KR101267979B1 - Hydrocarbon polymer proton exchange membranes having improved thermal and dimension stability and fabrication method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법 및 이에 따라 제조된 탄화수소계 고분자전해질막에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가교제 혼합물과 탄화수소계 고분자를 최적의 조성비로 혼합하여 첨가하고 방사선을 조사하여 탄화수소계 고분자전해질막을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제조방법에 따른 고분자전해질막은 고온 및 치수 안정성이 현저히 향상되므로, 이온교환막, 연료전지막, 전지용분리막 등의 고분자전해질막으로 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for producing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane and a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane prepared according to the above, and more particularly, a crosslinking agent mixture and a hydrocarbon-based polymer are added in an optimum composition ratio and irradiated with a hydrocarbon-based polymer It relates to a method for producing an electrolyte membrane. Since the polymer electrolyte membrane according to the preparation method of the present invention significantly improves high temperature and dimensional stability, it may be usefully used as a polymer electrolyte membrane such as an ion exchange membrane, a fuel cell membrane, or a separator for a battery.

Description

고온 및 치수 안정성이 향상된 탄화수소계 고분자전해질막 및 이의 제조방법{Hydrocarbon polymer proton exchange membranes having improved thermal and dimension stability and fabrication method thereof}Hydrocarbon polymer proton exchange membranes having improved thermal and dimension stability and fabrication method

본 발명은 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 고분자전해질막에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane and a polymer electrolyte membrane prepared accordingly.

종래의 고분자전해질막은 주로 술폰화된 불소계 고분자를 주로 사용하였으며, 대표적인 물질로는 Nafion®이 있다. 이러한 불소계 고분자는 우수한 기계적 성질, 화학적 안정성 및 이온 전도성을 가지고 있지만 높은 가격, 낮은 구동온도(100 ℃ 미만) 및 메탄올에서 낮은 안정성 등의 단점을 가지고 있다.
The conventional polymer electrolyte membrane mainly used sulfonated fluorine-based polymer, and a representative material is Nafion ® . These fluorine-based polymers have excellent mechanical properties, chemical stability, and ion conductivity, but have disadvantages such as high price, low driving temperature (less than 100 ° C.), and low stability in methanol.

따라서, 이를 보완하기 위하여 탄화수소계 고분자에 대한 개발이 활발하게 이루어졌다. 대표적인 예로 술포네이트 폴리(에테르 에테르 케톤)(Sulfonate poly(ether ether ketone), SPEEK), 술포네이트 폴리(아릴 에테르 술폰), 술포네이트 페놀 포르말 레진, 술포네이트 폴리(페닐렌 옥사이드), 포스포닉 폴리(페닐렌 옥사이드) 그리고 술포네이트 폴리(벤질이미다졸) 등이 있다.
Therefore, in order to compensate for this, the development of hydrocarbon-based polymers has been actively performed. Representative examples include sulfonate poly (ether ether ketone, SPEEK), sulfonate poly (aryl ether sulfone), sulfonate phenol formal resin, sulfonate poly (phenylene oxide), phosphonic poly (Phenylene oxide) and sulfonate poly (benzylimidazole).

이러한 탄화수소계 고분자는 매우 우수한 기계적 강도 및 화학적 성질을 가지고 있으며 낮은 제조 단가 및 술폰화 도를 이용하면 이온 전도도를 조정할 수 있는 장점을 가지고 있다.
These hydrocarbon-based polymers have very good mechanical strength and chemical properties, and have low merit of manufacturing cost and sulfonation degree, so that the ionic conductivity can be adjusted.

하지만, 술폰화 정도를 과하게 증가시켜면 수분에 의한 치수 안정성 및 기계적 강도가 감소하는 단점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 단점을 보완해주기 위한 많은 연구가 활발히 이루어지고 있는 실정이다.
However, when the degree of sulfonation is excessively increased, dimensional stability and mechanical strength due to moisture are reduced. Therefore, many researches are actively being made to compensate for these disadvantages.

미국 Journal of Membrane Science 2009 , 345, 119에서는 2,4,5-트리아미노피리이미딘 및 Closilite을 이용하여 술포네이트 폴리(에테르 에테르 케톤)을 기본으로하는 나노 복합재료 막을 제조하여 치수 안정성 및 이온 전도도를 증가 시키고자 하는 내용이 개시되어있다.
American Journal of Membrane Science In 2009 , 345, 119, 2,4,5-triaminopyrimidine and Closilite were used to prepare nanocomposite membranes based on sulfonate poly (ether ether ketone) to increase dimensional stability and ionic conductivity. The contents are disclosed.

미국 Journal of Power Sources 2007, 168, 154에서는 술포네이트 폴리(에테르 에테르 케톤)을 기본 구조를 하고 사이드 체인에 이중결합 구조를 가지는 관능기를 도입하여 자외선 경화 방법을 이용하여 가교 구조를 가지는 고분자전해질막에 관하여 개시하고 있다.
American Journal of Power Sources 2007 , 168, 154 disclose a polymer electrolyte membrane having a crosslinked structure using an ultraviolet curing method by introducing a sulfonate poly (ether ether ketone) as a basic structure and introducing a functional group having a double bond structure in the side chain. .

미국 Radiation Physics and Chemistry 2008, 77, 617에서는 폴리(에테르 에테르 케톤)에 방사선 조사 기법을 이용하여 술포네이트 스타이렌를 그레프팅하는 방법을 개시하고 있다.
American Radiation Physics and Chemistry 2008 , 77, 617 discloses a method of grafting sulfonate styrene using poly (ether ether ketone) irradiation techniques.

그러나, 상기에 기술한 선행 기술들은 새로운 고분자를 합성해야하고 장시간의 가교 공정이 필요한 단점을 가지고 있기 때문에 상업적으로 널리 사용하기 힘든 문제가 있었다.
However, the above-described prior arts have a problem in that they are difficult to be used widely commercially because of the disadvantages of synthesizing new polymers and requiring a long time crosslinking process.

이에, 본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위한 연구를 수행하던 중, 가교제 혼합물과 탄화수소계 고분자를 최적의 조성비로 혼합하고 적정 조사선량의 방사선을 조사하여 탄화수소계 고분자전해질막을 제조함으로써, 고온에서의 안정성과 치수 안정성이 향상되는 것을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the inventors of the present invention, while conducting research to solve this problem, by mixing the crosslinking agent mixture and the hydrocarbon-based polymer in an optimum composition ratio and irradiating the radiation of the appropriate irradiation dose to produce a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane, stability at high temperatures The present invention was completed by finding out that the dimensional stability was improved.

