KR101170971B1 - Cation exchange composite membrane using fabric supports and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직물(Fabric) 형태의 지지체를 이용한 스티렌계 단량체의 공중합체가 함유된 양이온교환 복합막 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 지지체로 인조섬유계 직물인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 비스코스레이온(Viscose rayon), 폴리에스테르(polyester)등과 천연섬유계 직물인 명주(Silk), 면(cotton), 마 등의 직물 계통에 스티렌계 단량체, 가교제 및 개시제를 포함하는 중합 용액에, 직물을 함침시켜 중합한 후 술폰산 그룹(-SO3 -) 이온의 도입을 형성하는 일련의 제조공정으로 제조되는 직물에 스티렌계 공중합체가 함유된 양이온교환 복합막에 관한 것이다. 본 발명은 여러 가지 직물을 지지체로 하여 제조한 양이온교환 복합막의 이온교환능력 및 이온전도도, 기계적 물성, 내화학성 및 가공성이 향상된 양이온교환 복합막 및 이의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a cation exchange composite membrane containing a copolymer of styrene-based monomers using a fabric-like support and a method for preparing the same. More specifically, as a support, fabrics such as polyethylene, polypropylene, nylon, viscose rayon, polyester, etc., and silk, cotton, hemp, etc., which are natural fiber, are fabrics. a polymerization solution containing a styrene monomer, crosslinking agent and initiator in the system, and then polymerization was impregnated fabric sulfonic acid group (-SO 3 -) a styrenic copolymer to the fabric which is made of a series of manufacturing step of forming the introduction of the ion It relates to a cation exchange composite membrane containing. The present invention provides a cation exchange composite membrane having improved ion exchange capacity, ion conductivity, mechanical properties, chemical resistance, and processability of a cation exchange composite membrane prepared using various fabrics as a support, and a method of manufacturing the same.

직물(fabric), 양이온교환막, 스티렌계 단량체 Fabric, cation exchange membrane, styrene monomer

Description

지지체로서 직물을 포함하는 양이온교환 복합막 및 이의 제조방법 {Cation exchange composite membrane using fabric supports and method for manufacturing the same}Cation exchange composite membrane using fabric supports and method for manufacturing the same

본 발명은 직물을 지지체로 하고 스티렌계 중합체를 포함하는 양이온교환 복합막과 그 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 폴리스티렌 양이온교환막의 제조방법에 관한 것으로서, 스티렌과 개시제를 다공성 직물에 흡수시켜, 중합시킨 후, 설폰화 반응을 수행하여 양이온교환 기로서 강산성의 술폰산 기(-SO3 -)을 도입시키는 비교적 간단한 제조공정을 수행함으로써, 우수한 이온투과선택성을 높이고 제조 단가를 절감할 수 있는 양이온교환막을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cation exchange composite membrane comprising a fabric as a support and comprising a styrene-based polymer and a method for producing the same. Specifically, the present invention relates to a method for producing a polystyrene cation exchange membrane, in which styrene and an initiator are absorbed into a porous fabric and polymerized, followed by a sulfonation reaction to form a strong acid sulfonic acid group (-SO 3- ). The present invention relates to a method for producing a cation exchange membrane capable of increasing the excellent ion permeability and reducing the manufacturing cost by performing a relatively simple production process.

본 발명은 폴리스티렌 양이온교환막의 제조방법에 관한 것으로서, 스티렌과 개시제를 다공성 직물에 흡수시켜, 중합시킨 후 설폰화 반응을 수행하여 양이온교 환기로 강산성의 술폰산 그룹(-SO3 -)을 도입시키는 비교적 간단한 제조공정을 수행함으로써 이온투과선택성을 높이고 제조단가를 절감할 수 있는 양이온교환막을 제조하는 방법에 관한 것이다.Relatively to introduce the - present invention, by absorbing the styrene and the initiator to the porous fabric, and after polymerization of the acid group in sulfonic strong acid cation exchanger to perform sulfonation reaction (-SO 3) relates to a method of manufacturing polystyrene cation exchange membrane The present invention relates to a method of manufacturing a cation exchange membrane capable of increasing ion permeability and reducing manufacturing cost by performing a simple manufacturing process.

이온교환막은 고분자 분리막의 한 종류로서 막에 도입된 이온교환기(ion-exchangeable group) 종에 따라 음이온 혹은 양이온을 선택적으로 분리할 수 있다. 상업용으로 사용되고 있는 양이온교확막의 경우, 이온교환기로서는 크게 강산성인 술폰산 그룹(-SO3 -)과 약산성인 카르복실산 그룹(-COO-)으로 대별되어지며, 음이온교환막의 경우에 있어서는 주로 강염기성인 4차암모늄그룹(-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 eletrodialysis) 그리고 산세폐액에서 산을 회수하는 확산투석(diffusion dialysis) 및 초순수 생산을 위한 전기탈염공정(electrodeionization) 등을 들 수가 있다. 일반적으로 상용막의 경우에는 높은 이온선택투과성 (>0.95~0.98), 낮은 전기적 저항(<3.0~4.0Ω㎠), 적절한 함수율, 높은 기계적 강도 및 화학적 내성을 갖고 있어야 한다.An ion exchange membrane is a kind of polymer separation membrane that can selectively separate anions or cations depending on the species of ion-exchangeable groups introduced into the membrane. If the cation is being used in commercial gyohwak film, significantly strong adult acid group as the ion exchange group (-SO 3 -) are roughly divided into and becomes a weakly acidic carboxylic acid group (-COO-), mainly in the case of strong base anion exchange membrane 4 Adults The primary ammonium group (-NR 3 + ) has an ion exchange group. The separation process using the ion exchange membrane is capable of relatively high purity separation and purification compared to the separation method using distillation or chemical treatment, has low energy consumption and simple equipment, so that the equipment investment cost is low and the continuous process is possible. It is attracting attention as a separate purification process in various industrial fields because of its excellent processing capacity per hour. Current applications of ion exchange membranes in industry include electrodialysis and water-splitting eletrodialysis for desalination and purification, diffusion dialysis and ultrapure water production to recover acids from pickling liquor. Electrodeionization and the like. In general, commercial membranes should have high ion selective permeability (> 0.95 ~ 0.98), low electrical resistance (<3.0 ~ 4.0Ω㎠), adequate water content, high mechanical strength and chemical resistance.

기존의 이온교환막 제조방법으로는 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.Conventional ion exchange membranes were prepared using a copolymerization of styrene-divinylbenzene or a copolymer of styrene-butadiene as a base material by a bulk polymerization method, a latex method, or a paste method. Ion-exchange membranes using these methods have relatively good electrochemical properties. However, these manufacturing processes cause an increase in manufacturing cost due to the complexity of the process.

