KR100447949B1

KR100447949B1 - Ｐｖｃ/폴리스티렌 양이온교환막의 제조방법

Info

Publication number: KR100447949B1
Application number: KR10-2001-0075488A
Authority: KR
Inventors: 문승현; 최용진; 강문성
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2004-09-08
Also published as: KR20030044651A

Abstract

본 발명은 PVC/폴리스티렌 양이온교환막의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 페이스트법을 개선한 것으로 스티렌 단독 혹은 스티렌과 디비닐벤젠 모노머가 포함된 중합용 용액에 비다공성 폴리비닐클로라이드(PVC) 필름을 침적 및 팽윤하여 소정 온도에서 공중합시킨 후 설폰화 반응을 수행하여 양이온교환기로 강산성의 설폰산 그룹(-SO₃ ^-)을 도입시키는 비교적 간단한 제조공정을 수행하므로써 페이스트법으로 제조되어 상용되고 있는 양이온교환막과 대등한 전기적 특성 및 기계적 특성을 가지는 양이온교환막을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

ＰＶＣ/폴리스티렌 양이온교환막의 제조방법{Preparation of PVC/Polystyren base cation-exchange membrane}

이온교환막은 고분자 분리막의 한 종류로서 막에 도입된 이온교환기(ion-exchangeable group) 종에 따라 음이온 혹은 양이온을 선택적으로 분리할 수 있다. 상업용으로 사용되고 있는 양이온교환막의 경우, 이온교환기로서는 크게 강산성인 설폰산 그룹(-SO₃ ^-)과 약산성인 카르복실산 그룹(-COO^-)으로 대별되어지며, 음이온교환막의 경우에 있어서는 주로 강염기성인 4차암모늄 그룹(-NR₃ ⁺)을 이온교환기로 갖게 된다. 이러한 이온교환막을 이용한 분리공정은 증류 또는 화학적인 처리를 이용한 분리방법에 비하여 비교적 고순도의 분리정제가 가능하고, 에너지의 소비가 적으며 장치가 간단하여 설비투자비가 적을 뿐만 아니라, 연속공정이 가능하여 시간당 처리능력이 우수하다는 점에서 각종 산업분야의 분리정제공정으로서 주목받고 있다. 현재 이온교환막을 산업분야에 적용한 예로서는 탈염 및 정제를 위한 전기투석공정(electrodialysis)과 물분해 전기투석공정(water-splitting electrodialysis) 그리고 산세폐액에서 산을 회수하는 확산투석(diffusion dialysis) 및 초순수 생산을 위한 전기탈염공정(electrodeionization) 등을 들 수가 있다. 특히 최근에 걸쳐서는 이온교환막이 고분자 전해질 연료전지로서 우수한 성능을 나타낼 수 있는 가능성을 시사함에 따라 이온교환막에 대한 관심이 증가되고 있다. 일반적으로 상용막의 경우에는 높은 이온선택투과성(> 0.95∼0.98), 낮은 전기적 저항(< 3.0∼4.0 Ω·㎠), 적절한 함수율, 높은 기계적 강도 및 화학적 내성을 갖고 있어야 한다.

기존의 상용막들 예를 들면, NEOSEPTA^??(Tokuyama Co. Ltd., Japan), SELEMION^??(Asahi Glass Company, Japan) 등은 기본소재로 스티렌-디비닐벤젠의 공중합물 또는 스티렌-부타디엔의 공중합물을 벌크중합법, 라텍스법, 페이스트법의 제조공정법을 이용하여 이온교환막을 제조하였다. 이러한 방법들을 이용한 이온교환막은 비교적 좋은 전기화학적 특성을 갖고 있다. 그러나 이들의 제조공정은 공정상의 복잡성으로 인하여 제조단가의 상승을 초래하고 있다.

벌크중합에 있어서는 스티렌-디비닐벤젠 단독으로 중합시키는 경우, 취성이 증가하여 기계적 특성이 저하되어지기 때문에 가소제를 사용하여야 하며, 더욱이 얇은 막을 얻기 위해서는 일정한 용기가 필요하므로 전체적인 막의 제조단가를 상승시키는 요인이 된다.

라텍스법은 스티렌-부타디엔 공중합체의 라텍스를 지지체에 침적하여 건조한 후, 산화가교법을 이용 가교를 통하여 기본막으로 한다. 그 후, 설폰화반응, 클로로메틸화반응, 아민화반응을 통하여 이온교환기가 도입되는데, 이 방법은 스티렌-부타디엔 중합체의 라텍스에 잔존해 있는 유화제의 영향으로 막의 기계적인 물성 및 전기화학적 특성의 성능저하를 초래할 가능성이 매우 높다.