본 발명의 목적은 가교제 혼합물과 탄화수소계 고분자를 혼합하고 방사선을 조사하는 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a method for producing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane in which a crosslinking agent mixture and a hydrocarbon-based polymer are mixed and irradiated with radiation.

본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법으로 제조되는 고온 및 치수 안정성이 향상된 탄화수소계 고분자전해질막을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane having improved high temperature and dimensional stability produced by the above method.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 고분자전해질막을 이용한 이온교환막을 제공하는 것이다.
Still another object of the present invention is to provide an ion exchange membrane using the polymer electrolyte membrane.

본 발명의 다른 목적은 상기 고분자전해질막을 이용한 연료전지막을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a fuel cell membrane using the polymer electrolyte membrane.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 전해질고분자막을 이용한 전지용분리막을 제공하는 것이다.
Still another object of the present invention is to provide a battery separator using the electrolyte polymer membrane.

상기 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,

본 발명은 단관능성 가교제 35 ~ 60 중량%, 폴리에스테르아크릴계 올리고머 가교제 0 ~ 35 중량% 및 다관능성 가교제 5 ~ 45 중량%를 혼합하여 가교제 혼합물을 제조하는 단계(단계 1);The present invention is to prepare a crosslinking agent mixture by mixing 35 to 60% by weight of monofunctional crosslinking agent, 0 to 35% by weight of polyester acrylic oligomer crosslinking agent and 5 to 45% by weight of polyfunctional crosslinking agent (step 1);

상기 단계 1에서 제조한 가교제 혼합물 1 ~ 10 중량% 및 탄화수소계 고분자 1 ~ 10 중량%를 용매 85 ~ 95 중량%에 용해시켜 모액을 제조하는 단계(단계 2);Preparing a mother liquor by dissolving 1 to 10% by weight of the crosslinking agent mixture prepared in Step 1 and 1 to 10% by weight of a hydrocarbon-based polymer in 85 to 95% by weight of a solvent (step 2);

상기 단계 2에서 제조된 모액을 유리판에 캐스팅하고 건조시키는 단계(단계 3); 및Casting and drying the mother liquor prepared in step 2 onto a glass plate (step 3); And

방사선을 조사하고 건조시키는 단계(단계 4)를 포함하는 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법을 제공한다.
It provides a method for producing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane comprising the step of irradiating and drying the radiation (step 4).

또한, 상기 제조방법으로 제조되는 탄화수소계 고분자전해질막을 제공한다.
In addition, it provides a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane prepared by the above production method.

나아가, 상기 고분자전해질막을 이용한 이온교환막을 제공한다.
Furthermore, an ion exchange membrane using the polymer electrolyte membrane is provided.

또한, 상기 고분자전해질막을 이용한 연료전지막을 제공한다.
In addition, a fuel cell membrane using the polymer electrolyte membrane is provided.

나아가, 상기 고분자전해질막을 이용한 전지용분리막을 제공한다.
Furthermore, it provides a battery separator using the polymer electrolyte membrane.

본 발명에 따른 가교제 혼합물과 탄화수소계 고분자를 최적의 조성비로 혼합하고 방사선을 조사하여 제조한 탄화수소계 고분자전해질막은 고온에서 안정할 뿐만 아니라 치수 안정성이 향상되므로, 이온교환막, 연료전지막, 전지용분리막 등의 고분자전해질막으로 유용하게 사용할 수 있다.
The hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane prepared by mixing the crosslinking agent mixture and the hydrocarbon-based polymer according to the present invention at an optimum composition ratio and irradiating with radiation is not only stable at high temperatures but also has improved dimensional stability, such as an ion exchange membrane, a fuel cell membrane, a battery separator, and the like. It can be usefully used as a polymer electrolyte membrane of.

도 1은 본 발명에 따른 고분자전해질막의 제조과정을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자전해질막의 동적/기계적 성질을 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자전해질막의 이온전도도를 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자전해질막의 화학적 안정성을 유추하기 위한 무게 변화를 측정한 그래프이다.
1 is a schematic view showing a manufacturing process of a polymer electrolyte membrane according to the present invention.
Figure 2 is a graph measuring the dynamic / mechanical properties of the polymer electrolyte membrane according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph measuring the ion conductivity of the polymer electrolyte membrane according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph measuring the weight change to infer the chemical stability of the polymer electrolyte membrane according to an embodiment of the present invention.

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

본 발명은 단관능성 가교제 35 ~ 60 중량%, 폴리에스테르아크릴계 올리고머 가교제 0 ~ 35 중량% 및 다관능성 가교제 5 ~ 45 중량%를 혼합하여 가교제 혼합물을 제조하는 단계(단계 1);The present invention is to prepare a crosslinking agent mixture by mixing 35 to 60% by weight of monofunctional crosslinking agent, 0 to 35% by weight of polyester acrylic oligomer crosslinking agent and 5 to 45% by weight of polyfunctional crosslinking agent (step 1);

상기 단계 1에서 제조한 가교제 혼합물 1 ~ 10 중량% 및 탄화수소계 고분자 1 ~ 10 중량%를 용매 85 ~ 95 중량%에 용해시켜 모액을 제조하는 단계(단계 2);Preparing a mother liquor by dissolving 1 to 10% by weight of the crosslinking agent mixture prepared in Step 1 and 1 to 10% by weight of a hydrocarbon-based polymer in 85 to 95% by weight of a solvent (step 2);

상기 단계 2에서 제조된 모액을 유리판에 캐스팅하고 건조시키는 단계(단계 3); 및Casting and drying the mother liquor prepared in step 2 onto a glass plate (step 3); And

방사선을 조사하고 건조시키는 단계(단계 4)를 포함하는 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법을 제공한다.
It provides a method for producing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane comprising the step of irradiating and drying the radiation (step 4).

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

본 발명에 따른 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 가교제 혼합물을 제조하는 단계이다. 구체적으로, 단관능성 가교제, 폴리에스테르아크릴계 올리고머 가교제 및 다관능성 가교제를 최적의 비로 혼합하여 가교제 혼합물을 제조하는 것이다.
In the method for preparing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane according to the present invention, step 1 is a step of preparing a crosslinking agent mixture. Specifically, a monofunctional crosslinking agent, a polyester acrylic oligomer crosslinking agent, and a polyfunctional crosslinking agent are mixed at an optimum ratio to prepare a crosslinking agent mixture.

