KR101609649B1 - Inorganic fiber reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane with high dimensional stability and high thermal resistance and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산화안정성이 우수하여 고내열 특성을 지니고, 고치수 안정 특성으로 다양한 온도 범위에서 사용 가능한, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이온교환막은 산화에 안정한 실록산 결합으로 구성되거나 실록산 결합과 포화탄화수소로 구성되어 있어 산화 안정성 및 내열성이 우수하다. 또한 본 발명에 따르면 낮은 열팽창 계수를 지닌 무기 섬유를 적용한 복합형 이온교환막을 구현함으로써 치수 안정성을 획기적으로 개선할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 이온교환막은 다양한 온도 범위에서 사용할 수 있다
The present invention relates to an inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having a high water-solubility stability and a high heat resistance, and more particularly, to an inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having high oxidation stability and high heat resistance, Inorganic hybrid inorganic-fiber-reinforced ion-exchange membrane and a method for producing the inorganic-fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion-exchange membrane.
The ion exchange membrane according to the present invention is composed of siloxane bonds stable to oxidation or composed of siloxane bonds and saturated hydrocarbons, and thus has excellent oxidation stability and heat resistance. According to the present invention, by implementing a composite ion exchange membrane using inorganic fibers having a low thermal expansion coefficient, dimensional stability can be remarkably improved. Therefore, the ion exchange membrane according to the present invention can be used in various temperature ranges

Description

고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 및 그 제조방법{INORGANIC FIBER REINFORCED ORGANIC-INORGANIC HYBRID ION EXCHANGE MEMBRANE WITH HIGH DIMENSIONAL STABILITY AND HIGH THERMAL RESISTANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion-exchange membrane having a high water-solubility stability and a high heat resistance, and a method for producing the same. 2. Description of the Related Art Inorganic-

본 발명은 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산화안정성이 우수해 고내열 특성을 지니고, 무기섬유로 인해 고치수 안정 특성을 지녀 다양한 온도 범위에서 사용 가능한, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having a high water-solubility stability and a high heat resistance and a method for producing the same. More particularly, the present invention relates to an inorganic- Inorganic hybrid inorganic-fiber-reinforced ion exchange membrane having high stability and high heat resistance, which can be used in various temperature ranges, and a method for producing the same.

이온교환수지는 이온교환능이 있는 합성수지를 말한다. 1935년 영국의 B. A. 애덤스와 F. L. 홈스는 다가(多價) 페놀과 폼알데하이드를 축합시킨 수지와 m-페닐렌다이아민과 폼알데하이드를 축합시킨 수지가 이온을 교환하는 것을 발견하였다. 이 수지에 의해서 물속에 있는 각종 이온을 제거할 수 있다는 사실이 밝혀졌는데, 그 후 독일 및 미국 등에서 계통적 연구 및 공업적인 규모로 생산이 시작되었다. 제2차 세계대전 중 독일에서는 물의 정제, 인조견공장에서의 구리·암모니아 회수 등에 이용하였으며, 미국에서는 핵분열 생성물·초우라늄원소·회토류원소 등의 분류에 이용하였다. 또한 이온교환수지에 의해 각종 물질(아미노산·항생물질 등)의 정제가 용이하게 되었고 이후 이온교환막이 개발되면서 전기화학적으로 더욱 중요한 역할을 하게 되었다. 현재 이온교환막은 연료전지, 레독스 흐름 전지, 전기투석, 담수화, 초순수 및 폐수처리 등의 분야에서 널리 활용되고 있다. 이러한, 이온교환막은 그 응용에 따라 다양한 온도범위(상온 ~ 200℃)에서 사용될 수 있다.
The ion exchange resin is a synthetic resin having ion exchange ability. In 1935, BA Adams and FL Homes in the UK found that a resin that condensed polyvalent phenol and formaldehyde and a resin that condensed m-phenylenediamine and formaldehyde exchanged ions. It was found that this resin can remove various ions in the water, and then it started to be systematically studied and industrialized in Germany and the United States. During World War II, it was used in water purification, copper and ammonia recovery in artificial dog factory, and in the United States, it was used to classify fission product, uranium element, and trace element. In addition, purification of various materials (amino acids, antibiotics, etc.) was facilitated by the ion exchange resin, and the ion exchange membrane was developed and became more important in terms of electrochemistry. Currently, ion exchange membranes are widely used in fields such as fuel cells, redox flow cells, electrodialysis, desalination, ultrapure water and wastewater treatment. Such ion exchange membranes can be used in various temperature ranges (room temperature to 200 ° C) depending on their applications.

이온교환막은 이온교환막을 구성하는 백본(backbone)의 종류에 따라 크게 불소계 이온교환막 / 비불소계 이온교환막 / 복합형 이온교환막으로 분리되어 연구되고 있다.
The ion exchange membrane has been studied as a fluorine ion exchange membrane / a nonfluorine ion exchange membrane / a composite ion exchange membrane depending largely on the type of backbone constituting the ion exchange membrane.

불소계 이온교환막인 나피온(Nafion)은 비불소계 이온교환막의 산화안정성 문제로 인해 듀폰(DuPont)사에 의해 개발된 상용이온교환막으로, 고산화안정성 및 높은 이온 전도도로 인해 다양한 이온교환막 적용 분야에 폭넓게 적용되고 있다. 하지만, 나피온(Nafion)은 고스웰링(swelling) 특성 및 이로 인한 적용온도(80℃)의 제한이라는 단점이 있고, 높은 가격으로 인해 그 응용에 제약이 따른다.
Nafion, a fluorine-based ion exchange membrane, is a commercial ion exchange membrane developed by DuPont due to a problem of oxidation stability of a non-fluorine ion exchange membrane. Due to its high oxidation stability and high ion conductivity, . However, Nafion has a disadvantage in that it has a limitation of gauss swelling characteristics and thus the application temperature (80 캜), and its application is restricted due to its high price.

이에 따라, 최근에는 나피온(Nafion)에 실록산계 무기 필러(filler)를 넣어 상기 특성을 개선하는 방향으로 복합형 이온교환막 연구가 진행되고 있다. 이온교환막의 다른 연구 주제로 실록산 폴리머를 백본(backbone)으로 하는 이온교환막이 1992년 처음으로 제안되어 연구가 되기 시작되었으나 기계적 강도가 낮아 실제 적용된 사례는 거의 없다. 실록산 폴리머를 구성하는 실록산 결합은 350℃이상에서 열분해되어, 실록산 폴리머는 폴리이미드 같은 고분자를 제외한 일반적인 탄화수소계 고분자보다 높은 열안정성을 지닌다. 따라서 산화안정성 및 치수 안정성이 우수한 실록산계 복합형 이온교환막에 대한 연구가 필요한 실정이다.
Accordingly, recently, a composite type ion exchange membrane research is proceeding in the direction of improving the above characteristics by adding a siloxane inorganic filler to Nafion. Ion exchange membranes have been proposed for the first time in 1992 as a backbone of siloxane polymer as another research topic of ion exchange membranes. However, they are rarely applied because of low mechanical strength. The siloxane bond constituting the siloxane polymer is pyrolyzed at 350 ° C or higher, and the siloxane polymer has higher thermal stability than the general hydrocarbon polymer except for the polymer such as polyimide. Therefore, it is necessary to study the siloxane complex type ion exchange membrane which is excellent in oxidation stability and dimensional stability.

대한민국 공개특허 10-2012-0074365호Korean Patent Publication No. 10-2012-0074365

본 발명은 치수 안정성 및 산화 안정성이 우수한, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 및 그 제조방법을 제공한다.
The present invention provides an inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having excellent dimensional stability and oxidation stability, high water-solubility stability and high heat resistance, and a process for producing the same.

