메틸 모폴리늄을 가진 말단가교계 블록형 공중합체, 및 이를 이용한 음이온 교환막

아지드 말단가교로 전도도 손실을 줄인 메틸 모폴리늄 음이온 교환막

본 기술은 메틸 모폴리늄을 전도기로 지닌 폴리(아릴렌 에터 술폰) 다중블록 공중합체(MM-PES)를 아지드 화합물로 고분자 사슬 말단에서만 가교시킨 말단가교계 고분자 막입니다. 친수성 조성비 1.5:1과 가교제 15 wt% 조건에서 51MPa 인장강도와 장시간 고온 내구성을 갖도록 구성됩니다.

음이온 교환막은 알칼리 연료전지 등에서 비귀금속 촉매 사용을 가능하게 하지만, 80℃ 이상의 고알칼리 환경에서 안정성이 크게 떨어지는 문제가 있었습니다. 안정성 향상을 위해 도입한 일반 가교는 경직된 3차원 네트워크와 낮은 물 흡수로 이온 전도도까지 함께 떨어뜨리는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 가교를 사슬 말단으로 한정해 3차원 네트워크 형성을 최소화하고, 벌크한 모폴리늄 양이온의 입체 구조로 OH- 전도도와 알칼리 안정성을 함께 확보합니다. 용액 캐스팅 후 180℃ 열처리만으로 막을 만들 수 있고 물 흡수는 줄이면서 물 보유 능력은 높여 부분 가습 조건에서도 전도도가 유지됩니다. 알칼리 연료전지용 음이온 교환막과 전기투석·정수필터 같은 수처리 막에 적용될 수 있어 고온 장기 운전에서도 막 성능 저하를 늦출 수 있습니다.

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Key Features:

• 메틸 모폴리늄으로 관능화된 폴리(아릴렌 에터 술폰) 다중블록 공중합체가 아지드 화합물 가교제에 의해 가교된 말단가교계 고분자 막
• 가교가 MM-PES 고분자 사슬의 말단에만 도입되고 n:m이 1.5:1인 고-친수성 조성을 갖는 구성
• 아지드 화합물 가교제를 MM-PES 중량 기준 15 wt% 사용하여 인장강도 51MPa와 80℃ 500시간 처리 후 외관 및 유연성 유지를 구현한 고분자 막
• MM-PES와 아지드 가교제를 DMF 용매에서 혼합해 필름으로 캐스팅 및 건조한 뒤 180℃에서 열처리하여 가교시키는 단계

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본 발명은 미래창조과학부의 분자구조의 제어를 통한 고성능 음이온교환막 원천소재 개발 지원을 통해 개발되었습니다.

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