한편, 페이스트법은 이온교환막의 제조공법으로 현재까지 가장 널리 이용되고 있는 방법이다. 페이스트법은 상기 언급한 벌크중합법 또는 라텍스법에 의하여 얻어진 막 보다는 기계적 성질과 전기화학적 특성이 우수하기는 하나, 페이스트를 얻기 위해 스티렌-디비닐벤젠 모노머 이외에도 분말이 필요하게 되고, 보다 향상된 기계적인 물성을 얻기 위해서는 가소제가 첨가되어야 한다. 이러한 제조공정상의 복잡성은 막의 제조단가를 상승하게 하는 요인으로 작용하게 된다. 따라서 막의 성능을 저하시키지 않는 저렴한 새로운 개념의 막제조 공정이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

한편, 본 발명의 발명자들은 페이스트법의 제조과정을 좀 더 간소화하여 제조단가를 절감시킴과 아울러 상용 양이온교환막과 대등한 전기적 특성 및 우수한 기계적 물성을 갖는 양이온교환막을 제조하고자 하였다. 그 결과, 막 제조공정은 기존의 페이스트법과 마찬가지로 스티렌과 디비닐벤젠 모노머를 라디칼 공중합한 후, 설폰산 그룹을 도입하는 방법을 사용하였으나, 기존의 방법에서와 같이 페이스트를 지지체인 PVC 부직포 위에 함침시키는 대신 비다공성 PVC 필름이 모노머가 포함된 중합용 용액에 팽윤되는 성질을 이용한 새로운 제조방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 된 것이다.

따라서, 본 발명은 기존의 페이스트법에 비하여 그 제조공정이 단순화되었음에도 불구하고 대등한 전기적 특성 및 기계적 특성을 가지는 양이온교환막의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 PVC/폴리스티렌 양이온교환막의 제조공정도이다.

도 2는 본 발명의 PVC/폴리스티렌 양이온교환막의 표면(a) 및 단면(b)에 대한 전자주사현미경(SEM) 사진이다.

도 3은 본 발명의 PVC/폴리스티렌 양이온교환막의 디비닐벤젠 함량에 따른 함수율 변화 그래프이다.

도 4는 본 발명의 PVC/폴리스티렌 양이온교환막과 상용막(Nafion 117, DuPont)의 전압-전류 곡선을 비교한 그래프이다.

도 5는 본 발명의 PVC/폴리스티렌 양이온교환막의 설폰화 반응 시간에 따른 막 면적저항의 그래프이다.

본 발명은 스티렌 단독 혹은 스티렌-디비닐벤젠 모노머 및 개시제를 포함하는 중합용 용액에, 비다공성 PVC 필름을 침적하여 팽윤하는 과정; 상기 팽윤된 PVC를 50 ∼ 100 ℃ 온도에서 중합하여 PVC/스티렌 기저막을 제조하는 과정; 그리고 상기 PVC/스티렌을 설폰화하여 양이온교환기로 설폰산 그룹(-SO₃ ^-)을 도입하는 과정이 포함되는 PVC/폴리스티렌 양이온교환막의 제조방법을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 팽윤된 PVC 필름의 자유체적에 존재하는 스티렌과 디비닐벤젠 모노머를 라디칼 공중합시키고 이어 설폰화 반응을 통해 양이온교환기를 도입하는 방법에 관한 것이다.

종래의 페이스트법은 이온교환기를 도입할 수 있는 모노머(F-monomer), 가교제, 개시제, 가소제를 폴리비닐클로라이드(PVC) 분말과 함께 혼합하여 페이스트화하고 이 페이스트를 PVC 천 위에 함침시킨 후, 소정의 온도에서 공중합시켜 이온교환기를 도입하였다[Y. Mizutani, J. Membr. Sci., Vol. 49, pp121∼144, 1990]. 이러한 제조방법으로 제조된 대표적 제품으로서, 세계적으로 많은 시장을 점유하고 있는 Neosepta™ 이온교환막(Tokuyama Co. Ltd.)은 비교적 그 성능이 우수하다고 보고되어 있다. 그러나, 모노머 및 PVC 분말이 함유된 페이스트를 제조함에 있어 아무리 잘 혼합한다 할지라도 중합후 제조된 고분자막은 균일한 상을 형성할 수 없는 것이다. 또한, 페이스트법에 의해 기계적 강도가 우수한 고분자막을 제조하기 위해서는 폐이스트 중에 가소제를 필수성분으로 첨가해야 하고, 또 PVC 망사천에 페이스트를 함침하여 고분자막으로 성형하여야 하는 등 그 제조공정이 복잡하고 제조 단가가 상승하게 된다.

