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상온 이온성 액체로 활성화시킨 고온 작동 가능한 Nafion 고분자 전해질
이수현(Suhyun Lee),임태은(Taeeun Yim),박영돈(Yeong Don Park),문준영(Junyoung Mun) 한국고분자학회 2018 폴리머 Vol.42 No.4
고분자 연료전지의 핵심 소재 중 하나인 Nafion 고분자 전해질은 전도성을 부여하기 위해 물을 이용하여 활성화하여 사용한다. 그러나 수용액은 상온에서도 휘발성이 있고, 끓는점이 100 oC로 제한되어 고분자 연료 전지의 작동 온도 범위를 제한하는 가장 큰 이유로 지적되고 있다. 이를 극복하기 위하여, 상온에서 휘발성이 없으면서도 전도성을 띠는 상온 이온성 액체를 이용하여 Nafion 고분자 전해질을 활성화하고자 하였다. 상온 이온성 액체의 구조가 전도도에 미치는 영향성을 파악하기 위해, 상온 이온성 액체의 alkyl-methylimidazolium 양이온을 기준으로 alkyl기에 ethyl, butyl, iso-butyl 기를 각각 도입하고, 음이온을 tetrafluoroborate, bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide)로 제어하여, Nafion 고분자 전해질을 활성화하였다. 또한 Nafion 고분자 전해액 내에 높은 상온 이온성 액체 함침(impregnation)을 통한 높은 전도성 구현을 위하여, Nafion 용액의 casting 시 60-120 wt%의 상온 이온성 액체를 혼합하여, 높은 전도도와 고온 작동성을 갖는 Nafion 고분자 전해질을 연구하였다. Nafion polymer electrolyte, which is essential material of polymer fuel cells, is activated by water and shows conductivity. However, such aqueous electrolyte is volatile at room temperature, and the operating temperature is limited to 100 oC. In order to overcome this problem, we tried to activate Nafion polymer electrolyte by using room temperature ionic liquids. The influence of the molecular structure of room temperature ionic liquid on conductivity is evaluated by controlling ethyl, butyl, and iso-butyl groups into an alkyl group of alkylmethylimidazolium cation. Also their anion structure is controlled with tetrafluoroborate and bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide. For the high conductivity of Nafion polymer electrolytes, Nafion polymer electrolytes with high conductivity and high temperature operation are studied by mixing 60-120 wt% of room temperature ionic liquids during casting of Nafion solution.
양이온 아크릴고분자에 결합된 로다민 화학센서 개발과 구리(Ⅱ)이온의 선택적 검출
안성진(Sungjin Ahn),신상빈(Sang Bin Shin),조혁이(Hyeok-yi Jo),도정윤(Jung Yun Do) 한국고분자학회 2018 폴리머 Vol.42 No.5
금속의 선택적 검출을 위한 수용성 로다민 발색제와 수용성 고분자결합에 결합된 발색제를 개발하였다. 술폰염을 포함하는 알킬케톤과 로다민의 하이드라자이드의 이민형성 반응으로 수용성 발색물질이 합성되었다. 알킬사슬에 황원자가 도입된 로다민 발색제는 구리(Ⅱ)이온에 강한 선택성을 보였다. 알킬케톤으로 유도된 아크릴 단분자와 양이온 아크릴 단분자 methacrylatoethyl trimethylammonium chloride(AETMA)로부터 공중합 고분자를 합성하였고, 이에 로다민을 도입하여 로다민 결합 수용성 고분자를 제조하였다. 고분자의 점도측정을 통한 평균분자량은 6.5×10<SUP>4</SUP> g/mol이었으며 약 5 mol%의 로다민을 함유하였다. 고분자에 결합된 아마이드 작용기는 금속과 결합하는 성질 때문에 금속 발색제 로다민의 검출능력을 저하시킨다. 로다민결합 고분자의 구리(Ⅱ)이온에 대한 높은 선택성을 흡수분광분석을 통해 관찰하였다. 구리(Ⅱ)이온 검출에서 흡광도는 10일 이상 동안 지속적으로 상승하는 특성을 보였다. 로다민 유도체의 수은에 대한 약한 감응특성은 고분자 결합을 통해서 부분적으로 향상되었다. Water-soluble rhodamine and polymeric chemosensors were developed for copper detection. A new rhodamine derivative was synthesized through imine formation of rhodamine-hydrazide and a ketone carrying sulfonium salt, and a sulfide linkage for selective Cu2+ sensing in water. A copolymer of a ketone-acrylate with methacrylatoethyl trimethylammonium chloride was synthesized, which was treated with rhodamine-hydrazide to generate a polymeric sensor. The viscosity average molecular weight of the polymer was 6.5×10<SUP>4</SUP> g/mol. The polymer has a rhodamine content of ca. 5 mol% through 1H NMR analysis. Amide bonds caused to decrease the metal sensitivity of the rhodamine sensor because they are capable of absorbing metal ions. The Cu<SUP>2+</SUP> sensing of the polymeric rhodamine sensor was examined with light absorption intensity at 560 nm. The slow Cu<SUP>2+</SUP> binding of the polymeric sensor was observed over 10 days. Additionally, Hg<SUP>2+</SUP> sensing activity of the polymer sensor was enhanced compared to the rhodamine sensor.