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.In the case of bulk polymerization, when styrene-divinylbenzene is polymerized alone, a plasticizer should be used because the brittleness is increased and mechanical properties are deteriorated. Furthermore, in order to obtain a thin film, a constant container is required, which increases the overall manufacturing cost of the film. Becomes

라텍스법은 스티렌-부타디엔 공중합체의 라텍스를 지지체에 침적하여 건조한 후, 산화가교법을 이용 가교를 통하여 기본막으로 한다. 이 기본막에 설폰화반응, 클로로메틸화반응, 4급 아민화반응을 통하여 이온교환기가 도입되는, 이 방법은 스티렌-부타디엔 중합체의 라텍스에 잔존해 있는 유화제의 영향으로 막의 기계적인 물성 및 전기화학적 특성의 성능저하를 초래할 가능성이 매우 높다.In the latex method, a latex of styrene-butadiene copolymer is dipped on a support and dried to form a base film through crosslinking using an oxidative crosslinking method. The ion exchanger is introduced into the base membrane through sulfonation, chloromethylation, and quaternary amination, and this method is based on the mechanical and electrochemical properties of the membrane under the influence of the emulsifier remaining in the latex of the styrene-butadiene polymer. It is very likely to cause poor performance.

한편, 페이스트법은 이온교환막의 제조공법으로 현재까지 Neosepta 등록상표 (Tokuyama Co. Ltd., Japan), Selemion 등록상표 (Asahi Glass Company, Japan) 에서 상용화 되어 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 첨가 되어야 한다. 이러한 제조공정상의 복잡성은 막의 제조단가를 상승하게 하는 요인으로 작용하게 된다. (Y. Mizutani, Structure of ion-exchange membranes, J. Membr. Sci. 49 (1990) 121). On the other hand, the paste method is the manufacturing method of the ion exchange membrane is commercially available from Neosepta registered trademark (Tokuyama Co. Ltd., Japan) and Selemion registered trademark (Asahi Glass Company, Japan). Although the paste method has better mechanical and electrochemical properties than the films obtained by the above-mentioned bulk polymerization method or latex method, powder is required in addition to the styrene-divinylbenzene monomer to obtain a paste. In order to obtain physical properties, a plasticizer must be added. This complexity in the manufacturing process acts as a factor to increase the manufacturing cost of the film. (Y. Mizutani, Structure of ion-exchange membranes, J. Membr. Sci. 49 (1990) 121).

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제를 개선하기 위하여 연구 노력한 결과, 인조섬유계 직물인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 비스코스레이온(Viscose rayon), 폴리에스테르(polyester)등과 천연섬유계 직물인 명주(Silk), 면(cotton), 마, 등의 직물 계통 등의 직물류로서 그 가는 섬유 구조내에 공간을 가지고 있으면 구조가 견고한 구조를 가지고 있어 이러한 기존의 문제점을 쉽게 해결할 수 있을 것이라는 점에 착안하여, 직물류에 술폰화 반응 활성인 스티렌계 단량체, 가교제, 개시제가 혼합된 중합 용액에 침적하여 내부를 포화시키고, 이후 열가교 중합을 시킨 후 술폰산 그룹(-SO3 -) 을 도입시킨 결과 이온교환능력이 우수하고 전기저항이 낮으면서도 기계적 물성, 화학적 물성 및 가공성이 우수한 양이온교환막을 제조할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다. 또한 본 발명은 스티렌계 단량체의 조성을 조절함으로써 이온교환능력 및 이온전도도의 조절이 매우 용이한 장점을 지니고 있다. 또한 기계적 강도가 우수하고 막두께가 다양한 지지체를 이용함으로써 기존의 상업화된 페이스트법에 의해 제조된 이온교환막에 비해 전도성과 기계적 강도가 우수한 양이온교환 복합막의 제조가 가능하였다.Accordingly, the present inventors have made efforts to improve the above problems, and as a result, artificial fiber-based fabrics such as polyethylene, polypropylene, nylon, viscose rayon, polyester, and natural fiber-based silk (Silk) Fabrics such as textiles such as cotton, hemp, etc. have a space in their thin fibrous structure so that the structure has a solid structure, so that the existing problems can be easily solved. sulfonation reaction activity of the styrene-based monomer, cross-linker, initiator and saturated the interior and immersed in a mixed polymerization solution, since then the heat cross-linking polymerizable acid group (-SO 3 -) for introducing the result that the ion exchange capacity is excellent in electrical The present invention finds that a cation exchange membrane having excellent resistance to mechanical properties, chemical properties and processability can be manufactured while having low resistance. It was completed. In addition, the present invention has the advantage of very easy control of ion exchange capacity and ion conductivity by adjusting the composition of the styrene monomer. In addition, by using a support having excellent mechanical strength and various film thicknesses, it was possible to prepare a cation exchange composite membrane having excellent conductivity and mechanical strength compared to an ion exchange membrane prepared by a conventional commercial paste method.

본 발명의 목적은 종래의 상용화 막보다 높은 이온교환능력과, 향상된 기계적 및 화학적 물성을 갖는 스티렌계 중합체 함유 양이온교환 복합막 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a styrene-based polymer-containing cation exchange composite membrane having a higher ion exchange capacity and improved mechanical and chemical properties than conventional commercial membranes, and a method for preparing the same.

본 발명의 다른 목적은 종래의 상용화 막에 사용한 지지체를 사용하였을 경우 보다 비교적 단가가 낮은 직물을 이용함으로써 기본적인 제조 단가를 절감할 수 있고 상용화 막에 비하여 전기화학적 특성 및 기계적 성능이 우수한 폴리(스티렌계)/직물 양이온교환 복합막의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to reduce the basic manufacturing cost by using a fabric having a relatively lower cost than when using the support used in the conventional commercialization membrane, and poly (styrene-based) has better electrochemical properties and mechanical performance than the commercialization membrane ) / Fabric cation exchange composite membrane.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 직물 소재에, 스티렌계 단량체, 가교제 및 개시제가 혼합된 단량체 용액을 함침시켜 상기 소재의 내부를 포화시키고, 그 다음, 가교 및 열중합시킨 후, 술폰산 기(-SO3 -)을 도입하여 제조된, 스티렌계 중합체를 함유한 양이온교환 복합막 및 이의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention impregnates a textile material with a monomer solution containing a mixture of styrene-based monomers, a crosslinking agent and an initiator to saturate the inside of the material, and then crosslinks and thermally polymerizes the sulfonic acid group ( -SO 3 -) to provide a styrene-based polymer a cation-exchange composite membrane and a method comprising the preparation is introduced.