본 단계 1의 상기 단관능성 가교제는 폴리에스테르 아크릴계 올리고머 가교제 및 다관능성 가교제를 용해시키고 전해질막의 유연성을 적절히 조절하는 역할을 한다. 상기 단관능성 가교제는 EOEOEA(2-(2-ethoxyethoxy) ethyl acrylate), HEA(Hydroxyethyl acrylate), EHA(ethylhexyl acrylate) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.The monofunctional crosslinking agent of the present step 1 serves to dissolve the polyester acrylic oligomer crosslinking agent and the polyfunctional crosslinking agent and to appropriately control the flexibility of the electrolyte membrane. The monofunctional crosslinking agent may be used alone or in combination of EOEOEA (2- (2-ethoxyethoxy) ethyl acrylate), HEA (Hydroxyethyl acrylate), EHA (ethylhexyl acrylate).

이때, 상기 단관능성 가교제를 35 ~ 45 중량% 첨가하여 가교제 혼합물을 제조하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to add 35 to 45% by weight of the monofunctional crosslinking agent to prepare a crosslinking agent mixture.

만약, 상기 단관능성 가교제를 35 중량% 미만으로 첨가할 경우에는 물리적 강도는 증가하지만 유연성이 감소하여 제조되는 막이 깨지기 쉬운 문제가 있고, 45 중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 유연성이 증가하지만 수치 안정성 확보가 어려운 문제가 있다.
If the monofunctional crosslinking agent is added in an amount of less than 35% by weight, there is a problem in that the membrane is easily broken due to increased physical strength but reduced flexibility. When added in excess of 45% by weight, the flexibility is increased, but there is a problem that it is difficult to secure numerical stability.

본 단계 1의 상기 폴리에스테르아크릴계 올리고머 가교제는 단관능성 가교제와 함께 전해질막의 유연성을 적절히 조절하는 역할을 한다. 상기 폴리에스테르아크릴계 올리고머 가교제로는 폴리에스테르아크릴 등을 사용할 수 있다.The polyester acrylic oligomer crosslinking agent of the present step 1 serves to properly control the flexibility of the electrolyte membrane together with the monofunctional crosslinking agent. Polyester acryl etc. can be used as said polyester acrylic oligomer crosslinking agent.

이때, 상기 폴리에스테르아크릴계 올리고머 가교제를 0 ~ 35 중량% 첨가하여 가교제 혼합물을 제조하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to add 0 to 35% by weight of the polyester acrylic oligomer crosslinking agent to prepare a crosslinking agent mixture.

만약, 상기 폴리에스테르아크릴계 올리고머 가교제를 35 중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 기계적 강도가 지나치게 증가하고 내화학성이 저하되는 문제가 있다.
If the polyester acrylic oligomer crosslinking agent is added in excess of 35% by weight, there is a problem that the mechanical strength is excessively increased and the chemical resistance is lowered.

본 단계 1의 상기 다관능성 가교제는 가교도를 향상시켜 막의 기계적 강도 및 가교도를 증가시키는 역할을 한다. 상기 다관능성 가교제로는 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트(Trimethylol propane trimethacrylate, TMPTA), 헥산디올디아크릴레이트(Hexanedioldiacrylate, HDDA) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.The multifunctional crosslinking agent of the present step 1 serves to enhance the degree of crosslinking and to increase the mechanical strength and the degree of crosslinking of the membrane. As the multifunctional crosslinking agent, trimethylol propane trimethacrylate (TMPTA), hexanediol diacrylate (Hexanedioldiacrylate, HDDA) and the like may be used alone or in combination.

이때, 상기 다관능성 가교제를 5 ~ 25 중량% 첨가하여 가교제 혼합물을 제조하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to prepare a crosslinking agent mixture by adding 5 to 25% by weight of the multifunctional crosslinking agent.

만약, 상기 다관능성 가교제를 5 중량% 미만으로 첨가할 경우에는 기계적 강도 감소 및 치수 안정성 저하의 문제가 있고, 25 중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 가교 밀도가 너무 증가하여 충격 강도가 저하되는 문제가 있다.
If the multifunctional crosslinking agent is added in less than 5% by weight, there is a problem of decreasing mechanical strength and lowering of dimensional stability, and when it is added in excess of 25% by weight, the crosslinking density is increased so that impact strength is lowered. There is.

본 발명에 따른 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 탄화수소계 고분자전해질막의 모액을 제조하는 단계이다. 구체적으로, 탄화수소계 고분자와 상기 단계 1에서 제조한 가교제 혼합물을 상온에서 용매에 용해시켜 모액을 제조하는 것이다.
In the method for preparing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane according to the present invention, step 2 is a step of preparing a mother liquid of a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane. Specifically, the hydrocarbon-based polymer and the crosslinking agent mixture prepared in Step 1 are dissolved in a solvent at room temperature to prepare a mother liquid.

본 단계 2의 상기 용매는 탄화수소계 고분자를 용해시키고 상기 단계 1에서 제조한 가교제 혼합물을 혼합시키는 역할을 한다. 상기 용매로는 N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), 1-메틸-2-피로리디논(NMP), 디메틸설폭사이드(DMSO) 등의 극성용매를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.The solvent of step 2 dissolves the hydrocarbon-based polymer and in step 1 It serves to mix the prepared crosslinker mixture. As the solvent, polar solvents such as N, N-dimethylacetamide (DMAc), 1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), and dimethyl sulfoxide (DMSO) may be used alone or in combination.

이때, 상기 용매를 85 ~ 95 중량% 첨가하여 모액을 제조하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to prepare the mother liquid by adding 85 to 95% by weight of the solvent.

만약, 상기 용매를 85 중량% 미만으로 첨가할 경우에는 용매의 분산 및 가교 밀도 증가의 문제가 있고, 95 중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 막 형성이 어려운 문제가 있다.
If the solvent is added below 85% by weight, there is a problem of dispersing the solvent and increasing the crosslinking density, and when adding the solvent in excess of 95% by weight, it is difficult to form a film.

본 단계 2의 상기 탄화수소계 고분자는 고분자전해질막의 기본골격을 형성하는 역할을 한다. 상기 탄화수소계 고분자로는 술포네이트 폴리(에테르에테르케톤)(SPEEK), 술포네이트 폴리(아릴 에테르 술폰), 술포네이트 폴리(이미드), 술포네이트 폴리(페닐렌 옥사이드) 등을 사용할 수 있다.The hydrocarbon-based polymer of this step 2 serves to form the basic skeleton of the polymer electrolyte membrane. As the hydrocarbon-based polymer, sulfonate poly (ether ether ketone) (SPEEK), sulfonate poly (aryl ether sulfone), sulfonate poly (imide), sulfonate poly (phenylene oxide) and the like can be used.