본 발명은 하기 화학식 1로 표현되는 아민 그룹이 수식된 유기실란, 하기 화학식 2로 표현되는 이온교환 특성의 유기관능기가 수식된 유기실란 및 물을 혼합하고, pH를 조절하는 단계(단계 a); 상기 단계 a에 따라 제조된 혼합물에 졸-겔 공정을 수행하여 유-무기 하이브리드 수지를 제조하는 단계(단계 b); 및 상기 수지에 에폭시를 첨가한 후 무기섬유에 함침한 뒤 아민 그룹과 에폭시의 중합 반응을 수행하는 단계(단계 c)를 포함하고, 상기 에폭시는 에폭시 모노머, 에폭시 올리고머, 지환식 에폭시 모노머 및 지환식 에폭시 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법을 제공한다. The present invention relates to a method for preparing an organosilane composition, which comprises: (a) mixing an organosilane modified with an amine group represented by the following formula (1), an organosilane having an ion exchange characteristic represented by the following formula (2) Performing a sol-gel process on the mixture prepared according to step (a) to prepare an organic-inorganic hybrid resin (step b); And a step (c) of polymerizing an amine group and an epoxy after impregnating the inorganic fiber with an epoxy added to the resin, wherein the epoxy is an epoxy monomer, an epoxy oligomer, an alicyclic epoxy monomer, and an alicyclic epoxy monomer Inorganic hybrid ion exchange membrane having a high water-solubility stability and a high heat resistance, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of an epoxy oligomer and an epoxy oligomer.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112014104584360-pat00001
Figure 112014104584360-pat00001

(상기 화학식 1에서 R1은 아민그룹이 수식된 유기관능기이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1~7의 알킬이며, n은 0 ~ 2 사이의 정수이다.)(Wherein R 1 is an organic functional group in which the amine group is modified, R 2 and R 3 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, and n is an integer of 0 to 2)

[화학식 2](2)

Figure 112014104584360-pat00002
Figure 112014104584360-pat00002

(상기 화학식 2에서 R4는 이온 교환 특성을 지니는 -NH3 +, -NRH2 +, -NRR′H+, -NRR′R″+, -PRR′R″+ 및 -SRR′+로 이루어진 군(R, R′및 R″ 는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 ~ 20의 알킬임)에서 선택되는 작용기가 수식된 이온교환특성을 지니는 유기관능기이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1~7의 알킬이며, n은 0 ~ 2 사이의 정수이다.)
(In the general formula 2 R 4 is having the ion-exchange properties -NH 3 +, -NRH 2 +, -NRR'H +, -NRR'R "+, -PRR'R" + and -SRR 'the group consisting of + (Wherein R, R 'and R "are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms), R 5 and R 6 are each independently an organic functional group having an ion- Straight or branched chain alkyl having 1 to 7 carbon atoms, and n is an integer between 0 and 2.)

상기 단계 c에서는 에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 아민기와, 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머가 더 첨가될 수 있다.
In the step c, a monomer or oligomer having both an epoxy group or an amine group capable of polymerization with an epoxy and an ion-exchange group may be further added.

또한 본 발명은 상기 화학식 1로 표현되는 아민 그룹이 수식된 유기실란 및 물을 혼합하고, pH를 조절하는 단계(단계 a′); 상기 단계 a에 따라 제조된 혼합물에 졸-겔 공정을 수행하여 유-무기 하이브리드 수지를 제조하는 단계(단계 b′); 및 상기 수지에 에폭시와 , 에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 아민기와 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머를 첨가한 후 무기섬유에 함침한 뒤 아민 그룹과 에폭시의 중합 반응을 수행하는 단계(단계 c′)를 포함하고, 상기 에폭시는 에폭시 모노머, 에폭시 올리고머, 지환식 에폭시 모노머 및 지환식 에폭시 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법을 제공한다.
Also, the present invention relates to a method for preparing an organosilane composition, which comprises mixing organosilane modified with an amine group represented by the formula (1) and water and adjusting the pH (step a '); Performing a sol-gel process on the mixture prepared according to step a) to prepare an organic-inorganic hybrid resin (step b '); And a step of adding a monomer or oligomer having both an epoxy group or an amine group and an ion exchange group capable of polymerizing with the epoxy to the resin and then impregnating the inorganic fiber with an amine group and performing an epoxy polymerization reaction (step c ' ), Wherein the epoxy comprises at least one member selected from the group consisting of an epoxy monomer, an epoxy oligomer, an alicyclic epoxy monomer, and an alicyclic epoxy oligomer. The inorganic fiber reinforced with high temperature stability and high heat resistance The present invention also provides a method for producing an organic-inorganic hybrid ion exchange membrane.

상기 화학식 1로 표현되는 아민 그룹이 수식된 유기실란은,The organosilane having an amine group represented by the formula (1)

3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane), 3-(2-아미노에틸아미노)프로필트리메톡시실란(3-(2-aminoethylamino)propyltrimethoxysilane), 3-(2-아미노에틸아미노)프로필트리메톡시실란 (3-(2-aminoethylamino)propyltrimethoxysilane), 3-(2-아미노에틸아미노)프로필트리에톡시실란(3-(2-aminoethylamino)propyltriethoxysilane), 3-아미노프로필다이에톡시메틸실란(3-aminopropyldiethoxymethylsilane), 트리메톡시[3-(페닐아미노)프로필]실란(trimethoxy[3-(methylamino)propyl]silane), 3-아미노프로필다이메톡시실란(3-aminopropylmethyldiethoxysilane), 트리메톡시[3-(메틸아미노)프로필]실란(trimethoxy[3-(methylamino)propyl]silane), 3-아미노프로필메틸다이에톡시실란(3-aminopropylmethyldiethoxysilane), 3-아미노프로필다이이소프로필에톡시실란(3-aminopropyldiisopropylethoxysilane), 3-아미노프로필다이메틸에톡시실란(3-aminopropyldimethylethoxysilane), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane), N-3-[(아미노(폴리프로필렌옥시)]아미노프로필트리메톡시실란 (N-3- [(amino(polypropylenoxy)]aminopropyltrimethoxysilane), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸다이메톡시실란 ((N-(2-aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane), (아미노에틸아미노)-3-이소부틸다이메틸메톡시실란((aminoethylamino)-3-isobutyldimethylmethoxysilane), (3-트리메톡시실릴프로필)다이에틸렌트리아민 ((3-trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine), n-부틸아미노프로필트리메톡시실란(n-butylaminopropyltrimethoxysilane), N-에틸아미노이소부틸트리메톡시실란(N-ethylaminoisobutyltrimethoxysilane), N-메틸아미노프로필트리메톡시실란(N-methylaminopropyltrimethoxysilane), N-페닐아미노프로필트리메톡시실란(N-phenylaminopropyltrimethoxysilane), 4-아미노부틸트리에톡시실란(4-aminobutyltriethoxysilane), m-아미노페닐트리메톡시실란(m-aminophenyltrimethoxysilane), p-아미노페닐트리메톡시실란(p-aminophenyltrimethoxysilane), 아미노페닐트리메톡시실란(aminophenyltrimethoxysilane), 11-아미노운데실트리에톡시실란(11-aminoundecyltriethoxysilane), 3-(m-아미노페녹시)프로필트리메톡시실란(3-(m-aminophenoxy)propyltrimethoxysilane), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltriethoxysilane), N-(6-아미노헥실)아미노메틸트리에톡시실란(N-(6-aminohexyl)aminomethyltriethoxysilane), N-(6-아미노헥실)아미노메틸트리메톡시실란(N-(6-aminohexyl)aminomethyltrimethoxysilane), N-(2-아미노에틸)-11-아미노운데실트리메톡시실란 (N-(2-aminoethyl)-11-aminoundecyltrimethoxysilane), (아미노에틸아미노메틸)페네틸트리메톡시실란((aminoethylaminomethyl)phenethyltrimethoxysilane), N-(2-아미노에틸)-3-아미노이소부틸메틸다이메톡시실란 (N-(2-aminoethyl)-3-aminoisobutylmethyldimethoxysilane), (사이클로헥실아미노메틸)트리에톡시실란(cyclohexylaminomethyl)triethoxysilane), (사이클로헥실아미노메틸)트리메톡시실란((cyclohexylaminomethyl)trimethoxysilane), N-에틸아미노이소부틸메틸다이에톡시실란(N-ethylaminoisobutylmethyldiethoxysilane), (페닐아미노메틸)메틸다이메톡시실란((phenylaminomethyl)methyldimethoxysilane), N-페닐아미노메틸트리에톡시실란(N-phenylaminomethyltriethoxysilane) 및 N-메틸아미노프로필메틸다이메톡시실란(N-methylaminopropylmethyldimethoxysilane)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고 더욱 바람직하게는 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸다이메톡시실란일 수 있다.
(3-aminopropyltriethoxysilane), 3- (2-aminoethylamino) propyltrimethoxysilane, 3- (2-aminoethylamino) propyltriethoxysilane, (2-aminoethylamino) propyltrimethoxysilane, 3- (2-aminoethylamino) propyltriethoxysilane, 3-aminopropyldiethoxymethylsilane (3 3-aminopropylmethyldiethoxysilane, trimethoxy [3- (methylamino) propyl] silane, trimethoxy [3- 3-aminopropylmethyldiethoxysilane, 3-aminopropyldiisopropylethoxysilane, trimethoxy [3- (methylamino) propyl] silane, , 3-aminopropyldimethylethoxys (3-aminopropyldimethylethoxys aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N-3- [(amino (polypropyleneoxy)] aminopropyltri Aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) , (Aminoethylamino) -3-isobutyldimethylmethoxysilane, (3-trimethoxysilylpropyl) diethylenetriamine, and (n- But are not limited to, n-butylaminopropyltrimethoxysilane, N-ethylaminoisobutyltrimethoxysilane, N-methylaminopropyltrimethoxysilane, N-phenylaminopropyltrimethoxysilane, Methoxy silane (N-phenylaminopropyltrimethoxysilane), 4-aminobutyltriethoxy Aminobutyltriethoxysilane, m-aminophenyltrimethoxysilane, p-aminophenyltrimethoxysilane, aminophenyltrimethoxysilane, 11-aminoundecylsilane, Aminoundecyltriethoxysilane, 3- (m-aminophenoxy) propyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, Aminopropyltriethoxysilane, N- (6-aminohexyl) aminomethyltriethoxysilane, N- (6-aminohexyl) amino Aminomethyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -11-aminoundecyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) Ethylamino methyl) phenethyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-amino (2-aminoethyl) -3-aminoisobutylmethyldimethoxysilane, cyclohexylaminomethyl triethoxysilane, cyclohexylaminomethyltrimethoxysilane, cyclohexylaminomethyltrimethoxysilane, and the like. ) trimethoxysilane, N-ethylaminoisobutylmethyldiethoxysilane, (phenylaminomethyl) methyldimethoxysilane, N-phenylaminomethyltriethoxysilane (N- phenylaminomethyltriethoxysilane) and N-methylaminopropylmethyldimethoxysilane, and more preferably at least one selected from the group consisting of N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldi Methoxy silane.

