JP7020654B2 - Anion exchange membrane and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、陰イオン交換膜およびその製造方法に関し、より詳細には、CDI(Capacitive Deionization)、ED(Electrodialysis)、RED(Reverse Electrodialysis)、水電解(Water Electrolysis)などに適用され得る陰イオン交換膜およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an anion exchange membrane and a method for producing the anion exchange membrane, and more specifically, can be applied to CDI (Capacitive Deionization), ED (Electrodialysis), RED (Reverse Electrodialysis), water electrolysis (Water Electrolysis) and the like. Regarding the membrane and its manufacturing method.

イオン交換膜は、燃料電池、レドックスフロー電池 、水処理、海水の淡水化などの様々な分野において活用されている。イオン交換膜は、製造工程が相対的に単純であり、特定のイオンに対する選択性に優れ、応用範囲が広くて、特に化石原料の使用量を減少させて環境汚染を低減できる主要な清浄技術として世界的な注目をあびている。前記のようなイオン交換膜は、水溶液中の陽イオンおよび陰イオンを選択的に分離することができるので、燃料電池、電気透析、酸と塩基回収のための水分解電気透析、酸洗廃液から酸および金属化学種を回収するための拡散透析、超純水工程など幅広く使用されており、最近、先進国では、高性能イオン交換膜が開発されるに伴い、その応用範囲はより一層拡大されている。 Ion exchange membranes are used in various fields such as fuel cells, redox flow batteries, water treatment, and seawater desalination. The ion exchange membrane has a relatively simple manufacturing process, has excellent selectivity for specific ions, has a wide range of applications, and is a major cleaning technology that can reduce the amount of fossil raw materials used and reduce environmental pollution. It is attracting worldwide attention. Since the ion exchange membrane as described above can selectively separate cations and anions in the aqueous solution, it can be used from fuel cells, electrodialysis, water splitting electrodialysis for acid and base recovery, and pickling waste liquid. It is widely used in diffusion dialysis for recovering acid and metal chemical species, ultra-pure water process, etc. Recently, in developed countries, the range of application has been further expanded with the development of high-performance ion exchange membranes. ing.

このようなイオン交換膜は、高い選択性を有していなければならず、溶媒および非イオン溶質の低い透過性、選択された透過イオンの拡散に対する低い抵抗、高い機械的強度および耐化学性を必要とする。このようなイオン交換膜は、優れた機械的強度と耐久性が要求される。このような要求を満たすために普遍的に使用される方法は、無機物を添加してハイブリッド複合膜を製造する方法、触媒混合物を加熱圧着するホットプレス法、硬化剤を添加する方法などがある。 Such ion exchange membranes must have high selectivity, low permeability of solvents and nonionic solutes, low resistance to diffusion of selected permeated ions, high mechanical strength and chemical resistance. I need. Such an ion exchange membrane is required to have excellent mechanical strength and durability. Methods universally used to meet such requirements include a method of adding an inorganic substance to produce a hybrid composite film, a hot press method of heat-pressing a catalyst mixture, and a method of adding a curing agent.

ハイブリッド複合膜は、膜のスウェリング現象が続くと、膜の添加物と高分子膜間の隙間が生じることになって、正常なイオン交換能力を発揮できないという短所がある。また、硬化剤を添加する方法も、時間の経過に伴って硬化剤が溶出される短所がある。前述したような問題点によって依然として耐久性が高く、機械的物性に優れたイオン交換膜の開発が要求されている。 The hybrid composite membrane has a disadvantage that if the swelling phenomenon of the membrane continues, a gap is formed between the additive of the membrane and the polymer membrane, and the normal ion exchange ability cannot be exhibited. Further, the method of adding the curing agent also has a disadvantage that the curing agent is eluted with the passage of time. Due to the above-mentioned problems, there is still a demand for the development of an ion exchange membrane having high durability and excellent mechanical properties.

現在商用化された陰イオン交換膜は、旭硝子(Asahi Glass)社のSelemion(登録商標)AMV、アストム(Astom)社のNeosepta(登録商標)AMXなどが挙げられる。 Examples of the anion exchange membrane currently commercialized include Salemion (registered trademark) AMV of Asahi Glass and Neosepta (registered trademark) AMX of Astom.

しかしながら、商用化された陰イオン交換膜の場合、有機物による膜汚染と無機物のスケーリングに脆弱であり、特に、有機物による膜汚染は、移動度の低い膜汚染物質が陰イオン交換膜を通過することによって発生することになる。これを解決するために、分子量が比較的大きい有機物質の透過度を高めることができるように架橋度を低減する方法があるが、この場合、膜の機械的強度および化学的安定性が低くなる問題がある。 However, commercialized anion exchange membranes are vulnerable to organic matter-induced membrane contamination and inorganic scaling, especially for organic membrane contamination, where low-mobility membrane contaminants pass through the anion exchange membrane. Will be caused by. To solve this, there is a method of reducing the degree of cross-linking so that the permeability of an organic substance having a relatively large molecular weight can be increased, but in this case, the mechanical strength and chemical stability of the membrane are lowered. There's a problem.

また、商用化された陰イオン交換膜の場合、イオン交換容量と電気的物性に優れている反面、価格が高く、耐久性が低いという問題がある。 Further, in the case of a commercialized anion exchange membrane, although it is excellent in ion exchange capacity and electrical properties, it has problems that it is expensive and has low durability.

本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、機械的物性とイオン交換能に優れているながらも、これを均一に具現することができ、アルコキシビニルシランの溶出および廃棄によって製造コストが上昇する問題を解決して、経済性に優れた陰イオン交換膜およびその製造方法を提供することにある。 The present invention is for solving the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to be able to uniformly realize the mechanical properties and the ion exchange ability while being excellent. It is an object of the present invention to solve the problem that the production cost increases due to the elution and disposal of alkoxyvinylsilane, and to provide an economical anion exchange membrane and a method for producing the same.

本発明の一態様は、重量平均分子量Mが250,000~450,000のポリオレフィンを含む連続相マトリックスおよび前記マトリックス中で架橋された不連続相シラン変性ポリオレフィンを含む多孔性支持体;および前記多孔性支持体の気孔に含浸されたり表面に塗布された陰イオン伝導性物質;を含む陰イオン交換膜を提供する。 One aspect of the invention is a continuous phase matrix comprising a polyolefin having a weight average molecular weight M w of 250,000 to 450,000 and a porous support comprising a discontinuous phase silane-modified polyolefin crosslinked in the matrix; and said. Provided is an anion exchange membrane containing an anion conductive substance impregnated in the pores of a porous support or applied to the surface of the porous support.

一実施例において、前記多孔性支持体のうち前記シラン変性ポリオレフィンの含量は、0.1~5重量%であり得る。 In one example, the content of the silane-modified polyolefin in the porous support can be 0.1-5% by weight.

一実施例において、前記シランは、アルコキシ基を含有するビニルシランであり得る。 In one embodiment, the silane can be vinylsilane containing an alkoxy group.

一実施例において、前記陰イオン伝導性物質は、アミン化した高分子(aminated polymer)であり得る。 In one embodiment, the anionic conductive material can be an aminated polymer.

一実施例において、前記アミン化した高分子は、下記化学式(化1)の構造を有することができる。 In one example, the aminated polymer can have the structure of the following chemical formula (Chemical formula 1).

Figure 0007020654000001
Figure 0007020654000001

上記式中、Yは、共有結合(-)、-CO-、-SO-または、-O-であり、ZおよびDは、それぞれ共有結合(-)、-O-、または、-S-であり、Cは、共有結合(-)、-C(CH-または、-C(CF-であり、Rは、Hまたは-CHであり、R、R、Rは、それぞれ-CH、-CHCH、-(CHCH、-CHNH、-(CHNHまたは-(CHNH(CH)Clであり、x、yは、それぞれ任意の反復単位であり、x/(x+y)は、0.001~1である。 In the above formula, Y is a covalent bond (-), -CO-, -SO 2- or -O-, and Z and D are covalent bonds (-), -O-, or -S-, respectively. C is a covalent bond (-), -C (CH 3 ) 2 -or-C (CF 3 ) 2- , and R 1 is H or -CH 2 N + R 2 R 3 R 4 R 2 , R 3 , and R 4 are -CH 3 , -CH 2 CH 3 ,-(CH 2 ) 2 CH 3 , -CH 2 NH 2 ,-(CH 2 ) 2 NH 2 or-(, respectively. CH 2 ) 3 NH (CH 3 ) Cl, x and y are arbitrary repeating units, respectively, and x / (x + y) is 0.001 to 1.

一実施例において、前記アミン化した高分子は、aminated PAES(polyaryleneether sulfone)、aminated PEK(polyether keton)、aminated PEEK(polyetherether ketone)、aminated PS(polysulfone)、aminated PES(polyether sulfone)、aminated PPO(polyphenylene oxide)、aminated PPS(polyphenylene sulfide)およびこれらのうち2以上の組合せよりなる群から選択された一つであり得る。 In one example, the amineted polymer is an attended PAES (polyphenylene sulfide), an aminated PEK (polyester ketone), an aminated PEEK (polyphenylene sulfide), an aminated PS (polysulfone), aminated PS (polysulfone). It may be one selected from the group consisting of polyphenylene sulfide), aminolated PPS (polyphenylene sulfide) and a combination of two or more of these.

一実施例において、前記多孔性支持体は、無機フィラーをさらに含むことができ、前記多孔性支持体のうち前記無機フィラーの含量は、10~70重量%であり得る。 In one embodiment, the porous support may further contain an inorganic filler, and the content of the inorganic filler in the porous support may be 10 to 70% by weight.

本発明の他の態様は、(a)重量平均分子量Mが250,000~450,000のポリオレフィンおよびシラン変性ポリオレフィンを含む組成物を加工して、多孔性支持体を製造する段階;(b)前記多孔性支持体に含まれたシラン変性ポリオレフィンを架橋させる段階;および(c)前記多孔性支持体を陰イオン伝導性物質および溶媒を含む溶液に含浸する段階;を含む陰イオン交換膜の製造方法を提供する。 Another aspect of the present invention is (a) a step of processing a composition containing a polyolefin having a weight average molecular weight M w of 250,000 to 450,000 and a silane-modified polyolefin to produce a porous support; (b). ) A step of cross-linking the silane-modified polyolefin contained in the porous support; and (c) a step of impregnating the porous support with a solution containing an anionic conductive substance and a solvent; Provide a manufacturing method.

一実施例において、前記段階(c)の前に、前記多孔性支持体をブロム気体の存在下でプラズマ処理し、アミン基を含有する化合物で二分子的求核置換反応(S2反応)させる段階;をさらに含むことができる。 In one embodiment, prior to step (c), the porous support is plasma treated in the presence of brom gas and a bimolecular nucleophilic substitution reaction ( SN 2 reaction) with an amine group-containing compound. The step of causing; can be further included.

一実施例において、前記プラズマ処理は、0.5~90分間行われ得る。 In one embodiment, the plasma treatment can be performed for 0.5-90 minutes.

本発明の一態様による陰イオン交換膜およびその製造方法は、陰イオン交換膜の支持体の製造においてポリオレフィンのシラン変性反応を別に行うことなく、シラン変性が完了したポリオレフィンを使用し、かつ、これを一定範囲の重量平均分子量を有するポリオレフィンと一定比率で混合して使用することによって、機械的物性に優れているながらもこれを均一に具現することができ、アルコキシビニルシランの溶出および廃棄によって製造コストが上昇する問題を解決して、生産性、経済性を最大化することができる。 The anion exchange membrane and the method for producing the anion exchange membrane according to one aspect of the present invention use the polyolefin in which the silane modification has been completed without separately performing the silane modification reaction of the polyolefin in the production of the support of the anion exchange membrane, and the method thereof is used. By mixing and using a polyolefin having a weight average molecular weight in a certain range in a certain ratio, it can be uniformly realized while having excellent mechanical properties, and the manufacturing cost is due to the elution and disposal of alkoxyvinylsilane. It is possible to solve the problem of rising and maximize productivity and economic efficiency.

本発明の他の一態様によれば、陰イオン交換膜の支持体を前記多孔性支持体をブロム気体の存在下でプラズマ処理し、アミン基を含有する化合物で二分子的求核置換反応(S2反応)させて、支持体の表面および内部気孔の表面を親水化することによって、前記支持体に含浸された陰イオン伝導性物質との結合力およびそれによる陰イオン交換膜の耐久性とイオン伝導性を向上させることができる。 According to another aspect of the present invention, the support of the anion exchange membrane is subjected to plasma treatment of the porous support in the presence of brom gas, and a bimolecular nucleophilic substitution reaction with a compound containing an amine group ( By subjecting the support to the surface of the support and the surface of the internal pores by subjecting it to the S N 2 reaction), the binding force to the anion conductive substance impregnated in the support and the durability of the anion exchange film due to the binding force. And ionic conductivity can be improved.

本発明の効果は、上記した効果に限定されるものではなく、本発明の詳細な説明または請求範囲に記載された発明の構成から推論可能なすべての効果を含むものと理解されなければならない。 The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, but should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

図1は、本発明の一実施例(製造例1-1)による多孔性支持体の断面SEMイメージである。FIG. 1 is a cross-sectional SEM image of a porous support according to an embodiment of the present invention (Production Example 1-1). 図2は、本発明の比較例(比較例1)による陰イオン交換膜の断面SEMイメージである。FIG. 2 is a cross-sectional SEM image of an anion exchange membrane according to a comparative example (Comparative Example 1) of the present invention. 図3は、本発明の一実施例(実施例1)による陰イオン交換膜の断面SEMイメージである。FIG. 3 is a cross-sectional SEM image of an anion exchange membrane according to an embodiment of the present invention (Example 1). 図4は、本発明の一実施例(製造例1-9)による多孔性支持体の断面SEMイメージである。FIG. 4 is a cross-sectional SEM image of a porous support according to an embodiment of the present invention (Production Example 1-9).

以下、添付の図面を参照して本発明を説明することとする。しかしながら、本発明は、様々な異なる形態で具現され得、したがって、ここで説明する実施例に限定されるものではない。なお、図面において本発明を明確に説明するために、説明と関係ない部分は、省略し、明細書全般において類似の部分については、類似の参照符号を付けた。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the invention can be embodied in a variety of different forms and is therefore not limited to the examples described herein. In addition, in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted, and similar parts are designated by reference numerals in the specification as a whole.

明細書全般において、任意の部分が他の部分と「連結」されているというとき、これは、「直接的に連結」されている場合だけでなく、それらの中間に他の部材を挟んで「間接的に連結」されている場合も含む。 In the general specification, when an arbitrary part is "connected" to another part, this is not only when it is "directly connected", but also when another member is sandwiched between them. Including the case of "indirectly connected".

また、任意の部分が或る構成要素を「含む」というとき、これは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くものでなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。 Also, when any part "contains" a component, it does not exclude other components, but may further include other components, unless otherwise stated. means.