이때, 상기 탄화수소계 고분자를 1 ~ 10 중량% 첨가하여 모액을 제조하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to prepare the mother liquid by adding 1 to 10% by weight of the hydrocarbon-based polymer.

만약, 상기 탄화수소계 고분자를 1 중량% 미만으로 첨가할 경우에는 충분한 이온전도도를 가지지 못하는 문제가 있고, 10 중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 치수 안정성이 저하되는 문제가 있다.
If the hydrocarbon-based polymer is added in less than 1% by weight, there is a problem in that it does not have sufficient ionic conductivity, and when added in excess of 10% by weight, dimensional stability is deteriorated.

본 발명에 따른 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법에 있어서, 상기 단계 3은 모액을 유리판에 캐스팅하고 건조시키는 단계이다. 구체적으로, 용액 케스팅 방법을 이용하여 상온에서 적정 크기의 유리판에 골고루 분사시키고, 60 ~ 80 ℃ 고온에서 1 ~ 2시간 동안 건조시켜 용매를 증발시킨다.
In the method for preparing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane according to the present invention, step 3 is a step of casting and drying the mother liquid on a glass plate. Specifically, using a solution casting method evenly sprayed on a glass plate of the appropriate size at room temperature, and dried for 1 to 2 hours at a high temperature of 60 ~ 80 ℃ to evaporate the solvent.

본 발명에 따른 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법에 있어서, 상기 단계 4는 방사선을 조사하고 건조시키는 단계이다. 구체적으로, 상기 단계 3에서 용매를 증발시켜 유리판에 형성된 막에 방사선을 조사하고, 100 ~ 140 ℃에서 10 ~ 14시간 동안 진공 건조하여 잔류해 있는 용매를 제거한 후 상온까지 식힌 다음, 제조된 고분자전해질막을 증류수를 이용해 유리판에서 분리하여 본 발명에 따른 탄화수소계 고분자전해질막을 제조할 수 있는 것이다.In the method for producing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane according to the present invention, step 4 is a step of irradiating and drying the radiation. Specifically, in step 3 by evaporating the solvent to irradiate the film formed on the glass plate with radiation, and vacuum dried at 100 ~ 140 ℃ for 10 to 14 hours to remove the remaining solvent and cooled to room temperature, the prepared polymer electrolyte The membrane may be separated from the glass plate using distilled water to prepare a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane according to the present invention.

이때, 상기 방사선은 가교제와 탄화수소계 고분자를 가교시켜 기계적 강도를 향상시키는 역할을 한다. 상기 방사선으로는 감마선, 자외선 및 전자선으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 조사하는 것이 바람직하며, 전자선을 조사하는 것이 더욱 바람직하다.In this case, the radiation serves to improve the mechanical strength by crosslinking the crosslinking agent and the hydrocarbon-based polymer. As said radiation, it is preferable to irradiate 1 or more types chosen from the group which consists of a gamma ray, an ultraviolet-ray, and an electron beam, and it is more preferable to irradiate an electron beam.

또한, 상기 방사선은 4 ~ 8 kGy/min의 선량률(dose rate)로 80 ~ 120 kGy 조사선량만큼 조사하여 주는 것이 바람직하고, 5 ~ 7 kGy/min의 선량률로 90 ~ 110 kGy 조사선량만큼 조사하여 주는 것이 더욱 바람직하다.In addition, the radiation is preferably irradiated by 80 ~ 120 kGy irradiation dose at a dose rate of 4 ~ 8 kGy / min, by 90 ~ 110 kGy irradiation dose at a dose rate of 5 ~ 7 kGy / min It is more preferable to give.

만약, 상기 방사선의 조사선량이 80 kGy/min 미만일 경우에는 충분한 가교가 일어나지 않는 문제가 있고, 120 kGy/min를 초과할 경우에는 분자간의 끊어짐이 발생하여 분자량 감소로 인한 기계적 강도 저하의 문제가 있다.
If the irradiation dose of the radiation is less than 80 kGy / min, there is a problem that sufficient crosslinking does not occur, and if it exceeds 120 kGy / min, intermolecular breakage occurs and there is a problem of lowering mechanical strength due to molecular weight reduction. .

추가적으로, 상기 단계 4를 수행한 후, 고분자전해질막을 세척 및 건조시킴으로써 불순물을 제거할 수 있다. 예를 들어, 약 1M HCl 수용액에 36 ~ 60시간 동안 넣어 두어 불순물을 제거하고 건조할 수 있다.
Additionally, after performing step 4, impurities may be removed by washing and drying the polymer electrolyte membrane. For example, it may be placed in about 1M HCl aqueous solution for 36 to 60 hours to remove impurities and dry.

본 발명에 따른 탄화수소계 고분자전해질막은 가교제 혼합물과 탄화수소계 고분자를 최적의 조성비로 혼합하여 첨가하고, 방사선을 조사하여 제조함으로써, 고온의 작동환경(약 180 ℃, 도 2 참조)에서도 사용이 가능할 뿐만 아니라 치수 안정성이 향상되므로, 이온교환막, 연료전지막, 전지용분리막 등의 고분자전해질막으로 유용하게 사용할 수 있다.
The hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane according to the present invention can be used in a high-temperature operating environment (about 180 ° C., see FIG. 2) by mixing and adding a crosslinking agent mixture and a hydrocarbon-based polymer in an optimum composition ratio, and manufacturing by irradiating with radiation. However, since the dimensional stability is improved, it can be usefully used as a polymer electrolyte membrane such as an ion exchange membrane, a fuel cell membrane, a battery separator.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited by the following examples.

<< 실시예Example 1>  1> SPEEKSPEEK 를 기본 골격으로 하는 As the base skeleton 고분자전해질막의Of polymer electrolyte membrane 제조 Produce

본 발명에 따른 고온 및 치수 안정성이 향상된 SPEEK(Sulfonate poly(ether ether ketone))를 기본 골격으로 하는 탄화수소계 고분자전해질막을 도 1에 나타낸 것과 같이 제조하였다.
Hydrocarbon-based polymer electrolyte membranes based on sulfonate poly (ether ether ketone) (SPEEK) with improved high temperature and dimensional stability according to the present invention were prepared as shown in FIG.