상기 화학식 2로 표현되는 이온교환 특성의 유기관능기가 수식된 유기실란은,The organosilane having an ion-exchangeable organic functional group represented by the general formula (2)

N-트리메톡시실릴프로필-N,N,N-트리메틸암모늄 클로라이드 (N-trimethoxysilylpropyl-N,N,N-trimethylammonium chloride), 트리메틸[3-(트리에톡시실릴)프로필]암모늄 클로라이드(trimethyl[3-(triethoxysilyl)propyl]ammonium chloride), 옥타데실다이메틸(3-트리메톡시실릴프로필)암모늄 클로라이드 (octadecyldimethyl(3-trimethoxysilylpropyl)ammonium chloride), N,N-다이데실-N-메틸-N-(3-트리메톡시실릴프로필)암모늄 클로라이드(N,N-didecyl-N-methyl-N-(3-trimethoxysilylpropyl)ammonium chloride), 테트라데실다이메틸(3-트리메톡시실릴프로필)암모늄 클로라이드(tetradecyldimethyl(3-trimethoxysilylpropyl)ammonium chloride), N-(트리메톡시실릴에틸)벤질-N,N,N-트리메틸암모늄 클로라이드(N-(trimethoxysilylethyl)benzyl-N,N,N-trimethylammonium chloride) 및 N-(트리메톡시실릴프로필)이소티오우로늄 클로라이드(N-(trimethoxysilylpropyl)isothiouronium chloride)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고 더욱 바람직하게는 N-트리메톡시실릴프로필-N,N,N-트리메틸암모늄 클로라이드일 수 있다.
N-trimethoxysilylpropyl-N, N, N-trimethylammonium chloride, trimethyl [3- (triethoxysilyl) propyl] ammonium chloride - (triethoxysilyl) propyl] ammonium chloride, octadecyldimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride, N, N-predecyl- 3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride, tetradecyldimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride (N, N-diethyl- 3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride, N- (trimethoxysilylethyl) benzyl-N, N, N-trimethylammonium chloride, N- Methoxysilylpropyl) isothiouronium chloride (N- (trimethoxysilylpropyl) isothiouronium chloride) It can include one or more selected from the group eojin and may be more preferably N- trimethoxysilylpropyl -N, N, N- trimethylammonium chloride.

음이온교환막 제조 시 상기 단계 a, 단계 a′의 pH는 7 초과로 조절할 수 있다.In the production of an anion exchange membrane, the pH of the step a and the step a 'can be adjusted to more than 7.

상기 단계 a, 단계 a ′에는 촉매가 더 첨가될 수 있다.In the step a and the step a ', a catalyst may be further added.

상기 촉매는 산, 염기, 산염기 이온교환수지 및 아민류로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 산은 아세트산, 인산, 황산, 염산, 질산, 클로로술폰산, 파라-톨루엔산, 트리클로로아세트산, 폴리인산, 필로인산, 요오드산, 주석산 및 과염소산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.The catalyst may include at least one member selected from the group consisting of an acid, a base, an acid base ion-exchange resin and an amine. The acid may include at least one selected from the group consisting of acetic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, chlorosulfonic acid, para-toluic acid, trichloroacetic acid, polyphosphoric acid, philophosphoric acid, iodic acid, tartaric acid and perchloric acid.

상기 염기는 암모니아, 수산화나트륨, 이미다졸, 과염소산암모늄, 수산화칼륨, 수산화바륨 및 수산화스트론튬으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 산염기 이온교환수지는 하이드로젠 폼(hydrogen form) 및 클로라이드 폼(chloride form)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 아민류는 트리에틸아민, 트리메틸아민, n-부틸아민, 다이-n-부틸아민 및 트리-n-부틸아민으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.The base may include at least one selected from the group consisting of ammonia, sodium hydroxide, imidazole, ammonium perchlorate, potassium hydroxide, barium hydroxide and strontium hydroxide. The acid base ion exchange resin may include at least one selected from the group consisting of a hydrogen form and a chloride form. The amines may include at least one member selected from the group consisting of triethylamine, trimethylamine, n-butylamine, di-n-butylamine and tri-n-butylamine.

상기 하이드로젠 폼은 AmberliteIRC76 하이드로젠 폼(hydrogen form)일 수 있고, 상기 클로라이드 폼은 AmberliteIRA-400 클로라이드 폼(chloride form)일 수 있다.The hydrogen foam may be an Amberlite IRC76 hydrogen form, and the chloride foam may be an Amberlite IRA-400 chloride form.

촉매의 첨가량은 특별히 제한되지 않으며 상기 혼합물의 pH가 7 초과로 조절될 때 까지 첨가하는 것이 바람직하다(음이온 교환막 제조시).
The amount of the catalyst to be added is not particularly limited, and it is preferable to add the catalyst until the pH of the mixture is adjusted to more than 7 (when an anion exchange membrane is manufactured).

상기 졸-겔 공정(sol-gel process)은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법으로 수행될 수 있다.
The sol-gel process may be performed by a method commonly used in the art.

일반적으로 졸-겔 공정(sol-gel process)은 아래 그림처럼 수행된다. 알콕시 (-OR) 그룹을 지닌 실란에 물을 첨가하여 가수분해(Hydrolysis)-축합 (Condensation) 반응을 진행하면 Si-O-Si (실록산) 결합이 형성된다. (R은 직지 또는 분지쇄의 알킬)In general, the sol-gel process is performed as shown below. Si-O-Si (siloxane) bonds are formed when water is added to a silane having an alkoxy (-OR) group and subjected to a hydrolysis-condensation reaction. (R is a straight or branched chain alkyl)

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112014104584360-pat00003

Figure 112014104584360-pat00003

상기 졸-겔 공정은 상온에서 4~168시간 정도 교반하는 것으로 충분하며 반응속도를 촉진하고 완전한 가수분해-축합반응의 진행을 위하여 0~100℃, 바람직하게는 60~80℃에서 4~24시간 동안 가수분해-축합반응을 유도하여 유-무기 하이브리드 수지를 형성할 수 있다. 졸-겔 공정의 반응시간이 4시간 이상이면 가수분해-축합반응이 충분히 진행되어 Si-O-Si 결합이 충분하게 형성될 수 있고, 168시간 초과이면 가수분해-축합반응이 과다하게 진행되어 겔(gel)화가 일어나 유-무기 하이브리드 이온교환수지를 얻을 수 없다.The sol-gel process is sufficient for stirring for 4 to 168 hours at room temperature. The sol-gel process is carried out at 0 to 100 ° C., preferably 60 to 80 ° C. for 4 to 24 hours to accelerate the reaction rate and complete the hydrolysis- The hydrolysis-condensation reaction can be induced to form the organic-inorganic hybrid resin. When the reaction time of the sol-gel process is 4 hours or more, the hydrolysis-condensation reaction proceeds sufficiently and the Si-O-Si bond can be sufficiently formed. When the reaction time exceeds 168 hours, the hydrolysis- (gel) oxidation occurs and the organic-inorganic hybrid ion exchange resin can not be obtained.

