소프로필알콜에 침전시켰다. 침전물은 반복하여 세척하고 여과하여 정제한 후 80℃에서 24시간 동안 감압건조하였다.The embodiment 1.2 the reaction Raise the BP, anhydrous K 2 CO 3 (0.8707 g) and the temperature was added to toluene of 0.5586 g (0.00300 mol) and then lowering the temperature of the mixed solution to 80 ℃ to 150 ℃ toluene for 4 hours To remove water as a by-product of the reaction. Thereafter, the temperature was raised to 150 DEG C for one hour and reacted for 3 hours. After filtration to remove the by-products produced by K 2 CO 3 , it was precipitated in isopropyl alcohol. The precipitate was repeatedly washed, filtered and purified, and then dried under reduced pressure at 80 DEG C for 24 hours.

축합반응에 대한 추가적인 반응성 향상을 위하여 상기 말단에 BP를 도입한 친수성 단위 중합체 전구체의 말단에 데카플루오로바이페닐(decafluorobiphenyl; DFBP)을 도입하였다. 상기 DFBP의 도입은 전술한 실시예 2.1과 같이 수행하여 양말단에 캡핑단위가 도입된 Li2S-기반 친수성 단위 중합체 전구체(capped Li2S-philic)를 수득하였다.
In the condensation reaction Decafluorobiphenyl (DFBP) was introduced at the end of the hydrophilic unit polymer precursor into which BP was introduced at the terminal for further improving the reactivity. The introduction of the DFBP was obtained to that according to Example 2.1 is performed as a capping unit in both ends it introduced Li 2 S- based hydrophilic units of the polymer precursor (capped Li 2 S-philic) above.

2.3.2.3. BDTBDT -기반 친수성 단위 중합체 전구체의 말단에 -Based hydrophilic units at the ends of the polymer precursor 캡핑Capping 단위의 도입 Introduction of unit

Figure pat00034
Figure pat00034

상기 실시예 1.3의 반응 혼합용액의 온도를 80℃까지 낮춘 후 0.5586 g의 BP를 첨가하고 다시 서서히 175℃로 온도를 높여 3시간 동안 반응시켰다. K2CO3에 의해 생성된 부산물을 제거하기 위하여 여과한 후 이소프로필알콜(isopropyl alcohol; IPA)에 침전시켰다. 침전물은 반복하여 세척하고 여과하여 정제한 후 80℃에서 24시간 동안 감압건조하였다.After the temperature of the reaction mixture solution of Example 1.3 was lowered to 80 ° C, 0.5586 g of BP was added and the temperature was gradually raised to 175 ° C for 3 hours. After filtration to remove the by-products formed by K 2 CO 3 , it was precipitated in isopropyl alcohol (IPA). The precipitate was repeatedly washed, filtered and purified, and then dried under reduced pressure at 80 DEG C for 24 hours.

축합반응에 대한 추가적인 반응성 향상을 위하여 상기 말단에 BP를 도입한 친수성 단위 중합체 전구체의 말단에 데카플루오로바이페닐(decafluorobiphenyl; DFBP)을 도입하였다. 상기 DFBP의 도입은 전술한 실시예 2.1과 같이 수행하여 양말단에 캡핑단위가 도입된 BDT-기반 친수성 단위 중합체 전구체(capped BDT-philic)를 수득하였다.
Decafluorobiphenyl (DFBP) was introduced at the terminal of the hydrophilic unit polymer precursor into which BP was introduced at the terminal for further improving the reactivity to the condensation reaction. The introduction of the DFBP was carried out as in Example 2.1 described above to obtain a BDT-based hydrophilic unit polymer precursor (capped BDT-philic) with capping units introduced at both ends.

실시예Example 3: 소수성 단위 중합체로서 에테르로 연결된  3: linked with ether as hydrophobic unit polymer 폴리페닐Polyphenyl 유도체의 제조 Preparation of derivatives

Figure pat00035
Figure pat00035

소수성 단위 중합체의 분자량 또한 이를 제조하는 단량체의 몰 비에 따라 조절할 수 있다. 따라서, 목표 분자량을 설정하여 이에 따라 반응물의 사용량을 결정한다. 본 발명에서는 목표 분자량을 6 kg/mol로 설정하고 합성을 진행하였다.The molecular weight of the hydrophobic unit polymer can also be adjusted according to the molar ratio of the monomers to be produced. Thus, the target molecular weight is set and the amount of reactant used is determined accordingly. In the present invention, the target molecular weight was set to 6 kg / mol and the synthesis was carried out.

구체적으로 4구 플라스크에 냉각기와 기계적 교반기, 딘스탁 트랩을 장착하고 아르곤 가스로 충분히 정화하였다. 4.6012 g(0.0213 mol)의 4,4'-디히드록시디페닐에테르(4,4'-dihydroxydiphenyl ether; DHDPE), 5.6988 g(0.0198 mol)의 4,4'-디클로로디페닐 술폰(4,4'-dichlorodiphenyl sulfone; DCDPS)을 K2CO3(3.5278 g, 0.0255 mol)와 함께 디메틸아세트아미드와 톨루엔의 혼합용매(v/v=1.6/1)에서 반응시켰다. 온도를 150℃까지 올리고 2시간 동안 교반시키면서 단량체를 용해시킨 후 톨루엔을 4시간 동안 환류시켜 반응 부산물인 물을 제거하였다. 이후 175℃로 1시간 동안 승온시키고 18시간 동안 반응시켜 폴리페닐에테르 유도체를 제조하였다. 반응이 종료되면 온도를 상온까지 낮춘 후 증류수에 부어 생성물을 침전시켰다. 침전물은 반복하여 세척하고 여과하여 정제한 후 80℃에서 24시간 동안 감압건조하였다.
Specifically, a four-necked flask was equipped with a condenser, a mechanical stirrer, and a Dean-Stark trap, and sufficiently purged with argon gas. 4.6012 g (0.0213 mol) of 4,4'-dihydroxydiphenyl ether (DHDPE), 5.6988 g (0.0198 mol) of 4,4'-dichlorodiphenyl sulfone (4,4'-dihydroxydiphenyl ether -dichlorodiphenyl sulfone (DCDPS) was reacted with K 2 CO 3 (3.5278 g, 0.0255 mol) in a mixed solvent of dimethylacetamide and toluene (v / v = 1.6 / 1). After the temperature was raised to 150 ° C and the monomer was dissolved while stirring for 2 hours, toluene was refluxed for 4 hours to remove water as a reaction by-product. Thereafter, the mixture was heated at 175 DEG C for 1 hour and reacted for 18 hours to prepare a polyphenyl ether derivative. When the reaction was completed, the temperature was lowered to room temperature and then poured into distilled water to precipitate the product. The precipitate was repeatedly washed, filtered and purified, and then dried under reduced pressure at 80 DEG C for 24 hours.