陰イオン交換膜
本発明の一態様は、重量平均分子量Mが250,000~450,000のポリオレフィンを含む連続相マトリックスおよび前記マトリックス中で架橋された不連続相シラン変性ポリオレフィンを含む多孔性支持体;および前記多孔性支持体の気孔に含浸されたり表面に塗布された陰イオン伝導性物質;を含む陰イオン交換膜を提供する。
Anion Exchange Membrane One aspect of the present invention is a porous support comprising a continuous phase matrix containing a polyolefin having a weight average molecular weight M w of 250,000 to 450,000 and a discontinuous phase silane-modified polyolefin crosslinked in the matrix. Provided is an anion exchange membrane containing a body; and an anionic conductive substance impregnated in the pores of the porous support or applied to the surface thereof.

前記支持体は、内部に気孔が形成された、多孔膜の一種であり得る。前記陰イオン伝導性物質は、前記支持体内部の気孔のうち少なくとも一部に含浸されてもよく、さらに、前記支持体表面の少なくとも一部にコートされてもよい。前記気孔内部の陰イオン伝導性物質および支持体表面の陰イオン伝導性物質は、相互連結されていてもよい。 The support may be a kind of porous membrane having pores formed inside. The anion conductive substance may be impregnated in at least a part of the pores inside the support, and may be further coated on at least a part of the surface of the support. The anion conductive substance inside the pores and the anion conductive substance on the surface of the support may be interconnected.

前記支持体において前記シラン変性ポリオレフィンは、前記マトリックス中で架橋されて前記マトリックスを堅固に支持、固定させることによって、前記支持体の機械的物性を向上させることができる。本明細書に使用された用語「マトリックス」は、2種以上の成分を含む支持体において連続相を構成する成分を意味する。すなわち前記支持体において重量平均分子量Mが250,000~450,000のポリオレフィンが連続相で存在し、その内部で架橋されたシラン変性ポリオレフィンが不連続相で存在することができる。 In the support, the silane-modified polyolefin is crosslinked in the matrix to firmly support and fix the matrix, whereby the mechanical properties of the support can be improved. As used herein, the term "matrix" means a component that constitutes a continuous phase in a support containing two or more components. That is, in the support, a polyolefin having a weight average molecular weight M w of 250,000 to 450,000 exists in a continuous phase, and a silane-modified polyolefin crosslinked therein can exist in a discontinuous phase.

本発明の陰イオン交換膜の実質的な活用のために、前記シラン変性ポリオレフィンの分布を均一に調節して、架橋されたシラン変性ポリオレフィンが前記支持体中に均一に分布するように調節する必要がある。前記シラン変性ポリオレフィンの架橋反応が前記支持体のうち一部の領域に偏重されて起こる場合、必要な水準の機械的物性を具現することができず、特に、前記支持体の領域による機械的物性の偏差が大きくなって、製品の信頼性、再現性が顕著に低下し得る。 In order to substantially utilize the anion exchange membrane of the present invention, it is necessary to uniformly adjust the distribution of the silane-modified polyolefin so that the crosslinked silane-modified polyolefin is uniformly distributed in the support. There is. When the cross-linking reaction of the silane-modified polyolefin is biased to a part of the support, the required level of mechanical properties cannot be realized, and in particular, the mechanical properties due to the region of the support. The deviation of the product may increase, and the reliability and reproducibility of the product may be significantly reduced.

本発明の一実施例によれば、前記マトリックスを構成する前記ポリオレフィンの分子量を一定範囲に調節することによって、前記ポリオレフィンと前記シラン変性ポリオレフィンが押出機内で混練される過程で前記シラン変性ポリオレフィンを前記ポリオレフィン中に均一に分散させることができる。前記ポリオレフィンの重量平均分子量Mは、250,000~450,000であり得る。前記ポリオレフィンの重量平均分子量が450,000超過であれば、粘度が高くなって加工性が低下することがあり、250,000未満であれば、粘度が過度に低くなって前記シラン変性ポリオレフィンの分散性が極度に低下し、場合によって、前記ポリオレフィンおよび前記シラン変性ポリオレフィン間に相分離または層分離が発生することがある。 According to one embodiment of the present invention, the silane-modified polyolefin is used in the process of kneading the polyolefin and the silane-modified polyolefin in an extruder by adjusting the molecular weight of the polyolefin constituting the matrix to a certain range. It can be uniformly dispersed in the polyolefin. The weight average molecular weight M w of the polyolefin can be 250,000-450,000. If the weight average molecular weight of the polyolefin exceeds 450,000, the viscosity may increase and the processability may decrease, and if it is less than 250,000, the viscosity becomes excessively low and the silane-modified polyolefin is dispersed. The properties are extremely reduced, and in some cases, phase separation or layer separation may occur between the polyolefin and the silane-modified polyolefin.

前記ポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンビニルアセテート、エチレンブチルアクリレート、エチレンエチルアクリレートおよびこれらのうち2以上の組合せまたは共重合体よりなる群から選択された一つであってもよく、好ましくはポリエチレンであってもよいが、これに限定されるものではない。 The polyolefin may be one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, ethylene vinyl acetate, ethylene butyl acrylate, ethylene ethyl acrylate and a combination of two or more thereof or a copolymer thereof, and polyethylene is preferable. There may be, but it is not limited to this.

前記支持体のうち前記シラン変性ポリオレフィンの含量は、0.1~5重量%であり得る。前記支持体のうち前記シラン変性ポリオレフィンの含量が0.1重量%未満であれば、必要な水準の機械的物性を具現することができず、5重量%超過であれば、機械的物性が必要な水準に収束されるので、経済性、生産性の側面において不利である。 The content of the silane-modified polyolefin in the support can be 0.1 to 5% by weight. If the content of the silane-modified polyolefin in the support is less than 0.1% by weight, the required level of mechanical properties cannot be realized, and if it exceeds 5% by weight, the mechanical properties are required. It is disadvantageous in terms of economic efficiency and productivity because it is converged to a high level.

前記シランは、アルコキシ基を含有するビニルシランであり得る。例えば、前記アルコキシ基を含有するビニルシランは、トリメトキシビニルシラン、トリエトキシビニルシラン、トリアセトキシビニルシランおよびこれらのうち2以上の組合せよりなる群から選択された一つであってもよく、好ましくはトリメトキシビニルシランであってもよいが、これに限定されるものではない。 The silane can be vinylsilane containing an alkoxy group. For example, the vinylsilane containing an alkoxy group may be one selected from the group consisting of trimethoxyvinylsilane, triethoxyvinylsilane, triacetoxyvinylsilane, and a combination of two or more thereof, and is preferably trimethoxyvinylsilane. However, it is not limited to this.

前記支持体は、無機フィラーをさらに含むことができる。前記無機フィラーは、シリカ(SiO)、二酸化チタン(TiO)、アルミナ(Al)、ゼオライト(zeolite)、AlOOH、バリウムチタネート(BaTiO)、タルク(Talk)、水酸化アルミニウム(Al(OH))、炭酸カルシウム(CaCO)およびこれらのうち2以上の組合せよりなる群から選択された一つであってもよく、好ましくは10~1,000nmまたは10~600nmの平均粒度を有する球形のナノ粒子、好ましくはその表面が疎水化または親水化処理されたナノ粒子であってもよい。前記支持体のうち前記無機フィラーの含量は、10~70重量%、好ましくは10~60重量%であり得る。前記無機フィラーの含量が10重量%未満であれば、前記支持体の機械的強度、耐酸性、耐化学性、難燃性が低下することがあり、70重量%超過であれば、前記支持体の柔軟性、加工性が低下することがある。 The support may further contain an inorganic filler. The inorganic fillers include silica (SiO 2 ), titanium dioxide (TIO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zeolite (zeolite), AlOOH, barium titanate (BaTIO 2 ), talc (Talk), and aluminum hydroxide (Al). It may be one selected from the group consisting of (OH) 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ) and a combination of two or more thereof, and preferably has an average particle size of 10 to 1,000 nm or 10 to 600 nm. It may be spherical nanoparticles having a surface, preferably nanoparticles whose surface has been hydrophobized or hydrophilized. The content of the inorganic filler in the support may be 10 to 70% by weight, preferably 10 to 60% by weight. If the content of the inorganic filler is less than 10% by weight, the mechanical strength, acid resistance, chemical resistance, and flame retardancy of the support may decrease, and if it exceeds 70% by weight, the support may be deteriorated. Flexibility and workability may decrease.

例えば、シリカ(SiO)は、その表面に疎水性である直鎖炭化水素(linear hydrocarbon)分子よりなる炭化水素層が形成されたものであってもよい。シリカ自体は、親水性性質を有しているので、疎水性のポリエチレンと相溶性を改善するためには、直鎖炭化水素分子、例えば、(ポリ)エチレンがコートされた球形シリカナノ粒子が好ましい。 For example, silica (SiO 2 ) may have a hydrocarbon layer formed of hydrophobic linear hydrocarbon molecules formed on its surface. Since silica itself has hydrophilic properties, linear hydrocarbon molecules, such as spherical silica nanoparticles coated with (poly) ethylene, are preferred in order to improve compatibility with hydrophobic polyethylene.

上記のように、分子量が一定範囲に調節されたポリオレフィン系マトリックス中に一定量のシラン変性ポリオレフィンが架橋された構造の支持体は、下記(i)~(ix)の条件のうち一つ以上を満たすことができる。(i)通気度50~300sec/100ml、好ましくは125~300sec/100ml;(ii)穿孔強度15~65gf/μm、好ましくは21.5~65gf/μm;(iii)縦方向(MD)引張強度500~3,000kgf/cm、好ましくは700~2,000kgf/cm;(iv)横方向(TD)引張強度500~2,500kgf/cm、好ましくは700~2,000kgf/cm;(v)縦方向(MD)引張伸率40%以上、好ましくは40~80%;(vi)横方向(TD)引張伸率40%以上、好ましくは40~55%;(vii)120℃で縦方向(MD)熱収縮率20%以下、好ましくは10%以下;(viii)120℃で横方向(TD)熱収縮率20%以下、好ましくは15%以下;(ix)メルトダウン温度170~250℃、好ましくは200~250℃、より好ましくは225~250℃。 As described above, the support having a structure in which a certain amount of silane-modified polyolefin is crosslinked in a polyolefin-based matrix whose molecular weight is adjusted to a certain range meets one or more of the following conditions (i) to (ix). Can be met. (I) Air permeability 50 to 300 sec / 100 ml, preferably 125 to 300 sec / 100 ml; (ii) Drilling strength 15 to 65 gf / μm, preferably 21.5 to 65 gf / μm; (iii) Longitudinal (MD) tensile strength 500 to 3,000 kgf / cm 2 , preferably 700 to 2,000 kgf / cm 2 ; (iv) lateral (TD) tensile strength 500 to 2,500 kgf / cm 2 , preferably 700 to 2,000 kgf / cm 2 ; (V) Longitudinal (MD) tensile elongation 40% or more, preferably 40-80%; (vi) Lateral (TD) tensile elongation 40% or more, preferably 40-55%; (vii) at 120 ° C. Longitudinal (MD) heat shrinkage 20% or less, preferably 10% or less; (viii) horizontal (TD) heat shrinkage 20% or less, preferably 15% or less at 120 ° C.; (ix) meltdown temperature 170- 250 ° C, preferably 200 to 250 ° C, more preferably 225 to 250 ° C.

前記支持体は、親水化、スルホン化処理されて優れたイオン伝導性を満たすことができる。親水化した支持体の平均気孔サイズは、20~2,000nmであり得、水分(HO)との接触角は、15゜以下であり得、前記多孔膜の表面で負の値(-)で測定されたゼータ電位の絶対値は、10mV以上、好ましくは15mV以上、より好ましくは20mV以上であり得る。また、前記支持体の気孔率は、30~90%、好ましくは50~80%であり得る。 The support can be hydrophilized and sulfonated to satisfy excellent ionic conductivity. The average pore size of the hydrophilized support can be 20-2,000 nm, the contact angle with moisture (H 2 O) can be 15 ° or less, and a negative value (-) on the surface of the porous membrane. ), The absolute value of the zeta potential may be 10 mV or more, preferably 15 mV or more, and more preferably 20 mV or more. The porosity of the support can be 30-90%, preferably 50-80%.

親水化した前記支持体は、その表面と内部気孔の表面に生成された-SO基が親水性を有するので、本質的に親水性である前記陰イオン伝導性物質との高い親和度(affinity)によって前記陰イオン伝導性物質と容易に結合され得、その結合力も強化され得るので、前記陰イオン交換膜の耐久性が顕著に向上することができ、前記支持体および陰イオン伝導性物質に含まれた親水性基の消失が最小化されるので、イオン伝導性も向上することができる。 The hydrophilized support has a high affinity with the anionic conductive material, which is essentially hydrophilic, because the -SO 3 groups generated on the surface and the surface of the internal pores are hydrophilic. ) Can be easily bound to the anion-conducting substance, and the binding force thereof can be strengthened, so that the durability of the anion-exchanged membrane can be significantly improved, and the support and the anion-conducting substance can be used. Since the disappearance of the contained hydrophilic groups is minimized, the ionic conductivity can also be improved.

前記陰イオン伝導性物質は、アミン化した高分子(またはアミン化高分子、aminated polymer)であり得、好ましくは前記アミン化した高分子のアミン化度は、40~70%であり得る。本明細書に使用された用語「アミン化度(degree of amination)」は、前記アミン化した高分子を成す複数の単量体の総モル数をm、前記アミン化した高分子のうち一つ以上のアミン基が置換された単量体のモル数をnというとき、式n/mで算出され得、例えば、n/mが1であれば、アミン化度は、100%であり得る。 The anionic conductive substance can be an amineized polymer (or an aminated polymer), and preferably the degree of amineation of the aminized polymer can be 40 to 70%. As used herein, the term "degree of amination" refers to the total number of moles of a plurality of monomers forming the aminated polymer, which is one of the aminated polymers. When the number of moles of the above-mentioned monomer substituted with an amine group is n, it can be calculated by the formula n / m. For example, if n / m is 1, the degree of amineation can be 100%.

一般的に、陰イオン伝導性物質、特に、陰イオン伝導性高分子のアミン化度が高いほど、高分子のイオン伝導性が増加する反面、親水性が過度に高くなって、水に溶解したりひどく膨潤する現象が発生する。反対に、アミン化度が低い場合には、疎水性が強くて、耐水性、耐久性が向上する反面、イオン伝導性が低下する問題がある。したがって、前記陰イオン伝導性物質のアミン化度を40~70%の範囲に調節することによって、イオン伝導性と耐水性、耐久性を均衡的に具現することができる。 In general, the higher the degree of amination of an anionic conductive substance, especially the anionic conductive polymer, the higher the ionic conductivity of the polymer, but the higher the hydrophilicity, and the more soluble it is in water. The phenomenon of severe swelling occurs. On the other hand, when the degree of amination is low, the hydrophobicity is strong and the water resistance and durability are improved, but there is a problem that the ionic conductivity is lowered. Therefore, by adjusting the degree of amineation of the anionic conductive substance in the range of 40 to 70%, ion conductivity, water resistance, and durability can be realized in an equilibrium.