본 발명은 낮은 전기저항을 가지면서 이온교환능력 및 기계적, 화학적 물성이 우수한 양이온교환 복합막을 제공할 수 있고, 또한 이온교환능력 및 이온전도도의 조절이 매우 용이한 양이온교환 복합막 및 이의 제조방법을 제공하는 효과를 얻 을 수 있다.The present invention can provide a cation exchange composite membrane having a low electrical resistance and excellent ion exchange capacity and mechanical and chemical properties, and also very easy to control ion exchange capacity and ion conductivity, and a method for preparing the cation exchange composite membrane. The effect provided can be obtained.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 스티렌, 디비닐벤젠 및 개시제를 포함하는 함침 및 중합 용액을 인조섬유계 직물이나 천연섬유계 직물(Fabric)에 포화 함침시키고 열가교 중합시키켜, 술폰산 기(-SO3 -)을 도입하여 폴리(스티렌계)/직물의 양이온교환 복합막을 제공한다. The present invention is styrene, divinylbenzene, and man-made fibers based impregnation and the polymerization solution containing initiator, textile or natural fiber-based fabric to saturation (Fabric) impregnation and thermal crosslinking polymerization to turn on, a sulfonic acid group (-SO 3 -) introduced a To provide a cation exchange composite membrane of poly (styrene) / fabric.

본 발명에서 상기 중합 용액은 스티렌 단량체 80~90 중량부 및 가교제 5~20 중량부와, 상기 단량체 혼합물 100 중량부(상기 단량체 혼합물은 스티렌계 단량체 와 가교제를 포함합니다.)에 대하여 개시제 0.1~5 중량부를 포함한다.In the present invention, the polymerization solution is 80 to 90 parts by weight of a styrene monomer and 5 to 20 parts by weight of a crosslinking agent, and 0.1 to 5 initiators based on 100 parts by weight of the monomer mixture (the monomer mixture contains a styrene monomer and a crosslinking agent). It includes parts by weight.

본 발명에서 사용될 수 있는 스티렌계 단량체는 상기의 스티렌을 포함하여 공지된 것이 사용될 수 있으며, 알파메틸스티렌, 비닐피리딘, 트리플루오로스티렌, 2-비닐 피리듐 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 스티렌계 단량체의 함량이 증가 할수록 술폰화 반응시 술폰산 이온을 도입 할 수 있는 작용기의 양이 증가하여 이온교환능력이 좋아지며, 스티렌계 단량체의 함량이 80 중량부 미만인 경우에는 술폰산 이온의 양이 너무 적어 막의 이온교환능력이 떨어지는 문제가 발생한다. 바람직하게는 술폰화 반응 활성인 스티렌계 단량체를 80중량부 이상 사용할 수 있다. 상기 술폰화 반응 활성인 스티렌계 단량체를 사용함으로써 양이온교환 복합막의 양이온교환능력을 적절히 조절할 수 있다. Styrene-based monomers that can be used in the present invention can be used, including those known to the above styrene, alphamethylstyrene, vinylpyridine, trifluorostyrene, 2-vinyl pyridium and the like can be used alone or mixed, It is not limited to this. As the content of the styrene monomer increases, the amount of functional groups capable of introducing sulfonic acid ions during the sulfonation reaction is increased, and the ion exchange ability is improved. When the content of the styrene monomer is less than 80 parts by weight, the amount of sulfonic acid ions is increased. Too small a problem arises that the ion exchange capacity of the membrane falls. Preferably, 80 parts by weight or more of the styrenic monomer active in sulfonation reaction can be used. By using the styrene monomer active in the sulfonation reaction, the cation exchange capacity of the cation exchange composite membrane can be properly adjusted.

본 발명은 상기 스티렌계 단량체의 조성을 조절함으로써 이온교환능력 및 이온전도도를 용이하게 조절할 수 있다.The present invention can easily adjust the ion exchange capacity and ion conductivity by adjusting the composition of the styrene monomer.

본 발명에서 사용될 수 있는 직물로는 인조섬유계 직물인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 비스코스레이온(Viscose rayon), 폴리에스테르(polyester)등과 천연섬유계 직물인 명주(Silk), 면(cotton), 마(麻) 등을 사용할 수 있다. 이러한 직물류를 양이온교환 복합막의 지지체로 사용함으로써 본 발명의 양이온교환 복합막의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.Fabrics that can be used in the present invention include man-made fiber-based fabrics such as polyethylene, polypropylene, nylon, viscose rayon, polyester (polyester) and natural fiber-based silk (Silk), cotton, hemp (Iii) and the like can be used. By using such fabrics as a support for the cation exchange composite membrane, the mechanical strength of the cation exchange composite membrane of the present invention can be improved.

Figure 112009028891887-pat00001
Figure 112009028891887-pat00001

이하, 본 발명의 양이온교환 복합막의 제조방법을 단계별로 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the method for producing a cation exchange composite membrane of the present invention will be described in detail step by step.

본 발명에 따른 상기 단계 1은 직물(1) 소재를, 스티렌계 단량체(2), 가교제(3) 및 개시제(4) 를 포함하는 중합 용액에 포화 함침시키는 단계이다. Step 1 according to the present invention is a step of saturating the fabric (1) material in a polymerization solution containing a styrene-based monomer (2), a crosslinking agent (3) and an initiator (4).

먼저, 스티렌계 단량체(2), 가교제(3) 및 개시제(4) 를 혼합하여 중합 용액을 제조한다. 상기 중합 용액에는 스티렌계 단량체(2) 80~90 중량부와 가교제(3) 5~20 중량부가 함유되고, 상기 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 개시제(4) 0.1~5 중량부를 함유할 수 있다.First, a styrene monomer (2), a crosslinking agent (3), and an initiator (4) are mixed to prepare a polymerization solution. The polymerization solution may contain 80 to 90 parts by weight of the styrene monomer (2) and 5 to 20 parts by weight of the crosslinking agent (3), and may contain 0.1 to 5 parts by weight of the initiator (4) based on 100 parts by weight of the monomer mixture.

본 발명에서 사용될 수 있는 상기 스티렌계 단량체(2)는 공지된 것이 사용될 수 있으며, 알파메틸스티렌, 스티렌, 2-비닐 피리듐, 트리플루오로스티렌 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 술폰화 반응 활성인 스티렌계 단량체를 사용할 수 있다.As the styrene-based monomer (2) which can be used in the present invention, a known one may be used, and alphamethylstyrene, styrene, 2-vinyl pyridium, trifluorostyrene, and the like may be used alone or in combination. It is not. Preferably, a styrenic monomer which is sulfonation reaction activity can be used.