실시예Example 4: 친수성 단위 중합체 전구체와 소수성 단위 중합체의  4: hydrophilic unit polymer precursor and hydrophobic unit polymer 축합Condensation

4.1. 4.1. TBBTTBBT -기반 친수성 단위 중합체 전구체를 포함하는 공중합체의 제조-Based hydrophilic unit polymer precursor

Figure pat00036
Figure pat00036

상기 실시예 1.1 및 실시예 2.1에 따라 제조한 양말단에 캡핑 단위를 포함하는 친수성 단위 중합체 전구체(capped TBBT-philic)와 실시예 3에 따라 제조한 소수성 단위 중합체를 축합시켜 이온전도성 블록 공중합체의 전구체를 제조하였다.The hydrophilic unit polymer precursor (capped TBBT-philic) containing the capping unit at both ends prepared according to Examples 1.1 and 2.1 was condensed with the hydrophobic unit polymer prepared according to Example 3 to obtain an ion conductive block copolymer Precursor.

구체적으로 4구 플라스크에 냉각기와 기계적 교반기, 딘스탁 트랩을 장착하고 아르곤 가스로 충분히 정화하였다. 상기 실시예 3에서 제조한 폴리페닐에테르 유도체와 K2CO3(3.5278 g, 0.0255 mol)을 투입하고 디메틸아세트아미드와 사이클로헥산의 혼합용매(v/v=1.6/1)를 첨가하여 80℃에서 1시간 동안 교반시키면서 상기 화합물들을 용해시켰다. 용해가 완료되면 혼합용액의 온도를 135℃까지 상승시켜 사이클로헥산을 4시간 동안 환류시켜 반응 부산물인 물을 제거하였다. 이후 용액의 온도를 상온까지 낮춘 후 상기 실시예 1.1 및 실시예 2.1을 통해 제조한 양말단에 캡핑 단위를 포함하는 친수성 단위 중합체 전구체를 첨가하고 80℃까지 온도를 서서히 상승시켜 점도가 증가할 때까지 반응을 유지하였다. 반응이 종료되면 온도를 상온까지 냉각시킨 후 증류수에 부어 반응 혼합용액 내의 친수성 블록에 폴리페닐설파이드를 포함하는 블록 공중합체를 팽윤된 섬유형태로 침전시켰다. 침전물은 반복하여 세척하고 여과하여 정제된 공중합체로 수득하였다. 이후 120℃에서 24시간 동안 감압건조하였다.
Specifically, a four-necked flask was equipped with a condenser, a mechanical stirrer, and a Dean-Stark trap, and sufficiently purged with argon gas. The polyphenyl ether derivative prepared in Example 3 and K 2 CO 3 (3.5278 g, 0.0255 mol) were added thereto, and a mixed solvent of dimethyl acetamide and cyclohexane (v / v = 1.6 / 1) The compounds were dissolved while stirring for 1 hour. When the dissolution was completed, the temperature of the mixed solution was raised to 135 ° C, and cyclohexane was refluxed for 4 hours to remove water as a reaction by-product. After the temperature of the solution was lowered to room temperature, a hydrophilic unit polymer precursor containing a capping unit was added to both ends prepared in Examples 1.1 and 2.1, and the temperature was gradually raised to 80 ° C until the viscosity increased The reaction was maintained. After the reaction was completed, the temperature was cooled to room temperature and poured into distilled water to precipitate a block copolymer containing polyphenyl sulfide in the hydrophilic block in the reaction mixture solution in the form of a swollen fiber. The precipitate was repeatedly washed and filtered to give the purified copolymer. Thereafter, it was dried under reduced pressure at 120 DEG C for 24 hours.

4.2. 4.2. LiLi 22 SS -기반 친수성 단위 중합체 전구체를 포함하는 공중합체의 제조-Based hydrophilic unit polymer precursor

Figure pat00037
Figure pat00037

상기 실시예 1.2 및 실시예 2.2에 따라 제조한 양말단에 캡핑 단위를 포함하는 친수성 단위 중합체 전구체(capped Li2S-philic)와 실시예 3에 따라 제조한 소수성 단위 중합체를 축합시켜 이온전도성 블록 공중합체의 전구체를 제조하였다. 구체적인 반응조건은 상기 실시예 4.1에 기재된 바와 같다.
The hydrophilic unit polymer precursor (capped Li 2 S-philic) containing capping units at both ends, prepared according to Examples 1.2 and 2.2, and the hydrophobic unit polymer prepared according to Example 3 were condensed to form ion conductive block air To prepare a precursor of the coalescence. Specific reaction conditions are as described in Example 4.1 above.

4.3. 4.3. BDTBDT -기반 친수성 단위 중합체 전구체를 포함하는 공중합체의 제조-Based hydrophilic unit polymer precursor

Figure pat00038
Figure pat00038

상기 실시예 1.3 및 실시예 2.3에 따라 제조한 양말단에 캡핑 단위를 포함하는 친수성 단위 중합체 전구체(capped BDT-philic)와 실시예 3에 따라 제조한 소수성 단위 중합체를 축합시켜 이온전도성 블록 공중합체의 전구체를 제조하였다. 구체적인 반응조건은 상기 실시예 4.1에 기재된 바와 같다.
The hydrophilic unit polymer precursor (capped BDT-philic) containing the capping unit at both ends prepared according to Examples 1.3 and 2.3 was condensed with the hydrophobic unit polymer prepared according to Example 3 to prepare an ion conductive block copolymer Precursor. Specific reaction conditions are as described in Example 4.1 above.

실시예Example 5: 산화반응에 의한  5: Oxidation reaction 술폰산기를The sulfonic acid group 포함하는  Included 폴리페닐술폰Polyphenylsulfone 유도체를 친수성 단위 중합체에 포함하는 이온전도성 블록 공중합체의 제조 Preparation of an ion conductive block copolymer containing a derivative in a hydrophilic unit polymer

5.1. 친수성 단위 중합체에 5.1. Hydrophilic unit polymer TBBTTBBT -기반 -base 폴리페닐술폰을Polyphenylsulfone 포함하는 이온전도성 블록 공중합체의 제조 Preparation of ion-conducting block copolymer containing

