• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.135.1-135.1
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• 2010

최근 고온에서 사용 가능한 PEMFC용 고분자전해질 막 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. PEMFC가 고온에서 작동하게 되면 높은 성능과 많은 장점을 갖게 된다. PEMFC를 $100^{\circ}C$ 이상에서 운전하게 될 경우 백금 전극 반응을 향상시켜 고가의 백금 촉매 양을 줄일 수 있게 되고, 수소연료 속에 미량 포함된 CO에 의한 촉매표면 피독현상에 대한 내구성을 높일 수 있어 저 순도 수소연료 사용이 가능해 진다. 또한 가습장치와 수소 연료 개질장치의 부피를 줄일 수 있게 되어 전체적인 PEMFC 시스템이 단순화 된다. 현재 연료전지용 고분자 전해질막으로 DuPont사의 과-불소계 고분자 전해질막인 Nafion$^{(R)}$이 가장 널리 사용되고 있다. Nafion$^{(R)}$은 유연한 분자구조 안에 소수성이 강한 주사슬과 친수성을 나타내는 술폰산이 결합된 곁사슬이 존재하여 술폰화 곁사슬의 클러스터 둘레에는 친수성 영역이 형성이 되기때문에 소수/친수 상 분리가 잘되어 이온 클러스터 형성이 용이하지만 제조비용이 높은 단점을 갖고 있다. 특히, 전해질 막내에서 Bronsted base 역할을 하는 물에 의해 이온전도가 이루어지기 때문에 고온에서는 수분증발로 인해 성능이 급격히 감소된다. 따라서, 본 연구에서는 고온 저가습 조건에서 운전이 가능하고 Nafion이 갖는 문제점을 해결하고자, 내열특성이 뛰어나며 높은 수소이온 전도도 학보가 용이한 Sulfonated Poly(aryl ether)sulfone(SPAES) 고분자 전해질에, 고온에서도 수화성이 유지될 수 있도록 지르코니아를 황산화한 sulfated zirconia(s-$ZrO_2$)를 함침하여 복합 고분자전해질막을 제조하여 고온 저가습 조건에서의 수소이온 전도 특성에 관한 연구를 수행하였다. 개발된 막의 물리/화학적 특성은 water content(Wup%), 이온교환 용량(IEC, meq $g^{-1}$), 수소이온전도도(s $cm^{-1}$) 열 중량 분석(TGA), X선 회절분석(XRD) 등을 통하여 분석 및 관찰하였다. 내화학 및 열적 특성분석 결과, 황산화 반응공정으로 $ZrO_2$에 술폰산기가 안정적으로 결합하고 있음이 관찰되었으며, 본 연구에서 개발된 유 무기 복합막이 $250^{\circ}C$이상 열적안정성을 확보하고 있는 것으로 판단되었다. $100^{\circ}C$ 이하의 저온 영역에서, 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES막에서 이온교환용량(IEC)이 순수 SPAES 막보다 낮음에도 불구하고, water uptake가 증가함과 동시에 수소이온 전도도가 향상된 것을 관찰하였다. 또한, 고온에서는 수소이온이 자유롭게 이동할 수 있는 water channel을 형성하는 free water는 증발 하지만 s-$ZrO_2$와 SPAES의 술폰산기 사이에 강력하게 결합하고 있는 bound Water는 $100^{\circ}C$ 이상의 고온 영역에서도 존재하여, 비록 무가습 조건에서도 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES50 전해질 막의 경우, 높은 전도도를 나타냄을 관찰할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 저가습 고온 적용을 목적으로 개발된 s-$ZrO_2$/SPAES50막은 우수한 내열 특성을 나타냄과 동시에 저가습 고온 영역($120^{\circ}C$, $50RH{\downarrow}$)에서 높은 수소이온 전도도를 유지하여, 고온 저가습 연료전지 운전에 적합할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Society of Dyers and Finishers Conference
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• 2012.03a
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• pp.52-52
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• 2012