상기 가교제(3)는 최종적으로 막의 팽윤도와 가교도를 좌우하는 역할을 한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 가교제로는 특별히 제한되지는 않으나, 본 발명에서는 일반적인 디비닐벤젠을 사용한다. 이러한 가교제(3)의 함량은 상기 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 5~20 중량부이며, 상기 가교제의 함량이 10 중량부 미만이면, 가교도가 부족하게 되며, 상기 가교제의 함량이 20 중량부를 초과하면, 가교도가 너무 높아 막의 취성이 증가하게 되는 문제점이 발생한다.The crosslinking agent (3) finally serves to influence the swelling degree and the degree of crosslinking of the film. The crosslinking agent that can be used in the present invention is not particularly limited, but general divinylbenzene is used in the present invention. The content of the crosslinking agent (3) is 5 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the monomer mixture, if the content of the crosslinking agent is less than 10 parts by weight, the degree of crosslinking is insufficient, if the content of the crosslinking agent exceeds 20 parts by weight The problem arises that the crosslinking degree is too high and the brittleness of the film is increased.

본 발명에서 사용될 수 있는 개시제(4) 로는 특별히 제한되지는 않으나, 특히 N,N'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 벤조일퍼옥사이드(BPO), 큐밀 퍼로옥사이드, 라우로일 퍼옥사이드 등이 사용될 수 있다. 이러한 개시제(4) 의 함량은 상기 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 0.1~5 중량부이며, 바람직하게는 1~2 이상의 중량부이다. 상기 개시제의 함량이 0.1 중량부 미만, 충분한 가교가 일어나지 않으며, 상기 개시제의 함량이 5 중량부를 초과하는 경우에는 개시제 자체의 함량이 너무 많아 물성의 저하가 일어나는 문제가 발생한다.The initiator (4) that can be used in the present invention is not particularly limited, but in particular, N, N'-azobisisobutyronitrile (AIBN), benzoyl peroxide (BPO), cumyl peroxide, lauroyl peroxide and the like. This can be used. The content of this initiator (4) is 0.1-5 weight part with respect to 100 weight part of said monomer mixtures, Preferably it is 1-2 weight part or more. If the content of the initiator is less than 0.1 parts by weight, sufficient crosslinking does not occur, and if the content of the initiator is more than 5 parts by weight, the content of the initiator itself is too high, causing a problem of deterioration of physical properties.

다음으로, 상기에서 설명한 성분들을 혼합하여 제조한 중합 용액에 직물(1) 을 상온에서 30분~24시간 동안 함침시킴으로써 포화된 직물(5)이 형성된다. Next, the saturated fabric 5 is formed by impregnating the fabric 1 in a polymerization solution prepared by mixing the above-described components at room temperature for 30 minutes to 24 hours.

본 발명은 이러한 상기 직물(1)을, 스티렌계 단량체(2)가 포함된 중합 용액에 포화시켜 직물의 기공을 상기 중합 용액으로 채우고, 각 직물과 직물사이의 공간들의 네트워크 구조들이 가공되는 과정에서 가소화되어 종래의 막에 비해 기계적 강도, 화학적 내구성이 우수하고 균일한 이온교환막을 제조할 수 있다.The present invention saturates the fabric (1) in a polymerization solution containing a styrene-based monomer (2) to fill the pores of the fabric with the polymerization solution, the network structure of the spaces between each fabric and the fabric is processed It can be plasticized to produce a uniform ion exchange membrane having superior mechanical strength, chemical durability, and uniformity compared to conventional membranes.

본 발명에 따른 상기 단계 2는 단계 1의 중합 용액에 포화 함침된 직물을 열 중합하여 스티렌계 중합체의 복합막(6)을 제조하는 단계이다.Step 2 according to the present invention is a step of preparing a composite membrane 6 of a styrene-based polymer by thermally polymerizing a saturated fabric impregnated in the polymerization solution of step 1.

상기 단계 1에서 중합 용액이 포화 함침된 직물을 중합하여 스티렌계 중합체의 복합막(6)을 제조한다. 이러한 단계 2에서의 중합 반응은 상기 단량체와 개시제가 충분히 다공성 직물막에 수착되어 평형상태에 도달할 수 있도록 30분~24 시간, 바람직하게는 1~12 시간 동안 상온 단량체 용액에서 방치하여 반응용액이 수착된 막을 사각 유리판에 위치시키고, 또 다른 유리판을 이용하여 덮은 후, 50~100 ℃의 온도에서 8~24 시간 동안 열을 이용하여 중합을 수행함으로써 스티렌계 중합체의 복합막(6)을 제조한다. 상기 중합 반응이 완료된 후, 상기 막에 남아 있는 미반응 단량체를 제거하기 위하여 디클로로에탄, 아세톤, 톨루엔 등과 같은 유기 용매에 담그어 수회에 걸쳐 세척하여 한다.In step 1, a polymer membrane saturated with the polymerization solution is polymerized to prepare a composite membrane 6 of a styrene-based polymer. The polymerization reaction in the step 2 is left for 30 minutes to 24 hours, preferably 1 to 12 hours in a monomer solution at room temperature so that the monomer and the initiator is sufficiently sorbed to the porous fabric membrane to reach an equilibrium state, the reaction solution is The sorbed membrane is placed on a square glass plate, covered with another glass plate, and then a composite membrane 6 of styrene polymer is prepared by performing polymerization using heat at a temperature of 50 to 100 ° C. for 8 to 24 hours. . After the polymerization reaction is completed, in order to remove the unreacted monomer remaining in the membrane, it is immersed in an organic solvent such as dichloroethane, acetone, toluene and washed several times.

본 발명에 따른 상기 단계 3은 단계 2의 스티렌계 중합체의 복합막(6)을 클로로에탄과 아세틱 설페이트의 혼합 용액과 반응시켜서 양이온교환기로서 술폰화 기(-SO3 -) 도입하여 양이온교환 복합막(7)을 제조하는 단계이다.The third step is by a composite film 6 of the styrene-based polymer of the second-step reaction with a mixture of dichloroethane and acetic sulfate sulfonated group (-SO 3 -) as a cation exchanger according to the invention by introducing a cation exchange compound It is a step of manufacturing the film (7).

단계 3에서는 상기 단계 2의 스티렌계 중합체의 복합막(6)에 양이온교환기로서 술폰화기(-SO3 -)를 사용한다. 반응시킬 때의 농도는 반응에 큰 제한이 없으나, 보다 바람직하게는 1 중량부 이상을 사용한다. 이렇게 준비된 술폰화 용액에 가교된 막을 담그고, 35℃에서 1~16 시간, 바람직하기로는 8~14 시간 가량 유지하여 충분히 반응시킨다. 상기 반응이 완료된 후, 복합막에 남아있는 미반응 물질을 제거하기 위하여 초순수 또는 유기 용매 (상온 25℃)에서 여러 번 세척하고 다시 초순수 또는 유기 용매에서 밤새 담가 다그고, 수차례 세척하여 술폰화기(-SO3 -)이 도입된 양이온 교환막(7)을 제조한다.In Step 3, the fire sulfone (-SO 3 -) as a cation exchanger in the composite membrane (6) of the styrene-based polymer of the second step uses. Although the concentration at the time of reaction does not have a big restriction | limiting in reaction, More preferably, 1 weight part or more is used. The crosslinked membrane is immersed in the sulfonated solution thus prepared, and maintained at 35 ° C. for 1 to 16 hours, preferably 8 to 14 hours, to allow sufficient reaction. After the reaction is completed, in order to remove the unreacted substances remaining in the composite membrane, washed several times in ultrapure water or an organic solvent (at room temperature 25 ℃), soaked again in ultrapure water or an organic solvent overnight, washed several times to a sulfonizer ( -SO 3 -) are prepared by the introduction of the cation exchange membrane (7).