前記アミン化した高分子は、下記化学式(化2)の構造を有することができる。 The amineized polymer can have the structure of the following chemical formula (Chemical formula 2).

Figure 0007020654000002
Figure 0007020654000002

上記式中、Yは、共有結合(-)、-CO-、-SO-または-O-であり、ZおよびDは、それぞれ共有結合(-)、-O-または-S-であり、Cは、共有結合(-)、-C(CH-または-C(CF-であり、Rは、Hまたは-CHであり、R、R、Rは、それぞれ-CH、-CHCH、-(CHCH、-CHNH、-(CHNHまたは-(CHNH(CH)Clであり、x、yは、それぞれ任意の反復単位であり、x/(x+y)は、0.001~1である。 In the above formula, Y is a covalent bond (-), -CO-, -SO 2- or -O-, and Z and D are covalent bonds (-), -O- or -S-, respectively. C is a covalent bond (-), -C (CH 3 ) 2 -or -C (CF 3 ) 2- , and R 1 is H or -CH 2 N + R 2 R 3 R 4 , R 2 , R 3 , R 4 are -CH 3 , -CH 2 CH 3 ,-(CH 2 ) 2 CH 3 , -CH 2 NH 2 ,-(CH 2 ) 2 NH 2 or- (CH 2 ) 3 , respectively. It is NH (CH 3 ) Cl, x and y are arbitrary repeating units, respectively, and x / (x + y) is 0.001 to 1.

例えば、前記アミン化した高分子は、aminated PAES(polyaryleneether sulfone)、aminated PEK(polyether keton)、aminated PEEK(polyetherether ketone)、aminated PS(polysulfone)、aminated PES(polyether sulfone)、aminated PPO(polyphenylene oxide)、aminated PPS(polyphenylene sulfide)およびこれらのうち2以上の組合せよりなる群から選択された一つであってもよいが、これに限定されるものではない。 For example, the aminated polymer may be identified as PAES (polysulfone sulfide), aminated PEK (polyether ketone), aminated PEEK (polyphenylene sulfide), aminated PS (polysulfone), or , Aminated PPS (polyphenylene sulfide) and one selected from the group consisting of two or more combinations thereof, but is not limited thereto.

陰イオン交換膜の製造方法
本発明の他の一態様は、(a)重量平均分子量Mが250,000~450,000のポリオレフィンおよびシラン変性ポリオレフィンを含む組成物を加工して、多孔性支持体を製造する段階;(b)前記多孔性支持体に含まれたシラン変性ポリオレフィンを架橋させる段階;および(c)前記多孔性支持体を陰イオン伝導性物質および溶媒を含む溶液に含浸する段階;を含む陰イオン交換膜の製造方法を提供する。
Method for Producing Anion Exchange Membrane Another aspect of the present invention is to process a composition containing (a) a polyolefin having a weight average molecular weight M w of 250,000 to 450,000 and a silane-modified polyolefin to support porosity. The step of producing the body; (b) the step of cross-linking the silane-modified polyolefin contained in the porous support; and (c) the step of impregnating the porous support with a solution containing an anionic conductive substance and a solvent. A method for producing an anion exchange membrane containing; is provided.

前記段階(a)では、重量平均分子量Mが250,000~450,000のポリオレフィンおよびシラン変性ポリオレフィンを含む組成物を押出機に投入した後、押出し、T-ダイを介して吐出して、シート形態に成形した後に延伸して、多孔性支持体を製造することができる。 In the step (a), the composition containing the polyolefin having a weight average molecular weight M w of 250,000 to 450,000 and the silane-modified polyolefin is thrown into an extruder, then extruded and discharged via a T-die. A porous support can be produced by forming into a sheet form and then stretching the product.

前記ポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンビニルアセテート、エチレンブチルアクリレート、エチレンエチルアクリレートおよびこれらのうち2以上の組合せまたは共重合体よりなる群から選択された一つであってもよく、好ましくはポリエチレンであってもよいが、これに限定されるものではない。 The polyolefin may be one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, ethylene vinyl acetate, ethylene butyl acrylate, ethylene ethyl acrylate and a combination of two or more thereof or a copolymer thereof, and polyethylene is preferable. There may be, but it is not limited to this.

前記組成物は、前記ポリオレフィン20~40重量部およびシラン変性ポリオレフィン0.1~10重量部を含むことができる。前記組成物のうち前記シラン変性ポリオレフィンの含量が0.1重量部未満であれば、必要な水準の機械的物性を具現することができず、10重量部超過であれば、機械的物性が必要な水準に収束するので、経済性、生産性の側面において不利である。 The composition may contain 20-40 parts by weight of the polyolefin and 0.1-10 parts by weight of the silane-modified polyolefin. If the content of the silane-modified polyolefin in the composition is less than 0.1 parts by weight, the required level of mechanical properties cannot be realized, and if it exceeds 10 parts by weight, the mechanical properties are required. It is disadvantageous in terms of economic efficiency and productivity because it converges to a high level.

前記シランは、アルコキシ基を含有するビニルシランであり得る。例えば、前記アルコキシ基を含有するビニルシランは、トリメトキシビニルシラン、トリエトキシビニルシラン、トリアセトキシビニルシランおよびこれらのうち2以上の組合せよりなる群から選択された一つであってもよく、好ましくはトリメトキシビニルシランであってもよいが、これに限定されるものではない。 The silane can be vinylsilane containing an alkoxy group. For example, the vinylsilane containing an alkoxy group may be one selected from the group consisting of trimethoxyvinylsilane, triethoxyvinylsilane, triacetoxyvinylsilane, and a combination of two or more thereof, and is preferably trimethoxyvinylsilane. However, it is not limited to this.

前記組成物は、気孔形成剤60~80重量部をさらに含むことができる。前記気孔形成剤は、熱誘導相分離(Thermally Induced Phase Separation)を活用した湿式法によって支持体の内部で抽出、除去されて気孔を形成する役割を行うことができる。 The composition may further contain 60-80 parts by weight of the pore-forming agent. The pore-forming agent can play a role of forming pores by being extracted and removed inside the support by a wet method utilizing Thermally Induced Phase Separation.

前記湿式法は、前記気孔形成剤を含む支持体を溶媒が担持された抽出槽に浸漬させるものであり得る。抽出温度は、15~80℃、好ましくは25~40℃であってもよく、抽出時間は、0.1~60分、好ましくは1~20分であり得る。 In the wet method, the support containing the pore-forming agent may be immersed in an extraction tank on which a solvent is supported. The extraction temperature may be 15 to 80 ° C., preferably 25 to 40 ° C., and the extraction time may be 0.1 to 60 minutes, preferably 1 to 20 minutes.

前記気孔形成剤は、例えば、パラフィンオイル、パラフィンワックス、鉱油、固体パラフィン、大豆油、油菜油、パーム油、ヤシ油、ジ-2-エチルヘキシルフタレート、ジブチルフタレート、ジイソノニルフタレート、ジイソデシルフタレート、ビス(2-プロピルヘプチル)フタレート、ナフテンオイルおよびこれらのうち2以上の組合せよりなる群から選択された一つであってもよく、好ましくはパラフィンオイルであってもよく、さらに好ましくは40℃で動粘度が50~100cStのパラフィンオイルであってもよいが、これに限定されるものではない。 Examples of the pore-forming agent include paraffin oil, paraffin wax, mineral oil, solid paraffin, soybean oil, oil vegetable oil, palm oil, palm oil, di-2-ethylhexyl phthalate, dibutyl phthalate, diisononyl phthalate, diisodecyl phthalate, and bis (2). -Propylheptyl) It may be one selected from the group consisting of phthalate, naphthenic oil and a combination of two or more thereof, preferably paraffin oil, and more preferably the kinematic viscosity at 40 ° C. It may be, but is not limited to, paraffin oil of 50 to 100 cSt.

前記気孔形成剤を抽出するための溶媒は、ペンタン、ヘキサン、ベンゼン、ジクロロメタン、四塩化炭素、メチルエチルケトン、アセトンおよびこれらのうち2以上の組合せよりなる群から選択された一つであってもよく、好ましくはジクロロメタンであってもよいが、これに限定されるものではない。 The solvent for extracting the pore-forming agent may be one selected from the group consisting of pentane, hexane, benzene, dichloromethane, carbon tetrachloride, methyl ethyl ketone, acetone and a combination of two or more thereof. Dichloromethane may be preferable, but the present invention is not limited thereto.

前記組成物は、架橋触媒をさらに含むことができる。前記組成物が架橋触媒をさらに含む場合、前記段階(b)での架橋反応を促進させることができる。このような架橋触媒としては、一般的に、スズ、亜鉛、鉄、鉛、コバルトなどの金属のカルボン酸塩、有機塩基、無機酸および有機酸が使用できる。例えば、前記架橋触媒は、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジアセテート、酢酸第1スズ、カプリル酸第1スズ、ナフテン酸亜鉛、カプリル酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、エチルアミン、ジブチルアミン、ヘキシルアミン、ピリジン、硫酸、塩酸などの無機酸、トルエンスルホン酸、酢酸、ステアリン酸、マレイン酸などの有機酸などであってもよく、好ましくはジブチルスズジラウレートであってもよいが、これに限定されるものではない。 The composition may further include a cross-linking catalyst. When the composition further contains a cross-linking catalyst, the cross-linking reaction in the step (b) can be promoted. As such a cross-linking catalyst, generally, carboxylates of metals such as tin, zinc, iron, lead and cobalt, organic bases, inorganic acids and organic acids can be used. For example, the cross-linking catalyst may be dibutyltin dilaurate, dibutyltin diacetate, stannous acetate, stannous caprylate, zinc naphthenate, zinc caprylate, cobalt naphthenate, ethylamine, dibutylamine, hexylamine, pyridine, sulfuric acid, hydrochloric acid. Inorganic acids such as, toluene sulfonic acid, acetic acid, stearic acid, and organic acids such as maleic acid may be used, and dibutyltin dilaurate may be preferable, but the present invention is not limited thereto.

前記架橋触媒は、従来、シラン変性ポリオレフィンの製造時に添加したり、架橋触媒の溶液または分散液を支持体に塗布するなどの方法で使用された。ただし、このような従来の方法では、前記架橋触媒を前記シラン変性ポリオレフィンと共に均一に分散させ難い。前述したように、架橋前に前記支持体に含まれた前記シラン変性ポリオレフィンが均一に分散する必要があり、この際、前記シラン変性ポリオレフィンの架橋反応に関与する架橋触媒も、均一に分散する必要がある。 Conventionally, the cross-linking catalyst has been used by a method such as adding it at the time of producing a silane-modified polyolefin or applying a solution or dispersion of the cross-linking catalyst to a support. However, in such a conventional method, it is difficult to uniformly disperse the cross-linking catalyst together with the silane-modified polyolefin. As described above, the silane-modified polyolefin contained in the support needs to be uniformly dispersed before crosslinking, and at this time, the crosslinking catalyst involved in the crosslinking reaction of the silane-modified polyolefin also needs to be uniformly dispersed. There is.

これに対して、前記架橋触媒を気孔形成剤と事前混合して前記押出機のサイドフィーダを介して投入することによって、前記架橋触媒を前記シラン変性ポリオレフィンと共に均一に分散させて架橋反応の効率をより高めることができる。 On the other hand, by premixing the cross-linking catalyst with the pore-forming agent and charging the cross-linking catalyst through the side feeder of the extruder, the cross-linking catalyst is uniformly dispersed together with the silane-modified polyolefin to improve the efficiency of the cross-linking reaction. Can be enhanced.

前記組成物のうち前記架橋触媒の含量は、0.01~5重量%であり得る。前記架橋触媒の含量が0.01重量%未満であれば、架橋反応を必要な水準に促進させることができず、5重量%超過であれば、反応速度が必要な水準に収束されるので、経済性、生産性の側面において不利である。 The content of the cross-linking catalyst in the composition can be 0.01-5% by weight. If the content of the cross-linking catalyst is less than 0.01% by weight, the cross-linking reaction cannot be promoted to the required level, and if it exceeds 5% by weight, the reaction rate is converged to the required level. It is disadvantageous in terms of economy and productivity.

前記段階(a)で行われる前記延伸は、1軸延伸または2軸延伸(逐次または同時2軸延伸)などの公知された方法により行われ得る。逐次2軸延伸の場合、延伸倍率は、横方向(MD)および縦方向(TD)にそれぞれ4~20倍であってもよく、それによる面倍率は、16~400倍であり得る。 The stretching performed in the step (a) can be performed by a known method such as uniaxial stretching or biaxial stretching (sequential or simultaneous biaxial stretching). In the case of sequential biaxial stretching, the stretching ratio may be 4 to 20 times in the horizontal direction (MD) and the vertical direction (TD), respectively, and the surface magnification thereof may be 16 to 400 times.

前記段階(b)では、前記多孔性支持体に含まれたシラン変性ポリオレフィンを架橋させることができる。前記架橋は、前記多孔性支持体を温度および湿度が一定範囲に調節された恒温恒湿槽に位置させて行うことができ、この際、前記段階(b)は、前記段階(a)と相互不連続的であるか、連続的であっても温度を一定水準以上に高めにくい水分環境で行われるので、架橋反応に過度な時間がかかることができる。これに対して、前記段階(b)で、前記多孔膜を沸点が100℃超過、好ましくは120℃以上、より好ましくは150℃以上の溶液が担持された架橋槽に投入し、連続的に通過させることによって、架橋反応にかかる時間を顕著に短縮させて生産性を向上させることができる。 In the step (b), the silane-modified polyolefin contained in the porous support can be crosslinked. The cross-linking can be performed by locating the porous support in a constant temperature and humidity chamber in which the temperature and humidity are controlled to a certain range, in which the step (b) is mutual with the step (a). Since it is carried out in a moisture environment where it is difficult to raise the temperature above a certain level even if it is discontinuous or continuous, the cross-linking reaction can take an excessive time. On the other hand, in the step (b), the porous membrane was put into a cross-linking tank carrying a solution having a boiling point exceeding 100 ° C., preferably 120 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, and continuously passed through. By doing so, the time required for the crosslinking reaction can be significantly shortened and the productivity can be improved.

具体的に、前記溶液は、沸点が100℃超過の成分を含むので、架橋反応時に温度条件を100℃超過、好ましくは120℃以上に造成して架橋反応を促進させることができる。前記成分としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールおよびこれらのうち2以上の組合せよりなる群から選択された一つを使用することができる。このような成分は、吸湿性があるので、前記成分中に含まれた水分にて架橋反応を起こすことができるが、必要に応じて、一定量の水を混合して使用することもできる。 Specifically, since the solution contains a component having a boiling point exceeding 100 ° C., the temperature condition may be exceeded 100 ° C., preferably 120 ° C. or higher at the time of the crosslinking reaction to promote the crosslinking reaction. As the component, one selected from the group consisting of ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol and a combination of two or more thereof can be used. Since such a component has hygroscopicity, a cross-linking reaction can be caused by the water contained in the component, but if necessary, a certain amount of water can be mixed and used.