구체적으로,Specifically,

단계 1: Step 1: 가교제Cross-linking agent 혼합물을 제조하는 단계 Preparing the mixture

하기 표 1에 나타낸 조성비(C1 ~ C7)로 가교제들을 혼합하여 상온에서 가교제 혼합물을 제조하였다.
The crosslinking agents were prepared at room temperature by mixing the crosslinking agents in the composition ratios (C1 to C7) shown in Table 1 below.

단계 2: Step 2: 모액을Mother liquor 제조하는 단계 Steps to manufacture

N,N-디메틸 아세트아미드(DMAc) 용매에 설포네이트 폴리(에테르에테르케톤)(SPEEK)과 상기 단계 1에서 제조한 가교제 혼합물을 하기 표 1에 나타낸 조성비로 혼합하여 상온에서 모액을 제조하였다.
The mother liquor was prepared at room temperature by mixing sulfonate poly (etheretherketone) (SPEEK) and the crosslinking agent mixture prepared in step 1 in an N, N-dimethyl acetamide (DMAc) solvent in the composition ratio shown in Table 1 below.

단계 3: Step 3: 모액을Mother liquor 유리판에 캐스팅하고  Cast on glass 건조시키는Desiccant 단계 step

상기 단계 2에서 제조한 모액을 용액 케스팅 방법을 이용하여 상온에서 15 cm × 15cm 유리판에 골고루 분사시켰다. 상기 모액이 분산된 유리판을 70 ℃ 고온에서 건조시켜 용매인 N,N-디메틸 아세트아미드(DMAc)를 1시간 동안 증발시켰다.
The mother liquor prepared in step 2 was evenly sprayed on a 15 cm × 15 cm glass plate at room temperature using a solution casting method. The glass plate in which the mother liquid was dispersed was dried at a high temperature of 70 ° C. to evaporate the solvent N, N-dimethyl acetamide (DMAc) for 1 hour.

단계 4: 방사선을 조사하고 Step 4: Irradiate 건조시키는Desiccant 단계 step

상기 단계 3에서 용매를 증발시킨 유리판을 6 kGy/min의 선량률로 전자선을 100 kGy 조사하였다. 조사된 유리판을 120 ℃에서 약 12시간 진공 건조하여 잔류해 있는 DMAc 용매를 제거한 후 상온까지 식힌 다음, 제조된 고분자전해질막을 증류수를 이용하여 유리판에서 분리하였다. 마지막으로, 상기에서 제조한 고분자전해질막을 1M HCl 수용액에 48시간 동안 넣어 두어 불순물을 제거하고 본 발명에 따른 탄화수소계 고분자전해질막을 제조하였다.
The glass plate from which the solvent was evaporated in step 3 was irradiated with 100 kGy of electron beam at a dose rate of 6 kGy / min. The irradiated glass plate was vacuum dried at 120 ° C. for about 12 hours to remove residual DMAc solvent, cooled to room temperature, and the polymer electrolyte membrane thus prepared was separated from the glass plate using distilled water. Finally, the polymer electrolyte membrane prepared above was placed in a 1M HCl aqueous solution for 48 hours to remove impurities, thereby preparing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane according to the present invention.

가교제 혼합물의 혼합 중량%
% By weight of crosslinker mixture

시료명
Name of sample
가교제
Cross-linking agent
C1C1 C2C2 C3C3 C4C4 C5C5 C6C6 C7C7



가교제 혼합물



Crosslinker mixture
폴리에스테르아크릴레이트
Polyester acrylate
30.0
30.0
26.3
26.3
22.2
22.2
17.6
17.6
12.5
12.5
6.9
6.9
0
0
TMPTA
TMPTA
10.0
10.0
10.5
10.5
11.1
11.1
11.7
11.7
12.5
12.5
13.3
13.3
14.3
14.3
HDDA
HDDA
20.020.0 21.121.1 22.222.2 23.623.6 25.025.0 26.726.7 28.628.6
EOEOEA
EOEOEA
40.040.0 42.142.1 44.544.5 47.147.1 50.050.0 53.353.3 57.157.1
모액의 혼합 중량%
% By weight of mother liquor


모액


Mother liquor
가교제 혼합물
Crosslinker mixture
55 55 55 55 55 55 55
SPEEK
SPEEK
55 55 55 55 55 55 55
DMAc
DMAc
9090 9090 9090 9090 9090 9090 9090

<< 실험예Experimental Example 1>  1> 겔화도Gelation degree 측정 Measure

실시예 1에서 제조한 고분자전해질막의 겔화도를 알아보기 위하여 다음과 같이 실험을 수행하였다. In order to determine the gelation degree of the polymer electrolyte membrane prepared in Example 1, the experiment was performed as follows.

구체적으로, 실시예 1에서 제조한 고분자전해질막을 전자선 조사 전에 사용하였던 용매인 DMAc에 하루 동안 담가 둔 후 무게 변화를 관찰하여 하기 수학식 1로 겔화도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Specifically, the polymer electrolyte membrane prepared in Example 1 was immersed in DMAc, a solvent used before electron beam irradiation, for one day, and then observed the weight change, thereby measuring the degree of gelation by Equation 1 below, and the results are shown in Table 2 below. It was.

Figure 112011024353564-pat00001
Figure 112011024353564-pat00001

상기 수학식 1에서, W dry 는 DMAc 용매에 담가 두기 전의 고분자전해질막의 무게이며, W dissolved 는 DMAc 용매에 하루 동안 담가 둔 후의 전해질 막의 무게이다.
In Equation 1, W dry is the weight of the polymer electrolyte membrane before immersion in DMAc solvent, W dissolved is the weight of the electrolyte membrane after immersion in DMAc solvent for one day.

시료명
Name of sample
겔화도(%)
Gelation degree (%)
C1
C1
65.0±0.565.0 ± 0.5
C2
C2
53.3±2.153.3 ± 2.1
C3
C3
42.1±0.842.1 ± 0.8
C4
C4
46.7±0.546.7 ± 0.5
C5
C5
56.2±0.656.2 ± 0.6
C6
C6
58.6±0.258.6 ± 0.2
C7
C7
62.1±0.662.1 ± 0.6

표 2에 나타난 바와 같이, C1 ~ C7 조성비로 제조한 고분자전해질막의 겔화도의 평균은 50%가 넘는 것을 확인할 수 있었다.
As shown in Table 2, the average gelation degree of the polymer electrolyte membrane prepared by the C1 ~ C7 composition ratio was confirmed that more than 50%.