상기와 같은 공정으로 인조직물계 직물과 천연섬유계 직물에 스티렌계 단량체를 사용하여 기계적 물성이 우수하며, 이온전도도가 높고, 전기저항이 낮으며, 가공성이 우수한 양이온교환 복합막을 제조할 수 있다.By using the styrene-based monomers in the tissue-based fabrics and natural fiber-based fabrics as described above, it is possible to produce a cation exchange composite membrane having excellent mechanical properties, high ion conductivity, low electrical resistance, and excellent processability.

본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하나, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

폴리에스테르 직물을 이용한 양이온교환 Cation Exchange Using Polyester Fabrics 복합막의Of composite membrane 제조  Produce

실시예Example 1  One

스티렌 : 디비닐벤젠을 중량부 비로 90 : 10 으로 혼합하고, 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 개시제 N,N'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 1 중량부로 조절하여 포함시킨 중합 용액을 제조하였다. 이 중합 용액을 약 140 ㎛ 두께의 폴리에스테르 직물에 5시간 동안 포화 함침시켰다. A polymerization solution was prepared in which styrene: divinylbenzene was mixed at a weight ratio of 90:10 and adjusted to 1 part by weight of an initiator N, N'-azobisisobutyronitrile (AIBN) based on 100 parts by weight of the monomer mixture. . This polymerization solution was saturated impregnated into a polyester fabric of about 140 μm thickness for 5 hours.

중합 용액이 함침된 폴리에스테르 직물을 사각 유리판에 놓고 또 다른 유리판으로 덮은 후, 중합 용액의 손실을 막기 위해 테잎으로 밀봉하였다. 이를 오븐에서 60 ℃로 16 시간 동안 중합을 수행하였다. 중합이 완료되면, 막을 유리판으로부터 분리하여 상온의 디클로로에탄에 담그어 12 시간 동안 방치한 후, 꺼내어 다시 새로운 디클로로에탄에 담그고, 수차례 미반응 단량체를 제거하였다.The polyester fabric impregnated with the polymerization solution was placed on a square glass plate and covered with another glass plate and then sealed with a tape to prevent loss of the polymerization solution. This was carried out in an oven at 60 ° C. for 16 hours. When the polymerization was completed, the membrane was separated from the glass plate, immersed in dichloroethane at room temperature, left for 12 hours, then taken out and immersed in fresh dichloroethane again to remove unreacted monomers several times.

상기 중합 반응으로 제조된 복합막을 아세틱 설페이트 1 중량부 와 디클로로에탄 99 중량부 의 혼합 용액에 침적하고 35℃에서 10 시간 동안 술폰화하였다. 술폰화 반응이 완료되면, 반응이 완료된 복합막에 남아있는 미반응 이온을 제거하기 위해서 에탄올에 세척하여 pH를 낮추고, 초순수 (상온 25℃)로 여러 번 세척하고 다시 초순수에서 밤새 담그고, 다시 수차례 세척하여 술폰산 기(-SO3 -)가 도입된 양이온 교환막을 제조하였다. 이러한 과정으로, 막 전체 두께가 약 200 ㎛인, 폴리에스테르 직물/술폰산기(-SO3 -) 이온화된 스티렌계 중합체 함유 양이온교환 복합막을 제조하였고, 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표1에 나타내었다.The composite membrane prepared by the polymerization reaction was immersed in a mixed solution of 1 part by weight of acetic sulfate and 99 parts by weight of dichloroethane and sulfonated at 35 ° C. for 10 hours. When the sulfonation reaction is completed, the pH is reduced by washing with ethanol to remove the unreacted ions remaining in the completed composite membrane, washed several times with ultrapure water (at room temperature 25 ° C), immersed in ultrapure water overnight, and then again several times. washed sulfonic acid group (-SO 3 -) it was prepared such that the introduction of the cation exchange membrane. In this process, the total film thickness of about 200 ㎛ of polyester fabric / a sulfonic acid group (-SO 3 -) were prepared ionized styrene-based polymer containing a cation exchange membrane, the physical properties were measured according to the method of measuring the physical properties of the following, The results are shown in Table 1.

비교예Comparative example 1 One

시중에서 구입할 수 있는 종래의 페이스트법에 의해 제조된 상용막(일본 아스톰사, CMX, 두께 약 140 ㎛)을 사용하여 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표1에 나타내었다.Using a commercially available commercially available membrane (Astom, Japan, CMX, thickness of about 140 ㎛) manufactured by a conventional paste method, the physical properties were measured according to the following physical property measurement method, and the results are shown in Table 1. It was.

비교예Comparative example 2 2

중합 용액 제조시에 디비닐벤젠 20 중량부를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였고, 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표1에 나타내었다.Except for using 20 parts by weight of divinylbenzene in the polymerization solution was carried out in the same manner as in Example 1, the physical properties were measured according to the following physical properties measurement method, the results are shown in Table 1.

비교예Comparative example 3 3

중합 용액 제조시에 디비닐벤젠 15 중량부를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였고, 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표1에 나타내었다.Except for using 15 parts by weight of divinylbenzene in the polymerization solution was carried out in the same manner as in Example 1, the physical properties were measured according to the following physical properties measurement method, the results are shown in Table 1.

비교예Comparative example 4 4

중합 용액 제조시에 디비닐벤젠 5 중량부를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였고, 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표1에 나타내었다.Except for using 5 parts by weight of divinylbenzene in the polymerization solution was carried out in the same manner as in Example 1, the physical properties were measured according to the following physical properties measurement method, the results are shown in Table 1.