이에 반하여, 본 발명에서는 고분자 및 중합개시제가 포함된 용액내에서 PVC 필름이 팽윤되는 성질을 이용하여 균질한 양이온교환막을 제조한데 그 특징이 있는 바, 비다공성의 PVC 필름의 나노 스케일의 자유체적(free volume)에서 모노머의 중합이 이루어져 망상구조의 폴리스티렌을 형성하고, 또 폴리스티렌 망사구조가 PVC 체인과 엉켜 새로운 폴리머 네트워크를 형성함으로써 기계적 강도가 우수하면서 균일한 양이온교환막을 제조할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 제조방법에서는 페이스트를 제조한다거나 또는 PVC 천에 페이스트를 함침하는 과정은 생략된다.

본 발명의 제조방법을 통하여 제조된 양이온교환막은 낮은 전기저항(2 ∼ 3Ω·㎠) 및 높은 이온선택성(Na⁺이온에 대한 수송수 약 0.98 이상)을 나타냄과 동시에 우수한 기계적 물성을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법이 페이스트법으로 수행되나 페이스트 공정을 생략할 수 있기 때문에 제조단가를 절감시킬 수 있고, 가격경쟁에 의해 시장점유율을 결정짓는 혹독한 국제경쟁시장에서 충분한 경쟁력을 지닌 방법으로 기대되어 진다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 제조방법은 첨부도면 도 1로서 제시된 제조공정도에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 중합용 용액을 제조한다. 모노머로 사용되는 스티렌 중에는 중합억제제인 4-t-부틸카테콜(TBC)이 다량 함유되어 있는 바, 이를 제거하기 위해 6.0 N 수산화나트륨(NaOH) 용액에 10:1의 비율로 스티렌을 섞고 분액 깔대기로 분액한다. 이 과정은 NaOH 용액상의 색상이 변하지 않을 때까지 반복하여 행한다. 그리고 개시제인 벤조일 퍼옥사이드(BPO)는 재결정법을 이용하여 정제 후 사용하였다. 그 밖의 시약은 별도의 정제 없이 사용하였다.

중합용 용액은 스티렌 모노머 80 ∼ 100 중량%와 가교제인 디비닐벤젠 모노머 0 ∼ 20 중량%가 함유되어 있고, 상기한 모노머 100 중량부에 대하여 중합개시제가 1 ∼ 10 중량부 함유되어 있다.

상기 중합용 용액에 PVC 필름을 침적하여 팽윤시킨다. 지지체로 사용된 PVC 필름은 비다공성의 것으로 모노머에 팽윤되는 특성을 갖는다. 본 발명이 지지체로 사용하는 비다공성 PVC 필름은 유리전이온도(Tg)가 약 70 ℃ ∼ 85 ℃의범위, 바람직하기로는 유리전이온도가 73 ℃ ∼ 78 ℃의 범위를 갖는 무정형 필름이다. 지지체로서 PVC 필름의 유리전이온도(Tg)가 상기 범위 미만으로 낮으면 넓은 자유체적을 허용하므로 스티렌 및 디비닐벤젠 모노머의 수착량을 최대화할 수 있으나, 취성의 증가로 인해 기계적 물성이 저하되는 문제가 있다. 한편, 지지체로서 PVC 필름의 유리전이온도(Tg)가 상기 범위를 초과하면 상대적으로 좁은 자유체적으로 인해 스티렌 및 디비닐벤젠 모노머의 수착량이 감소하므로 이온교환기의 도입량의 감소를 초래하여 막의 전기적 특성을 저하시키게 된다. 또한, 지지체로 사용되는 PVC 필름이 다공성을 가지면 핀홀의 발생이 우려되고 이온의 투과선택도의 감소가 야기될 수 있다. 따라서, 다공성 필름을 지지체로 사용하여 포어필링(pore filing) 방법을 수행하는 막 제조방법과, 본 발명에서와 같이 비다공성 지지체의 자유체적의 팽윤을 이용한 막 제조방법은 분명히 구별되어야 한다.