また、前記溶液は、架橋触媒をさらに含むことができ、この場合、一定量の水を混合しなくても、前記架橋反応を十分に促進させることができる。前記溶液のうち架橋触媒の含量は、0.5~15重量%であり得る。前記架橋触媒の含量が0.5重量%未満であれば、架橋反応を必要な水準に促進させることができず、15重量%超過であれば、反応速度が必要な水準に収束されるので、経済性、生産性の側面において不利である。 In addition, the solution can further contain a cross-linking catalyst, in which case the cross-linking reaction can be sufficiently promoted without mixing a certain amount of water. The content of the cross-linking catalyst in the solution can be 0.5 to 15% by weight. If the content of the cross-linking catalyst is less than 0.5% by weight, the cross-linking reaction cannot be promoted to the required level, and if it exceeds 15% by weight, the reaction rate is converged to the required level. It is disadvantageous in terms of economy and productivity.

前記架橋槽に担持された溶液に含まれた架橋触媒は、前記組成物に含まれたものと本質的に類似した作用効果を有する。ただし、前記組成物に含まれた架橋触媒、すなわち前記段階(a)で押出機のサイドフィーダを介して投入された架橋触媒は、前記段階(b)で前記多孔性支持体の中心部(中心層)に分布するシラン変性ポリオレフィンを効果的に架橋させることができる反面、表面部(スキン層)に分布するシラン変性ポリオレフィンの架橋反応には、積極的に関与し難い。前記架橋槽に担持された溶液に含まれた架橋触媒は、前記多孔性支持体が前記架橋槽を通過するとき、前記多孔性支持体の表面部(スキン層)と接触するので、前記多孔性支持体の表面部(スキン層)に分布するシラン変性ポリオレフィンの架橋反応をさらに促進させることができる。前記架橋触媒の種類と作用効果については、前述した通りである。 The cross-linking catalyst contained in the solution supported on the cross-linking tank has an action and effect essentially similar to those contained in the composition. However, the cross-linking catalyst contained in the composition, that is, the cross-linking catalyst charged through the side feeder of the extruder in the step (a), is the central portion (center) of the porous support in the step (b). While the silane-modified polyolefin distributed in the layer) can be effectively crosslinked, it is difficult to actively participate in the cross-linking reaction of the silane-modified polyolefin distributed in the surface portion (skin layer). The cross-linking catalyst contained in the solution supported on the cross-linking tank comes into contact with the surface portion (skin layer) of the porous support when the porous support passes through the cross-linking tank, so that the porous support is porous. The cross-linking reaction of the silane-modified polyolefin distributed on the surface portion (skin layer) of the support can be further promoted. The types and effects of the cross-linking catalyst are as described above.

前記段階(c)の前に、前記多孔性支持体をブロム気体の存在下でプラズマ処理し、アミン基を含有する化合物で二分子的求核置換反応(S2反応)させる段階;をさらに含むことができる。 Prior to step (c), the porous support is plasma treated in the presence of brom gas and subjected to a bimolecular nucleophilic substitution reaction ( SN 2 reaction) with a compound containing an amine group; Can include.

前記プラズマ処理および二分子的求核置換反応を通じて後述する陰イオン交換膜に製造時に前記多孔性支持体の表面および内部気孔の表面を親水化して、すなわち前記多孔性支持体の表面および内部気孔の表面が正の電荷を帯びるようにして陰イオン伝導性物質との結合力を向上させることができ、それにより陰イオン交換膜の耐久性、特に、長期耐久性とイオン伝導性を顕著に向上させることができる。 Through the plasma treatment and the bimolecular nucleophilic substitution reaction, the surface of the porous support and the surface of the internal pores are made hydrophilic at the time of production into the anion exchange membrane described later, that is, the surface and the internal pores of the porous support are hydrolyzed. The surface can be positively charged to improve the binding force to the anion conductive material, thereby significantly improving the durability of the anion exchange membrane, especially long-term durability and ion conductivity. be able to.

従来、多孔性支持体の表面を親水化し、一定水準のイオン伝導性を具現するために、多孔性支持体を反応溶液などに一定時間の間浸漬してスルホン化させる湿式工程(wet process)が主に使用されたが、この場合、前記湿式工程がプラズマ処理に先行または後行されるなど前記プラズマ処理と別に行われて、工程が複雑であり、多量の工程廃液が発生する問題がある。 Conventionally, in order to make the surface of a porous support hydrophilic and to realize a certain level of ionic conductivity, a wet process in which the porous support is immersed in a reaction solution or the like for a certain period of time to be sulfonated has been performed. Although it was mainly used, in this case, the wet process is performed separately from the plasma treatment, such as before or after the plasma treatment, and the process is complicated, and there is a problem that a large amount of process waste liquid is generated.

これに対して、前記プラズマ処理時に使用される工程気体は、ブロム気体を含むので、前記多孔性支持体を反応溶液などに浸漬するなどの湿式工程なしに前記プラズマ処理という単一の乾式工程(dry process)を通じて前記多孔性支持体の表面と内部気孔の表面にブロム官能基を生成して、すなわち臭化および二分子的求核置換反応して前記多孔性支持体の親水性とイオン伝導性を最大化することができ、従来の複雑な工程を単純化することができ、環境的側面においても有利である。 On the other hand, since the process gas used during the plasma treatment contains brom gas, a single dry step (plasma treatment) of the plasma treatment is performed without a wet step such as immersing the porous support in a reaction solution or the like. Through dry plasma), brom functional groups are generated on the surface of the porous support and the surface of the internal pores, that is, bromization and bimolecular nucleophilic substitution reaction are carried out to carry out the hydrophilicity and ionic conductivity of the porous support. Can be maximized, the conventional complicated process can be simplified, and it is also advantageous in terms of the environment.

前記プラズマ処理は、0.5~90分、好ましくは0.5~20分間行われ得る。前記プラズマ処理が0.5分未満で行われると、前記多孔性支持体が必要な水準に親水化、ブロム化されることができず、90分超過で行われると、親水化度、ブロム化度が一定水準に収束されるので、工程効率が低下することがある。 The plasma treatment can be carried out for 0.5 to 90 minutes, preferably 0.5 to 20 minutes. If the plasma treatment is performed in less than 0.5 minutes, the porous support cannot be hydrophilized and brominated to the required level, and if it is performed in more than 90 minutes, the degree of hydrophilization and bromification cannot be achieved. Since the degree is converged to a certain level, the process efficiency may decrease.

前記プラズマ処理後、前記多孔性支持体をアミン基を含有する化合物、例えば、1-(2-アミノエチル)ピペラジン(1-(2-Aminoethyl)Piperazine)で二分子的求核置換反応(S2反応)させることによって、前記多孔性支持体の表面および内部気孔の表面が正の電荷を帯びるようにして陰イオン伝導性物質との結合力を向上させることができて、それにより陰イオン交換膜の耐久性、特に、長期耐久性とイオン伝導性を顕著に向上させることができる。 After the plasma treatment, the porous support is subjected to a bimolecular nucleophilic substitution reaction ( SN ) with a compound containing an amine group, for example, 1- (2-aminoethyl) Piperazine. By performing 2 reactions), the surface of the porous support and the surface of the internal pores can be positively charged to improve the binding force with the anion conductive substance, thereby exchanging anions. The durability of the membrane, in particular the long-term durability and ionic conductivity, can be significantly improved.

前記段階(c)では、前記多孔性支持体を陰イオン伝導性物質および溶媒を含む溶液に含浸および/またはコートして、前記多孔性支持体の気孔に前記陰イオン伝導性物質を充填させることができ、必要に応じて、前記多孔性支持体の表面にも前記陰イオン伝導性物質が一定の厚みでコートされ得る。前記段階(c)によって前記陰イオン伝導性物質が充填および/またはコートされた前記陰イオン交換膜の厚みは、30~200μmであり得る。 In the step (c), the porous support is impregnated and / or coated with a solution containing an anionic conductive substance and a solvent, and the pores of the porous support are filled with the anionic conductive substance. The anion conductive substance can be coated on the surface of the porous support with a certain thickness, if necessary. The thickness of the anion exchange membrane filled and / or coated with the anion conductive substance by the step (c) can be 30 to 200 μm.

前記含浸および/またはコートは、(i)親水化した前記多孔性支持体を前記溶液で満たされた含浸槽に一定時間の間含浸させる方式、(ii)親水化した前記多孔性支持体を前記溶液を伝達するためのコート装置、例えば、ロールコーター、バーコーターなどでコートする方式または前記(i)および(ii)が組み合わせられた方式で行われ得る。 The impregnation and / or coating is a method of (i) impregnating the hydrophilized porous support into an impregnation tank filled with the solution for a certain period of time, and (ii) the hydrophilized porous support. It may be performed by a coating device for transmitting a solution, for example, a method of coating with a roll coater, a bar coater, or a method in which the above (i) and (ii) are combined.

特に、前記段階(c)が、前記(ii)のうちロールコーターを利用する方式で行われる場合、前記ロールコーターは、親水化した前記多孔性支持体の一面に前記溶液を伝達する第1ロールおよび親水化した前記多孔性支持体の他面に接触して前記多孔性支持体を支持、移送しつつ、内部にあらかじめ定められた構造、形態の吸入手段が実装されて、前記第1ロールから伝達された前記溶液が前記多孔性支持体の気孔に円滑に、空いた空間なしに満たされることができるようにする第2ロールを含むことができる。また、コートに必要な量を超過して伝達された前記溶液は、前記第2ロールの内部に実装された前記吸入手段により吸入された後、前記第1ロールに前記溶液を供給する手段に移送されて、前記溶液が再使用されるようにすることができる。 In particular, when the step (c) is performed by a method using a roll coater among the (ii), the roll coater is a first roll that transfers the solution to one surface of the hydrophilic porous support. And while supporting and transferring the porous support in contact with the other surface of the hydrophilic support, an inhalation means having a predetermined structure and form is mounted inside the first roll. It can include a second roll that allows the transferred solution to fill the pores of the porous support smoothly, without any open space. Further, the solution transmitted in excess of the amount required for the coat is sucked by the suction means mounted inside the second roll and then transferred to the means for supplying the solution to the first roll. The solution can be reused.

前記溶液のうち前記陰イオン伝導性物質の含量は、10~60重量%であり得る。前記陰イオン伝導性物質の含量が10重量%未満であれば、イオン交換膜のイオン伝導性が低下することがあり、60重量%超過であれば、イオン伝導性がこれ以上向上しないので、不要な原料を消尽することになって、経済性の側面において不利である。 The content of the anionic conductive substance in the solution can be 10 to 60% by weight. If the content of the anion conductive substance is less than 10% by weight, the ion conductivity of the ion exchange membrane may decrease, and if it exceeds 60% by weight, the ion conductivity does not improve any more, so that it is unnecessary. It is disadvantageous in terms of economic efficiency because it consumes a lot of raw materials.

前記陰イオン伝導性物質は、アミン化した高分子であり得る。前記アミン化した高分子の種類および作用効果については、前述した通りである。 The anionic conductive material can be an aminated polymer. The types and effects of the amineized polymer are as described above.

前記溶液の溶媒は、エステル系、エーテル系、アルコール系、ケトン系、アミド系、スルホン系、カーボネート系、脂肪族炭化水素系、芳香族炭化水素系、およびこれらのうち2以上の組合せよりなる群から選択された一つであってもよく、好ましくはアミド系溶媒であってもよく、より好ましくはN-メチル-2-ピロリドンであり得る。 The solvent of the solution is a group consisting of ester-based, ether-based, alcohol-based, ketone-based, amide-based, sulfone-based, carbonate-based, aliphatic hydrocarbon-based, aromatic hydrocarbon-based, and a combination of two or more thereof. It may be one selected from the above, preferably an amide-based solvent, and more preferably N-methyl-2-pyrrolidone.

前記エステル系溶媒としては、メチルアセテート、エチルアセテート、n-ブチルアセテート、セロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルアセテート、3-メトキシブチルアセテート、メチルブチルレート、エチルブチルレート、プロピルプロピオネートなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。 Examples of the ester solvent include methyl acetate, ethyl acetate, n-butyl acetate, cellosolve acetate, propylene glycol monomethyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methyl butyl rate, ethyl butyl rate, propyl propionate and the like. It is not limited to this.

前記エーテル系溶媒としては、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ブチルエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、オクチルエーテル、ヘキシルエーテルなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。 Examples of the ether-based solvent include diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, butyl ethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, octyl ether, and hexyl ether. It is not limited to this.

前記アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、アミルアルコール、シクロヘシサノール、オクチルアルコール、デカノールなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。 Examples of the alcohol-based solvent include, but are not limited to, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, n-butanol, amyl alcohol, cyclohesisanol, octyl alcohol, and decanol.

前記ケトン系溶媒としては、アセトン、シクロヘキサノン、メチルアミルケトン、ジイソブチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。 Examples of the ketone solvent include, but are not limited to, acetone, cyclohexanone, methylamylketone, diisobutylketone, methylethylketone, and methylisobutylketone.

前記アミド系溶媒としては、N-メチル-2-ピロリドン、2-ピロリドン、N-メチルホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。 Examples of the amide-based solvent include, but are not limited to, N-methyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidone, N-methylformamide, dimethylformamide, and dimethylacetamide.

前記スルホン系溶媒としては、ジチメルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、ジエチルスルホン、テトラメチレンスルホンなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。 Examples of the sulfone solvent include, but are not limited to, ditimel sulfoxide, diethyl sulfoxide, diethyl sulfone, tetramethylene sulfone and the like.

前記カーボネート系溶媒としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジブチルカーボネートなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。 Examples of the carbonate-based solvent include, but are not limited to, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, and dibutyl carbonate.

前記脂肪族炭化水素系溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、テトラデカン、ヘキサデカンなどが挙げられ、前記芳香族炭化水素系溶媒としては、ベンゼン、エチルベンゼン、クロロベンゼン、トルエン、キシレンなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。 Examples of the aliphatic hydrocarbon solvent include pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, dodecane, tetradecane, hexadecane and the like, and examples of the aromatic hydrocarbon solvent include benzene, ethylbenzene, chlorobenzene and toluene. Examples include, but are not limited to, xylene.

以下、本発明の実施例を詳細に説明することとする。実施例のシラン変性ポリエチレンとしては、TSC社のSH-100XおよびMCPP社のXHE740Nをそれぞれまたは混用して使用し、比較例のシラン変性ポリエチレンとしては、三菱化学社のリンクロンHF-700Nを使用した。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. As the silane-modified polyethylene of the examples, SH-100X of TSC and XHE740N of MCPP were used respectively or in combination, and as the silane-modified polyethylene of the comparative example, Linkron HF-700N of Mitsubishi Chemical was used. ..