물성 측정 방법How to measure property

1) 함수율 : 양이온교환막을 초순수에 24 시간 이상 침적시켜 막을 충분히 팽윤시킨 후, 표면 수분을 조심스럽게 닦아내고 늘어난 무게 W1(g)을 측정한다. 이것을 24 시간 동안 120 ℃의 진공 오븐에 건조시킨 후, 건조 무게 W2(g)를 측정한다. 함수율(%)을 하기의 식에 의해 구한다:1) Water content: The cation exchange membrane is immersed in ultrapure water for more than 24 hours, and then the membrane is sufficiently swollen. Then, the surface water is carefully wiped off and the increased weight W 1 (g) is measured. It is dried in a vacuum oven at 120 ° C. for 24 hours and then the dry weight W 2 (g) is measured. The moisture content (%) is obtained by the following formula:

함수율(%) = [(W1 - W2)/W2] × 100Moisture Content (%) = [(W 1 -W 2 ) / W 2 ] × 100

2) 이온 교환 용량의 측정 : 양이온교환막의 건조 무게를 측정한 후, 1.0M HCl용액에 5시간 동안 침적하여 술폰산기를 -SO3H+ 형태로 완전히 치환시킨 후, 초순수를 이용하여 걸러진 물의 pH가 7이 될 때까지 충분히 세척하고, 적정에 앞서 술폰산기를 2.0M NaCl 용액을 이용하여 -SO3Na+ 형태로 치환되도록 5시간 동안 처리한 후, 0.1M NaOH 용액을 이용하여 적정하였다. 소모된 NaOH의 양(ml)으로 하기식에 의해 이온 교환 용량 (IEC, 단위 meq/g)을 측정하였으며, 여기서 Wy는 건조된 막의 무게, V는 소모된 NaOH의 양, C는 적정에 사용된 NaOH 용액의 농도를 각각 나타낸다: 2) Determination of the ion exchange capacity: After measuring the dry weight of the cation exchange membrane, immerse in 1.0M HCl solution for 5 hours to completely replace the sulfonic acid group in the form of -SO 3 H + , the pH of the filtered water using ultrapure water is The solution was sufficiently washed until 7, and the sulfonic acid group was treated for 5 hours to be replaced with -SO 3 Na + using 2.0M NaCl solution, followed by titration using 0.1M NaOH solution. The amount of NaOH consumed (ml) was measured by the following equation, where ion exchange capacity (IEC, unit meq / g) was measured, where Wy is the weight of the dried membrane, V is the amount of NaOH consumed, and C is used for titration. The concentrations of NaOH solutions are shown respectively:

이온 교환 용량(IEC, 단위 meq/g) = (V× C)/WyIon exchange capacity (IEC, unit meq / g) = (V × C) / Wy

3) 막면적 저항 : 0.5 M NaCl 수용액에서 LCZ 미터를 이용하여 측정된 임피던스 값과 위상각을 이용하여 하기식을 통하여 양이온교환막의 막면적 저항을 계산하였고, 여기서 Z는 임피던스 값이며, θ는 위상각을 나타낸다:3) Membrane area resistance: The membrane area resistance of the cation exchange membrane was calculated by the following equation using the impedance value and phase angle measured by LCZ meter in 0.5 M NaCl aqueous solution, where Z is impedance value and θ is phase Represents the angle:

막면적 저항(Ω㎠) = 막면적 × cosθ× [Z]Membrane Area Resistance (Ω㎠) = Membrane Area × cosθ × [Z]

Figure 112009028891887-pat00002
Figure 112009028891887-pat00002

상기 표1에 나타낸 바와 같이, 중합 용액 제조에 스티렌이 사용된 실시예 1의 양이온교환 복합막은 비교예 2, 3 및 4 에 비해 양이온교환막의 기능과 연관되는 이온교환용량 및 막면적 저항에 있어서 차이가 생기는 것을 알 수 있다. 그리고 실시예 1의 양이온교환 복합막은 비교예 2에서 4로 갈수록 양이온교환 복합막의 함수율은 증가하였고, 저항 값은 감소하였다. 이러한 결과로부터, 실시예 1의 양이온교환 복합막은 비교예 2 내지 4의 양이온교환 복합막에 비해 막의 취성이 크게 낮아져 기계적 강도가 향상됨으로써 양산에 적합함을 알 수 있다.As shown in Table 1, the cation exchange composite membrane of Example 1, in which styrene was used to prepare a polymerization solution, had a difference in ion exchange capacity and membrane area resistance related to the function of the cation exchange membrane compared to Comparative Examples 2, 3, and 4. You can see that occurs. In the cation exchange composite membrane of Example 1, the water content of the cation exchange composite membrane increased from 4 to Comparative Example 2, and the resistance value decreased. From these results, it can be seen that the cation exchange composite membrane of Example 1 is significantly lower in brittleness of the membrane than the cation exchange composite membranes of Comparative Examples 2 to 4, thereby improving mechanical strength, and thus suitable for mass production.

실시예 1 의 이온교환 복합막(두께 200㎛)은 비교예 1의 상용막 CMX(두께 약 140㎛)보다 두껍기 때문에 비교예 1의 상용막 CMX보다 막면적 저항이 높은 것을 알 수 있다.Since the ion-exchange composite membrane (200 micrometers in thickness) of Example 1 is thicker than the commercial membrane CMX (about 140 micrometers in thickness) of the comparative example 1, it turns out that film area resistance is higher than the commercial membrane CMX of the comparative example 1.

도1은 본 발명의 실시예 1 에서 사용한 폴리에스테르에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, 도1의 (a)는 폴리에스테르 직물의 표면(× 100) 사진이고, (b)는 폴리에스테르 이온화된 비닐벤질계 중합체를 함유한 복합막에 대한 표면 (× 500) SEM 사진이고, (C)는 폴리에스테르 이온화된 비닐벤질계 중합체를 함유한 복합막의 단면 (× 200)의 SEM 사진이다. 상기 SEM 사진으로부터 폴리에스테르 직물 전체가 수지로 완벽히 충전되고 상분리 현상 및 핀홀이 발견되지 않음을 알 수 있다.1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the polyester used in Example 1 of the present invention, Figure 1 (a) is a photograph of the surface of the polyester fabric (x 100), (b) is a polyester ionization (C) is a SEM photograph of the surface (x 500) of the composite membrane containing the vinyl benzyl polymer, and (C) is a SEM photograph of the cross section (x 200) of the composite membrane containing the polyester ionized vinyl benzyl polymer. It can be seen from the SEM photograph that the entire polyester fabric is completely filled with resin and no phase separation phenomenon and pinholes are found.

명주를 사용한 양이온교환 Cation exchange using silk 복합막의Of composite membrane 제조 Produce

실시예Example 2 2

하기 표2에 나타낸 조성비의 성분을 혼합하여 중합 용액을 제조하고 약 120 ㎛ 두께의 명주를 상기 중합 용액에 침적시켜 5 시간 동안 방치한 후, 중합 반응을 진행한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였고, 상기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표2에 나타내었다.A polymerization solution was prepared by mixing the components of the composition ratios shown in Table 2 below, and after distilling about 120 μm-thick silk into the polymerization solution and leaving it for 5 hours, the polymerization reaction was the same as in Example 1 except that The physical properties were measured according to the property measurement method described above, and the results are shown in Table 2.