모노머와 개시제가 충분히 PVC에 수착하여 평형상태에 도달 할 수 있도록 0.5 ∼ 수 시간 이상, 바람직하기로는 1 ∼ 3 시간 상온에서 방치한다. 수착되어 평형에 도달한 PVC는 팽윤과 더불어 흰색에서 무색으로 변화한다. 이를 사각 유리판에 위치시키고 또 다른 유리판을 이용하여 덮는다. 그리고 중합 시 모노머의 유출을 방지하기 위해 테잎으로 두 유리판을 밀봉한다. 이를 가열오븐 50 ∼ 100 ℃의 온도조건에서 약 1 ∼ 10 시간동안 중합을 행한다. 이렇게 제조된 기저막(base membrane)은 다소 미반응 모노머를 함유하고 있으며 이는 막의 기계적인 강도와 형태(morphology)를 결정하는 주요인자로 작용한다. 이 미반응 모노머를 제거하기 위하여하루 이상 상온에서 방치하여 미반응 모노머를 증발시킨다.

이후, 설폰화 반응을 위해 97%의 클로로설폰산과 98%의 황산의 1:1 혼합물을 제조한다. 그리고 상기 중합공정에서 제조된 기저막(base membrane)을 이 용액에 침적시키고 40 ∼ 60 ℃의 온도에서 10 ∼ 200 분, 바람직하기로는 30 ∼ 100 분에 걸쳐 설폰화한다. 설폰화 공정에서 발생한 부생산물을 제거하기 위해 98%의 황산에서 10 ∼ 200 분, 바람직하기로는 30 ∼ 100 분, 40%의 황산에서 10 ∼ 100 분, 바람직하기로는 20 ∼ 50 분, 그리고 마지막으로 초순수에서 수 차례 세척한다. 막에 잔존해 있는 염화설폰산을 완전히 황산나트륨 형태로 전환시키기 위해, 1 ∼ 5N NaOH 수용액에서 1 ∼ 5 시간동안 반응을 행한다. 이를 초순수에 충분히 세척한 후, 0.5N NaCl 수용액에 보관한다.

일반적인 이온교환막의 특성분석 방법인 함수율(water content), 이온교환능(ion exchange capacity), 전기적저항(electrical resistance) 등을 측정하였으며 FE-SEM과 FT-IR을 이용해 막의 형태(morphology) 및 가교결합을 확인할 수 있었다. 또한 제조된 막의 이온선택성을 측정하기 위해 양이온(Na⁺)에 대한 수송수(transport number) 및 V-I curve 등을 측정하였다.

도 2는 PVC/폴리스티렌-디비닐벤젠 양이온교환막의 표면(a) 및 단면(b)-전자주사현미경(SEM) 사진을 보여준다. 표면 및 단면사진에 나타난 바와 같이 필름 전체에 상분리현상 및 핀홀이 발견되지 않았다.

이와 같은 본 발명은 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바,본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

두께 약 180 ㎛의 PVC/폴리스티렌 양이온교환막을 제조하기 위하여, 디비닐벤젠 첨가없이 스티렌 모노머를 사용하였고, 개시제인 벤조일퍼옥사이드(BPO)는 스티렌 모노머 사용량 100 중량부에 대하여 각각 1, 3, 4 및 6 중량부로 조절하여 중합용 용액을 제조하였다. 중합용 용액에 비다공성 PVC 필름(LG Chem, Ltd.; 두께 110 ㎛)를 상온에서 12 시간동안 침적시켰다. 중합용 용액에서 팽윤된 PVC를 사각 유리판에 위치시키고 또 다른 유리판을 이용하여 덮은 후, 테잎으로 두 유리판을 밀봉하였다. 이를 가열오븐(80 ℃)에서 3 시간동안 중합을 수행하였다. 중합이 완료되면 유리판으로부터 분리한 후 하루동안 방치하여 미반응 모노머를 제거하였다.

상기 중합반응으로 제조된 기저막(base membrane)은, 97%의 클로로설폰산과 98%의 황산의 1:1 혼합용액에 침적하고 50 ℃에서 60 분동안 설폰화하였다. 설폰화 반응이 완료되면, 98%의 황산에서 60 분, 40%의 황산에서 30 분 동안 방치시킨 후, 마지막으로 초순수에서 수 차례 세척하였다. 또한, 막에 잔존해 있는 염화설폰산을 완전히 황산나트륨 형태로 전환시키기 위해, 2M NaOH 수용액에서 2 시간동안 침적한 후 초순수에 충분히 세척하고 0.5M NaCl 수용액에 보관하였다.