製造例1-1
重量平均分子量Mが350,000であり、分子量分布M/Mが5である高密度ポリエチレン(High density polyethylene、HDPE)25重量部、シラン変性ポリエチレン0.5重量部、および40℃での動粘度が70cStであるパラフィンオイル74.5重量部を混合して、2軸押出機(内径58mm、L/D=56、Twin screw extruder)に投入した。前記混合物を200℃、スクリュー回転速度40rpmの条件で前記2軸押出機から幅が300mmのTダイ(T-die)で吐出させた。以後、温度が40℃のキャストロール(Casting roll)を通過させて、厚みが800μmのベースシートを製造した。前記ベースシートを110℃のロール延伸器で縦方向(MD)6倍延伸し、125℃のテンター延伸機で横方向(TD)に7倍延伸して、延伸フィルムを製造した。前記延伸フィルムを25℃のジクロロメタン浸出槽に含浸して1分間パラフィンオイルを抽出、除去して、多孔膜を製造した。前記多孔膜を50℃の条件で乾燥した。以後、前記多孔膜をテンター延伸機で125℃に加熱した後、横方向(TD)に1.45倍延伸後に弛緩させて、延伸前に比べて1.25倍になるように熱固定させた。前記多孔膜を85℃、湿度85%の恒温恒湿槽で72時間の間架橋させて、多孔性支持体を製造した。
Production Example 1-1
At 25 parts by weight of high density polyethylene (HDPE) with a weight average molecular weight M w of 350,000 and a molecular weight distribution M w / M n of 5, 0.5 parts by weight of silane-modified polyethylene, and 40 ° C. 74.5 parts by weight of paraffin oil having a kinematic viscosity of 70 cSt was mixed and charged into a twin-screw extruder (inner diameter 58 mm, L / D = 56, Twin screw extruder). The mixture was discharged from the twin-screw extruder under the conditions of 200 ° C. and a screw rotation speed of 40 rpm with a T-die having a width of 300 mm. After that, a base sheet having a thickness of 800 μm was manufactured by passing it through a casting roll having a temperature of 40 ° C. The base sheet was stretched 6 times in the longitudinal direction (MD) with a roll stretcher at 110 ° C. and 7 times in the transverse direction (TD) with a tenter stretching machine at 125 ° C. to produce a stretched film. The stretched film was impregnated in a dichloromethane leaching tank at 25 ° C., and paraffin oil was extracted and removed for 1 minute to produce a porous film. The porous membrane was dried under the condition of 50 ° C. After that, the porous film was heated to 125 ° C. with a tenter stretching machine, then stretched 1.45 times in the lateral direction (TD) and then relaxed, and heat-fixed so as to be 1.25 times that before stretching. .. The porous membrane was crosslinked in a constant temperature and humidity chamber at 85 ° C. and a humidity of 85% for 72 hours to produce a porous support.

製造例1-2
重量平均分子量Mが350,000であり、分子量分布M/Mが5である高密度ポリエチレン29.5重量部、シラン変性高密度ポリエチレン0.5重量部、および40℃での動粘度が70cStであるパラフィンオイル70重量部を混合して、2軸押出機(内径58mm、L/D=56)に投入した。架橋触媒であるジブチルスズジラウレートを前記パラフィンオイルのうち一部に事前分散させ、前記2軸押出機を通過する混合物の総重量を基準として0.5重量%になるように前記2軸押出機のサイドインジェクターを介して投入した。前記混合物を200℃、スクリュー回転速度40rpmの条件で前記2軸押出機から幅が300mmのTダイで吐出させた。以後、温度が40℃のキャストロールを通過させて、厚みが800μmのベースシートを製造した。前記ベースシートを110℃のロール延伸機で縦方向(MD)6倍延伸し、125℃のテンター延伸機で横方向(TD)に7倍延伸して、延伸フィルムを製造した。前記延伸フィルムを25℃のジクロロメタン浸出槽に含浸して1分間パラフィンオイルを抽出、除去して、多孔膜を製造した。前記多孔膜を5分間50℃の条件で乾燥した。以後、前記多孔膜をテンター延伸機で125℃に加熱した後、横方向(TD)に1.45倍延伸後、1.25倍に弛緩させた。前記多孔膜を85℃、湿度85%の恒温恒湿槽で72時間の間架橋させて、多孔性支持体を製造した。
Production Example 1-2
29.5 parts by weight of high-density polyethylene having a weight average molecular weight M w of 350,000 and a molecular weight distribution M w / M n of 5, 0.5 parts by weight of silane-modified high-density polyethylene, and kinematic viscosity at 40 ° C. 70 parts by weight of paraffin oil having a viscosity of 70 cSt was mixed and charged into a twin-screw extruder (inner diameter 58 mm, L / D = 56). The side of the twin-screw extruder so that the cross-linking catalyst dibutyltin dilaurate is pre-dispersed in a part of the paraffin oil and becomes 0.5% by weight based on the total weight of the mixture passing through the twin-screw extruder. It was thrown in via an injector. The mixture was discharged from the twin-screw extruder with a T-die having a width of 300 mm under the conditions of 200 ° C. and a screw rotation speed of 40 rpm. After that, a base sheet having a thickness of 800 μm was manufactured by passing it through a cast roll having a temperature of 40 ° C. The base sheet was stretched 6 times in the longitudinal direction (MD) with a roll stretching machine at 110 ° C. and 7 times in the transverse direction (TD) with a tenter stretching machine at 125 ° C. to produce a stretched film. The stretched film was impregnated in a dichloromethane leaching tank at 25 ° C., and paraffin oil was extracted and removed for 1 minute to produce a porous film. The porous membrane was dried under the condition of 50 ° C. for 5 minutes. After that, the porous membrane was heated to 125 ° C. with a tenter stretching machine, stretched 1.45 times in the lateral direction (TD), and then relaxed 1.25 times. The porous membrane was crosslinked in a constant temperature and humidity chamber at 85 ° C. and a humidity of 85% for 72 hours to produce a porous support.

製造例1-3
重量平均分子量Mが350,000であり、分子量分布M/Mが5である高密度ポリエチレンを重量平均分子量Mが250,000であり、分子量分布M/Mが6である高密度ポリエチレンに変えたことを除いて、前記製造例1-1と同じ方法で多孔性支持体を製造した。
Production Example 1-3
High-density polyethylene having a weight average molecular weight M w of 350,000 and a molecular weight distribution M w / M n of 5 has a weight average molecular weight M w of 250,000 and a molecular weight distribution M w / M n of 6. A porous support was produced by the same method as in Production Example 1-1, except that it was changed to high-density polyethylene.

製造例1-4
重量平均分子量Mが350,000であり、分子量分布M/Mが5である高密度ポリエチレンを重量平均分子量Mが250,000であり、分子量分布M/Mが6である高密度ポリエチレンに変えたことを除いて、前記製造例1-2と同じ方法で多孔性支持体を製造した。
Production Example 1-4
High-density polyethylene having a weight average molecular weight M w of 350,000 and a molecular weight distribution M w / M n of 5 has a weight average molecular weight M w of 250,000 and a molecular weight distribution M w / M n of 6. A porous support was produced by the same method as in Production Example 1-2, except that it was changed to high-density polyethylene.

製造例1-5
延伸されたフィルムを恒温恒湿槽で架橋させることなく、プロピレングリコールが160℃に加熱した架橋槽に投入、連続式に30分間通過させて架橋させたことを除いて、前記製造例1-1と同じ方法で多孔性支持体を製造した。
Production Example 1-5
Production Example 1-1, except that the stretched film was not crosslinked in a constant temperature and humidity chamber, but propylene glycol was placed in a crosslinking tank heated to 160 ° C. and continuously passed for 30 minutes for crosslinking. The porous support was manufactured by the same method as above.

製造例1-6
延伸されたフィルムを恒温恒湿槽で架橋させることなく、プロピレングリコールおよびジブチルスズジラウレートがそれぞれ95:5の重量比で混合された溶液が160℃に加熱した架橋槽に投入、連続式に10分間通過させて架橋させたことを除いて、前記製造例1-1と同じ方法で多孔性支持体を製造した。
Production Example 1-6
A solution of propylene glycol and dibutyltin dilaurate mixed at a weight ratio of 95: 5 was placed in a cross-linking tank heated to 160 ° C. without cross-linking the stretched film in a constant temperature and humidity bath, and passed continuously for 10 minutes. A porous support was produced by the same method as in Production Example 1-1, except that the porous support was cross-linked.

製造例1-7
延伸されたフィルムを恒温恒湿槽で架橋させることなく、エチレングリコールが120℃に加熱した架橋槽に投入、連続式に60分間通過させて架橋させたことを除いて、前記製造例1-1と同じ方法で多孔性支持体を製造した。
Production Example 1-7
Production Example 1-1, except that the stretched film was put into a cross-linking tank heated to 120 ° C. without being cross-linked in a constant temperature and humidity bath, and passed continuously for 60 minutes for cross-linking. The porous support was manufactured by the same method as above.

製造例1-8
延伸されたフィルムを恒温恒湿槽で架橋させることなく、エチレングリコールおよびジブチルスズジラウレートがそれぞれ90:10の重量比で混合された溶液が120℃に加熱した架橋槽に投入、連続式に15分間通過させて架橋させたことを除いて、前記製造例1-1と同じ方法で多孔性支持体を製造した。
Production Example 1-8
A solution of ethylene glycol and dibutyltin dilaurate mixed at a weight ratio of 90:10 was placed in a cross-linking tank heated to 120 ° C. without cross-linking the stretched film in a constant temperature and humidity bath, and passed continuously for 15 minutes. A porous support was produced by the same method as in Production Example 1-1, except that the porous support was subjected to cross-linking.

製造例1-9
エチレンが表面コートされた平均粒度が600nmであるナノシリカ粒子20重量部、重量平均分子量Mが350,000である高密度ポリエチレン29.5重量部、MFR 0.8g/10min、密度0.958g/mlであるトリメトキシビニルシラン変性高密度ポリエチレン0.5重量部、および40℃での動粘度が70cStであるパラフィンオイル70重量部を混合し、高速ミキサーを使用してナノシリカ粒子を分散させた。
Production Example 1-9
20 parts by weight of nanosilica particles having an average particle size of 600 nm coated with ethylene, 29.5 parts by weight of high-density polyethylene having a weight average molecular weight Mw of 350,000, MFR 0.8 g / 10 min, density 0.958 g / 0.5 parts by weight of trimethoxyvinylsilane-modified high-density polyethylene (ml) and 70 parts by weight of paraffin oil having a kinematic viscosity at 40 ° C. were mixed, and nanosilica particles were dispersed using a high-speed mixer.

以後、真空脱泡工程を経て混合過程で生成された微細気泡を除去した後、2軸押出機(内径58mm、L/D=56)に投入した。200℃、スクリュー回転速度40rpmの条件で前記2軸押出機で幅が300mmのTダイで吐出させた後、温度が40℃のキャストロールを通過させて厚みが800μmのベースシートを製造した。この際、ベースシートのうちナノシリカの含量が51.4重量%になるように投入含量を制御した。前記ベースシートを110℃のロール延伸機で縦方向(MD)6倍延伸し、125℃のテンター延伸機で横方向(TD)に7倍延伸して、延伸フィルムを製造した。前記延伸フィルムを25℃のジクロロメタン浸出槽に含浸して、1分間パラフィンオイルを抽出、除去した。パラフィンオイルが除去されたフィルムを5分間50℃の条件で乾燥した。以後、テンター延伸機で125℃に加熱した後、横方向(TD)に1.45倍延伸後、1.25倍に弛緩させた。前記フィルムを85℃、湿度85%の恒温恒湿槽で72時間の間架橋させて、多孔性支持体を製造した。 After that, after removing the fine bubbles generated in the mixing process through the vacuum defoaming step, the particles were put into a twin-screw extruder (inner diameter 58 mm, L / D = 56). After discharging with a T-die having a width of 300 mm with the twin-screw extruder under the conditions of 200 ° C. and a screw rotation speed of 40 rpm, a base sheet having a thickness of 800 μm was manufactured by passing through a cast roll having a temperature of 40 ° C. At this time, the input content was controlled so that the content of nanosilica in the base sheet was 51.4% by weight. The base sheet was stretched 6 times in the longitudinal direction (MD) with a roll stretching machine at 110 ° C. and 7 times in the transverse direction (TD) with a tenter stretching machine at 125 ° C. to produce a stretched film. The stretched film was impregnated into a dichloromethane leaching tank at 25 ° C., and paraffin oil was extracted and removed for 1 minute. The film from which the paraffin oil had been removed was dried at 50 ° C. for 5 minutes. After that, it was heated to 125 ° C. with a tenter stretching machine, stretched 1.45 times in the lateral direction (TD), and then relaxed 1.25 times. The film was crosslinked in a constant temperature and humidity chamber at 85 ° C. and 85% humidity for 72 hours to produce a porous support.

製造例1-10
重量平均分子量Mが350,000であり、分子量分布M/Mが5である高密度ポリエチレン28.5重量部、シラン変性ポリエチレン1.5重量部、および40℃での動粘度が70cStであるパラフィンオイル70重量部を混合して、2軸押出機(内径58mm、L/D=56)に投入した。前記混合物を210℃、スクリュー回転速度45rpmの条件で前記2軸押出機から幅が300mmであるTダイで吐出させた。以後、温度が40℃であるキャストロールを通過させて、厚みが800μmのベースシートを製造した。前記ベースシートを110℃のロール延伸機で縦方向(MD)6倍延伸し、125℃のテンター延伸機で横方向(TD)に7倍延伸して、延伸フィルムを製造した。前記延伸フィルムを25℃のジクロロメタン浸出槽に含浸して1分間パラフィンオイルを抽出、除去して多孔膜を製造した。前記多孔膜を50℃の条件で乾燥した。以後、前記多孔膜をテンター延伸機で125℃に加熱した後、横方向(TD)に1.45倍延伸後に弛緩させて、延伸前に比べて1.25倍になるように熱固定させた。前記多孔膜を85℃、湿度85%の恒温恒湿槽で72時間の間架橋させて、多孔性支持体を製造した。
Production Example 1-10
28.5 parts by weight of high-density polyethylene having a weight average molecular weight M w of 350,000 and a molecular weight distribution M w / M n of 5, 1.5 parts by weight of silane-modified polyethylene, and 70 cSt kinematic viscosity at 40 ° C. 70 parts by weight of paraffin oil was mixed and charged into a twin-screw extruder (inner diameter 58 mm, L / D = 56). The mixture was discharged from the twin-screw extruder under the conditions of 210 ° C. and a screw rotation speed of 45 rpm with a T-die having a width of 300 mm. After that, a base sheet having a thickness of 800 μm was manufactured by passing it through a cast roll having a temperature of 40 ° C. The base sheet was stretched 6 times in the longitudinal direction (MD) with a roll stretching machine at 110 ° C. and 7 times in the transverse direction (TD) with a tenter stretching machine at 125 ° C. to produce a stretched film. The stretched film was impregnated in a dichloromethane leaching tank at 25 ° C., and paraffin oil was extracted and removed for 1 minute to produce a porous film. The porous membrane was dried under the condition of 50 ° C. After that, the porous film was heated to 125 ° C. with a tenter stretching machine, then stretched 1.45 times in the lateral direction (TD) and then relaxed, and heat-fixed so as to be 1.25 times that before stretching. .. The porous membrane was crosslinked in a constant temperature and humidity chamber at 85 ° C. and a humidity of 85% for 72 hours to produce a porous support.