따라서, 본 발명에 따른 고분자전해질막은 충분한 겔화율을 가지고 있으므로, 이온교환막, 연료전지막, 전지용분리막 등의 탄화수소계 고분자전해질막으로 유용하게 사용할 수 있다.
Therefore, since the polymer electrolyte membrane according to the present invention has a sufficient gelling rate, it can be usefully used as a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane such as an ion exchange membrane, a fuel cell membrane, and a battery separator.

<< 실험예Experimental Example 2> 이온교환용량( 2> ion exchange capacity ( IonIon exchangeexchange capacitycapacity , , IECIEC ) 측정) Measure

실시예 1에서 제조한 고분자전해질막의 IEC를 알아보기 위하여 중화 적정 방법을 이용하여 다음과 같이 실험을 수행하였다. In order to determine the IEC of the polymer electrolyte membrane prepared in Example 1, the following experiment was performed using a neutralization titration method.

구체적으로, 실시예 1에서 제조한 고분자전해질막을 3M NaCl 용액에 24시간 넣어 두어 술폰기의 H+를 Na+ 형태로 중화시켜준 후 0.1M NaOH를 이용하여 역 중화 적정하였다. 정확한 중화 적정을 위해 automatic titrator DL22(Mettler Toledo Company, Switzerland)를 사용하였고, 하기 수학식 2를 이용하여 IEC 값을 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
Specifically, the polymer electrolyte membrane prepared in Example 1 was placed in 3M NaCl solution for 24 hours to neutralize the H + of the sulfone group in the form of Na + , followed by reverse neutralization titration using 0.1 M NaOH. Automatic titrator DL22 (Mettler Toledo Company, Switzerland) was used for accurate neutralization titration, and IEC value was calculated using Equation 2 below, and the results are shown in Table 3 below.

Figure 112011024353564-pat00002
Figure 112011024353564-pat00002

상기 수학식 2에서, C NaOH 는 NaOH 용액의 농도, V NaOH 는 중화 적정 중에 사용된 0.1M NaOH 용액의 부피이며, W dry 는 가교된 고분자전해질막의 건조상태의 무게이다.
In Equation 2, C NaOH is the concentration of NaOH solution, V NaOH is the volume of 0.1M NaOH solution used in the neutralization titration, W dry is the weight of the dry state of the cross-linked polymer electrolyte membrane.

시료명
Name of sample
IEC(meq/g)
IEC (meq / g)
C1
C1
0.900.90
C2
C2
1.061.06
C3
C3
0.930.93
C4
C4
0.940.94
C5
C5
1.041.04
C6
C6
1.031.03
C7
C7
1.021.02

표 3에 나타난 바와 같이, C1 ~ C7 조성비로 제조한 고분자전해질막의 이온교환용량의 평균은 0.98 meq/g으로 나타남을 확인할 수 있었다.
As shown in Table 3, the average ion exchange capacity of the polymer electrolyte membrane prepared in the C1 ~ C7 composition ratio was confirmed to be 0.98 meq / g.

따라서, 본 발명에 따른 고분자전해질막은 충분한 이온교환용량을 가지고 있으므로, 이온교환막, 연료전지막, 전지용분리막 등의 탄화수소계 고분자전해질막으로 유용하게 사용할 수 있다.
Therefore, since the polymer electrolyte membrane according to the present invention has a sufficient ion exchange capacity, it can be usefully used as a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane such as an ion exchange membrane, a fuel cell membrane, and a battery separator.

<< 실험예Experimental Example 3> 수분 흡수율 측정 3> Moisture absorption rate measurement

실시예 1에서 제조한 고분자전해질막의 수분흡수율을 알아보기 위하여 다음과 같이 실험을 수행하였다. In order to determine the water absorption of the polymer electrolyte membrane prepared in Example 1, the experiment was performed as follows.

구체적으로, 실시예 1에서 제조한 고분자전해질막을 상온에서 24시간 동안 증류수에 담가둔 후 전해질 막 표면에 존재하는 수분을 제거하고 무게변화를 관찰하여, 하기 수학식 3으로 수분 흡수율을 측정하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
Specifically, after immersing the polymer electrolyte membrane prepared in Example 1 in distilled water for 24 hours at room temperature to remove the moisture present on the surface of the electrolyte membrane and observed the weight change, the water absorption was measured by the following equation (3), The results are shown in Table 4.

Figure 112011024353564-pat00003
Figure 112011024353564-pat00003

상기 수학식 3에서, W d 는 건조된 필름의 무게이고, W s 는 수분을 흡수한 필름의 무게이다.
In Equation 3, W d is the weight of the dried film, W s is the weight of the film absorbing moisture.

시료명
Name of sample
수분흡수율(%)
Water absorption rate (%)
C1
C1
22.3±0.522.3 ± 0.5
C2
C2
23.4±0.823.4 ± 0.8
C3
C3
23.0±0.223.0 ± 0.2
C4
C4
23.3±0.123.3 ± 0.1
C5
C5
23.4±0.723.4 ± 0.7
C6
C6
22.1±0.222.1 ± 0.2
C7
C7
23.9±0.523.9 ± 0.5

표 4에 나타난 바와 같이, C1 ~ C7 조성비로 제조한 고분자전해질막의 수분흡수율은 약 23% 정도로 나타남을 확인할 수 있었다.
As shown in Table 4, the water absorption of the polymer electrolyte membrane prepared by the C1 ~ C7 composition ratio was confirmed to appear to about 23%.

따라서, 본 발명에 따른 고분자전해질막은 적절한 수분흡수율을 가지고 있으므로, 이온교환막, 연료전지막, 전지용분리막 등의 탄화수소계 고분자전해질막으로 유용하게 사용할 수 있다.
Therefore, since the polymer electrolyte membrane according to the present invention has an appropriate water absorption, it can be usefully used as a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane such as an ion exchange membrane, a fuel cell membrane, or a battery separator.

<< 실험예Experimental Example 4> 동적/기계적 성질 측정 4> Dynamic / mechanical property measurement

실시예 1에서 제조한 고분자전해질막의 동적/기계적 성질을 알아보기 위하여 다음과 같이 실험을 수행하였다. In order to determine the dynamic / mechanical properties of the polymer electrolyte membrane prepared in Example 1, the experiment was performed as follows.

구체적으로, 실시예 1에서 C1, C3, C5 및 C7 조성으로 제조한 고분자전해질막의 동적/기계적 성질을 TA DMA Q800(TA Instruments, USA)를 이용하여 측정하였다. Specifically, the dynamic / mechanical properties of the polymer electrolyte membrane prepared with the C1, C3, C5, and C7 compositions in Example 1 were measured using TA DMA Q800 (TA Instruments, USA).

