반응성 에시드 클로라이드인 트리멜리틱 안하이드라이드 클로라이드를 이용한 2-에티닐피리딘의 무촉매중 합을 통하여 트리멜리틱 부분을 측쇄로 갖는 이온성 공액구조 고분자를 합성하였다. 2-에티닐피리딘과 트리멜리틱 안하이드라이드 클로라이드를 1:1 몰비로 DMF 용매에서 반응시킨 결과 해당 공액구조 고분자를 높은 수율로 합성 할 수 있었다. 첫 번째 반응 단계에서 만들어진 단량체인 N-치환-2-에티닐피리디늄 염은 별도의 촉매 사용없이도 중합반응이 잘 진행되었다. NMR, IR, UV-visible 등의 분광분석기를 사용하여 합성 고분자의 구조를 분석한 결과 설계한 치환기를 갖는 공액구조 고분자가 합성되었음을 확인할 수 있었다. 합성 고분자의 전기-광학적 특성과 전기 화학적 특성을 측정하였다. 본 고분자는 자외선 영역뿐만 아니라 가시광선 영역에서 500 nm까지 넓은 흡수 피크 를 보였으며 PL 최대값은 539 nm에서 나타났다.

벤조다이옥산 기능기를 갖는 새로운 이온성 폴리아세틸렌 유도체를 2-브로모메틸-1,4-벤조디옥산을 이용한 2-에티닐피리딘의 4차염화 중합법으로 합성하였다. 2-브로모메틸-1,4-벤조디옥산에 의한 2-에티닐피리딘의 4차염화 반응에 의해 먼저 생성된 단량체인 에티닐피리디늄 염은 별도의 촉매나 개시제 없이도 중합반응이 잘 진행되어 70% 수율로 원하는 이온성 폴리아세틸렌 유도체를 합성할 수 있었다. 여러 가지 분석장비를 이용하여 고분자 구 조를 분석한 결과 합성 고분자는 벤조디옥산 피리디늄 부분을 갖는 공액구조 고분자임을 확인할 수 있었다. 합성 공액구조 고분자는 메탄올, DMF, DMSO, NMP 등과 같은 극성 유기 용매에 잘 용해하었다. 이 고분자는 이온성 피리디늄 부분을 갖고 있는 특성으로, 공기 중에서 상대적으로 더 많은 흡습 특성을 보였다. 합성한 고분자의 전기 -광학적 및 전기화학적 특성을 측정하고 분석하였다. 비가역적 전기화학적 거동이 산화 피크와 환원 피크 사이에서 관찰되었다. 본 고분자는 피리디늄 치환기를 갖는 다른 폴리아세틸렌 유도체와 비슷하게 50 사이클까지 안정적인 산화환원 거동과 1.0V에서의 안정한 산화전류값을 나타내었다.

3-(2-브로모에틸)인돌을 사용한 2-에티닐피리딘의 4차염화 중합을 통해 새로운 이온성 폴리아세틸렌 유도체 를 합성하였다. 3-(2-브로모에틸)인돌을 사용한 2-에티닐피리딘의 중합은 균일하게 진행되었으며 비교적 높은 수율 로 중합체를 합성할 수 있었다(78%). 3-(2-브로모에틸)인돌에 의한 2-에티닐피리딘의 4차염화 반응에 의해 형성된 N-(3-에틸인돌)-2-에티닐피리디늄 브로마이드의 활성화된 아세틸렌 삼중 결합은 별도의 개시제나 촉매 없이도 중합 반응이 잘 진행됨을 알 수 있었다. 여러 가지 분석 장비를 이용하여 중합체의 구조를 확인한 결과 설계한 인돌 치 환기를 갖는 공액구조 고분자가 생성되었음을 확인할 수 있었다. 이 중합체는 DMF, DMAc, DMSO 등과 같은 극성 유기 용매에 잘 용해하였다. 중합체는 가시광선 영역인 457 nm에서 특징적인 흡수 피크, 600 nm에서 엣지 파장 을 보였다. 중합체의 사이클릭 볼타모그램은 산화와 환원 피크 사이에서 안정한 비가역적 전기화학 거동을 나타내 었다. 스캔 속도가 증가할수록 환원 전류량이 증가하였으며 주 환원 및 산화 피크는 -1.3 V 및 1.1 V에서 관찰되었 다.