또한 졸-겔 공정을 통해 제조된 유-무기 하이브리드 수지 내에는 부산물인 알코올 및 반응 후 잔존하는 물이 존재하게 되는데, 이는 감압 및 N2 퍼징(purging) 하에서 0~100℃ 조건에서 제거할 수 있고, 바람직하게는 알코올의 경우 -0.1MPa의 감압 하에서 30~60℃의 조건에서 1시간 이상, 물의 경우 60~100℃의 조건에서 1시간 이상 수행함으로써 제거할 수 있다.
Also, in the organic-inorganic hybrid resin prepared through the sol-gel process, the by-product alcohol and water remaining after the reaction are present, which can be removed under reduced pressure and N 2 purging at 0-100 ° C , Preferably in the case of alcohol, at a reduced pressure of -0.1 MPa at 30 to 60 ° C for 1 hour or more, and in the case of water at 60 to 100 ° C for 1 hour or more.

상기 졸-겔 공정으로 합성된 수지는 올리고머 형태일 수 있다.
The resin synthesized by the sol-gel process may be in the form of an oligomer.

상기 단계 c, 단계 c′에서 첨가되는 에폭시의 백본(backbone)은 탄소간 단일결합으로 구성된 탄화수소계이거나 실록산 결합으로 구성된 실록산계일 수 있다.The backbone of the epoxy added in the step c and the step c 'may be a hydrocarbon type system consisting of a carbon-carbon single bond or a siloxane system composed of a siloxane bond.

상기 단계 c, 단계 c′에서 첨가되는 에폭시는,The epoxy added in the step c and the step c '

수소화된 비스페놀-A 타입 에폭시 수지(Hydrogenated BPA Type Epoxy Resin), 3-관능성 에폭시 수지(Tri-Functional Epoxy Resin), 폴리알리파틱 에폭시 수지(Polyaliphatic Epoxy Resin), 1,3-부타다이엔 다이에폭사이드(1,3-butadiene diepoxide), 1,4-부탄다이올 글리시딜 에테르(1,4-butanediol diglycidyl ether), 부틸 글리시딜 에테르(butyl glycidyl ether), 터셔리-부틸 글리시딜 에테르(tert-butyl glycidyl ether), 1,4-사이클로헥산다이메탄올 다이글리시딜 에테르(1,4-cyclohexanedimethanol diglycidyl ether), 1,2,7,8-다이에폭시옥탄(1,2,7,8-diepoxyoctane), 다이글리시딜 1,2-사이클로헥산다이카르복실레이트(diglycidyl 1,2-cyclohexanedicarboxylate), 1,2-에폭시부탄(1,2-epoxybutane), 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산카르복실레이트(3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate), 비스(3,4-에폭시사이클로헥실메틸) 아디페이트(bis(3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate), 1,2-에폭시도데칸(1,2-epoxydodecane), 1,2-에폭시헥산(1,2-epoxyhexane), 글리시딜 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-헥사데카플루오로노닐 에테르 (glycidyl 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-hexadecafluorononyl ether), 글리시딜 헥사데실 에테르(glycidyl hexadecyl ether), 글리시딜 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에테르(glycidyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether), 네오펜틸 글리콜 다이글리시딜 에테르(neopentyl glycol diglycidyl ether), 에폭시사이클로헥실에틸 터미네이티드 폴리다이메틸 실록산 (epoxycyclohexylethyl terminated polydimethylsiloxane), 에폭시프로폭시프로필 터미네이티드 폴리다이메틸실록산(epoxypropoxypropyl terminated polydimethylsiloxane), 에폭시프로록시프로필 터미네이티드 폴리페닐메틸실록산(epoxypropoxypropyl terminated polyphenylmethylsiloxane), (에폭시프로폭시프로필)다이메톡시실릴 터미네이티드 폴리다이메틸실록산((epoxypropoxypropyl)dimethoxysilyl terminated polydimethylsiloxane), 모노-(2,3-에폭시)프로필에테르 터미네이티드 폴리다이메틸실란 (mono-(2,3-epoxy)propylether terminated polydimethylsiloxane), 트리스(글리시독시프로필다이메틸실록시)페닐실란(tris(glycidoxypropyldimethylsiloxy)phenylsilane), PSS-[2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸]-헵타이소부틸 서브스티튜드(PSS-[2-(3,4-epoxycyclohexyl) ethyl]-heptaisobutyl substituted), 트리스[(에폭시프로폭시프로필)다이메틸실릴옥시]-POSS (tris[(epoxypropoxypropyl)dimethylsilyloxy]-POSS), PSS-(3-글리시딜)프로폭시-헵타이소부틸 서브스티튜드(PSS-(3-glycidyl)propoxy-heptaisobutyl substituted), 1,3-bis[2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸]테트라메틸다이실록산 (1,3-bis[2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyl]tetramethyldisiloxane), 1,5-비스(글리시독시프로필)-3-페닐-1,1,3,5,5-펜타메틸트리실록산(1,5-bis(glycidoxypropyl)-3-phenyl-1,1,3,5,5-pentamethyltrisiloxane) 및 1,3-비스(글리시독시프로필)테트라메틸다이실록산(1,3-bis(glycidoxypropyl)tetramethyldisiloxane)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 수소화된 비스페놀-A 타입 에폭시 수지(Hydrogenated BPA Type Epoxy Resin) 또는 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산카르복실레이트일 수 있다.
Hydrogenated BPA Type Epoxy Resin, Tri-Functional Epoxy Resin, Polyaliphatic Epoxy Resin, 1,3-butadiene dyes, 1,3-butadiene diepoxide, 1,4-butanediol diglycidyl ether, butyl glycidyl ether, tertiary-butylglycidyl Tert-butyl glycidyl ether, 1,4-cyclohexanedimethanol diglycidyl ether, 1,2,7,8-diepoxy octane (1,2,7,8- 8-diepoxyoctane, diglycidyl 1,2-cyclohexanedicarboxylate, 1,2-epoxybutane, 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, bis (3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, Bis (3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, 1,2-epoxydodecane, 1,2-epoxyhexane, glycidyl 2,2,3 , 3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-hexadecafluorononyl ether (glycidyl 2,2,3,3,4,4,5,5 , 6,6,7,7,8,8,9,9-hexadecafluorononyl ether, glycidyl hexadecyl ether, glycidyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether ( glycidyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, epoxycyclohexylethyl terminated polydimethylsiloxane, epoxypropoxypropyltrimethoxysilane, Epoxypropoxypropyl terminated polydimethylsiloxane, epoxypropoxypropyl terminated polyphenylmethylsiloxane, (epoxypropoxypropyl) dimethoxysilyl terminate, and the like. (Epoxypropoxypropyl) dimethoxysilyl terminated polydimethylsiloxane, mono- (2,3-epoxy) propyl ether terminated polydimethylsiloxane, mono- (2,3-epoxy) propylether terminated polydimethylsiloxane, Glycidoxypropyldimethylsiloxy) phenylsilane, PSS- [2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] -heptaisobutylsubstilide (PSS- [2- 3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] -heptaisobutyl), tris [(epoxypropoxypropyl) dimethylsilyloxy] -POSS), PSS- (3-glycidyl) (3-glycidyl) propoxy-heptaisobutyl), 1,3-bis [2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] tetramethyldisiloxane -bis [2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] tetramethyldisiloxane, 1,5-bis (glycidoxypropyl) -3-phenyl-1,1,3,5,5-pentamethyltrisiloxane , 5-bis (glycidoxypropyl) -3-phenyl-1,1,3,5,5-pentamethyltrisiloxane and 1,3-bis (glycidoxypropyl) tetramethyldisiloxane ), More preferably a hydrogenated bisphenol-A type epoxy resin, or 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexane Carboxylate.