실험조건으로는 인장방법을 이용하였으며, -50 ~ 300 ℃ 온도 범위에서 1Hz 주파수로 실험을 실시하였고, 승온 속도는 2 ℃/min으로 설정하여 동적/기계적 성질을 측정하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
Experimental conditions were used as the tensile method, the experiment was performed at a frequency of 1Hz in the temperature range of -50 ~ 300 ℃, the temperature rise rate was set to 2 ℃ / min to measure the dynamic / mechanical properties, the results are shown in Figure 2 Indicated.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자전해질막의 동적/기계적 성질을 측정한 그래프이다.
Figure 2 is a graph measuring the dynamic / mechanical properties of the polymer electrolyte membrane according to an embodiment of the present invention.

도 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서 가교제 혼합물을 첨가하여 제조한 고분자전해질막은 온도가 증가함에 따라 유리상, 고분자 주사슬의 유리전이 온도, 이온 탄성률, 이온 결합에 의해 나타나는 유리전이 온도를 보여준 후 흐르는 성질을 가지고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 모든 가교된 고분자전해질막의 흐름이 시작되는 온도가 약 190 ℃ 임을 확인할 수 있다.
As shown in FIG. 2, the polymer electrolyte membrane prepared by adding the crosslinking agent mixture in Example 1 shows a glass phase, glass transition temperature, ionic modulus, and glass transition temperature of the polymer main chain as the temperature increases. It was confirmed that it has a flowing property. In addition, it can be seen that the temperature at which the flow of all the crosslinked polymer electrolyte membrane starts is about 190 ° C.

따라서, 본 발명에 따른 고분자전해질막은 최대 180 ℃에서도 사용이 가능하므로, 이온교환막, 연료전지막, 전지용분리막 등의 탄화수소계 고분자전해질막으로 유용하게 사용할 수 있다.
Therefore, the polymer electrolyte membrane according to the present invention can be used at a maximum of 180 ℃, it can be usefully used as a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane, such as ion exchange membrane, fuel cell membrane, battery separator membrane.

<< 실험예Experimental Example 5> 이온 전도도( 5> Ionic Conductivity ( ProtonProton conductivityconductivity ) 측정) Measure

실시예 1에서 제조한 고분자전해질막의 이온 전도도를 알아보기 위하여 다음과 같이 실험을 수행하였다. In order to determine the ionic conductivity of the polymer electrolyte membrane prepared in Example 1, the experiment was performed as follows.

구체적으로, 실시예 1에서 C1, C3, C5 및 C7 조성으로 제조한 고분자전해질막을 AC impedance analyzer(SI 1260, Solatron Company)를 이용하여 전해질의 저항을 측정하였다. Specifically, the resistance of the electrolyte was measured using an AC impedance analyzer (SI 1260, Solatron Company) of the polymer electrolyte membrane prepared in the C1, C3, C5 and C7 composition in Example 1.

이때, 임피던스 측정은 0.01에서부터 100 kHz의 주파수 범위에서 온도 변화에 따라 기록하여 측정하였으며, 하기 수학식 4를 이용하여 수소이온 전도도를 계산하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
At this time, the impedance measurement was measured by recording according to the temperature change in the frequency range of 0.01 to 100 kHz, the hydrogen ion conductivity was calculated using Equation 4 below, the results are shown in FIG.

Figure 112011024353564-pat00004
Figure 112011024353564-pat00004

상기 수학식 4에서, L은 두 개의 전극의 거리, A는 고분자전해질막의 두께 방향에 대한 넓이이며, R은 전기적 저항값이다.
In Equation 4, L is the distance between the two electrodes, A is the width in the thickness direction of the polymer electrolyte membrane, R is the electrical resistance value.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자전해질막의 이온전도도를 측정한 그래프이다.
Figure 3 is a graph measuring the ion conductivity of the polymer electrolyte membrane according to an embodiment of the present invention.

도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서 제조한 고분자전해질막의 이온 전도도는 온도 증가에 따라 C1, C3, C5 및 C7 조성으로 제조한 고분자전해질막의 이온 전도도 모두가 증가하고 있음을 확인할 수 있었다. 하지만, 가교제를 첨가하지 않고 SPEEK만 사용한 전해질 막의 경우 약 45 ℃ 이후에는 전해질 막이 팽윤되어 깨지기 때문에 이온 전도도를 더 이상 측정할 수 없었다.
As shown in FIG. 3, the ion conductivity of the polymer electrolyte membrane prepared in Example 1 was confirmed that all of the ion conductivity of the polymer electrolyte membrane prepared with the C1, C3, C5 and C7 compositions increased with increasing temperature. However, in the case of the electrolyte membrane using only SPEEK without adding a crosslinking agent, since the electrolyte membrane swells and breaks after about 45 ° C., the ion conductivity can no longer be measured.

따라서, 본 발명에 따른 고분자전해질막은 수화 안정성이 우수하다고 이야기할 수 있으며, 고온 고습에서도 이온전도도가 뛰어나므로, 이온교환막, 연료전지막, 전지용분리막 등의 탄화수소계 고분자전해질막으로 유용하게 사용할 수 있다.
Therefore, the polymer electrolyte membrane according to the present invention can be said to have excellent hydration stability, and excellent ion conductivity even at high temperature and high humidity, and thus can be usefully used as a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane such as an ion exchange membrane, a fuel cell membrane, and a battery separator. .

<< 실험예Experimental Example 6> 화학적 안정성 평가 6> Chemical stability evaluation

실시예 1에서 제조한 고분자전해질막의 화학적 안정성을 알아보기 위하여 다음과 같이 실험을 수행하였다. In order to determine the chemical stability of the polymer electrolyte membrane prepared in Example 1, the experiment was performed as follows.

구체적으로, 실시예 1에서 C1, C3, C5 및 C7 조성으로 제조한 고분자전해질막을 하루 동안 증류수에 담가둔 후 충분히 팽윤된 상태로 만든다. 이 팽윤되어진 전해질 막의 초기 무게를 측정(이때, 전해질 막 표면의 수분을 실험예 3의 수분흡수율 측정 방법같이 충분히 제거한 후 측정하였다.)한 후 60 ℃에서 3% 과산화수소(H2O2)에 Fenton's reagent인 Fe2 +를 4 ppm 첨가한 용액에 넣어둔다. 그 후, 매 30 분간 상기 실시예 1의 고분자전해질막의 무게 변화를 측정하여 화학적 안정성을 유추하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
Specifically, the polymer electrolyte membrane prepared in the C1, C3, C5 and C7 composition in Example 1 is immersed in distilled water for one day and then made into a sufficiently swollen state. The initial weight of the swelled electrolyte membrane was measured (at this time, the moisture on the surface of the electrolyte membrane was removed after sufficient removal as in the water absorption rate measurement method of Experimental Example 3), followed by Fenton's in 3% hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) at 60 ° C. the reagent is placed into the Fe 2 + 4 ppm solution added. After that, the polymer electrolyte membrane of Example 1 The change in weight was measured to infer chemical stability, and the results are shown in FIG. 4.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자전해질막의 화학적 안정성을 유추하기 위한 무게 변화를 측정한 그래프이다.
Figure 4 is a graph measuring the weight change to infer the chemical stability of the polymer electrolyte membrane according to an embodiment of the present invention.