Ni-rich계 양극 소재는 낮은 가격과 높은 용량으로 인해 고용량 달성을 위한 상용화 소재로 주목받고 있지만, 이 소재의 경 우 전기화학적 불안정성으로 인한 한계를 가진다. 그래서 다양한 표면 코팅 방법을 통해 성능향상을 이루고 있지만, 성능향상이 소 재와 코팅 방법때문인지 또는 코팅 범위가 넓어진 것 때문인지는 모호하게 남아 있다. 본 연구에서는 전이금속으로 양극 활물질을 코팅할 때 전구체 코팅 범위에 따른 리튬이온배터리 전기화학 성능평가를 분석하였다. 상업용 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 양극 소재 표면을 에탄올 용액에 용해된 리튬-코발트와 리튬-주석 아세테이트 전구체를 코팅하였고, 교반속도를 다르게 하여 (200 rpm 및 600 rpm) 전구체 코팅 범위를 다르게 하였다. 리튬-코발트 아세테이트 전구체의 경우 교반속도가 증가할수록 코팅 범위가 증가하였지만, 리튬 -주석 아세테이트 전구체의 경우 교반속도가 증가할수록 코팅 범위가 감소하였다. 하지만 원소의 종류에 관계없이 코팅 범위가 넓 은 경우에 상대적으로 우수한 전기화학적 성능을 나타내었다. 코팅된 양극 활물질의 물리적 특성은 SEM 및 XRD를 이용하여 분석하 였으며, 전기화학적 성능은 초기 충·방전 용량, 사이클 안정성 및 율속특성 테스트를 통해 조사하였다.

2-브로모메틸-1,3-디옥솔란을 이용한 2-에티닐피리딘의 중합을 통하여 측쇄에 디옥솔란 치환기를 갖는 새로운 이온성 공액구조 고분자를 합성하였다. 별도의 촉매없이도 중합반응이 잘 진행되어 높은 수율의 중합체를 얻을 수 있었다(76%). 합성한 고분자의 분자구조를 여러 가지 분석장비를 사용하여 분석한 결과 1,3-디옥솔란 부분을 갖는 설계한 공액구조 고분자임을 확인하였다. 고분자의 적외선분광분석 스펙트럼에서는 2110 cm-1 와 3293 cm-1에 서 관찰되었던 2-에티닐피리딘의 아세틸렌 특성피크를 보여주지 않는 대신 1620 cm-1 인근에서 공액이중결합의 탄소-탄소 이중결합의 특성 피크를 보다 강하게 보여주었다. 합성한 고분자의 전기전도도 및 전기-광학적 특성을 측정하고 분석하였다. 요오드로 도핑한 고분자의 전기전도도는 1.82 x 10-3 S/cm 였다.

(아이오도메틸)트리메틸실란을 이용한 2-에티닐피리딘의 무촉매 중합을 통하여 N-(트리메틸실릴메틸) 피리디늄 아이오다이드를 측쇄로 갖는 새로운 공액구조 고분자를 합성하였다. 이 중합반응은 불균일하게 진행되었으며 중합수율은 95%로 매우 높았지만 생성된 고분자는 중합중 가교화반응으로 대부분의 유기용매에 용해하지 않았다. 합성 고분자의 분자구조를 분석한 결과 이온성 피리딜 치환기를 갖는 해당 고분자가 합성 되었음을 확인할 수 있었다. 합성 고분자의 열적 특성과 몰폴로지 등을 TGA, EDX 등의 분석장비로 측정하고 분석하였다.

2-브로모에틸 에틸 에테르를 이용한 2-에티닐피리딘의 무촉매 중합을 통하여 측쇄에 에테르 부분을 갖는 새로운 공액구조 고분자를 합성하였다. 이 중합반응은 비교적 낮은 온도 조건에서도 균일하게 잘 진행 되었으며 89%의 수율로 해당 고분자를 합성할 수 있었다. NMR, IR, UV-visible 분광분석기 등을 이용하여 고 분자의 구조를 분석한 결과 설계한 치환기를 갖는 해당 고분자가 합성되었음을 확인할 수 있었다. 본 고분자는 물을 포함한 DMF, DMSO, DMAc, 메탄올 등의 유기 용매에 완전히 용해하였다. 합성 고분자의 전기화학적 특성과 광발광 특성을 측정하고 분석하였다.

큰 치환기를 갖는 새로운 이온형 폴리아세틸렌 유도체인 폴리(2-에티닐-N-아이오도피리디늄 테트라 페닐보레이트)를 소듐 테트라페닐보레이트를 사용한 폴리(2-에티닐-N-아이오도피리디늄 아이오다이드)의 이온 교환반응으로 합성하였다. 합성한 폴리(2-에티닐-N-아이오도피리디늄 테트라페닐보레이트)의 전자-광 및 전기 화학적 특성을 연구하였다. 합성 고분자의 UV-visible 스펙트럼에서는 공액구조 고분자의 특징인 800 nm까지 의 장파장 영역에서 공액구조 고분자의 특징적인 흡수 피크를 보여주었다. 고분자의 사이클릭 볼타모그램은 산화와 환원 피크사이에서 안정한 비가역적 전기화학적 거동을 보였다.