상기 수소화된 비스페놀-A 타입 에폭시 레진(Hydrogenated BPA Type Epoxy Resin), 3-관능성 에폭시 레진(Tri-Functional Epoxy Resin), 폴리알리파틱 에폭시 수지(Polyaliphatic Epoxy Resin)는 국도화학에서 구매할 수 있다. 제품번호는 다음과 같다. 수소화 비스페놀-A 타입 에폭시 레진(Hydrogenated BPA Type Epoxy Resin, ST-3000, 국도화학), 트리-펑셔널 에폭시 레진(Tri-Functional Epoxy Resin, YH-300, 국도화학), 폴리알리파틱 에폭시 레진(Polyaliphatic Epoxy Resin, PG-207P, 1,4BDGE, 1,6HDGE, BGE, LGE, Neokukdo-P, Neokukdo-E, PP-101, PG-202 국도화학).
Hydrogenated BPA Type Epoxy Resin, Tri-Functional Epoxy Resin and Polyaliphatic Epoxy Resin may be purchased from Kukdo Chemical Co., Ltd. The hydrogenated bisphenol-A type epoxy resin, the hydrogenated bisphenol-A type epoxy resin, the tri-functional epoxy resin and the polyaliphatic epoxy resin may be purchased from Kukdo Chemical Co., The product number is as follows. Hydrogenated BPA Type Epoxy Resin (ST-3000, Kukdo Chemical), Tri-Functional Epoxy Resin (YH-300, Kukdo Chemical), Polyaliphatic Epoxy Resin Epoxy Resin, PG-207P, 1,4BDGE, 1,6HDGE, BGE, LGE, Neokukdo-P, Neokukdo-E, PP-101, PG-202.

상기 에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 아민기와, 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머는, 글리시딜트리메틸암모늄 클로라이드 (glycidyltrimethylammonium chloride), (2-카르바모일옥시에틸)트리메틸암모늄 클로라이드 ((2-carbamoyloxyethyl)trimethylammonium chloride) 및 (하이드라진카르보닐메틸)트리메틸암모늄 클로라이드 ((hydrazinocarbonylmethyl)trimethylammonium chloride)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고 더욱 바람직하게는 글리시딜트리메틸암모늄 클로라이드일 수 있다.
The monomer or oligomer which simultaneously has an epoxy group or an amine group capable of polymerization with the epoxy and an ion-exchange group is preferably selected from the group consisting of glycidyltrimethylammonium chloride, (2-carbamoyloxyethyl) trimethylammonium chloride ) trimethylammonium chloride and (hydrazinecarbonylmethyl) trimethylammonium chloride. The glycidyltrimethylammonium chloride may be more preferably at least one selected from the group consisting of trimethylammonium chloride, trimethylammonium chloride and hydrazinecarbonylmethyl trimethylammonium chloride.

상기 무기섬유는 유리섬유 및 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.The inorganic fibers may include at least one selected from the group consisting of glass fibers and carbon fibers.

상기 유리섬유는 유리 클로스, 유리 직물, 유리 부직포 및 유리 메쉬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 탄소섬유는 탄소 클로스, 탄소 직물, 탄소 부직포 및 탄소 메쉬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
The glass fiber may include at least one selected from the group consisting of glass cloth, glass fabric, glass nonwoven fabric and glass mesh, and the carbon fiber is selected from the group consisting of carbon cloth, carbon cloth, carbon nonwoven fabric and carbon mesh And may include one or more.

상기 아민 그룹과 에폭시의 중합반응은 열경화로 수행할 수 있다.The polymerization reaction of the amine group and the epoxy may be performed by thermal curing.

상기 열경화는 20 ~ 180℃에서 1분 ~ 72시간 동안 수행될 수 있다.The thermosetting may be performed at 20 to 180 ° C for 1 minute to 72 hours.

상기 열경화가 20℃미만에서 수행될 경우 에폭시-아민 중합반응이 충분히 일어나지 않을 수 있고, 180℃초과된 온도에서 열경화가 수행될 경우 이온교환 특성의 유기관능기의 이온교환 능력이 저하될 수 있다.
If the thermosetting is carried out at less than 20 캜, the epoxy-amine polymerization reaction may not take place sufficiently, and when the thermosetting is performed at a temperature exceeding 180 캜, the ion exchange ability of the organic functional group of the ion- .

상기 단계 c, 단계 c′의 수지에 에폭시를 첨가하는 단계에서는 경화 촉매를 더 첨가할 수 있다. 상기 경화 촉매는 열경화를 촉진하기 위한 열경화 촉매일 수 있다.In the step of adding epoxy to the resin of step c and step c ', a curing catalyst may be further added. The curing catalyst may be a thermosetting catalyst for promoting thermosetting.

상기 열경화 촉매는 트리스(다이메틸아미노메틸)페놀, 다이메틸아미노메틸페놀, 벤질 다이메틸 아민 등의 아민계열, 1-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸계열, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스페이트, 트리옥틸포스핀, 트리 tert-부틸포스핀, tert-부틸포스포니움 메탄 서포네이트 등의 인계열, 알루미늄 아세틸 아세토네이트(Alacac), 플라티늄-싸이클로비닐메틸실록산 콤플렉스, 트리스(다이부틸썰파이드)로듐 트리클로라이드, 3-메틸-2-부테닐테트라메틸렌설포늄 헥사플루오로안티몬에이트 염 등의 메탈 촉매를 사용할 수 있고 바람직하게는 트리스(다이메틸아미노메틸)페놀을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
The thermosetting catalyst may be selected from the group consisting of amine series such as tris (dimethylaminomethyl) phenol, dimethylaminomethylphenol and benzyldimethylamine, imidazole series such as 1-methylimidazole and 2-phenylimidazole, Phosphorus-containing compounds such as phosphorus-containing heat, such as phosphine, triphenylphosphate, trioctylphosphine, tri-tert-butylphosphine and tert-butylphosphonium methane sufonate, aluminum acetylacetonate (Alacac), platinum-cyclovinylmethylsiloxane complex, (Dibutylsulfide) rhodium trichloride, 3-methyl-2-butenyltetramethylsulfonium hexafluoroantimonate, and the like, and preferably tris (dimethylaminomethyl) phenol can be used But is not limited thereto.

상기 열경화는 상기 수지 100 중량부 기준으로 0.1 ~10중량부를 첨가할 수 있다. 0.1중량부 미만이면 중합반응이 효율적으로 일어나지 않아 가교밀도가 낮아지고 10 중량부 초과이면 촉매가 차지하는 비중이 많아 중합 반응으로 제조된 유-무기 하이브리드 이온교환막의 특성이 잘 발현되지 않는다.The thermosetting may be added in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the resin. When the amount is less than 0.1 part by weight, the polymerization reaction does not occur efficiently and the crosslinking density is low. When the amount is more than 10 parts by weight, the specific gravity of the catalyst is large, so that the characteristics of the oil-

또한, 에폭시 중합 반응을 촉진하고 점도를 조절하기 위해 용매가 투입될 수 있다. 에폭시 중합 반응을 용매로는 페놀 그룹을 지닌 벤질 알콜, 노닐 페놀 등을 사용할 수 있고 바람직하게는 벤질 알콜을 사용할 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
In addition, a solvent may be added to facilitate the epoxy polymerization reaction and to control the viscosity. As the solvent for the epoxy polymerization reaction, benzyl alcohol having a phenol group, nonylphenol and the like can be used, and benzyl alcohol can be preferably used, but not always limited thereto.