比較製造例1-1
MFR 0.8g/10min、密度0.958g/cmのシラン変性ポリエチレン45重量部に40℃での動粘度が70cStであるパラフィンオイル55重量部を混合して、2軸押出機(内径58mm、L/D=56)に投入した。160℃、スクリュー回転速度40rpmの条件で前記2軸押出機で幅が300mmのTダイで吐出させた後、温度が40℃のキャストロールを通過させて、厚みが60μmのベースシートを製造した。前記ベースシートの両面に濃度30重量%のジブチルスズジラウレート水分散液を塗布した後、温度が85℃の温水で1時間の間シラン架橋反応を進めて、架橋フィルムを製造した。前記架橋フィルムを25℃のジクロロメタン浸出槽に含浸して30分間パラフィンオイルを抽出、除去した。前記架橋フィルムを温度が80℃のオーブンで30分間乾燥して、多孔性支持体を製造した。
Comparative Manufacturing Example 1-1
A twin-screw extruder (inner diameter 58 mm, inner diameter 58 mm,) was mixed with 45 parts by weight of silane-modified polyethylene having an MFR of 0.8 g / 10 min and a density of 0.958 g / cm 3 and 55 parts by weight of paraffin oil having a kinematic viscosity of 70 cSt at 40 ° C. It was put into L / D = 56). After discharging with a T-die having a width of 300 mm with the twin-screw extruder under the conditions of 160 ° C. and a screw rotation speed of 40 rpm, a base sheet having a thickness of 60 μm was manufactured by passing through a cast roll having a temperature of 40 ° C. A crosslinked film was produced by applying a dibutyltin dilaurate aqueous dispersion having a concentration of 30% by weight on both surfaces of the base sheet and then proceeding with a silane crosslinking reaction in warm water having a temperature of 85 ° C. for 1 hour. The crosslinked film was impregnated into a dichloromethane leaching tank at 25 ° C., and paraffin oil was extracted and removed for 30 minutes. The crosslinked film was dried in an oven at a temperature of 80 ° C. for 30 minutes to produce a porous support.

比較製造例1-2
溶融温度が135℃であり、重量平均分子量が300,000である高密度ポリエチレン35重量部、40℃での動粘度が40cStであるパラフィンオイル65重量部、トリメトキシビニルシラン2重量部、ジブチルスズジラウレート2重量部および2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキサン(2,5-dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane)2重量部を混合して、2軸押出機(内径58mm、L/D=56)に投入した。200℃、スクリュー回転速度30rpmの条件で前記2軸押出機で反応押出させてシラン変性ポリオレフィン組成物を製造し、幅が300mmのTダイで吐出後に温度が40℃のキャストロールを通過させて、厚みが800μmのベースシートを製造した。前記ベースシートを108℃のロール延伸機で縦方向(MD)5.5倍延伸し、123℃のテンター延伸機で横方向(TD)に5.5倍延伸して、延伸フィルムを製造した。前記延伸フィルムを25℃のジクロロメタン浸出槽に含浸して10分間パラフィンオイルを抽出、除去した。パラフィンオイルが除去されたフィルムを127℃に熱固定して、多孔性支持体を製造した。前記多孔性支持体を80℃、湿度90%の恒温恒湿槽で24時間の間架橋させて、多孔性支持体を製造した。
Comparative Production Example 1-2
35 parts by weight of high-density polyethylene having a melting temperature of 135 ° C. and a weight average molecular weight of 300,000, 65 parts by weight of paraffin oil having a kinematic viscosity of 40 cSt at 40 ° C., 2 parts by weight of trimethoxyvinylsilane, 2 parts by weight of dibutyltin dilaurate. 2 parts by weight and 2 parts by weight of 2,5-dimethyl-2,5-di (tert-butylperoxy) hexane (2,5-dimethyl-2,5-di (tert-butylperoxy) hexane) are mixed and biaxial. It was put into an extruder (inner diameter 58 mm, L / D = 56). A silane-modified polyolefin composition was produced by reaction-extruding with the twin-screw extruder under the conditions of 200 ° C. and a screw rotation speed of 30 rpm. A base sheet having a thickness of 800 μm was manufactured. The base sheet was stretched 5.5 times in the longitudinal direction (MD) with a roll stretching machine at 108 ° C. and 5.5 times in the transverse direction (TD) with a tenter stretching machine at 123 ° C. to produce a stretched film. The stretched film was impregnated into a dichloromethane leaching tank at 25 ° C., and paraffin oil was extracted and removed for 10 minutes. The film from which the paraffin oil was removed was heat-fixed at 127 ° C. to produce a porous support. The porous support was crosslinked in a constant temperature and humidity chamber at 80 ° C. and 90% humidity for 24 hours to produce a porous support.

比較製造例1-3
重量平均分子量が500,000である高密度ポリエチレン5重量部、MFRが0.5g/10min、密度0.942g/mlであるシラン変性ポリエチレン10重量部、および40℃での動粘度が60cStであるパラフィンオイル85重量部を混合して、2軸押出機(内径58mm、L/D=56)に投入した。160℃、スクリュー回転速度40rpmの条件で前記2軸押出機で幅が300mmのTダイで吐出させた後、温度が40℃のキャストロールを通過させて、115℃で圧延して、厚みが500μmのベースシートを製造した。前記ベースシートの製造過程で一部の不良が発生した場合、廃棄し、正常な外観を有するベースシートを選定して使用した。
Comparative manufacturing example 1-3
5 parts by weight of high-density polyethylene having a weight average molecular weight of 500,000, 10 parts by weight of silane-modified polyethylene having an MFR of 0.5 g / 10 min and a density of 0.942 g / ml, and an kinematic viscosity at 40 ° C. of 60 cSt. 85 parts by weight of paraffin oil was mixed and charged into a twin-screw extruder (inner diameter 58 mm, L / D = 56). After discharging with a T-die having a width of 300 mm with the twin-screw extruder under the conditions of 160 ° C. and a screw rotation speed of 40 rpm, the mixture is passed through a cast roll having a temperature of 40 ° C. and rolled at 115 ° C. to have a thickness of 500 μm. Manufactured the base sheet of. When some defects occurred in the manufacturing process of the base sheet, they were discarded and a base sheet having a normal appearance was selected and used.

前記ベースシートを115℃のロール延伸機で縦方向(MD)3.5倍延伸し、115℃のテンター延伸機で横方向(TD)に3.5倍延伸して、延伸フィルムを製造した。前記延伸フィルムを25℃のジクロロメタン浸出槽に含浸して1分間パラフィンオイルを抽出、除去した。パラフィンオイルが除去されたフィルムを5分間50℃の条件で乾燥し、前記フィルムを90℃、湿度95%の恒温恒湿槽で24時間の間架橋させた。以後、110℃で30分間熱処理して、多孔性支持体を製造した。 The base sheet was stretched 3.5 times in the longitudinal direction (MD) with a roll stretching machine at 115 ° C. and 3.5 times in the transverse direction (TD) with a tenter stretching machine at 115 ° C. to produce a stretched film. The stretched film was impregnated into a dichloromethane leaching tank at 25 ° C., and paraffin oil was extracted and removed for 1 minute. The film from which the paraffin oil had been removed was dried at 50 ° C. for 5 minutes, and the film was crosslinked in a constant temperature and humidity chamber at 90 ° C. and 95% humidity for 24 hours. After that, it was heat-treated at 110 ° C. for 30 minutes to produce a porous support.

比較製造例1-4
延伸されたフィルムを恒温恒湿槽で架橋させることなく、沸騰水が担持された架橋槽に投入、連続式に通過させて架橋させたことを除いて、前記製造例1-1と同じ方法で多孔性支持体を製造した。
Comparative Production Example 1-4
The same method as in Production Example 1-1 was used except that the stretched film was put into a cross-linking tank on which boiling water was supported and continuously passed through the cross-linking without cross-linking in a constant temperature and humidity bath. A porous support was manufactured.

比較製造例1-5
延伸されたフィルムを恒温恒湿槽で架橋させることなく、80℃に加熱した温水が担持された架橋槽に投入、連続式に通過させて架橋させたことを除いて、前記製造例1-1と同じ方法で多孔性支持体を製造した。
Comparative Production Example 1-5
Production Example 1-1, except that the stretched film was put into a cross-linking tank on which warm water heated to 80 ° C. was supported without being cross-linked in a constant-temperature and constant-humidity tank, and was continuously passed through and cross-linked. The porous support was manufactured by the same method as above.

実験例1
本発明で測定した物性それぞれに対する試験方法は、下記の通りである。温度に対する別途の言及がない場合、常温(25℃)で測定した。
Experimental Example 1
The test method for each of the physical properties measured in the present invention is as follows. Unless otherwise stated for temperature, measurements were taken at room temperature (25 ° C.).

-厚み(μm):微細厚み測定機を利用して支持体試験片の厚みを測定した。 -Thickness (μm): The thickness of the support test piece was measured using a fine thickness measuring machine.

-気孔率(%):ASTM F316-03に基づいて、PMI社のCapillary Porometerを使用して半径が25mmの支持体試験片の気孔率を測定した。 -Porosity (%): Based on ASTM F316-03, the porosity of a support test piece having a radius of 25 mm was measured using a Capillary Composer from PMI.

-通気度(Gurley、sec/100ml):旭精工社のガーレ測定機(Densometer)EGO2-5モデルを利用して測定圧力0.025MPaで100mlの空気が直径29.8mmの支持体試験片を通過する時間を測定した。 -Air permeability (Gurley, sec / 100 ml): 100 ml of air passes through a support test piece with a diameter of 29.8 mm at a measurement pressure of 0.025 MPa using the Asahi Seiko Co., Ltd. Densometer EGO2-5 model. The time to do was measured.

-架橋度(ゲル分率、%):支持体試験片100mg(W)を1,2,4-トリクロロベンゼンに浸漬した後、130℃で2時間の間熱処理した。前記試験片を分離した後、50℃で24時間の間乾燥した後、乾燥された試験片の重量(W)を測定し、下記計算式(式1)を使用して架橋度を計算した。 -Crosslink degree (gel fraction,%): Support test piece 100 mg (W 0 ) was immersed in 1,2,4-trichlorobenzene and then heat-treated at 130 ° C. for 2 hours. After separating the test piece, it was dried at 50 ° C. for 24 hours, the weight (W) of the dried test piece was measured, and the degree of cross-linking was calculated using the following formula (formula 1).

式1Equation 1

Figure 0007020654000003
Figure 0007020654000003

-引張強度(kgf/cm):引張強度測定機を利用してサイズが20×200mmの支持体試験片に応力を加えて試験片の破断が発生するまで加えられた応力を測定した。 -Tensile strength (kgf / cm 2 ): Using a tensile strength measuring machine, stress was applied to a support test piece having a size of 20 × 200 mm, and the applied stress was measured until the test piece broke.

-引張伸率(%):引張強度測定機を利用してサイズが20×200mmの支持体試験片に応力を加えて試験片の破断が発生するまで伸びた最大長さを測定し、下記計算式(式2)を使用して引張伸率を計算した。 -Tensile elongation (%): Using a tensile strength measuring machine, apply stress to a support test piece with a size of 20 x 200 mm and measure the maximum length extended until the test piece breaks, and calculate as follows. The tensile elongation was calculated using the equation (Equation 2).

式2Equation 2


Figure 0007020654000004

Figure 0007020654000004

前記計算式で、lは、伸張前の試験片の横または縦方向の長さであり、lは、破断直前の試験片の横または縦方向の長さである。 In the above formula, l 1 is the horizontal or vertical length of the test piece before stretching, and l 2 is the horizontal or vertical length of the test piece immediately before breaking.

-穿孔強度(gf):KATO TECH社の穿孔強度測定機KES-G5モデルを利用してサイズが100×50mmの支持体試験片に直径0.5mmのスティック(Stick)で0.05cm/secの速度で力を加えて前記試験片が穿孔される時点に加えられた力を測定した。 -Perforation strength (gf): Using the KES-G5 model of the perforation strength measuring machine manufactured by KATO TECH, a support test piece having a size of 100 x 50 mm and a stick (Stic) having a diameter of 0.5 mm at 0.05 cm / sec. A force was applied at a rate and the force applied at the time the test piece was perforated was measured.

-メルトダウン温度(℃):熱機械分析装置(Thermomechanical analysis)を利用して支持体試験片に0.01Nの力を加えた後、5℃/分の速度で昇温させて、前記試験片の変形程度を測定した。前記試験片が破断される温度をメルトダウン温度とした。 -Meltdown temperature (° C.): The test piece is heated at a rate of 5 ° C./min after applying a force of 0.01 N to the support test piece using a thermomechanical analysis. The degree of deformation of was measured. The temperature at which the test piece was broken was defined as the meltdown temperature.

-熱収縮率(%):120℃のオーブンで1時間の間サイズが200×200mmの支持体試験片をA4紙の間に入れて放置した後、常温冷却させて、試験片の横および縦方向の収縮された長さを測定し、下記計算式(式3)を使用して熱収縮率を計算した。 -Heat shrinkage rate (%): A support test piece having a size of 200 x 200 mm was placed between A4 papers in an oven at 120 ° C. for 1 hour, left to stand, and then cooled at room temperature to allow the test pieces to be horizontal and vertical. The contracted length in the direction was measured, and the heat shrinkage rate was calculated using the following formula (Equation 3).

式3Equation 3


Figure 0007020654000005

Figure 0007020654000005

前記計算式で、lは、収縮前の試験片の横または縦方向の長さであり、lは、収縮後の試験片の横または縦方向の長さである。 In the above formula, l 3 is the horizontal or vertical length of the test piece before shrinkage, and l 4 is the horizontal or vertical length of the test piece after shrinkage.

前記製造例1-2によって製造された多孔性支持体をSEMで撮影して図1に示した。また、前記製造例および比較製造例によって製造された支持体の物性を測定し、その結果を下記表1および表2に示した。 The porous support produced by Production Example 1-2 was photographed by SEM and shown in FIG. In addition, the physical properties of the supports manufactured by the above-mentioned production examples and comparative production examples were measured, and the results are shown in Tables 1 and 2 below.

Figure 0007020654000006
Figure 0007020654000006

Figure 0007020654000007
Figure 0007020654000007

実験例2
前記製造例1-2、比較製造例1-1および1-2のジクロロメタン浸出槽で抽出後に再生されたパラフィンオイルを誘導結合型プラズマ発光分析(Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy、ICP)して、その結果を下記表3に示した。
Experimental Example 2
The paraffin oil regenerated after extraction in the dichloromethane leaching tanks of Production Examples 1-2 and Comparative Production Examples 1-1 and 1-2 was subjected to inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP). The results are shown in Table 3 below.