Figure pat00039
Figure pat00039

상기 실시예 4.1에서 제조한 친수성 블록에 TBBT-기반 폴리페닐설파이드를 포함하는 블록 공중합체를 산화시켜 이온전도성 블록 공중합체인 TBBT-기반 폴리페닐술폰을 포함하는 블록 공중합체를 제조하였다. 상기 산화반응은 두 가지의 형태로 달성될 수 있다. 하나는 블록 공중합체 자체를 이용하여 산화반응을 수행하는 것이고, 다른 하나는 상기 블록 공중합체를 필름형태로 성형한 후 제조된 필름에 대해 산화반응을 수행하는 것이다. 본 발명에서는 전자를 선택하였다. 구체적으로, 상기 실시예 4.1에서 수득한 건조된 파우더 형태의 공중합체(2 g)를 아세트산(40 ml)에 분산시킨 후 황산(3 ml)을 첨가하였다. 상기 반응용액에 30% 과산화수소(2.6 ml)를 천천히 가한 뒤 상온에서 2일 동안 교반하면서 반응시켰다. 반응이 종료되면 반응용액을 여과하여 생성물을 분리하였다. 상기 분리된 생성물은 이후 가공에 용이하도록 K2CO3 용액과 반응시켜 용매에 용해시켰을 때 점도가 낮은 용액을 형성하도록 치환된 술폰산기를 칼륨염형태로 전환시킬 수 있다.
The block copolymer containing TBBT-based polyphenylsulfide was oxidized to the hydrophilic block prepared in Example 4.1 to prepare a TBBT-based polyphenylsulfone-containing block copolymer as an ion conductive block copolymer. The oxidation reaction can be achieved in two forms. One is to perform the oxidation reaction using the block copolymer itself, and the other is to perform the oxidation reaction on the film produced after molding the block copolymer into a film form. In the present invention, the former was selected. Specifically, the dried powdery copolymer (2 g) obtained in Example 4.1 was dispersed in acetic acid (40 ml) and sulfuric acid (3 ml) was added. 30% hydrogen peroxide (2.6 ml) was slowly added to the reaction solution, followed by reaction at room temperature for 2 days with stirring. When the reaction was completed, the reaction solution was filtered to separate the product. The separated product can be converted into a potassium salt form by converting the substituted sulfonic acid group into a potassium salt solution so as to form a solution having a low viscosity when reacted with a K 2 CO 3 solution so as to facilitate processing.

5.2. 친수성 단위 중합체에 5.2. Hydrophilic unit polymer LiLi 22 SS -기반 -base 폴리페닐술폰을Polyphenylsulfone 포함하는 이온전도성 블록 공중합체의 제조 Preparation of ion-conducting block copolymer containing

Figure pat00040
Figure pat00040

상기 실시예 4.2에서 제조한 친수성 블록에 Li2S-기반 폴리페닐설파이드를 포함하는 블록 공중합체를 산화시켜 이온전도성 블록 공중합체인 Li2S-기반 폴리페닐술폰을 포함하는 블록 공중합체를 제조하였다. 상기 산화반응은 전술한 실시예 5.1에 기재한 방법과 동일하게 수행하였다.
The exemplary oxidation of a block copolymer including a Li 2 S- based polyphenylene sulfide in a hydrophilic block produced in Example 4.2 to prepare a block copolymer comprising an ion conductive block copolymer Li 2 S- based polyphenyl sulfone. The oxidation reaction was carried out in the same manner as described in Example 5.1.

5.3. 친수성 단위 중합체에 5.3. Hydrophilic unit polymer BDTBDT -기반 -base 폴리페닐술폰을Polyphenylsulfone 포함하는 이온전도성 블록 공중합체의 제조 Preparation of ion-conducting block copolymer containing

Figure pat00041
Figure pat00041

상기 실시예 4.3에서 제조한 친수성 블록에 BDT-기반 폴리페닐설파이드를 포함하는 블록 공중합체를 산화시켜 이온전도성 블록 공중합체인 BDT-기반 폴리페닐술폰을 포함하는 블록 공중합체를 제조하였다. 상기 산화반응은 전술한 실시예 5.1에 기재한 방법과 동일하게 수행하였다.
The block copolymer containing BDT-based polyphenylsulfide was oxidized to the hydrophilic block prepared in Example 4.3 to prepare a block copolymer containing BDT-based polyphenylsulfone as an ion conductive block copolymer. The oxidation reaction was carried out in the same manner as described in Example 5.1.

실시예Example 6: 이온전도성 블록 공중합체를 이용한 고분자 막의 제조 6: Preparation of polymer membrane using ion conductive block copolymer

실시예 5.1 내지 5.2에 의해 제조된 친수성 블록에는 술폰산으로 치환된 아릴기를 하나 이상 포함하는 술폰기로 연결된 복수개의 아릴기를, 소수성 블록에는 에테르 결합으로 연결된 페닐기를 포함하는 이온전도성 블록 공중합체(0.35 g)를 5 ml의 DMAc와 동일한 부피의 DMSO의 혼합용매에 용해시키고 0.5 μm 필터로 여과하여 공중합체 용액을 제조하였다. 상기 용액을 유리판 위에 붓고 80℃의 질소분위기 하에서 할로겐램프를 이용하여 12시간 이상 건조시켜 용매를 완전히 제거함으로써 고분자 전해질 막을 제조하였다. 이중 TBBT로부터 합성된 친수성 블록을 포함하는 블록 공중합체로 제조된 고분자막을 실험군 1, Li2S로부터 합성된 친수성 블록을 포함하는 블록 공중합체로 제조된 고분자막을 실험군 2로 사용하여 이후 실험에 물성실험에 사용하였다.
The hydrophilic block prepared in Examples 5.1 to 5.2 contained a plurality of aryl groups connected with a sulfonic group containing at least one aryl group substituted with a sulfonic acid and an ion conductive block copolymer (0.35 g) containing a phenyl group linked to the hydrophobic block via an ether bond, Was dissolved in a mixed solvent of 5 ml of DMAc and the same volume of DMSO and filtered through a 0.5 [mu] m filter to prepare a copolymer solution. The solution was poured onto a glass plate and dried for 12 hours or more under a nitrogen atmosphere at 80 ° C to completely remove the solvent, thereby preparing a polymer electrolyte membrane. The polymer membranes prepared from the block copolymers containing the hydrophilic blocks synthesized from the double TBBTs were used as the experimental group 1 and the polymer membranes prepared from the block copolymers containing the hydrophilic blocks synthesized from Li 2 S were used as the experimental group 2, Lt; / RTI >

비교예Comparative Example 1:  One: 술폰산기를The sulfonic acid group 포함하는  Included 설파이드기를The sulfide group 포함하는  Included TBBTTBBT -기반 친수성 단위 중합체에 포함하는 이온전도성 고분자를 이용한 고분자 막의 제조- Preparation of Polymeric Membrane Using Ionic Conducting Polymers Contained in Hydrophilic Unit - based Polymers

Figure pat00042
Figure pat00042

비교예 1로는 상기 실시예 5.1에 따른 산화반응을 통해 설파이드를 술폰으로 전환시키지 않은 TBBT-기반 블록 공중합체 즉, 실시예 4.1에 의해 합성된 공중합체를 이용하였다. 상기 공중합체를 실시예 6에 기재된 방법에 따라 고분자 막으로 성형하여 상기 실험군과 함께 물성실험에 사용하였다.
As Comparative Example 1, a TBBT-based block copolymer without conversion of sulfide to sulfonic acid through the oxidation reaction according to Example 5.1, that is, the copolymer synthesized by Example 4.1, was used. The copolymer was molded into a polymer membrane according to the method described in Example 6 and used in the physical properties test together with the experimental group.