비교예Comparative example 5 5

시중에서 구입할 수 있는 종래의 페이스트법에 의해 제조된 상용막(일본 아스톰사, CMX, 두께 약 140 ㎛)을 사용하여 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표2에 나타내었다.Using a commercially available commercially available membrane (Astom, Japan, CMX, thickness of about 140 ㎛) manufactured by the conventional paste method, the physical properties were measured according to the following physical property measurement method, and the results are shown in Table 2. It was.

비교예Comparative example 6 6

중합 용액 제조시에 디비닐벤젠 20 중량부를 사용한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 수행하였고, 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표2에 나타내었다.Except for using 20 parts by weight of divinylbenzene in the polymerization solution was carried out in the same manner as in Example 2, the physical properties were measured according to the following physical properties measurement method, the results are shown in Table 2.

비교예Comparative example 7 7

중합 용액 제조시에 디비닐벤젠 15 중량부를 사용한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 수행하였고, 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표2에 나타내었다.Except for using 15 parts by weight of divinylbenzene in the polymerization solution was carried out in the same manner as in Example 2, the physical properties were measured according to the following physical properties measurement method, the results are shown in Table 2.

비교예Comparative example 8 8

중합 용액 제조시에 디비닐벤젠 5 중량부를 사용한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 수행하였고, 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표2에 나타내었다.Except for using 5 parts by weight of divinylbenzene in the polymerization solution was carried out in the same manner as in Example 2, the physical properties were measured according to the following physical properties measurement method, the results are shown in Table 2.

Figure 112009028891887-pat00003
Figure 112009028891887-pat00003

상기 표2에 나타낸 바와 같이, 중합 용액 제조에 스티렌이 사용된 실시예 2의 양이온교환 복합막은 비교예 6, 7 및 8 에 비해 양이온교환막의 기능과 연관되는 이온교환용량 및 막면적 저항에 있어서 차이가 생기는 것을 알 수 있다. 그리고 실시예 2의 양이온교환 복합막은 비교예 6에서 8로 갈수록 양이온교환 복합막의 함수율은 증가하였고, 저항 값은 감소하였다. 이러한 결과로부터, 실시예 2의 양이온교환 복합막은 비교예 6 내지 8의 양이온교환 복합막에 비해 막의 취성이 크게 낮아져 기계적 강도가 향상됨으로써 양산에 적합함을 알 수 있다.As shown in Table 2, the cation exchange composite membrane of Example 2, in which styrene was used to prepare a polymerization solution, had a difference in ion exchange capacity and membrane area resistance related to the function of the cation exchange membrane compared to Comparative Examples 6, 7, and 8. You can see that occurs. In the cation exchange composite membrane of Example 2, the water content of the cation exchange composite membrane increased from 8 to Comparative Example 6, and the resistance value decreased. From these results, it can be seen that the cation exchange composite membrane of Example 2 is significantly lower in brittleness of the membrane than the cation exchange composite membranes of Comparative Examples 6 to 8, thereby improving mechanical strength, and thus suitable for mass production.

비스코스레이온 직물을 사용한 양이온교환 Cation Exchange Using Viscose Rayon Fabrics 복합막의Of composite membrane 제조 Produce

실시예Example 3 3

하기 표3에 나타낸 조성비의 성분을 혼합하여 중합 용액을 제조하고 약 120 ㎛ 두께의 비스코스레이온 직물을 상기 중합 용액에 침적시켜 5 시간 동안 방치한 후, 중합 반응을 진행한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였고, 상기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표3에 나타내었다.To prepare a polymerization solution by mixing the components of the composition ratio shown in Table 3, Example 1 except that the viscose rayon fabric of about 120 ㎛ thickness was immersed in the polymerization solution and left for 5 hours, and then proceeded with the polymerization reaction. The physical properties were measured in the same manner as described above, and the physical properties were measured according to the method for measuring physical properties, and the results are shown in Table 3.

비교예Comparative example 9 9

시중에서 구입할 수 있는 종래의 페이스트법에 의해 제조된 상용막(일본 아스톰사, CMX, 두께 약 140 ㎛)을 사용하여 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표3에 나타내었다.Using a commercially available commercially available membrane (Atom Japan, CMX, thickness of about 140 ㎛) manufactured by a conventional paste method, the physical properties were measured according to the following physical property measurement method, and the results are shown in Table 3. It was.

비교예Comparative example 10 10

중합 용액 제조시에 디비닐벤젠 20 중량부를 사용한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일하게 수행하였고, 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표3에 나타내었다.Except for using 20 parts by weight of divinylbenzene in the polymerization solution was carried out in the same manner as in Example 3, the physical properties were measured according to the following physical properties measurement method, the results are shown in Table 3.

비교예Comparative example 11 11

중합 용액 제조시에 디비닐벤젠 15 중량부를 사용한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일하게 수행하였고, 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표3에 나타내었다.Except for using 15 parts by weight of divinylbenzene in the polymerization solution was carried out in the same manner as in Example 3, the physical properties were measured according to the following physical properties measurement method, the results are shown in Table 3.

비교예Comparative example 12 12

중합 용액 제조시에 디비닐벤젠 5 중량부를 사용한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일하게 수행하였고, 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표3에 나타내었다.Except for using 5 parts by weight of divinylbenzene in the polymerization solution was carried out in the same manner as in Example 3, the physical properties were measured according to the following physical properties measurement method, the results are shown in Table 3.

Figure 112009028891887-pat00004
Figure 112009028891887-pat00004

상기 표3에 나타낸 바와 같이, 중합 용액 제조에 스티렌이 사용된 실시예 3의 양이온교환 복합막은 비교예 10, 11 및 12 에 비해 양이온교환막의 기능과 연관되는 이온교환용량 및 막면적 저항에 있어서 차이가 생기는 것을 알 수 있다. 그리고 실시예 3의 양이온교환 복합막은 비교예 10에서 12로 갈수록 양이온교환 복합막의 함수율은 증가하였고, 저항 값은 감소하였다. 이러한 결과로부터, 실시예 3의 양이온교환 복합막은 비교예 10 내지 12의 양이온교환 복합막에 비해 막의 취성이 크게 낮아져 기계적 강도가 향상됨으로써 양산에 적합함을 알 수 있다.As shown in Table 3, the cation exchange composite membrane of Example 3, in which styrene was used to prepare a polymerization solution, had a difference in ion exchange capacity and membrane area resistance related to the function of the cation exchange membrane compared to Comparative Examples 10, 11, and 12. You can see that occurs. In the cation exchange composite membrane of Example 3, the water content of the cation exchange composite membrane increased from 12 to 12 in Comparative Example 10, and the resistance value decreased. From these results, it can be seen that the cation exchange composite membrane of Example 3 is significantly lower in brittleness of the membrane than the cation exchange composite membranes of Comparative Examples 10 to 12, thereby improving mechanical strength, and thus suitable for mass production.