상기 방법으로 제조된 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막은, 실록산 결합을 지니는 유-무기 하이브리드 수지와 백본(backbone)이 단일 결합으로 구성된 탄화수소계이거나 실록산 결합인 에폭시(또는 지환식 에폭시) 모노머 또는 올리고머 사이의 에폭시-아민 중합반응으로 제조되기 때문에, 산화에 안정한 실록산 결합으로 구성되거나 실록산 결합과 포화탄화수소로 구성된다. 따라서 불포화 탄화수소 백본을 지니는 탄화수소계 이온교환막에 비해 우수한 내열성을 지닐 수 있다. 또한 낮은 열팽창 계수를 지닌 무기섬유를 이용한 복합체 이온교환막으로 구현하여 치수 안정성을 획기적으로 개선하였는바, 다양한 온도 범위에서 사용할 수 있는 장점을 지닌다.
The inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having a high water-solubility and a high heat resistance prepared by the above-mentioned method is characterized in that an organic-inorganic hybrid resin having a siloxane bond and a hydrocarbon-based or siloxane- (Or alicyclic epoxy) monomers or oligomers, it is composed of siloxane bonds stable to oxidation or composed of siloxane bonds and saturated hydrocarbons. Therefore, it can have excellent heat resistance as compared with a hydrocarbon-based ion exchange membrane having an unsaturated hydrocarbon backbone. In addition, it has been realized as a composite ion exchange membrane using inorganic fibers with low thermal expansion coefficient, and has greatly improved dimensional stability, which is advantageous to use in various temperature ranges.

또한 본 발명은, 에폭시가 포함된 올리고머 형태의 유-무기 하이브리드 수지로 무기섬유를 함침하고 경화하여 제조한, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막으로서, 상기 올리고머는 상기 화학식 1로 표현되는 아민 그룹이 수식된 유기실란과 상기 화학식 2로 표현되는 이온교환 특성의 유기관능기가 수식된 유기실란을 포함하여 이루어지고, 상기 에폭시는 에폭시 모노머, 에폭시 올리고머, 지환식 에폭시 모노머 및 지환식 에폭시 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막을 제공한다.
The present invention also relates to an inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having a high water-solubility stability and a high heat resistance, which is prepared by impregnating and curing an inorganic fiber with an oil-in-inorganic hybrid resin containing an epoxy in an oligomer form, An organosilane modified with an amine group represented by the formula (1) and an organosilane modified with an organofunctional group represented by the formula (2), wherein the epoxy comprises an epoxy monomer, an epoxy oligomer, an alicyclic epoxy monomer And an alicyclic epoxy oligomer. The inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane has a high water-solubility stability and a high heat resistance.

상기 올리고머 형태의 유-무기 하이브리드 수지에는 에폭시와 중합 반응 가능한 에폭시기 또는 아민기와, 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머가 더 포함될 수 있다.
The oligomer-type organic-inorganic hybrid resin may further include a monomer or an oligomer having an epoxy group or an amine group capable of polymerizing with an epoxy and an ion-exchange group at the same time.

또한 본 발명은, 에폭시 및, 에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 아민기와 이온교환기가 동시에 수식된 모노머 또는 올리고머가 포함된 올리고머 형태의 유-무기 하이브리드 수지로 무기섬유를 함침하고 경화하여 제조한, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막으로서, 상기 올리고머는 상기 화학식 1로 표현되는 아민 그룹이 수식된 유기실란을 포함하여 이루어지고, 상기 에폭시는 에폭시 모노머, 에폭시 올리고머, 지환식 에폭시 모노머 및 지환식 에폭시 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막을 제공한다.
The present invention also relates to an epoxy resin composition comprising an epoxy and an oligomer-type organic-inorganic hybrid resin containing an epoxy or amine group capable of polymerizing with epoxy and an ion-exchange group simultaneously modified with an inorganic fiber, An inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having water stability and high heat resistance, wherein the oligomer comprises an organosilane modified with an amine group represented by Formula 1, wherein the epoxy is an epoxy monomer, an epoxy oligomer, An inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having a high water-solubility stability and high heat resistance, characterized by containing at least one selected from the group consisting of an epoxy-based monomer and an alicyclic epoxy oligomer.

상기 화학식 1로 표현되는 아민 그룹이 수식된 유기실란, 상기 화학식 2로 표현되는 이온교환 특성의 유기관능기가 수식된 유기실란, 에폭시, 에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 아민기와 이온교환기가 동시에 수식된 모노머 또는 올리고머, 무기섬유, 유리섬유, 탄소섬유 등에 관한 상세한 내용은 위에서 설명한 것과 동일하므로 여기서는 생략한다.
An organosilane modified with an amine group represented by Formula 1, an organosilane having an ion-exchangeable organic functional group represented by Formula 2, an epoxy or an epoxy group capable of polymerizing with an epoxy, and an ion exchanger are simultaneously modified The details of the monomer or oligomer, the inorganic fiber, the glass fiber, the carbon fiber, etc. are the same as those described above and therefore will not be described here.

또한 본 발명은, 상기 화학식 3으로 표현되는 에폭시 그룹이 수식된 유기실란, 하기 화학식 4로 표현되는 이온교환 특성의 유기관능기가 수식된 유기실란 및 물을 혼합하고, pH를 조절하는 단계(단계 d); 상기 단계 d에 따라 제조된 혼합물에 졸-겔 공정을 수행하여 유-무기 하이브리드 수지를 제조하는 단계(단계 e); 및 상기 수지에 에폭시 중합반응에 참여하는 유기 관능기가 수식된 모노머 또는 올리고머를 첨가한 후 무기섬유에 함침한 뒤 에폭시의 중합 반응을 수행하는 단계(단계 f)를 포함하고, 상기 에폭시 중합반응에 참여하는 유기 관능기가 수식된 모노머 또는 올리고머에는 에폭시기, 머캅토기, 수산화기 중에서 선택되는 1개 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법을 제공한다. The present invention also relates to a method for preparing an organosilane composition, which comprises mixing an organosilane having an epoxy group represented by the formula (3), an organosilane having an ion exchange property represented by the following formula (4) ); Performing a sol-gel process on the mixture prepared according to step d) to prepare a oil-inorganic hybrid resin (step e); And a step (f) of impregnating the inorganic fiber with a monomer or oligomer modified with an organic functional group participating in the epoxy polymerization reaction to the resin, followed by performing a polymerization reaction of the epoxy (step f) Inorganic hybrid ion exchange membrane having a high water-solubility stability and a high heat resistance, characterized in that the organic functional group-modified monomer or oligomer containing at least one selected from the group consisting of an epoxy group, a mercapto group and a hydroxyl group is contained. to provide.

[화학식 3](3)

Figure 112014104584360-pat00004
Figure 112014104584360-pat00004

(상기 화학식 3에서 R7은 에폭시기가 수식된 유기관능기이고, R8 및 R9는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1~7의 알킬이며, n은 0 ~ 2 사이의 정수이다.)
(Wherein R 7 is an epoxy functional group and R 8 and R 9 are each independently a linear or branched alkyl having 1 to 7 carbon atoms and n is an integer between 0 and 2)

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112014104584360-pat00005
Figure 112014104584360-pat00005

(상기 화학식 4에서 R10은 이온 교환 특성을 지니는 -SO3 -, -COO-, -PO3 2-, -PO3H- 또는 -C6H4O-가 수식된 유기관능기이고, R11은 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1~7의 알킬이며, R12는 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1~7의 알킬 또는 H (수소)이고, n은 0 ~ 2 사이의 정수이다.)
(In the general formula 4 R 10 is -SO 3 having ion exchange properties -, -COO -, -PO 3 2- , -PO 3 H - , or -C 6 H 4 O - and the organic functional group formula, R 11 Is a linear or branched alkyl having 1 to 7 carbon atoms, R 12 is a linear or branched alkyl having 1 to 7 carbon atoms or H (hydrogen), and n is an integer between 0 and 2.)

상기 단계 f에서는 In the step f,

에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 머캅토기 또는 수산화기와, 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머가 더 첨가될 수 있다.
A monomer or oligomer having both an epoxy group or a mercapto group or a hydroxyl group capable of undergoing a polymerization reaction with an epoxy and an ion exchange group may be further added.