도 4에 나타난 바와 같이, 가교제를 첨가하지 않은 SPEEK 전해질 막은 30분 이후부터 막의 무게가 급격하게 증가하여 60분 후부터는 더 이상 무게 변화를 측정할 수 없을 정도로 화학적 안정성이 떨어지고 있음을 관찰할 수 있었다. 하지만 실시예 1에서 제조한 고분자전해질막의 경우에는 400분 이후에도 유의적인 무게변화가 없어 화학적 안정성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
As shown in FIG. 4, it was observed that the SPEEK electrolyte membrane without the crosslinking agent was rapidly increased in weight after 30 minutes, and thus the chemical stability of the SPEEK electrolyte membrane was decreased so that the weight change could not be measured anymore after 60 minutes. However, in the case of the polymer electrolyte membrane prepared in Example 1, it was confirmed that there was no significant weight change after 400 minutes and had chemical stability.

따라서, 본 발명에 따른 고분자전해질막은 장시간 사용에도 화학적 안정성이 우수하므로, 이온교환막, 연료전지막, 전지용분리막 등의 탄화수소계 고분자전해질막으로 유용하게 사용할 수 있다.Therefore, the polymer electrolyte membrane according to the present invention is excellent in chemical stability even for long time use, and thus can be usefully used as a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane such as an ion exchange membrane, a fuel cell membrane, or a battery separator.

Claims (13)

단관능성 가교제 35 ~ 60 중량%, 폴리에스테르아크릴계 올리고머 가교제 0 ~ 35 중량% 및 다관능성 가교제 5 ~ 45 중량%를 혼합하여 가교제 혼합물을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조한 가교제 혼합물 1 ~ 10 중량% 및 탄화수소계 고분자 1 ~ 10 중량%를 용매 85 ~ 95 중량%에 용해시켜 모액을 제조하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 제조된 모액을 유리판에 캐스팅하고 건조시키는 단계(단계 3); 및
방사선을 조사하고 건조시키는 단계(단계 4)를 포함하는 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법.
Preparing a crosslinking agent mixture by mixing 35 to 60 wt% of a monofunctional crosslinking agent, 0 to 35 wt% of a polyester acrylic oligomer crosslinking agent and 5 to 45 wt% of a multifunctional crosslinking agent (step 1);
Preparing a mother liquor by dissolving 1 to 10% by weight of the crosslinking agent mixture prepared in Step 1 and 1 to 10% by weight of a hydrocarbon-based polymer in 85 to 95% by weight of a solvent (step 2);
Casting and drying the mother liquor prepared in step 2 onto a glass plate (step 3); And
Method for producing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane comprising the step of irradiating and drying the radiation (step 4).
제1항에 있어서, 상기 단계 1의 단관능성 가교제는 EOEOEA(2-(2-ethoxyethoxy) ethyl acrylate), HEA(Hydroxyethyl acrylate) 및 EHA(ethylhexyl acrylate)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the monofunctional crosslinking agent of step 1 is at least one selected from the group consisting of EOEOEA (2- (2-ethoxyethoxy) ethyl acrylate), HEA (Hydroxyethyl acrylate) and EHA (ethylhexyl acrylate). Method of producing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane.
제1항에 있어서, 상기 단계 1의 폴리에스테르아크릴계 올리고머 가교제는 폴리에스테르아크릴인 것을 특징으로 하는 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the polyesteracryl-based oligomer crosslinking agent of step 1 is polyesteracrylic.
제1항에 있어서, 상기 단계 1의 다관능성 가교제는 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트(Trimethylol propane trimethacrylate, TMPTA) 및 헥산디올디아크릴레이트(Hexanedioldiacrylate, HDDA)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the multifunctional crosslinking agent of step 1 is at least one selected from the group consisting of trimethylol propane trimethacrylate (TMPTA) and hexanediol diacrylate (Hexanedioldiacrylate, HDDA). A method for producing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane.
제1항에 있어서, 상기 단계 2의 용매는 N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), 1-메틸-2-피로리디논(NMP) 및 디메틸설폭사이드(DMSO)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법.
The solvent of claim 1, wherein the solvent of step 2 is selected from the group consisting of N, N-dimethylacetamide (DMAc), 1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), and dimethyl sulfoxide (DMSO). A method for producing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane, characterized in that above.
제1항에 있어서, 상기 단계 2의 탄화수소계 고분자는 술포네이트 폴리(에테르에테르케톤)(SPEEK), 술포네이트 폴리(아릴에테르술폰), 술포네이트 폴리(이미드) 및 술포네이트 폴리(페닐렌옥사이드)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the hydrocarbon polymer of step 2 is sulfonate poly (ether ether ketone) (SPEEK), sulfonate poly (aryl ether sulfone), sulfonate poly (imide) and sulfonate poly (phenylene oxide) A method for producing a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane, characterized in that at least one member selected from the group consisting of
제1항에 있어서, 상기 단계 4의 방사선은 감마선, 자외선 및 전자선으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법.
The method according to claim 1, wherein the radiation of step 4 is one selected from the group consisting of gamma rays, ultraviolet rays and electron beams.
제7항에 있어서, 상기 방사선은 전자선인 것을 특징으로 하는 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법.
The method of claim 7, wherein the radiation is an electron beam.
제7항에 있어서, 상기 방사선은 4 ~ 8 kGy/min의 선량율로 80 ~ 120 kGy 조사선량만큼 조사하는 것을 특징으로 하는 탄화수소계 고분자전해질막의 제조방법.
The method according to claim 7, wherein the radiation is irradiated by a radiation dose of 80 to 120 kGy at a dose rate of 4 to 8 kGy / min.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 탄화수소계 고분자전해질막.
A hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane prepared by the method according to any one of claims 1 to 9.
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