비교예Comparative Example 2:  2: 술폰산기를The sulfonic acid group 포함하는  Included 설파이드기를The sulfide group 포함하는  Included LiLi 22 SS -기반 친수성 단위 중합체에 포함하는 이온전도성 고분자 및 이를 이용한 고분자 막의 제조-Based Hydrophilic Unit Polymers and Preparation of Polymeric Membranes Using the Ionic Conducting Polymers

Figure pat00043
Figure pat00043

비교예 2로는 상기 실시예 5.2에 따른 산화반응을 통해 설파이드를 술폰으로 전환시키지 않은 Li2S-기반 블록 공중합체 즉, 실시예 4.2에 의해 합성된 공중합체를 이용하였다. 상기 공중합체를 실시예 6에 기재된 방법에 따라 고분자 막으로 성형하여 상기 실험군과 함께 물성실험에 사용하였다.
As Comparative Example 2, a Li 2 S-based block copolymer without conversion of sulfide to sulfone through the oxidation reaction according to Example 5.2, that is, the copolymer synthesized by Example 4.2, was used. The copolymer was molded into a polymer membrane according to the method described in Example 6 and used in the physical properties test together with the experimental group.

비교예Comparative Example 3: 소수성 블록에 에테르 함량이  3: The ether content in the hydrophobic block 감소되고Reduced 친수성 블록에는  The hydrophilic block contains 설파이드Sulfide 기를 포함하는 공중합체 및 이를 이용한 고분자 막의 제조And a polymer membrane using the same

Figure pat00044
Figure pat00044

본 발명에 따른 소수성 블록에 에테르 함량을 증가시킨 블록 공중합체와 비교를 위하여 실시예 4.1의 공중합체와 동일한 친수성 블록을 포함하되 소수성 블록에 에테르 결합 수를 감소시킨 블록 공중합체를 제조하여 비교예 3으로 사용하였다. 구체적인 비교예 3의 제조방법은 하기와 같다.For comparison with a block copolymer having an increased ether content in the hydrophobic block according to the present invention, a block copolymer containing the same hydrophilic block as the copolymer of Example 4.1 but having reduced ether bond number in the hydrophobic block was prepared, Respectively. The specific production method of Comparative Example 3 is as follows.

먼저, 4구 플라스크에 냉각기와 기계적 교반기, 딘스탁 트랩을 장착하고 아르곤 가스로 충분히 정화하였다. BP(biphenol; 4.4730 g, 0.0240 mol), 4,4'-디플루오로디페닐 술폰(4,4'-difluorodiphenyl sulfone; DFDPS, 5.5270 g, 0.0217 mol) 및 K2CO3(3.9840 g, 0.0288 mol)을 넣고 DMAc와 톨루엔 혼합용매(v/v=1.6/1)를 첨가하여 150℃에서 2시간 동안 교반시키면서 상기 화합물들을 용해시키고 톨루엔을 4시간 동안 환류시켜 반응 부산물인 물을 제거하였다. 이후 한 시간 동안 175℃로 승온시켜 18시간 동안 반응시켰다. 반응이 종료되면 온도를 상온까지 낮춘 후 증류수에 부어 반응 혼합용액 내의 합성된 소중합체를 침전시켰다. 침전물은 반복하여 세척하고 여과하여 정제된 소중합체로 수득하였다. 이후 80℃에서 24시간 동안 감압건조하여 에테르 함량이 감소된 소수성 소중합체를 획득하였다.First, a four-necked flask was equipped with a condenser, a mechanical stirrer, and a Dean Stark trap, and sufficiently purified by argon gas. BP (biphenol; 4.4730 g, 0.0240 mol), 4,4'- difluoro Lodi sulfone (4,4'-difluorodiphenyl sulfone; DFDPS, 5.5270 g, 0.0217 mol) and K 2 CO 3 (3.9840 g, 0.0288 mol) And the mixture was stirred at 150 ° C for 2 hours to dissolve the compounds. The toluene was refluxed for 4 hours to remove water as a by-product of the reaction. Thereafter, the temperature was raised to 175 DEG C for one hour and reacted for 18 hours. After the reaction was completed, the temperature was lowered to room temperature and poured into distilled water to precipitate the synthesized oligomer in the reaction mixture solution. The precipitate was repeatedly washed and filtered to give a purified oligomer. Thereafter, it was dried under reduced pressure at 80 DEG C for 24 hours to obtain a hydrophobic oligomer with reduced ether content.

4구 플라스크에 냉각기와 기계적 교반기, 딘스탁 트랩을 장착하고 아르곤 가스로 충분히 정화하였다. 상기 제조한 소수성 소중합체와 K2CO3를 가하고 DMAc와 사이클로헥산 혼합용매(v/v=1.6/1)를 첨가하여 80℃에서 한 시간 동안 교반시키면서 상기 화합물들을 용해시켰다. 완전히 용해되면 혼합용액의 온도를 135℃까지 높이고 사이클로헥산을 4시간 동안 환류시켜 부산물인 물을 제거하였다. 이후 용액의 온도를 상온까지 낮춘 후 실시예 1.1, 1.2 및 4.1에 따라 제조한 TBBT-기반 친수성 단위 중합체 전구체를 첨가하고 온도를 서서히 80℃로 높여 점도가 오를 때까지 반응을 유지하였다. 반응이 종료되면 온도를 상온까지 냉각시킨 후 증류수에 부어 반응 혼합용액 내의 블록 공중합체를 팽윤된 섬유형태로 침전시켰다. 침전물은 반복하여 세척하고 여과하여 정제된 공중합체로 수득하였다. 이후 120℃에서 24시간 동안 감압건조하였다. 상기 수득한 추가적인 산화과정을 거치기 전의 설파이드기를 포함하는 블록 공중합체를 이용하여 고분자막을 제조하고 비교예 3으로 사용하였다.
The four-necked flask was equipped with a condenser, a mechanical stirrer and a Deanstock trap, and sufficiently purged with argon gas. The prepared hydrophobic oligomer and K 2 CO 3 were added and the mixture was dissolved with stirring at 80 ° C for one hour by adding a mixed solvent of DMAc and cyclohexane (v / v = 1.6 / 1). When completely dissolved, the temperature of the mixed solution was raised to 135 ° C and cyclohexane was refluxed for 4 hours to remove the by-product water. After the temperature of the solution was lowered to room temperature, the TBBT-based hydrophilic unit polymer precursor prepared according to Examples 1.1, 1.2, and 4.1 was added and the temperature was gradually raised to 80 DEG C to maintain the reaction until the viscosity increased. When the reaction was completed, the temperature was cooled to room temperature and poured into distilled water to precipitate the block copolymer in the form of swollen fiber in the reaction mixture. The precipitate was repeatedly washed and filtered to give the purified copolymer. Thereafter, it was dried under reduced pressure at 120 DEG C for 24 hours. The polymer membrane was prepared using the block copolymer containing the sulfide group before the above-obtained additional oxidation process, and used as Comparative Example 3.