또한 본 발명은, 하기 화학식 3으로 표현되는 에폭시 그룹이 수식된 유기실란 및 물을 혼합하고, pH를 조절하는 단계(단계 d′); 상기 단계 d′에 따라 제조된 혼합물에 졸-겔 공정을 수행하여 유-무기 하이브리드 수지를 제조하는 단계(단계 e′); 및 상기 수지에 에폭시 중합반응에 참여하는 유기 관능기가 수식된 모노머 또는 올리고머 및, 에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 머캅토기 또는 수산화기와 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머를 첨가한 후 무기섬유에 함침한 뒤 에폭시의 중합 반응을 수행하는 단계(단계 f′)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법을 제공한다. 상기 에폭시 중합반응에 참여하는 유기 관능기가 수식된 모노머 또는 올리고머는 에폭시기, 머캅토기 또는 수산화기 중에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
The present invention also relates to a process for preparing an organosilane composition, which comprises mixing an organosilane having an epoxy group represented by the following formula (3) and water and adjusting the pH (step d '); Performing a sol-gel process on the mixture prepared according to the step d 'to prepare an organic-inorganic hybrid resin (step e'); And a monomer or oligomer modified with an organic functional group participating in the epoxy polymerization reaction and a monomer or oligomer having both an epoxy group or a mercapto group capable of polymerizing with epoxy or a hydroxyl group and an ion exchange group are added to the resin, Inorganic hybrid ion exchange membrane having a high water-solubility stability and a high heat resistance, characterized by comprising a step (f ') of carrying out a polymerization reaction of a post-epoxy. The organic functional group-modified monomer or oligomer participating in the epoxy polymerization reaction may include at least one selected from an epoxy group, a mercapto group and a hydroxyl group.

상기 화학식 3으로 표현되는 에폭시 그룹이 수식된 유기실란은, (3-글리시딜옥시프로필)다이메톡시메틸실란 ((3-Glycidyloxypropyl)methyldimethoxysilane), (3-글리시딜옥시프로필)다이에톡시메틸실란 ((3-Glycidyloxypropyl)methyldiethoxysilane), (3-글리시독시프로필)트리에톡시실란 ((3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane), 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸다이에톡시메틸실란 (2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyldimethoxymethylsilane), 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란 (2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane) 및 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시실란 (2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고 더욱 바람직하게는 (3-글리시딜옥시프로필)다이메톡시메틸실란일 수 있다
The epoxy group-modified organosilane represented by the above formula (3) can be synthesized by reacting (3-glycidyloxypropyl) methyldimethoxysilane, (3-glycidyloxypropyl) diethoxy (3-Glycidyloxypropyl) methyldiethoxysilane, (3-Glycidyloxypropyl) trimethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyldiethoxymethylsilane 2- (3,4-Epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane), and more preferably, at least one selected from the group consisting of (3-glycidyloxypropyl) dimethoxymethylsilane May be

상기 화학식 4로 표현되는 이온교환 특성의 유기관능기가 수식된 유기실란은 3-(트리하이드록시실릴)-1-프로판 술포닉 애시드(3-(trihydroxysilyl)-1-propane sulfonic acid), 소듐 3-(트리메톡시실릴)프로판-1-술포네이트(sodium 3-(trimethoxysilyl)propane-1-sulfonate) 및 소듐 3-(다이메톡시(메틸)실릴)프로판-1-술포네이트 (sodium 3-(dimethoxymethylsilyl)propane-1-sulfonate)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고 더욱 바람직하게는 3-(트리하이드록시실릴)-1-프로판 술포닉 애시드 일 수 있다.
The organosilane having an ion-exchangeable organic functional group represented by Formula 4 may be 3- (trihydroxysilyl) -1-propane sulfonic acid, sodium 3- (Trimethoxysilyl) propane-1-sulfonate and sodium 3- (dimethoxy (methyl) silyl) propane-1-sulfonate (sodium 3- (dimethoxymethylsilyl) ) propane-1-sulfonate), and more preferably 3- (trihydroxysilyl) -1-propanesulfonic acid.

양이온교환막 제조 시, 상기 단계 d , 단계 d′의 pH는 7 미만으로 조절될 수 있다.In preparing the cation exchange membrane, the pH of step d and step d 'may be adjusted to less than 7.

상기 단계 d , 단계 d′에는 촉매가 더 혼합될 수 있다. 촉매의 첨가량은 특별히 제한되지 않으며, 양이온 교환막의 경우 상기 단계 d , 단계 d′의 혼합물의 pH가 7 미만으로 조절될 때까지 첨가하는 것이 바람직하다. 단계 d , 단계 d′에 혼합될 수 있는 촉매는 상기 단계 a, 단계 a ′에 첨가되는 촉매와 실질적으로 동일하다. 따라서 상세한 내용은 상기에서 설명한 내용과 같으므로 여기서는 자세한 내용은 생략한다. 또한 졸-겔 공정도 상기에서 설명한 내용과 동일하므로 자세한 내용은 생략한다. 상기 졸-겔 공정으로 합성된 수지는 올리고머 형태일 수 있다.In the step d and the step d ', a catalyst may be further mixed. The addition amount of the catalyst is not particularly limited, and in the case of the cation exchange membrane, it is preferable to add until the pH of the mixture of step d and step d 'is adjusted to less than 7. The catalyst that can be mixed in step d, step d 'is substantially the same as the catalyst added in step a, step a'. Therefore, the details are the same as those described above, and therefore, detailed description thereof will be omitted here. Since the sol-gel process is also the same as that described above, the detailed description is omitted. The resin synthesized by the sol-gel process may be in the form of an oligomer.

상기 단계 f, 단계 f′에서 첨가되는 에폭시 중합반응에 참여하는 유기 관능기가 수식된 모노머 또는 올리고머의 백본(backbone)은 탄소간 단일결합으로 구성된 탄화수소계이거나 실록산 결합으로 구성된 실록산계일 수 있다.The backbone of the organic functional group-modified monomer or oligomer participating in the epoxy polymerization reaction added in the step f and the step f 'may be a hydrocarbon system composed of a carbon-carbon single bond or a siloxane system composed of a siloxane bond.

상기 단계 f, 단계 f′에서 첨가되는 에폭시 중합반응에 참여하는 유기 관능기가 수식된 모노머 또는 올리고머는,The organic functional group-modified monomer or oligomer participating in the epoxy polymerization reaction added in step f and step f '