(트리플로로아세톡시)메틸 기능기를 갖는 디프로파길 단량체인 4-(트리플로로아세톡시)메틸-1,6- 헵타 디인을 합성하고 그 중합실험을 수행하였다. 여러 가지 전이금속촉매를 사용한 4-(트리플로로아세톡시)메틸 -1,6-헵타디인의 고리화중합을 통하여 해당 고분자인 폴리[4-(트리플로로아세톡시)메틸-1,6-헵타디 인]을 높은 수율로 합성하였다. 본 중합에서는 몰리브데늄 계 촉매가 텅스텐 계 촉매보다 더 효과적이였 다. 반응과정 중에 생성된 고분자의 가교화반응으로 합성 고분자들은 대부분 유기용매에 용해하지 않았다. 고분자의 IR 스펙 트럼에서는 단량체의 아세틸렌 C≡C 및 ≡C-H 신축진동띠를 보여주지 않았다. 이 고분자는 XRD 회절분석 결과 대부분 무정형상임이 밝혀졌다.

3-부티닐-p-톨루엔술포네이트를 이용한 2-에티닐피리딘의 무촉매중합을 통하여 이온성 전도성 고분자를 합성하였다. 합성 고분자의 분자구조는 IR, NMR, UV-visible 분광분석기로 확인하였다. 공액구조 주사슬 고분자의 특징적인 π → π* 전이에 기인하는 약하면서도 완만한 흡수 피크를 800 nm까지 보여 주었다. 합성한 고분자의 전기화학적 특성과 전기광학 특성을 측정하고 분석하였다. 이 고분자는 도핑과 탈도핑 사이에서 매우 안정한 비가역 전기화학적 거동을 보였다.

전이금속촉매를 사용한 4,4-비스[(트리플로로아세톡시)메틸]-1,6-헵타디인의 고리화중합을 통하여 고분자 반복단위 내에 고리구조를 갖는 공액구조 고분자인 폴리{4,4-비스[(트리플로로아세톡시)메틸]-1,6-헵타디인}(PBTFMH)을 합성하였다. 일반적으로 몰리브데늄 계 촉매를 사용한 경우의 중합수율이 텅스텐 계 촉매 를 사용한 경우의 그것보다는 높게 나타났다. 합성한 고분자는 중합과정중의 가교화반응으로 대부분 유기 용매에 용해하지 않았다. 고분자의 IR 스펙트럼에서는 단량체의 그것에서 나타났던 아세틸렌의 C≡C, 및 ≡C-H 신축진동띠를 보여주지 않았다. 이 고분자는 XRD 회절분석 결과 대부분 무정형상임이 밝혀졌다.

고등 복합재료 구조물 제작에 적용되는 고온경화용 에폭시 수지 시스템 경화물의 물리적 특성을 연구하였다. 고온경화용 에폭시 수지 경화물의 표면 몰폴로지는 저온경화용 수지 시편의 표면과는 달리 균일한 몰폴로지를 보여주었다. 이 수지 경화물의 열중량분석 결과 300 oC까지는 무게감소가 거의 없는, 즉 열적으로 매우 안정한 것으로 나타났는데, 이는 높은 가교화밀도에 기인한 것이다. 300-500 oC 영역에 서 급격한 무게감도는 매트릭스 수지의 본격적인 열분해에 기인한 것이다. 시편의 인장 및 압축 특성, 열 변형온도, 밀도, 부피수축 등의 특성을 측정하고 평가하였다.

강직한 아로마틱 기능기를 주쇄로 갖는 폴리아로마틱 고분자는 일반적으로 해당 단량체의 축합반응을 제조된다. 많은 유형의 폴리아로마틱 고분자 중에서 폴리(파라-페닐렌)과 폴리(페닐렌 술파이드)는 그 고분자 구조의 특성으로 내열성이 우수하고 기계적 특성과 내화학성이 뛰어난 고성능 열가소성 수지의 대표적인 예이다. 특히 폴리(페닐 렌 술파이드)는 전도성 고분자, 전자부품 엔캡슐레이트, 인쇄회로기판, 광섬유, 나노복합체 등 현대산업 기술에서는 없어서는 안될 중요한 소재로 자리 잡았다. 본고에서는 대표적인 폴리(아로마틱) 고분자인 폴리(파라-페닐렌)과 폴리(페 닐렌 술파이드)의 합성과 그 응용에 관한 그동안의 연구동향을 간단히 살펴보았다.