Poly(phenylene sulfide)(PPS)는 내열성 및 내화학성이 뛰어난 고분자 소재로, 대표적인 엔지니어링 플라스틱 중 하나이다. PPS는 벤젠 링에 황원자가 파라 치환 형태로 교대로 존재하는 결정성 고분자이며, 다른 대부분의 고성능 섬유고분자가 용융되지 않는 것과는 달리 용융되는 열가소성 소재이다. PPS는 높은 내약품성과 열에 대한 장기적인 안정성을 나타내고, 방염제 첨가 없이도 방염화가 가능하며, 전기 절연성이 뛰어나고, 형태안정성도 우수하다. 또한 $200^{\circ}C$ 이하에서는 어떤 용매에도 용해되지 않으며, $200^{\circ}C$ 이상에서도 몇 가지 방향족 화합물에만 제한된 범위 내에서 용해되는 우수한 내약품성을 나타낸다. PPS의 내열성을 더욱 우수하게 하기 위해 고분자 사슬을 가교할 수 있다. 가교에는 열처리 또는 감마선, 전자선, 자외선 조사를 이용할 수 있는데 열에 의한 가교는 균일한 열전달과 고온이 필요하며 감마선 및 전자선 조사는 설비의 고비용과 방사선 노출 위험으로 인해 비친환경적이다. 반면에 자외선 조사법은 다루기 쉽고 비용이 적게 들고 친환경적인 장점을 가진다. 본 연구에서는 PPS film의 열안정성을 향상시키기 위해 자외선 조사를 이용하여 PPS film의 광가교를 수행하였다.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.5 no.1
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• pp.29-36
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• 2001

The permeation properties of $O_2\;and\;N_2$ were measured for bromobisphenol A polysulfone(BPSf), bisphenol A trimethylsilylated polysulfone(TMSPSf) and their blend membrane to investigate the structure-properties relationships. BPSf shows relatively high permselectivity. It can be explained that the strong polarity of bromine in BPSf increases chain packing ability. In this case the distance of polymer chains is reduced by increasing of interchain interaction by induced dipole. TMSPSf shows relatively high permeability. The higher value of permeability coefficients for TMSPSf is due to the substitution of very bulky trimethylsilyl groups. The replacement of phenyl hydrogens of bisphenol A polysulfone(PSf) with trimethylsilyl groups results in higher fractional free volume(FFV). In this work, taking into account the complimentary features of BPSf and TMSPSf, BPSf/TMSPSf blend was prepared and the compatibility in mixing are examined. The BPSf/TMSPSf blend shows higher permeability than commercial PSf, with minimum loss of selectivity. The miscibility of the BPSf/TMSPSf blend is confirmed by the single glass transition temperature.

• Membrane Journal
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• v.16 no.4
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• pp.241-251
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• 2006

In this study, crosslinked copolyimides with random (r-) and block (b-) structure were fabricated using N,N-bis(2-hydroxyethyl)-2-aminoethanesulfonic acid and pentanediol as crosslinkers. Linear r- and b-sulfonated copolyimides were also fabricated for comparison. Ion exchange capacities of r- and b-copolyimides were very similar to each other owing to their strong dependence of sulfonic acid content. The physical crosslinking via dimerization of carboxylic acid groups induced a reduced average interchain distance in b-copolyimide without crosslinkers. Consequently, its water uptake and methanol permeability were lower than those of r-sulfonated copolyimides. Simultaneously, the reduced interchain distance increased the content of fixed-charged ions per unit volume. The high fixed-charged ion density contributed to an enhancement of proton conductivity In the b-sulfonated copolyimide. Crosslinking caused the reduction of average interchain distance between polymer chains irrespective of types of crosslinker and polymer structure, leading to low methanol permeability. On the contrary, their proton conductivity was improved owing to formation of effective hydrophilic channels responsible for proton conduction. In particular, this trend was observed in r-copolyimide containing a fixed charged ion.

• Polymer(Korea)
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• v.27 no.2
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• pp.129-134
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• 2003

It has been known that the intercalation of long alkyl chains in montmorillonites (MMT) increased the hydrophobicity as well as gallery spacing of UT, which has influenced on the exfoliation behavior of various polymers. A series of organophilic MMTs were synthesized from the water/isopropyl alcohol solution of MMT with ammonium salts of various alkyl amines. The properties of obtained MMTs such as thermal decomposition temperature, gallery spacing as well as hydrophobic property were investigated. The X-ray diffraction experiments on organophilic montmorillonite demonstrated that the increase of length of alkyl substituent resulted in increase in the spacing between silicate layers, which was ranged from 13.1 to 29.4 $\AA$. On the other hand, introduction of (di-, tri-) alkyl substituents in ammonium salts decreased water absorption of organophiplic montmorillonite to 2.7%.