비교예Comparative Example 4: 소수성 블록에 에테르 함량이  4: The ether content in the hydrophobic block 감소되고Reduced 친수성 블록에는  The hydrophilic block contains 폴리페닐Polyphenyl 술폰 구조를 포함하는 공중합체 및 이를 이용한 고분자 막의 제조Copolymer containing sulfone structure and production of polymer membrane using the same

Figure pat00045
Figure pat00045

상기 비교예 3의 고분자를 산화시킴으로써 친수성 블록에 포함된 설파이드기를 술폰기로 전환시켜 제조한 블록 공중합체를 이용하여 고분자막을 제조하고 비교예 4로 사용하였다.
The polymer of Comparative Example 3 was oxidized to convert the sulfide group contained in the hydrophilic block to a sulfone group. The polymer membrane was prepared using the block copolymer and used as Comparative Example 4.

비교예Comparative Example 5: 친수성 블록에 에테르기를 포함하는 공중합체 및 이를 이용한 고분자 막의 제조 5: Copolymer Containing Ether Group in Hydrophilic Block and Preparation of Polymeric Membrane Using It

Figure pat00046
Figure pat00046

에테르기의 분포 위치에 따른 효과를 확인하기 위하여 친수성 블록에 에테르기를 도입한 공중합체를 제조하였다. 이를 위하여 TBBT 대신 바이페놀(biphenol)을 사용하여 실시예 1.1과 동일한 방법으로 친수성 소중합체를 합성하였다. 제조된 친수성 소중합체는 실시예 2.1에 기재된 반응을 수행하여 양말단에 캡핑단위를 도입하였다. 양말단에 캡핑단위를 도입한 친수성 블록은 다시 상기 비교예 3에 기재한 방법으로 제조한 BP-기반 소수성 중합체와 축합시켜 친수성 블록에 에테르기를 도입한 공중합체를 제조하였으며, 이를 비교예 5로 사용하였다.
In order to confirm the effect of the distribution of the ether groups, a copolymer having an ether group introduced into the hydrophilic block was prepared. To this end, a hydrophilic oligomer was synthesized in the same manner as in Example 1.1 using biphenol instead of TBBT. The prepared hydrophilic oligomer was subjected to the reaction described in Example 2.1 to introduce capping units at both ends. The hydrophilic block having capping units introduced at both ends was condensed with the BP-based hydrophobic polymer prepared by the method described in Comparative Example 3 to prepare a copolymer having an ether group introduced into the hydrophilic block, which was used as Comparative Example 5 Respectively.

실험예Experimental Example 1: 이온전도성 고분자를 포함하는  1: An ion conductive polymer containing 전해질막의Electrolyte membrane 물성 확인 Check property

상기 실시예 6 및 비교예 1에 의해 제조된 고분자 막에 대한 물성을 측정하였다. 구체적으로, 전도도, 치수변화도 및 물 흡수율 등을 측정하였다.The physical properties of the polymer membrane prepared in Example 6 and Comparative Example 1 were measured. Specifically, conductivity, dimensional change and water absorption rate were measured.

먼저, AC 임피던스 분석기(Solatron 1280, Impedance/gain phase analyzer)를 이용하여 25℃ 및 80℃ 온도의 100% 상대습도 하에서 양성자(proton) 전도도를 측정하였다. Four prove conductivity cell을 이용하여 0.1 내지 20 kHz 범위에서 동일한 위상(in-phase) 방향으로 측정하였다. 측정 전 항온항습 챔버에서 30분간 온도를 유지시켰으며 하기의 식으로 전도도를 계산하였다.First, the proton conductivity was measured at 100% relative humidity at 25 ° C and 80 ° C using an AC impedance analyzer (Solatron 1280, Impedance / gain phase analyzer). Four prove conductivity cells were measured in the in-phase direction in the range of 0.1 to 20 kHz. The temperature was maintained for 30 minutes in the thermo-hygrostat chamber before measurement, and the conductivity was calculated by the following equation.

Figure pat00047
Figure pat00047

이때, I는 전극사이의 거리, R은 막의 임피던스, S는 양성자가 이동하는 표면적을 나타낸다.Where I is the distance between the electrodes, R is the impedance of the film, and S is the surface area over which the protons move.

다음으로 치수 변화도를 측정하였다. 치수 변화도를 측정하기 위하여 제조된 막을 24시간 동안 증류수에 담근 후 젖은 막의 부피(Vwet)를 측정하고 상기 젖은 막을 120℃에서 24시간 동안 다시 진공건조시켜 부피(Vdry)를 측정하였다. 이들 측정된 수치를 하기 식에 대입하여 치수 변화도를 계산하였다.Next, the degree of dimensional change was measured. In order to measure the degree of dimensional change, the prepared membrane was immersed in distilled water for 24 hours, the volume (Vwet) of the wet membrane was measured, and the wet membrane was vacuum dried again at 120 ° C for 24 hours to measure the volume (Vdry). These measured values were substituted into the following equations to calculate the degree of dimensional change.

Figure pat00048
Figure pat00048

마지막으로 물 흡수율(water uptake; WU)을 측정하였다. 상기 물 흡수율은 상기 젖은 상태의 막의 질량(Wwet) 및 건조된 막의 질량(Wdry)을 측정하여 하기의 식을 이용하여 계산하였다.Finally, water uptake (WU) was measured. The water absorption rate was calculated by measuring the mass (Wwet) of the wet film and the mass (Wdry) of the dried film using the following equation.

Figure pat00049
Figure pat00049

분자량은 고유점도를 측정하여 환산하였다. 고유점도를 측정하기 위하여 상기 제조된 고분자를 NMP에 녹여 0.5 g/dl의 농도로 제조한 용액의 점도를 25℃ 항온조 안에서 우베로드 점도계를 이용하여 측정하였다.
The molecular weight was measured by measuring intrinsic viscosity. In order to measure the intrinsic viscosity, the prepared polymer was dissolved in NMP and the viscosity of the solution prepared at a concentration of 0.5 g / dl was measured in a 25 ° C. thermostat using a Ube load viscometer.

이와 같이 얻은 결과를 종합하여 하기 표 1에 나타내었다.The results thus obtained are summarized in Table 1 below.

