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본 연구에서는 디벤조퓨란(dibenzofuran), 바이페닐(biphenyl), 7-브로모-1,1,1-트라이플루오로헵탄-2-온(7-Bromo- 1,1,1-trifluoroheptan-2-one)을 단량체로 사용하여 강산 촉매하에서 축합중합을 수행함으로써 가지형 구조의 이오노머 전구체 (BFBC7Br)를 합성하였다. 이후 4차 암모늄기로의 개질 반응을 통해 OH⁻ 이온 전달이 가능한 디벤조퓨란–바이페닐 기반 이 오노머(BFBN)를 제조하였다. 합성된 BFBN의 화학 구조, 분자량 및 열적 특성을 분석하였으며, 용액 캐스팅(solution casting) 공법을 이용하여 BFBN 막을 제조하고 그 수화 거동 특성을 평가하였다. 또한 기계적 물성과 이온전도도를 PiperION 막과 비교함으로써 구조적 차이에 따른 성능 특성을 분석하였다. 그 결과, BFBN 막은 PiperION 대비 유연한 알킬 측쇄의 도입으 로 인해 변형 수용성(연신율)이 향상되었으며, 가지형 구조가 형성하는 친수/소수 영역의 미세상 분리 효과로 인해 우수한 OH⁻ 이온 전도도를 나타내었다.
In this study, a graft-structured ionomer precursor (BFBC7Br) was synthesized through condensation polymerization using a superacid catalyst with dibenzofuran (BF), biphenyl (BP), and 7-bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one (C7Br) as monomers. Subsequently, a BFBN ionomer capable of OH⁻ ion conduction was prepared via a quaternization reaction that introduced quaternary ammonium groups. The chemical structure, molecular weight, and thermal properties of BFBN were characterized, and a BFBN membrane was fabricated using the solution-casting method to evaluate its hydration behavior. Furthermore, the mechanical properties and ionic conductivity of the BFBN membrane were compared with those of PiperION to investigate the effect of structural differences on the membrane performance. The BFBN membrane exhibited better deformability (i.e., elongation at break) due to the introduction of flexible alkyl side chains and demonstrated superior OH⁻ conductivity, which was attributed to the formation of microphase-separated hydrophilic and hydrophobic domains stemming from its graft copolymer architecture.
Abstract
1. 서 론
2.1. 시약 및 재료
2.2. BF과 바이페닐 기반 가지형 이오노머 전구체(BFBC7Br) 합성
2.3. BFBC7Br의 4차 암모늄화 반응을 통한 이오노머(BFBN)로의 개질
2.4. BFBN을 활용한 음이온 교환막(AEM) 제조
2.5. 특성평가
3. 결과 및 고찰
3.1. BFBC7Br과 BFBN 합성
3.2. 열적 특성
3.3. BFBN 막 제조 및 수분 흡수 거동
3.4. 기계적 물성 및 이온 전도도
4. 결 론
감 사
Reference