이상의 제조방법으로 제조된 각각의 막의 특성분석은 참고문헌[J.-H., Choi,H.-J., Lee, and S.-H., Moon, J. Colloid & Interf. Sci., Vol. 238, p188, 2001; J.-H., Choi, S.-H., Kim, and S.-H., Moon, J. Colloid & Interf. Sci., Vol. 241, p120, 2001]을 근거로 실시하였으며, 결과는 다음 표 1과 같다.

[막의 특성분석 방법]

(1) 함수율 : 막의 젖은 무게와 60 ℃ 오븐에서 24 시간 건조한 후의 무게 차를 건조후의 무게로 나누어 계산하였다.

(2) 이온교환능 : 1M HCl 수용액에 24 시간이상 함침시키고 막표면을 세척한 후 1M NaCl 수용액에 재함침하여 산염기 적정에 의해 막내부에 이온교환 되어진 수소이온의 양으로 결정하였다(meq./ g dry membrane).

(3) 전기적 저항 : 0.5M NaCl 수용액에서 LCZ 미터를 이용하여 측정되어진 임피던스값과 위상각을 이용하여 계산하였다.

(4) 수송수 및 V-I curve : 양 전해액조를 갖는 구조의 셀(막 유효면적: 0.785 ㎠)을 이용하여 측정하였다. 수송수는 양 전해액조에 다른 농도의 NaCl 수용액(0.001M/0.005M NaCl)을 넣고 막의 양단에 고정된 Ag/AgCl 전극의 전압차를 측정하여 계산하였으며, V-I curve는 동일한 셀을 이용하여 전류밀도를 증가시키며 막 양단의 전압차를 측정하였으며 전해액으로 0.025M NaCl 수용액을 사용하였다.

중합용 용액 조성(중량부)	이온교환능 (meq./g)	함수율(-)	막면적저항(Ω·㎠)	Na⁺이온 수송수	인장강도(kg·f/㎠)
스티렌모노머	이온교환능 (meq./g)	함수율(-)	막면적저항(Ω·㎠)	Na⁺이온 수송수	인장강도(kg·f/㎠)	벤조일 퍼옥사이드
100	1	3.425	0.8879	1.6623	0.974	160.7
100	3	3.038	0.6526	2.2950	0.978
100	4	3.171	0.6166	1.9613	0.977
100	6	2.758	0.5297	2.5684	0.974

실시예 2

상기 실시예 1의 방법으로 두께 약 180 ㎛의 PVC/폴리스티렌 양이온교환막을 제조하였다. 다만, 중합용 용액의 조성을 다음과 같이 조절하였으며, 제조된 막의 특성분석 결과는 다음 표 2와 같다.

중합용 용액 조성	이온교환능 (meq./g)	함수율(-)	막면적저항(Ω·㎠)	Na⁺이온수송수	인장강도(kg·f/㎠)
모노머(중량%)						벤조일 퍼옥사이드(중량부^*)
스티렌						벤조일 퍼옥사이드(중량부^*)	디비닐벤젠
99	1	4.7	1.300	0.4987	2.2225	0.998	160.7
95	5	4.7	1.494	0.3978	3.3334	0.997
10	10	4.7	1.137	0.1722	20.702	0.994
* 모노머 100 중량부에 대한 벤조일 퍼옥사이드의 사용비율임

도 3은 본 발명의 PVC/폴리스티렌 양이온교환막의 디비닐벤젠 함량에 따른 함수율 변화 그래프이다. 디비닐벤젠(DVB)의 함량이 많을 수록 가교도가 증가하여 함수율이 감소함을 알 수 있다. 디비닐벤젠 10% 이상에서는 함수율이 급격히 감소하여 막 면적 저항이 크게 증가하였다.

도 4는 본 발명의 PVC/폴리스티렌 양이온교환막과 상용막(Nafion 117,DuPont)의 전압-전류 곡선을 비교한 그래프이다. 상용막과 비교할 때 거의 상응하는 전압-전류 곡선을 나타내고 있다.