고성능 복합재의 설계와 제작에 있어서 경량화는 필수 트랜드이다. 본 연구에서는 DGEBA계 에폭시 그리고 폴리아마이드 아민으로 조합된 수지시스템과 글라스 버블을 이용한 경량 복합재료를 제조하고 그 특성을 평가하였다. 제조한 경량 복합제의 밀도는 0.31-0.53 g/cm3 범위였다. 실온에서 2일간 방치한 후 성형한 시료의 압축강도가 바로 60 oC에서 2시간 경화시킨 시편보다 2배 이상 높게 나타났다.

공액구조 고분자는 일반적으로 전도성, 착체형성, 색, 광학 비선형성, 높은 기체투과도, 광 및 전기 발광 등의 특성을 보인다. 다양한 유형의 전도성 고분자 중에서 폴리(아로마틱 헤테로사이클릭)은 해당 단량체의 화학적 혹은 전기화학적 중합을 통하여 합성되는 주쇄 방향족성 고분자이다. 이들 소재는 발광소자, 화학센서, 수퍼커페시터, 유기 태양전지, 유기 트랜지스터, 스마트 윈도우 등 다양한 응용 영역을 가지고 있다. 본고에서는 폴리(아로마틱 헤테로사 이클릭)의 합성과 응용에 관한 그동안의 연구동향을 제시하였다.

PVA 부직포의 방염성을 향상시키기 위하여 POCl3로 방염처리하였다. POCl3로 처리한 PVA 부직포의 물리적 및 열적 특성을 측정하고 분석하였다. 개질한 PVA 부직포는 대부분 물에 용해하지 않았으나 수축과 스웰링 특성을 보 였다. POCl3로 방염처리한 PVA 부직포의 열적 특성이 우수하고 방염특성이 원시료 보다 많이 우수한 것을 확인하였다. 그라프트 비와 염색성 사이의 선형관계는 PVA 부직포의 히드록시기와 POCl3가 공유결합으로 연결된 것에 기인하는 것 으로 분석되었다.

고성능 복합재료는 기존의 소재에 비해 우수한 기계적 물성을 보이며 특히 높은 비강도를 보인다. 복합재료 의 매트릭스로 사용되는 에폭시 수지는 이들의 독특한 화학반응성, 경화반응에 사용되는 경화제의 적절한 조합으로 많은 다양한 특성을 보일 수 있다. 본고에서는 고성능 복합재 구조물 제작에 사용되어온 에폭시 수지 시스템을 소개 하고자 한다. 필라멘트 와인딩 공법에 사용되는 에폭시 수지와 프리프레그 제조에 사용되는 에폭시 수지의 조성과 특 성을 중심으로 설명하였다.

고성능 복합재료 제조에 사용되는 고온경화용 에폭시 수지 시스템의 성형성을 연구하였다. 테트라글리시딜 메틸렌 디아닐린계 에폭시 수지 시스템의 조성과 화학구조를 여러 가지 분석장비를 이용하여 분석하고 확인하였다. 이 수지 시스템은 보통의 작업온도 조건에서 시간 경과에 따른 점도 상승이 미미한 것으로 나타났다. 유전 경화 모니 터링 방법을 이용하여 선정한 수지 시스템의 경화거동을 연구하였다.

고분자 주쇄가 공액구조를 갖는 고분자는 일반적으로 전기전도성, 비선형광학특성, 기체투과성, 자기성, 광 및 전기발광 등의 다양한 특성을 보인다. 공액구조 고분자의 이러한 특성을 근간으로 유기발광소자, 유기태양전지, FET, Schottky 다이오드, 배터리, 화학센서 등에서 중요한 소재로 이용되어 오고 있다. 지금까지 다양한 형태의 공액 구조 고분자가 설계되었는데, 특히 고분자 전해질은 고분자 구조 내의 많은 부분이 이온화가능하거나 이온성 부분을 갖는 분자량이 큰 물질을 말한다. 본고에서는 공액고분자 전해질의 분자설계와 합성, 더 나아가 이들의 응용에 관한 최근의 연구동향을 제시하였다.

1,2-디브로모에탄을 이용한 2-에티닐피리딘의 무촉매중합을 통하여 이온성 전도성 고분자를 높은 수율로 합 성하였다. 합성한 고분자의 분자구조를 여러 가지 분석장비로 측정한 결과 설계한 N-(2-브로모에틸)피리디늄 브로마 이드를 갖는 공액구조 고분자임을 확인할 수 있었다. 이 고분자의 UV-Visible스펙트럼에서는 800 nm 까지 흡수 피 크를 보여주는데, 이는 공액구조 고분자의 π→ π* 전이에 기인한 것이다. 아울러 고분자의 전기전도도 및 전기광학 특성을 측정하고 분석하였다. 이 고분자는 도핑과 탈도핑 사이에서 매우 안정한 비가역 전기화학적 거동을 보였다.