역가황

Inverse vulcanization
폴리(황-co-1, 3-디이소프로필벤젠)의 제조방법

역가황은 유황 [1]원자의 사슬을 포함하는 폴리머를 생산하는 용제가 없는 공중합 과정이다.이 재료들은 원유와 천연가스 정제 공정의 부산물인 고순도 유황의 광범위한 가용성을 이용합니다.역가황은 저비용이며 화학적으로 안정된 황이 풍부한 물질을 만들어 낼 수 있으며, 다양한 잠재적 용도를 가지고 있다.

합성

티오콜과 황황가황처럼 역가황은 카테네이트의 성향을 이용한다.역가황에 의해 생성된 중합체는 유기 링커에 의해 배치된 긴 유황 선형 체인으로 구성됩니다.반면 전통적인 황 가황은 1, 2개의 황 원자에 의해 만들어진 짧은 유황 다리와 가교된 물질을 생성한다.

중합 공정은 S 단량체의8 ROP(Ring-Opening 중합 공정)를 유리하게 하기 위해 원소 황을 녹는 점(115.21°C) 이상으로 가열하는 것으로 시작됩니다.그 결과, 액체 유황diradical를 쉽게 작은 dienes은 수수한 뿌리고, 1,3-diisopropenylbenzeneᆰ,[1]1,4-diphenylbutadiyne,[2]limonene,[3]디비닐 벤젠.(디지털 비디오 방송)[4]dicyclopentadiene,[5]styrene,[6]4-vinylpyridine,[7]cycloalkene[8]등과 함께 다릴 수 있선형 다황화 체인,에 기초를 두고 있다. norbornene,[9]ethylidene또는 폴리벤조옥사진,[10] 스쿠알렌[11] 및 트리글리세리드 [12]같은 더 긴 유기 분자.화학적으로 치환기의 디엔 탄소-탄소 이중결합(C=C)이 소실되어 유황 선쇄를 결합하는 탄소-산화물 단일결합(C-S)이 형성된다.이러한 중합법의 가장 큰 장점은 용매(용제 없음)가 없다는 것입니다. 즉, 황은 코모노머 및 용매 역할을 합니다.이를 통해 프로세스는 산업 규모로 확장성이 높아집니다.그 증거로서 폴리(S-r-DIB)의 킬로그램 스케일 합성이 이미 올바르게 이루어졌다.[13]

1,3-디이소프로페닐벤젠을 통한 황의 역가황 과정.

상품들.특성 및 속성

폴리(황랜덤-1,3-디이소프로페닐벤젠)의 물리적 외관

공중합체의 화학구조를 조사하기 위해 진동분광법을 실시하였으며 적외선 또는 라만분광법을 [14]통해 C-S결합의 존재를 검출하였다.S-S 결합의 양이 많아 근적외선 및 중적외선 스펙트럼에서 공중합체의 IR이 매우 활발하지 않다.그 결과 역가황으로 만들어진 황이 풍부한 재료는 높은 굴절률(n~1.8)을 특징으로 하며, 그 값은 조성물과 [15]가교종에 따라 다시 결정된다.열중량분석(TGA)에서 알 수 있듯이 공중합체 열안정성은 가교체의 양에 따라 높아집니다.어느 경우든 모든 시험조성물은 222°[2][4]C 이상으로 저하됩니다.

기계적 특징에 초점을 맞춰 유리 전이 온도를 포함한 공중합체 거동은 조성물과 가교종에 따라 달라집니다.주어진 코모노머의 온도 함수로서의 공중합체의 거동은 화학조성에 따라 달라지는데, 예를 들어 폴리(황랜덤디비닐벤젠)는 디엔 함량이 15~25%wt인 플라스토머로서, DVB가 30~35%wt인 점성수지로 작용한다.한편, 폴리(황랜덤-1,3-디이소프로페닐벤젠)는 DIB의 15~25% 중량에서 열가소성 수지로 작용하며, 디엔 농도가 30~35% [16]중량인 열가소성 열경화성 폴리머가 된다.폴리술피드 체인(S-S)을 따라 화학 결합을 끊고 재형성할 수 있으므로 단순히 100°C 이상으로 가열하여 공중합체를 수리할 수 있습니다.이 특성은 고분자량 공중합체의 [17]개질 및 재활용성을 높입니다.S-S 결합의 양이 많아 근적외선 및 중적외선 스펙트럼에서 공중합체의 IR이 매우 활발하지 않다.그 결과 역가황으로 만들어진 황이 풍부한 재료는 높은 굴절률(n~1.8)을 특징으로 하며, 그 값은 조성물과 [18]가교종에 따라 다시 결정된다.

잠재적인 응용 프로그램

역가황으로 만들어진 황이 풍부한 공중합체는 간단한 합성 공정과 열가소성 덕분에 원칙적으로 다양한 응용 분야를 찾을 수 있다.