안태규(Tae Kyu An) 한국고분자학회 2021 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.46 No.2
유기전자소재는 저온에서 플라스틱 필름, 종이 등의 다양한 기판 위에 용액 공정을 통해 박막형성이 가능하다. 이때문에 유기물을 활용한 유연소자개발이 이루어진다. 하지만 기존 전자소자보다 특성이 떨어지는 단점 때문에 상용화되지 못하고 있다. 이번 발표에서는 azide 계 광경화제를 활용해 고분자의 물성을 개선하고 유기트랜지스터에 알맞은 절연소재를 개발한 내용을 다루고자 한다. 경화제를 도입한 경우 고분자의 내화학성을 높일 뿐만 아니라 고분자의 결정성이나 쌍극자 세기를 조절해 트랜지스터 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있었다.
고분자를 이용한 Adefovir Dipivoxil과 Suberic Acid의 공결정 제어
정성엽(Sung Yup Jung),김일원(Il Won Kim) 한국고분자학회 2013 폴리머 Vol.37 No.5
고분자가 adefovir dipivoxil(AD)과 suberic acid(SUB)의 공결정 형성에 미치는 영향을 연구하였다. 고분자 첨가제는 poly(ethylene glycol)(PEG)과 poly(acrylic acid)(PAA)를 이용하였다. 용액에서 AD와 SUB를 혼합한 후에 고분자를 첨가하여 공결정을 제조했을 때는, 고분자의 영향은 결정모양과 결정성을 일부 변화시키는 것에 한정되었는데, 이러한 영향은 고분자 없이도 용액에 과량의 SUB를 이용하거나 용매첨가 분쇄법으로 유도할 수 있었다. 한편,용액에서 AD와 고분자를 혼합한 후에 SUB를 첨가하여 공결정을 제조했을 때는, PEG의 경우 공결정의 변화를 훨씬 효과적으로 유도하였는데 결정성을 기준으로 같은 농도에서 3배 이상의 효과를 보였다. 또한 PAA의 경우에는결정의 형성을 완전히 억제하는 효과를 보였다. 본 연구의 결과는 공결정 형성에 미치는 고분자의 영향을 단순히혼합순서를 바꾸어서 조율할 수 있는 예를 보여 주었다. The effects of polymers on the cocrystallization of adefovir dipivoxil (AD) and suberic acid (SUB) were investigated. The polymeric additives in the present study were poly(ethylene glycol) (PEG) and poly(acrylic acid) (PAA). When the polymers were added to the solution of AD and SUB, their effects were limited to the morphology and crystallinity of the AD/SUB cocrystal, which could be also achieved without polymeric additives by the excess amount of SUB in the solution or through the solvent-assisted grinding. When the polymers were mixed with AD before adding SUB in the solution, PEG was dramatically more effective at the same amount with possible alteration of the cocrystal structure. Also, PAA completely inhibited the formation of crystals. The present study demonstrated that the effects of polymers on the cocrystallization could be tuned by simply modifying the mixing strategy.