Figure pat00050
Figure pat00050

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 이온전도성 고분자를 이용하여 제조한 고분자 막(실험군 1 및 2)은 비교예로 사용된 유사한 골격을 가지면서 산화과정을 거치지 않아 술폰기 대신 설파이드기를 포함하는 공중합체로 제조한 고분자 막(비교예 1 및 2)과 비교하여 동등 이상의 이온전도도를 나타내었다. 또한 유연한 특성의 에테르기의 함량이 증가되었음에도 불구하고 치수변화도 및 물흡수율이 오히려 감소하였다(실험예 1 대 비교예 4). 이는 본 발명에 따른 이온전도성 고분자를 포함하는 고분자 막은 연료전지의 전해질 막으로 활용할 경우 길이방향으로의 팽윤을 억제함으로써 내구성에 유리하게 작용할 수 있음을 나타낸다.
As shown in Table 1, the polymer membranes (experimental groups 1 and 2) prepared using the ion conductive polymer according to the present invention had a similar skeleton used as a comparative example, but did not undergo an oxidation process and contained a sulfide group instead of a sulfone group (Comparative Examples 1 and 2). The polymer membranes prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were found to have equivalent ion conductivity. In addition, although the content of the ether group of the flexible property was increased, the dimensional change and the water absorption rate were rather reduced (Experimental Example 1 to Comparative Example 4). This indicates that when the polymer membrane including the ion conductive polymer according to the present invention is used as an electrolyte membrane of a fuel cell, the swelling in the longitudinal direction can be suppressed and thus the membrane can be advantageously used for durability.

실험예Experimental Example 2: 에테르기 함량에 따른 유기용매에 대한 공중합체의 용해도 및 유연성 2: Solubility and Flexibility of Copolymer to Organic Solvent by Ether Group Content

상기 제조예 및 비교예에 따라 제조한 공중합체의 다양한 유기용매에 대한 용해도를 측정하여 하기 표 2에 기록하였다. 본 발명에 따른 소수성 블록에 증가된 함량의 에테르기를 포함하는 고분자(실험군 1 및 2)는 상대적으로 낮은 함량의 에테르기를 포함하는 소수성 블록으로 구성된 고분자(비교예 4)에 비해 현저히 향상된 용해도를 갖는 것을 확인하였다.The solubilities of the copolymers prepared according to the Preparation Examples and Comparative Examples in various organic solvents were measured and reported in Table 2 below. The polymers containing ether groups (Experiments 1 and 2) in the hydrophobic block according to the present invention had significantly improved solubility compared to the polymer composed of hydrophobic blocks containing relatively low content of ether groups (Comparative Example 4) Respectively.

Figure pat00051
Figure pat00051

또한 증가된 에테르기 함량에 따른 공중합체의 유연성 변화를 확인하기 위하여 DSC 분석을 통해 유리전이온도(glass transition temperature)를 측정하였다. 필름 형태의 샘플을 이용하여 10℃/분의 속도로 승온하면서 측정하였다. 특히 동일한 친수성 블록을 포함하고 소수성 블록의 에테르 함량만을 변화시킨 고분자인 실험군 1과 비교예 4의 유리전이온도 측정결과를 도 1에 나타내었다. 그 결과, 소수성 블록에 보다 높은 함량의 에테르기를 포함하는 실험군 1이 비교예 4 보다 낮은 유리전이온도를 나타내는 것을 확인하였으며, 이는 본 발명에 따른 소수성 블록에 에테르 함량을 증가시킨 고분자가 더 높은 유연성을 가짐을 나타낸다.
The glass transition temperature was also measured by DSC analysis to confirm the change in flexibility of the copolymer with increasing ether group content. Film type sample while heating at a rate of 10 ° C / minute. In particular, FIG. 1 shows the results of measuring the glass transition temperature of experimental group 1 and comparative example 4, which are polymers containing the same hydrophilic block and changing only the ether content of the hydrophobic block. As a result, it was confirmed that Experimental Group 1 containing a higher content of ether groups in the hydrophobic block exhibited lower glass transition temperature than Comparative Example 4, indicating that the polymer having increased ether content in the hydrophobic block according to the present invention exhibited higher flexibility .

실험예Experimental Example 3:  3: 에테르기의Ether group 함량 및 분포에 따른 화학적 내구성 Chemical durability according to content and distribution

제조된 공중합체의 화학적 내구성을 확인하기 위하여 펜톤시약(Fenton reagent)에 대한 산화안정성 테스트를 수행하였다. 에테르기의 함량뿐만 아니라 분포에 따른 화학적 내구성에 대한 영향을 확인하기 위하여, 본 발명에 따른 공중합체에 비해 낮은 함량의 에테르기를 소수성 블록에 포함하는 비교예 4의 공중합체와 친수성 블록에 에테르기를 포함하는 비교예 5의 공중합체에 대해 동일한 실험을 수행하였다. 구체적으로, 진공 건조된 필름의 무게(W1)를 측정한 후 펜톤시약(2 ppm의 FeSO4 촉매가 포함된 3 중량%의 과산화수소수)에 담그고 80℃ 항온조에서 무게변화와 필름 균열 시간을 측정하였다. 무게 변화값은 1시간 경과 후 펜톤시약에서 필름을 꺼내어 진공오븐에서 24시간 동안 건조한 후 무게(W2)를 측정하여 반응 전 무게에 대한 반응 후 무게의 백분율(W2/W1×100)로 계산하였다. 필름 균열 시간은 펜톤시약 내에서 필름이 갈라지기 시작하는 시점까지의 시간을 측정하여 기록하였다. 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.Oxidation stability tests were performed on Fenton reagents to confirm the chemical durability of the prepared copolymers. In order to confirm not only the content of the ether groups but also the chemical durability according to the distribution, it was confirmed that the copolymer of Comparative Example 4 containing a lower content of ether group in the hydrophobic block than the copolymer of the present invention and the hydrophilic block had an ether group The same experiment was performed on the copolymer of Comparative Example 5. Specifically, the weight (W1) of the vacuum dried film was measured and then immersed in a Fenton reagent (3 wt% hydrogen peroxide solution containing 2 ppm of FeSO 4 catalyst), and the weight change and film cracking time were measured in a thermostatic chamber at 80 ° C . The weight change value was calculated as the percentage of the weight after the reaction (W2 / W1 × 100) with respect to the pre-reaction weight after the film was taken out from the Fenton reagent and dried in a vacuum oven for 24 hours after measuring the weight (W2). The film cracking time was measured by measuring the time from the start of the film cracking in the Fenton reagent. The results are shown in Table 3 below.

Figure pat00052
Figure pat00052

상기 표 3에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 공중합체(실험군 1 및 2)는 반응성이 높은 에테르기를 보다 높은 함량으로 포함하고 있음에도 불구하고 비교예 4에 비해 동등하거나 높은 산화안정성을 갖는 것을 확인하였다. 한편, 친수성 블록에테르기를 포함하는 비교예 5의 블록 공중합체는 반응성 에테르기가 친수성을 부여하기 위하여 도입된 술폰산기에 가까이 위치함으로써 화학적 안정성에 악영향을 주어 현저히 감소된 산화안정성을 나타내어 펜톤시약과의 반응에서 모두 분해되었다. 즉, 본 발명에 따른 블록 공중합체는 유연성의 향상을 위하여 에테르기를 도입하되 술폰산기와 분리된 소수성 블록에 도입함으로써 산화안정성의 감소는 수반하지 않으면서 유연성은 향상시켰다.
As shown in Table 3, the copolymers according to the present invention (Experimental Groups 1 and 2) were found to have equivalent or higher oxidation stability than Comparative Example 4, even though they contain higher reactive ether groups. On the other hand, the block copolymer of Comparative Example 5 containing a hydrophilic block ether group has a markedly reduced oxidation stability due to the fact that the reactive ether group is adhered to the sulfonic acid group introduced for imparting hydrophilicity to the chemical stability, All disassembled. That is, in order to improve the flexibility, the block copolymer according to the present invention introduces the ether group into the hydrophobic block separated from the sulfonic acid group, thereby improving the flexibility without accompanied by reduction of the oxidation stability.