리튬-황 전지

이 새로운 유황 가공 방법은 장기 순환 리튬-황 배터리의 음극 제조에 이용되었습니다.이러한 전기화학 시스템은 시판되는 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 높은 것이 특징이지만, 긴 수명 동안 안정적이지 않습니다.Simmonds 등은 [19]먼저 역가황공중합체를 사용하여 500사이클 이상 용량 보존을 개선하여 황-중합체 복합체의 전형적인 용량 페이딩을 억제하였다.실제로 폴리(S-r-DIB)로 간단히 정의되는 폴리(황-랜덤-1,3-디이소프로페닐벤젠)는 다른 음극 재료에 비해 높은 조성 균질성을 보였으며, 유황 보유율이 높고 폴리황화물 부피 변동의 조정도 강화되었다.이러한 장점 덕분에 안정적이고 내구성이 뛰어난 Li-S 셀을 조립할 수 있었습니다.그 후, 역가황에 의한 다른 공중합체를 전기화학 소자내에서 합성해 테스트해, 사이클에 걸쳐 뛰어난 안정성을 실현했습니다.

배터리 성능
음극 날짜. 원천 사이클링 후 특정 용량
폴리(황랜덤-1, 3-디이소프로필벤젠) 2014 애리조나 대학교[19] 100 사이클 후 1005mAµh/g(0.1℃에서)
폴리(황랜덤-1,4-디페닐부타디엔) 2015 애리조나 대학교[2] 300 사이클 후 800 mAµh/g (0.2℃에서)
폴리(황랜덤디비닐벤젠) 2016 바스크 지방 대학교[20] 500 사이클 후 700mAµh/g(0.25℃)
폴리(황랜덤디알릴이황화물) 2016 바스크 지방 대학교[21] 200 사이클 후 616 mAµh/g (0.2℃에서)
폴리(황랜덤비스말레이미드디비닐벤젠) 2016 이스탄불 공과 대학교[22] 50 사이클 후 400mAµh/g(0.1℃에서)
폴리(황-랜덤-스티렌) 2017 애리조나 대학교[6] 1000 사이클 후 485mAµh/g(0.2℃에서)

연구진은 물질의 낮은 전기 전도율(1015~10Ω16·[16]cm)과 관련된 큰 단점을 극복하기 위해 특수 탄소계 입자를 첨가하여 공중합체 내부의 전자 전달을 증가시키기 시작했다.또, 이러한 탄소질 첨가제는, 폴리황화물 포집 효과를 통해서, 캐소드에서의 폴리황화물 보유를 향상시켜, 전지 성능을 향상시킨다.사용된 나노 구조의 예로는 긴 탄소 나노튜브,[23] 그래핀[11], 탄소 [24]양파 등이 있습니다.

수은 포획

이 새로운 물질은 토양이나 물에서 독성 금속을 제거하는 데 사용될 수 있다.그러나 순황은 기계적 특성이 낮기 때문에 기능성 필터를 제조하는 데 사용할 수 없습니다.따라서 특히 수은포착공정에서 다공질 물질을 생성하기 위해 역가황법을 연구하였다.액체 금속은 유황이 풍부한 공중합체와 결합하며, 대부분 필터 안에 남아 있습니다.수은은 환경에는 위험하고 인간에게는 매우 독성이 강하기 때문에 수은 제거가 필수적이다.[25][26][27]

적외선 전송

고분자는 낮은 굴절률(n~1.5-1.6)로 인해 IR 광학 응용에 사용됩니다. 적외선 방사선에 대한 투명도가 낮기 때문에 이 분야의 개발이 제한됩니다.한편 무기재료(n~2-5)는 고비용 복합가공성으로 대량생산에 악영향을 미치는 것이 특징이다.

역가황으로 만들어진 황이 풍부한 공중합체는 간단한 제조 공정, 저비용 시약, 고굴절률로 인해 훌륭한 대안을 제시합니다.전술한 바와 같이 후자는 S-S 결합 농도에 따라 달라지기 때문에 화학제제의 수정만으로 재료의 광학적 특성을 조정할 수 있다.재료 굴절률이 특정 적용 요건을 충족하기 위해 변경될 수 있기 때문에 이러한 공중합체는 군사, 민간 또는 의료 [28][29][30][31]분야에 적용할 수 있습니다.


제어/느린 방출 비료

Ghumman 등




다른이들

또한 역가황 과정은 좁은 공극 크기 분포를 가진 활성탄 합성에 사용될 수 있다.여기서 유황이 풍부한 공중합체는 탄소가 생산되는 템플릿 역할을 한다.최종 재료는 유황으로 도핑되어 있으며 미세 다공질 네트워크와 높은 가스 선택성을 보인다.따라서 가스 분리 [32]분야에서도 역가황법을 적용할 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크