실시예 3

상기 실시예 1의 방법으로 두께 약 180 ㎛의 PVC/폴리스티렌 양이온교환막을 제조하였다. 중합용 용액 조성은 모노머로서 스티렌 99 중량%와 디비닐벤젠 1 중량%가 함유되어 있고, 모노머 100 중량부에 대하여 벤조일 퍼옥사이드를 4.7 중량부 함유시키는 것으로 고정하였고, 다만 설폰화 시간을 조절하였으며, 제조된 막의 특성분석 결과는 다음 표 3과 같다.

설폰화 시간	이온교환능 (meq./g)	함수율 (-)	막면적저항(Ω·㎠)	Na⁺이온수송수	인장강도(kg·f/㎠)
20 분	2.810	0.5098	3.6533	0.982	160.7
40 분	3.084	0.5528	2.9416	0.983
60 분	2.830	0.4461	3.3374	0.994

도 5는 본 발명의 PVC/폴리스티렌 양이온교환막의 설폰화 시간에 따른 막 면적저항의 그래프이다. 상기 실험조건에서 적절한 설폰화 시간은 20분정도 임을 알 수 있으며 과도한 설폰화 반응시 부반응 및 폴리머의 분해가 일어남을 예측할 수 있다.

실시예 4

상기 실시예 3과 동일한 방법으로 제조된 막을 50 ℃에서 2M HCl과 2M NaOH수용액에 하루 이상 함침시킨 후 막 면적 저항을 측정하여 다음 표 4에 나타내었다.

이온교환막의 화학적 안정성 측정결과(25℃, 0.5M NaCl)

막면적저항 (Ω·㎠)	함침전	2.0M HCl	2.0M NaOH
PVC/폴리스티렌-디비닐벤젠(디비닐벤젠 함량 1 중량부)	2.755	2.652	2.795

상기 표 4의 결과에 의하면, 전기 면적저항의 변화가 거의 없었다(측정 오차범위 이내). 따라서 본 발명의 PVC/폴리스티렌 양이온교환막은 매우 우수한 기계적 강도 및 화학적 안정성을 가지고 있음을 알 수 있다.

기존의 페이스트법은 기계적강도를 향상시키기 위해 가소제 및 PVC 분말을 사용하여야 하기 때문에 제조의 단가가 상승될 수밖에 없었으니, 본 발명에서는 페이스트를 이용하지 않고 비다공성 PVC 필름이 중합용 용액에 팽윤되는 성질을 이용함으로써 낮은 전기저항(2 ∼ 3 Ω·㎠) 및 높은 이온선택성(Na⁺이온에 대한 수송수 약 0.98 이상)을 나타냄과 동시에 우수한 기계적 물성을 나타내는 효과를 갖는다.

본 발명은 페이스트법을 적용하고 있으나 페이스트 공정이 생략되는 등 기존의 페이스트법 비해 제조공정이 간단하여 제조단가를 절감할 수 있고, 또한 페이스트법으로 제조하여 상용되고 있는 양이온교환막에 비하여 전기화학적 특성 및 기계적 성능이 우수하므로 그 가격경쟁에 의해 시장점유율을 결정짓는 국제경쟁시장에서 충분한 경쟁력을 지닌 방법으로 기대된다.

Claims

스티렌 단독 혹은 스티렌-디비닐벤젠 모노머 및 개시제를 포함하는 중합용 용액에, 비다공성 PVC 필름을 침적하여 팽윤하는 과정,

상기 팽윤된 PVC를 50 ∼ 100 ℃ 온도에서 중합하여 PVC/스티렌 기저막을 제조하는 과정, 그리고

상기 PVC/스티렌을 설폰화하여 양이온교환기로 설폰산 그룹(-SO₃ ^-)을 도입하는 과정이 포함되는 것을 특징으로 하는 PVC/폴리스티렌 양이온교환막의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 중합용 용액에는 스티렌 모노머 80 ∼ 100 중량%와 가교제인 디비닐벤젠 모노머 0 ∼ 20 중량%가 함유되어 있고, 상기한 모노머 100 중량부에 대하여 중합개시제가 1 ∼ 10 중량부 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 PVC/폴리스티렌 양이온교환막의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 비다공성 PVC 필름은 유리전이온도(Tg) 70 ℃ ∼ 85 ℃의 무정형 고분자 막인 것을 특징으로 하는 PVC/폴리스티렌 양이온교환막의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 PVC/스티렌 기저막에 남은 미반응 모노머는 증발하여 제거한 후에 설폰화하는 것을 특징으로 하는 PVC/폴리스티렌 양이온교환막의 제조방법.