• Polymer(Korea)
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• v.27 no.1
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• pp.75-83
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• 2003

Dicyanate-clay nanocomposite has been prepared by a melt in-situ polymerization method for different modifiers and cation exchange capacity (CEC) values in order to study dispersion and mechanical property. Various dicyanate nanocomposites were prepared by using different MMT systems containing different intercalants which led to different initial gallery heights and packing density. Depending on compatibility between dicyanate and clays, the degree of dispersion varied. Dispersion of clay plates in dicyanate resin depended mainly on CEC and aliphatic chain length of modifier. The lower CEC and shorter aliphatic chain length of modifier gave the exfoliation structure. It was also found that the reactivity of intercalant with dicyanate resin was one of the key factors facilitating the intercalation/exfoliation process of dicyanate/MMT nanocomposites. Shear modulus of reaction-induced dicyanate nanocomposite was significantly increased.

• The Korean Journal of Rheology
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• v.7 no.3
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• pp.225-236
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• 1995

세가지 가교제 즉 황, tetramethyltyiuram disulfide (TMTD) 및 dicumyl peroxide(DCP)로 각각 가교시킨 카본블랙 충진 고분자 망상 시료들에 대해 일축연신 실험 을 통해 얻은 Mooney plot를 분석, 가교 탄성율 Gc와 엉킴 탄성율 Ge를 각각 구하였다. 각 가교계에 대하여 Gc를 통해서는 가교 사슬간의 평균분자량, 망상사슬과 카본블랙간 결합체 의 밀도 및 평균 면적 등을 Gc를 통해서는 카본블랙 첨가에 따른 관경비를 각각평가하였다. 황 가교제의 경우 Gc가 가장 높았으며 망상 사슬과 카본블랙간의 결합이 가장 잘 이루어졌 다. TMTD와 DCP가교제의 경우는 황의경우보다 카보블랙 입자와의 결합력은 낮았으나 결 합체들의 분포는 더욱 조밀하게 나타났다. 또한 Ge평가로부터는 TMTD 가교계가 카본블랙 충진에 의해 관경이 가장크게 증가함을 알수 있었다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.23 no.1
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• pp.65-70
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• 2012

Structural changing materials which can induce the physical deformation of materials are interesting research topics with various potential applications. Particularly, light among many driving mechanisms is a non-contact energy source, hence the light-responsive system can be used where non-destructive, local irradiation, and remote control is needed. Here, a mainchain azobenzene polymer is synthesized and its physical and optical properties are observed and compared to that of a polymer having a light-responsive azobenzene moiety on its side chain. Further dispersion onto polyvinylalcohol hydrogel is made and its dual stability and actuation are observed upon UV-visible light irradiation. Extended azobenzene polymer blend films show an anisotropic light-actuation with non-polarized UV light at room temperature. This physical shape change is quite reversible and occurs at lower temperature than that of any other reported systems including liquid crystalline elastomers. It is successfully demonstrated that the simple physical azobenzene/polymer blending has a very good actuation compared to that of LCEs which need an elaborate chemical design and it can be further used in the areas requiring a dimensional shape change.

• Membrane Journal
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• v.15 no.4
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• pp.255-271
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• 2005

polymer/layered silicate nanocomposite (PLSNs) is new type of materials, based on clays usually rendered hydrophobic through ionic exchange of the sodium interlayer cation with an onium cation. It could be prepared via various synthetic routes comprising exfoliation adsorption, in situ intercalative polymerization and melt intercalation. The whole range of polymer is used, i.e. thermoplastics, thermosets and elastomers as a matrix. Two types of structure may be obtained, namely intercalated nanocomposites where the polymer chains are sandwiched in between silicate layers and exfolicate nanocomposites where the separated, individual silicate layers are more or less uniformly dispersed in the polymer matrix. This new family of materials exhibits enhanced properties at very low filer level, usually inferior to 5wt$\%$, such as increased mechanical properties, increase in thermal stability and gas barrier properties and good flame retardancy. Gas permeability through the PLSNs films decreased due to increased tortuosity made by intercalation or exfoliation of clay in polymer.

• Composites Research
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• v.32 no.3
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• pp.163-169
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• 2019

In this paper, we constructed a molecular dynamics (MD) polymer model of PMMA with 95% of conversion by using dynamic polymerization algorithm of a thermoplastic polymer based on free radical polymerization. In this algorithm, we introduced a united-atom level coarse-grained force field that combines the non-bonded terms from the TraPPE-UA force field and the bonded terms from the PCFF force field to alleviate the computation efforts. The molecular weight distribution and the average molecular weight of the polymer were calculated by investigating each chain generated from the free radical polymerization simulation. The molecular weight of the polymer was controlled by the number of initiator radicals presented in the initial state and molecular weight effect to the density, the glass transition temperature, and the mechanical properties were studied.