Claims (19)

친수성 블록 및 소수성 블록을 포함하는 블록공중합체를 포함하는 이온전도성 고분자에 있어서,
상기 친수성 블록은 술폰산기를 포함하는 폴리페닐술폰(sulfonated poly(phenyl sulfone))구조를 포함하고,
상기 소수성 블록은 하기 화학식 1로 표시되는 것이 특징인 이온전도성 고분자:
[화학식 1]
Figure pat00053

상기 화학식 1에서,
A'은 전자끌게기로서 -(SO2)-, -(C=O)-, -CF2-, -C(CF3)2- 또는 -(P=O)-,
p는 1 또는 2,
q는 1 이상의 정수이다.
An ion conductive polymer comprising a block copolymer comprising a hydrophilic block and a hydrophobic block,
Wherein the hydrophilic block comprises a sulfonated poly (phenyl sulfone) structure comprising a sulfonic acid group,
Wherein the hydrophobic block is represented by the following formula (I): < EMI ID =
[Chemical Formula 1]
Figure pat00053

In Formula 1,
A 'is an electron withdrawing group such as - (SO 2 ) -, - (C═O) -, -CF 2 -, -C (CF 3 ) 2 - or - (P═O)
p is 1 or 2,
q is an integer of 1 or more.
제1항에 있어서,
상기 친수성 블록은 하기 화학식 2 내지 4로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 이온전도성 고분자:
[화학식 2]
Figure pat00054

[화학식 3]
Figure pat00055

[화학식 4]
Figure pat00056

상기 화학식 2 내지 4에서,
a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수,
M은 양이온으로서, H+, Li+, Na+, K+, NR4 + 또는 PR4 +,
A는 전자끌게기로서 -(SO2)-, -(C=O)-, -CF2-, -C(CF3)2- 또는 -(P=O)-,
l은 0 내지 2의 정수,
m은 1 이상의 정수이다.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrophilic block is selected from the group consisting of the following formulas (2) to (4):
(2)
Figure pat00054

(3)
Figure pat00055

[Chemical Formula 4]
Figure pat00056

In the above Chemical Formulas 2 to 4,
a and b are each independently an integer of 1 to 4,
M is a cation, H +, Li +, Na +, K +, NR 4 + or PR 4 +,
A is an electron withdrawing group, - (SO 2 ) -, - (C═O) -, -CF 2 -, -C (CF 3 ) 2 - or -
l is an integer of 0 to 2,
m is an integer of 1 or more.
제1항에 있어서,
상기 친수성 블록 또는 소수성 블록은 각각 독립적으로 양 말단에 반응성 작용기로 히드록시기 또는 할로겐을 포함하는 캡핑 단위 E 및 E'을 추가로 포함하는 것이 특징인 이온전도성 고분자.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrophilic block or the hydrophobic block further comprises capping units E and E 'each independently containing a hydroxyl group or a halogen as a reactive functional group at both terminals.
제3항에 있어서,
상기 캡핑 단위 E 및 E'은 각각 독립적으로
Figure pat00057
,
Figure pat00058
,
Figure pat00059
,
Figure pat00060
,
Figure pat00061
,
Figure pat00062
,
Figure pat00063
Figure pat00064
로 구성된 군으로부터 선택되는 것이며, 상기 X는 단일결합, -CF2- 또는 -C(CF3)2-인 이온전도성 고분자.
The method of claim 3,
The capping units E and E 'are each independently
Figure pat00057
,
Figure pat00058
,
Figure pat00059
,
Figure pat00060
,
Figure pat00061
,
Figure pat00062
,
Figure pat00063
And
Figure pat00064
And X is a single bond, -CF 2 - or -C (CF 3 ) 2 -.
하기 화학식 5 내지 7 중 어느 하나로 표시되는 반복단위를 포함하는 친수성 블록 및 소수성 블록을 포함하는 블록 공중합체:
[화학식 5]
Figure pat00065

[화학식 6]
Figure pat00066

[화학식 7]
Figure pat00067

상기 화학식 5 내지 7에서,
a, b, A, A', M, l, m, p 및 q는 각각 제1항 또는 제2항에 정의된 바와 같으며, E 및 E'은 각각 독립적으로 단일결합 또는 캡핑 단위로서 제4항에 정의된 바와 같고,
y는 1 이상의 정수이며,
E 또는 E'이 캡핑 단위인 경우 말단의 히드록시기 또는 플루오르기를 통해 소수성 단위 중합체에 연결된 것인 블록 공중합체.
A block copolymer comprising a hydrophilic block and a hydrophobic block comprising a repeating unit represented by any one of the following formulas (5) to (7):
[Chemical Formula 5]
Figure pat00065

[Chemical Formula 6]
Figure pat00066

(7)
Figure pat00067

In the above formulas 5 to 7,
and E and E 'are each independently a single bond or a capping unit, and the fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, Lt; / RTI >
y is an integer of 1 or more,
E or E 'is a capping unit, is connected to the hydrophobic unit polymer via a terminal hydroxy group or a fluorine group.
제5항에 있어서,
상기 캡핑 단위 E 및 E'은 각각 독립적으로 1,4-디히드록시벤젠, 4,4'-바이페놀, 퍼플루오로벤젠, 데카플루오로바이페닐, 디플루오로비스퍼플루오로페닐메탄, 6,6'-(퍼플루오로프로판-2,2-디일)비스(1,2,3,4,5-펜타플루오로벤젠) 및 이들의 조합으로부터 선택되는 화합물로부터 유래되는 것인 블록 공중합체.
6. The method of claim 5,
The capping units E and E 'are each independently 1,4-dihydroxybenzene, 4,4'-biphenol, perfluorobenzene, decafluorobiphenyl, difluorobisperfluorophenylmethane, 6 , 6 '- (perfluoropropane-2,2-diyl) bis (1,2,3,4,5-pentafluorobenzene), and combinations thereof.
제5항에 있어서,
상기 친수성 블록은 하기 화학식 8로 표시되는 술폰산기를 포함하는 단량체와 화학식 9 또는 10으로 표시되는 설파이드기를 포함하는 단량체로부터 제조되는 것인 블록 공중합체:
[화학식 8]
Figure pat00068

[화학식 9]
Figure pat00069

[화학식 10]
Figure pat00070

상기 a, b 및 A는 각각 제2항에 정의된 바와 같으며, X는 히드록시기 또는 할로겐이며, l은 1 또는 2이다.
6. The method of claim 5,
Wherein the hydrophilic block is prepared from a monomer having a sulfonic acid group represented by the following formula (8) and a monomer containing a sulfide group represented by the following formula (9) or (10)
[Chemical Formula 8]
Figure pat00068