의료용 고분자 소재의 흐름특성이 적용된 멀티루멘 튜브 압출 성형용 Tip과 Die설계 연구
이한창,김규만,최동윤,김우진 한국고분자학회 2021 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.46 No.1
카테터는 통상 의료용 고분자 소재로 이루어진 튜브 형태의 의료기기로서 인체 내에 삽입되어 배액, 투약, 혈액수집, 소작 등 다양한 분야에 적용되고 있는 최소침습기반 진단 및 치료 분야의 대표적인 기기이다. 카테터 튜브는 고체상태의 의료용 고분자 소재를 열에너지와 압축에너지를 이용하는 단일 스크류 압출 성형을 통해 생산되며, 특히, 튜브 내에 여러 형상을 가진 멀티루멘(multi-lumen) 튜브는 다양한 형상을 가진 Tip 과 Die에 의해 형상이 결정된다. 그러나, 액체상태의 고분자 소재가 Tip 과 Die 내를 유동할 때 발생되는 전단율과 압출성형기에서 인가되는 온도변화에 따라 점도가 변화하는 shear thinning 거동을 보이기 때문에 이러한 특성을 Tip 과 Die의 설계에 반영할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 실제 압출산업환경에서 발생할 수 있는 용융된 고분자 소재의 흐름 특성을 예측하고자 온도조건과 전단율에 따른 점도 변화를 측정하였고, 유한요소 해석을 통해 최종 압출물의 형상을 예측하였다. 또한 해석에서 얻어진 데이터를 Tip 과 Die의 설계에 반영하여 멀티 루멘 튜브의 품질을 개선하였다.
고분자 전해질 용액의 Salt Partitioning 현상 연구
자오밍거,장신위에,조준한 한국고분자학회 2021 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.46 No.2
고분자 전해질 용액의 안정성, 즉 열역학적 상 거동은 bio system 과 그 소재 응용에서 매우 중요하다. 특히, salt partitioning 은 supernatant phase 와 complex phase 간의 상 평형에 심대한 영향을 미치는 현상이다. 이를 분자론적으로 고찰하고자 하여 고분자 전해질 용액에 대한 통계역학적 상태방정식 이론을 이용한 상 거동 해석을 통해 연구하도록 한다. 특히 고분자 사슬 연결에 의한 excess chemical potential 과 단량체 간 repulsion 의 효과가 salt partition 에 미치는 영향을 고찰하도록 한다. 아울러, 시스템에 가해지는 압력이 salt partition 에 미치는 효과도 고찰해보도록 한다.
폴리에틸렌글리콜이 그래프트된 폴리실세스퀴옥산 기반 형상기억고분자
박한음(Haneum Park),이지원(Jiwon Lee),채정완(Jeongwan Chae),상정선(Jeong-Seon Sang),오경화(Kyung Wha Oh),박주현(Juhyun Park) 한국고분자학회 2019 폴리머 Vol.43 No.1
온도 또는 pH 변화와 같은 외부자극에 의해 형상이 수축 또는 팽창될 수 있는 형상기억고분자는 약물전달체와 같은 의공학분야와 스마트섬유와 같은 의류산업 분야에서 핵심적인 역할을 하는 중요한 소재이다. 본 연구에서는 실생활에 적용가능한 온도에서 팽창하거나 수축하는 형상기억고분자 섬유에 대한 기초연구로서 섭씨 4도에서 융점을 보유하는 폴리에틸렌글리콜(PEG400)을 분자구조 내에 도입하여 저온에서 형상기억 특성을 보유한 소재를 구현하고자 하였다. 이를 위해 먼저 PEG400이 그래프트된 폴리실세스퀴옥산을 합성하고 이를 양말단이 디이소이아네이트기이고 PEG400 반복구조를 보유한 선형폴리우레탄고분자와 가교반응시켜 네트워크 고분자를 제조하고 특성을 분석하였다. 결과적인 네트워크 구조 고분자의 형상기억특성을 동적-기계적으로 분석한 결과 PEG400의 융점에서 네트워크 고분자의 유리전이가 발생하고 변형된 형상이 원래의 형상으로 회복되는 것을 확인하였다. Shape memory polymers that can be contracted or expanded on external environmental stimulus such as temperature or pH variation have been one of the most important materials for biomedical or smart fiber applications. In this study, we prepared polymers that presented shape memory characteristics at a low temperature by introducing a poly(ethylene glycol) (PEG400) with a melting temperature of 4 ℃ into the structure units of the polymers. We first synthesized polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) grafted with PEG400, followed by cross-linking reaction with a linear polyurethane that had diisocyanates at both chain ends and structure units of PEG400. The resulting network polymer presented a shape memory effect at its glass transition temperature around the melting point of PEG400 as confirmed by dynamic mechanical analysis.