Figure 0007020654000008
Figure 0007020654000008

前記表3を参照すると、シラン変性ポリオレフィンを使用した製造例および比較製造例1-1では、パラフィンオイル1kg当たりSi含量が5mg以下であって、測定誤差以内に該当するが、トリメトキシビニルシランを使用した比較製造例1-2は、パラフィンオイル1kg当たり220mgのSiが検出された。また、比較製造例1-2のパラフィンオイルを追加分析した結果、トリメトキシビニルシランのグラフト過程でポリエチレンの他にパラフィンオイルに多数のシランがグラフトされたことを確認することができた。前記シランが変性パラフィンオイルは、再生が不可能で、全量廃棄した。 Referring to Table 3 above, in Production Example using silane-modified polyolefin and Comparative Production Example 1-1, the Si content per 1 kg of paraffin oil is 5 mg or less, which falls within the measurement error, but trimethoxyvinylsilane is used. In Comparative Production Example 1-2, 220 mg of Si was detected per 1 kg of paraffin oil. Further, as a result of additional analysis of the paraffin oil of Comparative Production Example 1-2, it was confirmed that a large number of silanes were grafted to the paraffin oil in addition to polyethylene in the grafting process of trimethoxyvinylsilane. The silane-modified paraffin oil could not be regenerated, and the entire amount was discarded.

実験例3
製造例および比較製造例によって製造された多孔性支持体を横方向(TD)に3等分して各部分で支持体試験片を抽出して、架橋度、穿孔強度およびメルトダウン温度を測定して、下記表4に示した。下記表4で、Lは、一側の支持体、Rは、他側の支持体、Mは、中央側の支持体の試験片で測定された値を意味する。最大差異は、M値とLまたはR値との差異のうち大きい値である。
Experimental Example 3
The porous support produced by the production example and the comparative production example is divided into three equal parts in the lateral direction (TD), a support test piece is extracted at each portion, and the degree of cross-linking, drilling strength and meltdown temperature are measured. It is shown in Table 4 below. In Table 4 below, L means a support on one side, R means a support on the other side, and M means a value measured by a test piece of a support on the central side. The maximum difference is the larger of the differences between the M value and the L or R value.

Figure 0007020654000009
Figure 0007020654000009

実験例4
製造例および比較製造例による架橋時、架橋時間による支持体のゲル分率を測定して架橋方法および条件による反応速度を評価し、その結果を下記表5に示した。
Experimental Example 4
At the time of crosslinking by the production example and the comparative production example, the gel fraction of the support was measured by the crosslinking time to evaluate the reaction rate according to the crosslinking method and conditions, and the results are shown in Table 5 below.

Figure 0007020654000010
Figure 0007020654000010

前記表5を参考すると、プロピレングリコール(沸点:188.2℃)が担持された架橋槽で連続式に架橋反応が行われた製造例1-5、1-6の場合、比較製造例1-4に比べて約70%の架橋度を達成するのにかかった時間が最大1/3以下と短縮され、プロピレングリコールに比べて沸点がさらに高いエチレングリコール(沸点:197.3℃)が担持された架橋槽で連続式に架橋反応が行われた製造例1-7、1-8の場合、比較製造例1-5に比べて約60%の架橋度を達成するのにかかった時間が最大1/10以下と短縮された。 With reference to Table 5, in the case of Production Examples 1-5 and 1-6 in which the crosslinking reaction was continuously carried out in a crosslinking tank carrying propylene glycol (boiling point: 188.2 ° C.), Comparative Production Example 1- Compared to 4, the time required to achieve a degree of cross-linking of about 70% is shortened to a maximum of 1/3 or less, and ethylene glycol (boiling point: 197.3 ° C.), which has a higher boiling point than propylene glycol, is supported. In the case of Production Examples 1-7 and 1-8 in which the cross-linking reaction was continuously carried out in the cross-linking tank, it took the maximum time to achieve a degree of cross-linking of about 60% as compared with Comparative Production Example 1-5. It was shortened to 1/10 or less.

製造例2
前記製造例1-1~1-8の多孔性支持体の表面を改質するために、真空プラズマで処理した。プラズマ処理前に、前記多孔性支持体を平坦に広げた状態に維持できる枠に挟持し、支持体上の不純物を除去するために窒素でパージ(purge)した。
Manufacturing example 2
In order to modify the surface of the porous support of Production Examples 1-1 to 1-8, it was treated with vacuum plasma. Prior to plasma treatment, the porous support was sandwiched between frames that could be kept flat and spread and purged with nitrogen to remove impurities on the support.

真空プラズマ処理のための装置のチャンバーのサイズは、幅420mm、深さ430mm、高さ270mmであり、プラズマを発生させる用途の平面電極は、接地電極と交流印加電極が交互に6段からなる構造のものを使用した。最下段の電極から2、3、4段の電極から2mm離れた地点に多孔性支持体を電極板と平行に位置させ、チャンバー内部の圧力が0.1torrになるまで真空条件を造成した。 The size of the chamber of the device for vacuum plasma processing is 420 mm in width, 430 mm in depth, and 270 mm in height. I used the one. A porous support was placed parallel to the electrode plate at a point 2 mm away from the electrodes in the 2nd, 3rd, and 4th stages from the bottom electrode, and vacuum conditions were created until the pressure inside the chamber became 0.1 torr.

下記表6による組成を有するブロム気体(Br、工程気体)を30sccmの流量でチャンバー内部に流入させながら、2分間チャンバー内部圧力を0.2torrに維持して、パージした。また、周波数13.56KHzの高周波電源を300Wの出力で印加して2分間チャンバー内部にプラズマ条件が造成されるようにして、前記多孔性支持体にブロム官能基が付着するようにした。 A brom gas (Br 2 , process gas) having the composition shown in Table 6 below was flowed into the chamber at a flow rate of 30 sccm, and the chamber internal pressure was maintained at 0.2 torr for 2 minutes for purging. Further, a high frequency power source having a frequency of 13.56 KHz was applied at an output of 300 W so that plasma conditions were created inside the chamber for 2 minutes so that the brom functional group adhered to the porous support.

前記多孔性支持体の上・下面をひっくり返してチャンバー内部に前記のような方式で位置させ、同じ過程を繰り返して、前記多孔性支持体の両面、すなわち上面と下面が均一にプラズマ処理されるようにした。 The upper and lower surfaces of the porous support are turned over and positioned inside the chamber by the method as described above, and the same process is repeated to uniformly plasma-treat both sides of the porous support, that is, the upper surface and the lower surface. I did it.

プラズマ処理された多孔性支持体に結合されたブロム官能基をアミン基に置換するために、下記表6に記載されたそれぞれの物質および温度、大気圧条件で48時間の間S2反応(二分子的求核置換反応、Bimolecular Nucleophilic Substitution)させた後、エタノールおよび蒸留水で洗浄した。以後、官能基の安定的イオン化のために、20重量%ヨウ化メチル(Iodomethane、CHI)、80重量%n-ブタノール(n-butanol、CH(CHOH)溶液に35℃、大気圧で48時間の間反応させて、アミン基を四級化(quaternization)させた。 In order to replace the brom functional group bonded to the plasma-treated porous support with an amine group, the Sn 2 reaction ( SN 2 reaction for 48 hours under the conditions of each substance and temperature and atmospheric pressure shown in Table 6 below (Table 6 below). It was subjected to a bimolecular nucleophilic substitution reaction), and then washed with ethanol and distilled water. Hereinafter, for stable ionization of the functional group, a solution of 20% by weight methyl iodide (Iodomethane, CH 3 I) and 80% by weight n-butanol (n-butanol, CH 3 (CH 2 ) 3 OH) was added at 35 ° C. , The amine group was quaternized by reacting at atmospheric pressure for 48 hours.

実験例5
製造例1-1で製造された多孔性支持体をプラズマおよび後処理で表面を改質し、改質された表面の荷電特性を定量化するために、フロー電位方法を利用して表面のゼータ電位(zeta potential、mV)を測定し、その結果を下記表6に示した。
Experimental Example 5
The surface of the porous support produced in Production Example 1-1 is modified by plasma and post-treatment, and the surface zeta using the flow potential method is used to quantify the charge characteristics of the modified surface. The potential (zeta potential, mV) was measured and the results are shown in Table 6 below.

Figure 0007020654000011
Figure 0007020654000011

前記表6を参照すると、プラズマ表面処理および/またはS2反応を経ない多孔性支持体(比較製造例2-1および2-2)は、疎水性が非常に強く、表面が全く荷電されていない反面、ブロムプラズマ処理とS2反応を経た製造例2-1および2-2の場合、表面が正電荷を帯び、顕著に親水性に転換されることが分かる。 Referring to Table 6 above, the porous supports (Comparative Production Examples 2-1 and 2-2) which are not subjected to plasma surface treatment and / or S S 2 reaction are very hydrophobic and the surface is completely charged. On the other hand, in the case of Production Examples 2-1 and 2-2 that have undergone brom plasma treatment and the Sn 2 reaction, it can be seen that the surface is positively charged and is significantly converted to hydrophilicity.

特に、四級化反応を経た製造例2-2の多孔性支持体は、ゼータ電位が製造例2-1に比べてさらに高く、これを通じてアミン基の四級化による安定したイオン化が可能になったことを確認することができる。 In particular, the porous support of Production Example 2-2 that has undergone the quaternization reaction has a higher zeta potential than that of Production Example 2-1 through which stable ionization by quaternization of the amine group becomes possible. You can confirm that.

製造例3:aminated PAES(polyaryleneethersulfone)の製造
100mLの枝付き丸フラスコに気体投入口、温度計、ディーン・スタークトラップ、冷却器および撹拌機を設置し、窒素雰囲気で数分間空気および不純物を除去した後、4,4’-ジクロロジフェニルスルホン3.4460g、4,4’-ビフェノール(BP)3.7242g、ジスルホン化ジクロロジフェニルスルホン3.9301g、KCO 3.1787gおよびNMP 44.4mL、トルエン22.2mL(NMP/トルエン=2/1、v/v)を投入し、80℃以上で1時間の間撹拌させながら単量体を溶解させた。
Production Example 3: Production of aminoated PAES (polyvalent PAES) A gas inlet, a thermometer, a Dean Stark trap, a cooler and a stirrer were installed in a 100 mL round flask with a branch, and air and impurities were removed in a nitrogen atmosphere for several minutes. After that, 4,4'-dichlorodiphenyl sulfone 3.4460 g, 4,4'-biphenol (BP) 3.7242 g, disulfonated dichlorodiphenyl sulfone 3.9301 g, K 2 CO 3 3.1787 g and NMP 44.4 mL, toluene. 22.2 mL (NMP / toluene = 2/1, v / v) was added, and the monomer was dissolved while stirring at 80 ° C. or higher for 1 hour.

以後、反応溶液の温度を160℃に昇温させた後、4時間の間トルエンで還流させながら、反応生成物である水を除去した後、さらに190℃に昇温させてディーン・スタークトラップで残留トルエンを完全に除去し、24時間の間反応させた。反応が終了すると、NMPで反応溶液を希釈させて濾過した後、水に注いで膨潤された繊維(swollen fiber)形態で沈殿させ濾過した。以後、得られた反応生成物を120℃の減圧乾燥器で24時間の間乾燥させて、高分子重合体を収得した。 After that, after raising the temperature of the reaction solution to 160 ° C., the reaction product water was removed while refluxing with toluene for 4 hours, and then the temperature was further raised to 190 ° C. with a Dean-Stark trap. Residual toluene was completely removed and reacted for 24 hours. When the reaction was completed, the reaction solution was diluted with NMP, filtered, and then poured into water to precipitate in the form of swollen fibers and filtered. After that, the obtained reaction product was dried in a vacuum drier at 120 ° C. for 24 hours to obtain a polymer polymer.

収得された重合体100gを機械式撹拌機、気体投入口、凝縮機および温度設定のための恒温槽を設置した後、1L容量の4口フラスコに投入した。以後、1,1,2,2-テトラクロロエタン(TCE、1,1,2,2-tetrachloroethane)425.8mLに対して重合体が12.8重量%になるように十分に溶解させた。恒温槽を40℃に設定して、反応触媒ZnCl 8.233gを入れ、30分間撹拌した後、滴下漏斗を用いてクロロメチルメチルエーテル(CMME、chloromethylmethylether)103.0mLを投入した。 After installing a mechanical stirrer, a gas inlet, a condenser and a constant temperature bath for setting the temperature, 100 g of the obtained polymer was charged into a 1 L capacity 4-port flask. After that, the polymer was sufficiently dissolved in 425.8 mL of 1,1,2,2-tetrachloroethane (TCE, 1,1,2,2-tetrachloroethane) so that the polymer content was 12.8% by weight. The constant temperature bath was set to 40 ° C., 8.233 g of the reaction catalyst ZnCl 2 was added, and after stirring for 30 minutes, 103.0 mL of chloromethyl methyl ether (CMME) was added using a dropping funnel.

前記クロロメチルメチルエーテルの添加量は、単位モル数当たり反応するCMMEのモル数の5倍で算出して投入した。 The amount of chloromethyl methyl ether added was calculated as 5 times the number of moles of CMME to react per unit mole and added.

気体投入口を通じて乾燥した不活性気体を注入しつつ、4時間の間激烈に反応させた後、生成物を濾過して過量のメタノールに沈殿させ、沈殿したクロロメチル化ポリアリレンエチレンスルホンを粉砕して、数回エタノールと脱イオン水に洗浄した。洗浄されたクロロメチル化ポリアリレンエチレンスルホンを90℃の真空オーブンで12時間以上乾燥した。 After vigorous reaction for 4 hours while injecting a dry inert gas through the gas inlet, the product is filtered to precipitate in excess methanol and the precipitated chloromethylated polyarylene ethylene sulfone pulverized. Then, it was washed with ethanol and deionized water several times. The washed chloromethylated polyarylene ethylene sulfone was dried in a vacuum oven at 90 ° C. for 12 hours or more.

製造されたクロロメチル化ポリアリレンエーテルスルホン200gを機械式撹拌機が設置された2L容量の4口フラスコに入れ、ジメチルアセトアミド(DMAc、N、N-dimethylacetamide)1489.4mLに12.5重量%で溶解した。反応器に滴下漏斗を用いてトリメチルアミン366mLを滴下するとき、投入量は、クロロメチル化ポリエーテルスルホンの反復単位モル数当たり反応するトリメチルアミン(trimethylamine;TMA)のモル数の4倍以上投入して、12時間の間反応させて陰イオン伝導性物質溶液を製造した。 200 g of the produced chloromethylated polyarylene ether sulfone was placed in a 2 L volume 4-necked flask equipped with a mechanical stirrer, and 12.5% by weight was added to 1489.4 mL of dimethylacetamide (DMAc, N, N-dimethylateamide). Dissolved in. When 366 mL of trimethylamine is added dropwise to the reactor using a dropping funnel, the amount of substance added is 4 times or more the number of moles of trimethylamine (TMA) that reacts per number of repeating units of chloromethylated polyether sulfone. The reaction was carried out for 12 hours to prepare an anionic conductive substance solution.