[Chemical Formula 9]
Figure pat00069

[Chemical formula 10]
Figure pat00070

Wherein a, b and A are each as defined in claim 2, X is a hydroxy group or halogen, and l is 1 or 2.
제5항에 있어서,
상기 소수성 블록은 화학식 11 및 12로 표시되는 단량체들로부터 제조되는 것인 블록 공중합체:
[화학식 11]
Figure pat00071

[화학식 12]
Figure pat00072

상기 A' 및 p는 제1항에 정의된 바와 같으며, X는 할로겐이다.
6. The method of claim 5,
Wherein the hydrophobic block is prepared from the monomers represented by formulas (11) and (12):
(11)
Figure pat00071

[Chemical Formula 12]
Figure pat00072

Wherein A 'and p are as defined in claim 1, and X is halogen.
제5항에 있어서,
a 및 b는 1,
M은 H+, Na+ 또는 K+,
A는 -(SO2)-,
l은 0 내지 2의 정수,
p는 1 또는 2,
E는
Figure pat00073
이고 상기 X는 단일결합이며, E'은 단일결합인 블록 공중합체.
6. The method of claim 5,
a and b are 1,
M is H + , Na + or K +
A is - (SO 2) -,
l is an integer of 0 to 2,
p is 1 or 2,
E is
Figure pat00073
And X is a single bond and E 'is a single bond.
제5항에 있어서,
상기 블록 공중합체는 10,000 내지 1,000,000의 수평균 분자량(number-average molecular weight; Mn) 또는 10,000 내지 10,000,000의 중량평균 분자량(weight-average molecular weight; Mw)을 갖는 것인 블록 공중합체.
6. The method of claim 5,
Wherein the block copolymer has a number-average molecular weight (Mn) of 10,000 to 1,000,000 or a weight-average molecular weight (Mw) of 10,000 to 10,000,000.
제5항에 기재된 블록 공중합체의 제조방법으로서,
설파이드기를 포함하는 하기 화학식 13 내지 15 중 어느 하나의 화학식으로 표시되는 친수성 단위 중합체의 전구체를 준비하는 단계;
하기 화학식 1로 표시되는 소수성 단위 중합체를 준비하는 단계;
상기 친수성 단위 중합체의 전구체와 소수성 단위 중합체를 혼합하여 축합반응에 의해 블록 공중합체를 형성하는 단계; 및
상기 친수성 단위 중합체의 전구체의 설파이드기를 술폰기로 산화시키는 단계를 포함하는 블록 공중합체의 제조방법:
[화학식 1]
Figure pat00074

[화학식 13]
Figure pat00075

[화학식 14]
Figure pat00076

[화학식 15]
Figure pat00077

상기 화학식 1 및 화학식 13 내지 15에서,
a, b, A, A', M, l, m, p 및 q는 각각 제5항에 정의된 바와 같다.
A method for producing a block copolymer according to claim 5,
Preparing a precursor of a hydrophilic unit polymer represented by the following formula (13) containing a sulfide group;
Preparing a hydrophobic unit polymer represented by the following formula (1);
Mixing a precursor of the hydrophilic unit polymer with a hydrophobic unit polymer to form a block copolymer by a condensation reaction; And
And oxidizing the sulfide group of the precursor of the hydrophilic unit polymer to a sulfone group.
[Chemical Formula 1]
Figure pat00074

[Chemical Formula 13]
Figure pat00075

[Chemical Formula 14]
Figure pat00076

[Chemical Formula 15]
Figure pat00077

In the above formulas (1) and (13) to (15)
a, b, A, A ', M, l, m, p and q are each as defined in claim 5.
제11항에 있어서,
축합반응 이전에 상기 친수성 단위 중합체의 전구체에 캡핑 단위 E를 결합시키는 단계 또는 소수성 단위 중합체에 캡핑 단위 E'을 결합시키는 단계를 추가로 포함하는 제조방법.
12. The method of claim 11,
Further comprising the step of binding the capping unit E to the precursor of the hydrophilic unit polymer prior to the condensation reaction or coupling the capping unit E 'to the hydrophobic unit polymer.
제12항에 있어서,
상기 캡핑 단위 E 및 E'은 각각 독립적으로 1,4-디히드록시벤젠, 4,4'-바이페놀, 퍼플루오로벤젠, 데카플루오로바이페닐, 디플루오로비스퍼플루오로페닐메탄, 및 6,6'-(퍼플루오로프로판-2,2-디일)비스(1,2,3,4,5-펜타플루오로벤젠)으로 구성된 군으로부터 선택되는 캡핑제와 반응시켜 수행되는 것인 제조방법.
13. The method of claim 12,
The capping units E and E 'are each independently selected from the group consisting of 1,4-dihydroxybenzene, 4,4'-biphenol, perfluorobenzene, decafluorobiphenyl, difluorobisperfluorophenylmethane, Is reacted with a capping agent selected from the group consisting of 6,6 '- (perfluoropropane-2,2-diyl) bis (1,2,3,4,5-pentafluorobenzene) Way.
제13항에 있어서,
상기 캡핑제와의 반응은 1종의 캡핑제와 단회 수행되거나, 2종 이상의 캡핑제와 2회 이상의 반응을 통해 수행되는 것인 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the reaction with the capping agent is performed with one kind of capping agent or with two or more kinds of capping agents through two or more reactions.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 이온전도성 고분자 또는 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 블록 공중합체를 포함하는 이온전도체.
An ion conductor comprising the ion conductive polymer according to any one of claims 1 to 4 or the block copolymer according to any one of claims 5 to 10.
제15항에 있어서,
이온전도성 고분자 또는 블록 공중합체를 포함하는 수지 조성물로 형성된 성형체인 것이 특징인 이온전도체.
16. The method of claim 15,
Wherein the ion conductor is a molding formed of a resin composition comprising an ion conductive polymer or a block copolymer.
제16항에 있어서,
상기 성형체는 전해질막, 분리막 또는 수처리막인 것인 이온전도체.
17. The method of claim 16,
Wherein the molded body is an electrolyte membrane, a separation membrane, or a water treatment membrane.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 이온전도성 고분자 또는 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 블록 공중합체를 포함하는 수지 조성물로부터 성형된 전해질막 또는 분리막을 구비한 전지.
A battery comprising an ionic conductive polymer according to any one of claims 1 to 4 or an electrolyte membrane or separator formed from a resin composition comprising the block copolymer according to any one of claims 5 to 10.
제18항에 있어서,
양성자 교환막 연료전지, 직접 메탄올 연료전지 또는 산화환원 흐름 전지인 것인 전지.
19. The method of claim 18,
A proton exchange membrane fuel cell, a direct methanol fuel cell, or a redox flow cell.
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