술폰화Sulfonation 시간에 따른 양이온교환  Cation exchange over time 복합막의Of composite membrane 제조 Produce

실시예Example 4 내지 15 4 to 15

술중합 용액 제조시 술폰화 시간에 따른 IEC 값과 함수율, 저항값 변화를 확인하기 위해 술폰화 시간을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였고, 하기의 물성 측정 방법에 따라 물성을 측정하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.When preparing the sulfonated solution was carried out in the same manner as in Example 1 except for the sulfonation time to determine the change in IEC value, water content, and resistance value according to the sulfonation time, the physical properties were measured according to the following physical property measurement method, The results are shown in Table 4.

Figure 112009028891887-pat00005
Figure 112009028891887-pat00005

상기 표 4 에 나타낸 바와 같이, 실시예 4 내지 15 의 양이온교환 복합막은 대체적으로 술폰화 시간이 변화함에 따라 이온교환 용량 및 함수율이 높아졌고, 막면적 저항값이 낮아졌음을 확인할 수 있다.As shown in Table 4, the cation exchange composite membranes of Examples 4 to 15 generally had higher ion exchange capacity and higher water content as the sulfonation time was changed, and lower membrane area resistance.

다만, 실시예(두께 약 200㎛) 4 내지 15 의 양이온 교환 복합막의 저항이 높은 이유는 비교예 16의 상용막 CMX(두께 약 140㎛)보다 두껍기 때문에 비교예 16의 상용막 CMX보다 막면적 저항이 높은 것을 알 수 있다.However, the reason that the resistance of the cation exchange composite membranes of Examples (thickness about 200 µm) 4 to 15 is higher is thicker than that of the commercial membrane CMX of Comparative Example 16 (thickness of about 140 µm), so that the membrane area resistance is higher than that of the commercial membrane CMX of Comparative Example 16. You can see that this is high.

도1은 본 발명에 사용된 폴리에틸렌 지지체의 표면(도1의 (a), (×100), 이온화된 스티렌계 중합체를 함유한 복합막의 표면 (도1의 (b), ×500) 및 이온화된 스티렌계 중합체를 함유한 복합막의 단면 (도1의 (c), ×200)에 대한 전자주사현미경 (SEM) 사진을 나타낸 것이다.FIG. 1 shows the surface of a polyethylene support used in the present invention (FIG. 1 (a), (100), the surface of a composite membrane containing ionized styrenic polymers (FIG. 1 (b), 500) and ionized An electron scanning microscope (SEM) photograph of the cross section (FIG. 1 (c), x 200) of the composite film containing a styrene polymer is shown.

도2는 본 발명에 따른 비교예 1 로 사용된 상용화 양이온교환막 (CMX)의 표면 에 대한 SEM 사진(도2의 (a), ×500) 을 나타낸 것이다. FIG. 2 is a SEM photograph (FIG. 2 (a), × 500) of the surface of a commercially available cation exchange membrane (CMX) used in Comparative Example 1 according to the present invention.

Claims (12)

비스코스레이온(Viscose rayon), 명주(Silk), 면(cotton) 및 마로 이루어지는 군으로부터 선택되는 직물 위에 스티렌계 단량체 90 중량부 및 디비닐벤젠 10 중량부를 포함하는 스티렌계 중합체가 막을 형성하는 것을 특징으로 하는 양이온교환 복합막.A styrene-based polymer comprising 90 parts by weight of styrene monomer and 10 parts by weight of divinylbenzene is formed on a fabric selected from the group consisting of viscose rayon, silk, cotton and hemp. Cation exchange composite membrane. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 개시제 0.1~5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양이온교환 복합막.The cation exchange composite membrane according to claim 1, comprising 0.1 to 5 parts by weight of initiator with respect to 100 parts by weight of the monomer mixture. 제1항에 있어서, 상기 스티렌계 단량체는 알파메틸스티렌, 스티렌 및 트리플루오로스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 양이온교환 복합막.The cation exchange composite membrane according to claim 1, wherein the styrene monomer is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of alphamethylstyrene, styrene, and trifluorostyrene. 삭제delete 스티렌계 단량체 90 중량부 및 디비닐벤젠 10 중량부로 이루어진 단량체 혼합물, 및 상기 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 개시제 0.1~5 중량부를 포함하는 중합 용액에 비스코스레이온(Viscose rayon), 명주(Silk), 면(cotton) 및 마로 이루어지는 군으로부터 선택되는 직물을 함침시키는 단계(단계 1); Viscose rayon, silk and cotton in a polymerization solution comprising 90 parts by weight of a styrene monomer and 10 parts by weight of divinylbenzene, and 0.1 to 5 parts by weight of an initiator based on 100 parts by weight of the monomer mixture. impregnating a fabric selected from the group consisting of cotton and hemp (step 1); 상기 함침된 직물을 중합하여 스티렌계 중합체의 복합막을 제조하는 단계(단계 2); 및Polymerizing the impregnated fabric to prepare a composite film of a styrene-based polymer (step 2); And 상기 스티렌계 중합체의 복합막을 클로로에탄과 아세틱 설페이트의 혼합 용액과 반응시켜 상기 스티렌계 중합체의 복합막에 술폰산 기(-SO3 -)를 도입하여 양이온교환 복합막을 제조하는 단계(단계 3)Preparing by introducing a cation exchange membrane (Step 3) of the styrene-based composite membrane dichloroethane and acetic sulfate of the polymer mixture to yield a sulfonic acid group (-SO 3) on the composite film of the styrene-based polymer 를 포함하는 제1항의 양이온교환 복합막의 제조방법.Method for producing a cation exchange composite membrane of claim 1 comprising a. 삭제delete 삭제delete 제6항에 있어서, 상기 개시제는 N,N'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 벤조일퍼옥사이드(BPO), 큐밀 퍼로옥사이드 및 라우로일 퍼옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 양이온교환 복합막의 제조방법.The method of claim 6, wherein the initiator is one or more selected from the group consisting of N, N'-azobisisobutyronitrile (AIBN), benzoyl peroxide (BPO), cumyl peroxide and lauroyl peroxide. Method for producing a cation exchange composite membrane characterized in that. 제6항에 있어서, 상기 스티렌계 단량체는 알파메틸스티렌, 스티렌, 비닐피리딘 및 트리플루오로스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 양이온교환 복합막의 제조방법.7. The method of claim 6, wherein the styrene monomer is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of alphamethylstyrene, styrene, vinylpyridine and trifluorostyrene. 삭제delete 제6항에 있어서, 상기 단계2의 중합 반응은 50~100 ℃의 온도에서 1~24 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 양이온교환 복합막의 제조방법.The method of claim 6, wherein the polymerization reaction of Step 2 is carried out for 1 to 24 hours at a temperature of 50 ~ 100 ℃.
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