前記製造例1-1の多孔性支持体を前記製造例2-2によってプラズマ処理した後、前記製造例3で製造された陰イオン伝導性物質溶液に含浸して、陰イオン交換膜を製造した。 The porous support of Production Example 1-1 was plasma-treated by Production Example 2-2 and then impregnated with the anion conductive substance solution produced in Production Example 3 to produce an anion exchange membrane. ..

プラズマ処理されていない支持体を使用したことを除いて、前記実施例1と同じ方法で陰イオン交換膜を製造した。 An anion exchange membrane was produced by the same method as in Example 1 except that a support not treated with plasma was used.

比較例1
商用化されたNeosepta(登録商標)陰イオン交換膜(AMX)を脱イオン水で洗浄して、陰イオン交換膜を製造した。
Comparative Example 1
The commercialized Neosepta® anion exchange membrane (AMX) was washed with deionized water to produce an anion exchange membrane.

実験例6
製造された陰イオン交換膜の性能と耐久性を下記方法で評価し、その結果は、下記表7の通りである。
Experimental Example 6
The performance and durability of the manufactured anion exchange membrane were evaluated by the following methods, and the results are shown in Table 7 below.

-イオン転換率(IEC、meq/g):イオン交換容量を測定するために、Mohr滴定法を利用して試料をNaCl溶液に浸漬させて、第4級アンモニウム基を-N(CHClの形態に完全に置換させた後、さらに、0.5M NaCO溶液に浸漬させて、N(CHCO に置換し、この溶液に5%重クロム酸カリウム溶液を1~2滴滴加した後、AgNOで赤褐色沈殿が起こるまで滴加して、消耗したAgNOの量を求めて、下記式4によって陰イオン交換膜のイオン交換容量を算出した。 -Ion conversion rate (IEC, meq / g): To measure the ion exchange capacity, the sample was immersed in a NaCl solution using the Mohr titration method to add a quaternary ammonium group to -N + (CH 3 ). After completely substituting in the form of 3 Cl, further immersing in a 0.5 M Na 2 CO 3 solution to replace with N + (CH 3 ) 3 CO 3 , and 5% potassium dichromate in this solution. After adding 1 to 2 drops of the solution, the solution was added dropwise until a reddish brown precipitate was formed on AgNO 3 , the amount of consumed AgNO 3 was determined, and the ion exchange capacity of the anion exchange membrane was calculated by the following formula 4.

式4Equation 4


Figure 0007020654000012

Figure 0007020654000012

ここでは、Wdryは、乾燥された膜の重量、VAgNO3は、消耗したAgNOの体積、CAgNO3は、滴定に使用されたAgNO溶液の濃度である。 Here, W dry is the weight of the dried membrane, V AgNO 3 is the volume of depleted AgNO 3 , and CA AgNO 3 is the concentration of the AgNO 3 solution used for titration.

-モル吸収率(water uptake、%):陰イオン交換膜の水吸収率を測定するために、陰イオン交換膜を脱イオン水で数回洗浄し、洗浄された陰イオン交換膜を脱イオン水に24時間の間浸漬させた後に取り出して、表面に存在する水を除去した後、重量Wwetを測定した。次に、同じ陰イオン交換膜をさらに120℃の減圧乾燥器で24時間の間乾燥した後、さらに重量Wdryを測定し、下記式5を利用して水吸収率を計算した。 -Mole absorption rate (water uptake,%): In order to measure the water absorption rate of the anion exchange membrane, the anion exchange membrane is washed with deionized water several times, and the washed anion exchange membrane is washed with deionized water. After soaking in the water for 24 hours and then taking it out to remove the water present on the surface, the weight Wwet was measured. Next, the same anion exchange membrane was further dried in a vacuum dryer at 120 ° C. for 24 hours, then the weight W dry was further measured, and the water absorption rate was calculated using the following formula 5.

式5Equation 5


Figure 0007020654000013

Figure 0007020654000013

-寸法安定性(ΔΔΔ%):寸法安定性は、水吸収率の測定方法と同一であり、かつ、重量の代わりに、陰イオン交換膜の長さ、厚み、体積変化を測定し、下記式6,7,8を利用して寸法変化率を計算した。 -Dimensional stability (ΔΔΔ%): Dimensional stability is the same as the method for measuring water absorption, and instead of weight, the length, thickness, and volume change of the anion exchange membrane are measured, and the following formula is used. The dimensional change rate was calculated using 6, 7 and 8.

式6Equation 6


Figure 0007020654000014

Figure 0007020654000014

式7Equation 7


Figure 0007020654000015

Figure 0007020654000015

式8Equation 8


Figure 0007020654000016

Figure 0007020654000016

-膜抵抗(Resistance、Ω.cm):実施例および比較例で製造された陰イオン交換膜に対して測定装備(ネオサイエンスVSP-300 Impedance/Gain-phase analyzer)を利用して電気抵抗を測定した。電気抵抗は、交流インピーダンス測定法で測定された。陰イオン交換膜を2M NaCl溶液にそれぞれ十分に浸漬させた後、クリップセル(clip cell)を使用して電気抵抗を測定した。 -Membrane resistance (Resistance, Ω.cm 2 ): Electrical resistance is applied to the anion exchange membranes produced in Examples and Comparative Examples using a measuring device (Neoscience VSS-300 Impedance / Gain-phase analyze). It was measured. The electrical resistance was measured by the AC impedance measurement method. After the anion exchange membranes were sufficiently immersed in 2M NaCl solution, the electrical resistance was measured using a clip cell.

Resistance(Ω.cm)=(r-r)*S Response (Ω.cm 2 ) = (r1 - r2) * S

ここで、rは、測定抵抗値であり、rは、膜がないときの抵抗値である。Sは、クリップセルの面積(cm)である。 Here, r 1 is the measured resistance value, and r 2 is the resistance value when there is no film. S is the area of the clip cell (cm 2 ).

Figure 0007020654000017
Figure 0007020654000017

前記表7を参照すると、プラズマ処理の有無に関係なく、製造例1-1の多孔性支持体を利用して得られた陰イオン交換膜の場合、比較例1の商用陰イオン交換膜に比べて水吸収率、イオン転換率に優れ、特に、寸法安定性が大きく改善された。 Referring to Table 7 above, the anion exchange membrane obtained by using the porous support of Production Example 1-1 is compared with the commercial anion exchange membrane of Comparative Example 1 regardless of the presence or absence of plasma treatment. The water absorption rate and ion conversion rate are excellent, and in particular, the dimensional stability is greatly improved.

実施例1、2の結果を比較してみれば、プラズマ処理された多孔性支持体に陰イオン伝導性物質を含浸させて製造した実施例1の陰イオン交換膜は、イオン転換率が約2.0meq/g以上であって、プラズマ処理を経ない多孔性支持体に陰イオン伝導性物質を含浸させて製造した実施例2の陰イオン交換膜に比べて高くて、イオン交換能力に優れていると共に、寸法安定性が改善された。 Comparing the results of Examples 1 and 2, the anion exchange film of Example 1 produced by impregnating a plasma-treated porous support with an anionic conductive substance has an ion conversion rate of about 2. It is higher than the anion exchange film of Example 2 produced by impregnating a porous support that has not undergone plasma treatment with an anion conductive substance at 0.0 meq / g or more, and has excellent ion exchange capacity. At the same time, the dimensional stability was improved.

また、図3を参照すると、実施例1の陰イオン交換膜は、その内部で陰イオン伝導性物質の含浸が均一に行われ、これに伴い、水吸収率も、15%以下と低くて、陰イオン交換膜としての耐久性に優れていることが分かる。 Further, referring to FIG. 3, the anion exchange membrane of Example 1 is uniformly impregnated with the anion conductive substance, and the water absorption rate is as low as 15% or less. It can be seen that the durability as an anion exchange membrane is excellent.

前述した本発明の説明は、例示のためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形が可能であることを理解することができる。したがって、以上で記述した実施例は、すべての面において例示的なものであり、限定的でないものと理解しなければならない。例えば、単一型と説明されている各構成要素は、分散して実施されてもよく、同様に分散したものと説明されている構成要素も、結合された形態で実施されてもよい。 The above description of the present invention is for illustration purposes only, and a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs does not change the technical idea or essential features of the present invention. It can be understood that it can be easily transformed into a specific form. Therefore, it should be understood that the examples described above are exemplary in all respects and are not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and components described as similarly distributed may also be implemented in a combined form.

本発明の範囲は、後述する請求範囲によって示され、請求範囲の意味および範囲そしてその均等概念から導き出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解すべきである。 The scope of the present invention is set forth by the claims described below, and it should be understood that the meaning and scope of the claims and all modified or modified forms derived from the concept of equality thereof are included in the scope of the present invention.

Claims (9)

重量平均分子量Mが250,000~450,000のポリオレフィンを含む連続相マトリックスおよび前記連続相マトリックス中で架橋された不連続相シラン変性ポリオレフィンを含む多孔性支持体、および、
前記多孔性支持体の気孔に含浸された、または、表面に塗布された陰イオン伝導性物質を含み、
前記多孔性支持体のうち前記不連続相シラン変性ポリオレフィンの含量は、0.1~5重量%である、陰イオン交換膜。
A continuous phase matrix containing a polyolefin having a weight average molecular weight M w of 250,000 to 450,000, a porous support containing a discontinuous phase silane-modified polyolefin crosslinked in the continuous phase matrix, and a porous support.
Contains anionic conductive material impregnated in the pores of the porous support or coated on the surface .
An anion exchange membrane in which the content of the discontinuous phase silane-modified polyolefin in the porous support is 0.1 to 5% by weight .
シランは、アルコキシ基を含有するビニルシランである、請求項1に記載の陰イオン交換膜。 The anion exchange membrane according to claim 1, wherein the silane is vinylsilane containing an alkoxy group. 前記陰イオン伝導性物質は、アミン化した高分子(aminated polymer)である、請求項1に記載の陰イオン交換膜。 The anion exchange membrane according to claim 1, wherein the anion conductive substance is an aminated polymer. 前記アミン化した高分子は、下記化学式(化1)の構造を有し、
Figure 0007020654000018
上記式中、
Yは、共有結合(-)、-CO-、-SO-または-O-であり、
ZおよびDは、それぞれ共有結合(-)、-O-または-S-であり、
Cは、共有結合(-)、-C(CH-または-C(CF-であり、
は、Hまたは-CHであり、
、R、Rは、それぞれ-CH、-CHCH、-(CHCH、-CHNH、-(CHNHまたは-(CHNH(CH)Clであり、
x、yは、それぞれ任意の反復単位であり、
x/(x+y)は、0.001~1である、
請求項に記載の陰イオン交換膜。
The amineized polymer has the structure of the following chemical formula (Chemical formula 1) and has a structure of the following chemical formula (Chemical formula 1).
Figure 0007020654000018
In the above formula,
Y is a covalent bond (-), -CO-, -SO 2- or -O-,
Z and D are covalent bonds (-), -O- or -S-, respectively.
C is a covalent bond (-), -C (CH 3 ) 2- or -C (CF 3 ) 2- , and
R 1 is H or -CH 2 N + R 2 R 3 R 4 and
R 2 , R 3 , and R 4 are -CH 3 , -CH 2 CH 3 ,-(CH 2 ) 2 CH 3 , -CH 2 NH 2 ,-(CH 2 ) 2 NH 2 or- (CH 2 ), respectively. 3 NH (CH 3 ) Cl,
x and y are arbitrary iteration units, respectively.
x / (x + y) is 0.001 to 1.
The anion exchange membrane according to claim 3 .
前記アミン化した高分子は、aminated PAES(polyaryleneether sulfone)、aminated PEK(polyether keton)、aminated PEEK(polyetherether ketone)、aminated PS(polysulfone)、aminated PES(polyether sulfone)、aminated PPO(polyphenylene oxide)、aminated PPS(polyphenylene sulfide)およびこれらのうち2以上の組合せよりなる群から選択された一つである、請求項に記載の陰イオン交換膜。 The amineized polymers include aminoated PAES (polysulfone sulfide), amplified PEK (polysulfone ketone), amplified PEEK (polyphenylene sulfide), amplified PS (polysulfone), and min. The anion exchange membrane according to claim 3 , which is one selected from the group consisting of PPS (polyphenylene sulfide) and a combination of two or more thereof. 前記多孔性支持体は、無機フィラーをさらに含み、
前記多孔性支持体のうち前記無機フィラーの含量は、10~70重量%である、請求項1に記載の陰イオン交換膜。
The porous support further contains an inorganic filler and
The anion exchange membrane according to claim 1, wherein the content of the inorganic filler in the porous support is 10 to 70% by weight.
(a)重量平均分子量Mが250,000~450,000のポリオレフィン20~40重量部、およびシラン変性ポリオレフィン0.1~10重量部、含む組成物を加工して、多孔性支持体を製造する段階、
(b)前記多孔性支持体に含まれたシラン変性ポリオレフィンを架橋させる段階、および、
(c)前記多孔性支持体を陰イオン伝導性物質および溶媒を含む溶液に含浸する段階、を含
段階(b)において、前記ポリオレフィンは連続相で存在し、架橋されたシラン変性ポリオレフィンは不連続相で存在し、架橋された前記シラン変性ポリオレフィンの含量は、0.1~5重量%である、陰イオン交換膜の製造方法。
(A) A composition containing 20 to 40 parts by weight of a polyolefin having a weight average molecular weight M w of 250,000 to 450,000 and 0.1 to 10 parts by weight of a silane-modified polyolefin is processed to obtain a porous support. Manufacturing stage,
(B) A step of cross-linking the silane-modified polyolefin contained in the porous support, and
(C) The step of impregnating the porous support with a solution containing an anionic conductive substance and a solvent.
In step (b), the polyolefin is present in a continuous phase, the crosslinked silane-modified polyolefin is present in a discontinuous phase, and the content of the crosslinked silane-modified polyolefin is 0.1-5% by weight. A method for manufacturing an anion exchange membrane.
前記段階(c)の前に、
前記多孔性支持体をブロム気体の存在下でプラズマ処理し、アミン基を含有する化合物で二分子的求核置換反応(S2反応)させる段階をさらに含む、請求項に記載の陰イオン交換膜の製造方法。
Before the step (c),
The anion according to claim 7 , further comprising a step of plasma-treating the porous support in the presence of a brom gas and subjecting it to a bimolecular nucleophilic substitution reaction ( SN 2 reaction) with a compound containing an amine group. A method for manufacturing a replacement membrane.
前記プラズマ処理は、0.5~90分間行われる、請求項に記載の陰イオン交換膜の製造方法。 The method for producing an anion exchange membrane according to claim 8 , wherein the plasma treatment is performed for 0.5 to 90 minutes.
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