수소화된 비스페놀-A 타입 에폭시 수지(Hydrogenated BPA Type Epoxy Resin), 3-관능성 에폭시 수지(Tri-Functional Epoxy Resin), 폴리알리파틱 에폭시 수지(Polyaliphatic Epoxy Resin), 1,3-부타다이엔 다이에폭사이드(1,3-butadiene diepoxide), 1,4-부탄다이올 글리시딜 에테르(1,4-butanediol diglycidyl ether), 부틸 글리시딜 에테르(butyl glycidyl ether), 터셔리-부틸 글리시딜 에테르(tert-butyl glycidyl ether), 1,4-사이클로헥산다이메탄올 다이글리시딜 에테르(1,4-cyclohexanedimethanol diglycidyl ether), 1,2,7,8-다이에폭시옥탄(1,2,7,8-diepoxyoctane), 다이글리시딜 1,2-사이클로헥산다이카르복실레이트(diglycidyl 1,2-cyclohexanedicarboxylate), 1,2-에폭시부탄(1,2-epoxybutane), 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산카르복실레이트(3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate), 비스(3,4-에폭시사이클로헥실메틸) 아디페이트(bis(3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate), 1,2-에폭시도데칸(1,2-epoxydodecane), 1,2-에폭시헥산(1,2-epoxyhexane), 글리시딜 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-헥사데카플루오로노닐 에테르 (glycidyl 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-hexadecafluorononyl ether), 글리시딜 헥사데실 에테르(glycidyl hexadecyl ether), 글리시딜 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에테르(glycidyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether), 네오펜틸 글리콜 다이글리시딜 에테르(neopentyl glycol diglycidyl ether), 에폭시사이클로헥실에틸 터미네이티드 폴리다이메틸 실록산 (epoxycyclohexylethyl terminated polydimethylsiloxane), 에폭시프로폭시프로필 터미네이티드 폴리다이메틸실록산(epoxypropoxypropyl terminated polydimethylsiloxane), 에폭시프로록시프로필 터미네이티드 폴리페닐메틸실록산(epoxypropoxypropyl terminated polyphenylmethylsiloxane), (에폭시프로폭시프로필)다이메톡시실릴 터미네이티드 폴리다이메틸실록산((epoxypropoxypropyl)dimethoxysilyl terminated polydimethylsiloxane), 모노-(2,3-에폭시)프로필에테르 터미네이티드 폴리다이메틸실란 (mono-(2,3-epoxy)propylether terminated polydimethylsiloxane), 트리스(글리시독시프로필다이메틸실록시)페닐실란(tris(glycidoxypropyldimethylsiloxy)phenylsilane), PSS-[2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸]-헵타이소부틸 서브스티튜드(PSS-[2-(3,4-epoxycyclohexyl) ethyl]-heptaisobutyl substituted), 트리스[(에폭시프로폭시프로필)다이메틸실릴옥시]-POSS (tris[(epoxypropoxypropyl)dimethylsilyloxy]-POSS), PSS-(3-글리시딜)프로폭시-헵타이소부틸 서브스티튜드(PSS-(3-glycidyl)propoxy-heptaisobutyl substituted), 1,3-bis[2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸]테트라메틸다이실록산(1,3-bis[2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyl]tetramethyldisiloxane), 1,5-비스(글리시독시프로필)-3-페닐-1,1,3,5,5-펜타메틸트리실록산(1,5-bis(glycidoxypropyl)-3-phenyl-1,1,3,5,5-pentamethyltrisiloxane), 1,3-비스(글리시독시프로필)테트라메틸다이실록산(1,3-bis(glycidoxypropyl)tetramethyldisiloxane), 트리메틸올프로판, 트리스(3-머캅토프로피오네이트(Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate)), 펜타에리트리톨 테트라키스(3-머캅토프로피오네이트) (Pentaerythritol tetrakis(3-mercaptopropionate)) 및 트리스[2-(머캅토프로피오닐옥시)에틸]이소시아누레이트 (Tris[2-(3-mercaptopropionyloxy)ethyl] isocyanurate)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 수소화된 비스페놀-A 타입 에폭시 수지(Hydrogenated BPA Type Epoxy Resin) 또는 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산카르복실레이트일 수 있다.
Hydrogenated BPA Type Epoxy Resin, Tri-Functional Epoxy Resin, Polyaliphatic Epoxy Resin, 1,3-butadiene dyes, 1,3-butadiene diepoxide, 1,4-butanediol diglycidyl ether, butyl glycidyl ether, tertiary-butylglycidyl Tert-butyl glycidyl ether, 1,4-cyclohexanedimethanol diglycidyl ether, 1,2,7,8-diepoxy octane (1,2,7,8- 8-diepoxyoctane, diglycidyl 1,2-cyclohexanedicarboxylate, 1,2-epoxybutane, 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, bis (3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, Bis (3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, 1,2-epoxydodecane, 1,2-epoxyhexane, glycidyl 2,2,3 , 3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-hexadecafluorononyl ether (glycidyl 2,2,3,3,4,4,5,5 , 6,6,7,7,8,8,9,9-hexadecafluorononyl ether, glycidyl hexadecyl ether, glycidyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether ( glycidyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, epoxycyclohexylethyl terminated polydimethylsiloxane, epoxypropoxypropyltrimethoxysilane, Epoxypropoxypropyl terminated polydimethylsiloxane, epoxypropoxypropyl terminated polyphenylmethylsiloxane, (epoxypropoxypropyl) dimethoxysilyl terminate, and the like. (Epoxypropoxypropyl) dimethoxysilyl terminated polydimethylsiloxane, mono- (2,3-epoxy) propyl ether terminated polydimethylsiloxane, mono- (2,3-epoxy) propylether terminated polydimethylsiloxane, Glycidoxypropyldimethylsiloxy) phenylsilane, PSS- [2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] -heptaisobutylsubstilide (PSS- [2- 3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] -heptaisobutyl), tris [(epoxypropoxypropyl) dimethylsilyloxy] -POSS), PSS- (3-glycidyl) (3-glycidyl) propoxy-heptaisobutyl), 1,3-bis [2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] tetramethyldisiloxane -bis [2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] tetramethyldisiloxane, 1,5-bis (glycidoxypropyl) -3-phenyl-1,1,3,5,5-pentamethyltrisiloxane 1,3-bis (glycidoxypropyl) -3-phenyl-1,1,3,5,5-pentamethyltrisiloxane, 1,3-bis (glycidoxypropyl) tetramethyldisiloxane, (3-mercaptopropionate), pentaerythritol tetrakis (3-mercaptopropionate), and tris [3-mercaptopropionate), trimethylolpropane, (3-mercaptopropionyloxy) ethyl] isocyanurate), and more preferably at least one selected from the group consisting of hydrogenated bisphenol Epoxy-type epoxy resin, or 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate.

상기 단계 f′또는 단계 f에서 첨가되는, 에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 머캅토기 또는 수산화기와, 이온교환기를 동시에 지니는 모노머 또는 올리고머는,The monomer or oligomer having an epoxy group or a mercapto group or a hydroxyl group capable of polymerizing with epoxy and having an ion-exchange group added at the step f 'or step f,

소듐 3-머캅토-1-프로판술포네이트 (sodium 3-mercapto-1-propanesulfonate), 3-하이드록시-1-프로판술포닉 애시드 소듐 염 (3-hydroxy-1-propanesulfonic acid sodium salt), 포름알데하이드-소듐 바이설파이트 (formaldehyde-sodium bisulfite adduct)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 소듐 3-머캅토-1-프로판술포네이트 일 수 있다.
Sodium 3-mercapto-1-propanesulfonate, 3-hydroxy-1-propanesulfonic acid sodium salt, formaldehyde, - formaldehyde-sodium bisulfite adduct, and more preferably may be sodium 3-mercapto-1-propanesulfonate.

상기 단계 f, 단계 f′의, 수지에 에폭시를 첨가하는 단계에서 경화 촉매를 더 첨가할 수 있다. 상기 경화 촉매는 열경화 촉매일 수 있다. 상기 에폭시의 중합반응은 열경화 방법으로 수행할 수 있다. 경화 촉매, 열경화 방법, 무기섬유, 유리섬유, 탄소섬유 등에 대한 내용은 상기에서 설명한 내용과 동일하므로 여기서는 생략한다.
In the step of adding the epoxy to the resin of step f, step f ', a curing catalyst may be further added. The curing catalyst may be a thermosetting catalyst. The polymerization of the epoxy may be carried out by a heat curing method. Curing catalyst, thermosetting method, inorganic fiber, glass fiber, carbon fiber and the like are the same as those described above and therefore will not be described here.

상기 방법으로 제조된 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막은, 실록산 결합을 지니는 유-무기 하이브리드 수지와 백본(backbone)이 단일 결합으로 구성된 탄화수소계이거나 실록산 결합인 기능성) 모노머 또는 올리고머 사이의 에폭시 중합반응으로 제조되기 때문에, 산화에 안정한 실록산 결합으로 구성되거나 실록산 결합과 포화탄화수소로 구성된다. 따라서 불포화 탄화수소 백본을 지니는 탄화수소계 이온교환막에 비해 우수한 내열성을 지닐 수 있다. 또한 낮은 열팽창 계수를 지닌 무기섬유를 이용한 복합체 이온교환막으로 구현하여 치수 안정성을 획기적으로 개선하였는바, 다양한 온도 범위에서 사용할 수 있는 장점을 지닌다.
The inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having a high water-solubility and a high heat resistance produced by the above-mentioned method is characterized in that an organic-inorganic hybrid resin having a siloxane bond and a hydrocarbon-based or backbone- ) It is composed of siloxane bonds stable to oxidation, or composed of siloxane bonds and saturated hydrocarbons since they are prepared by epoxy polymerization between monomers or oligomers. Therefore, it can have excellent heat resistance as compared with a hydrocarbon-based ion exchange membrane having an unsaturated hydrocarbon backbone. In addition, it has been realized as a composite ion exchange membrane using inorganic fibers with low thermal expansion coefficient, and has greatly improved dimensional stability, which is advantageous to use in various temperature ranges.

또한 본 발명은, 에폭시 중합반응에 참여하는 유기 관능기가 수식된 모노머 또는 올리고머가 포함된 유-무기 하이브리드 수지로 무기섬유를 함침하고 경화하여 제조한, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막으로서, 상기 유-무기 하이브리드 수지는 상기 화학식 3으로 표현되는 에폭시 그룹이 수식된 유기실란 및 상기 화학식 4로 표현되는 이온교환 특성의 유기관능기가 수식된 유기실란을 포함하여 이루어지고, 상기 에폭시 중합반응에 참여하는 유기 관능기가 수식된 모노머 또는 올리고머에는 에폭시기, 머캅토기 또는 수산화기가 하나 이상 포함되는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막을 제공한다. 상기 유-무기 하이브리드 수지는 올리고머 형태일 수 있다.
The present invention also relates to an inorganic fiber-reinforced oil having high temperature stability and high heat resistance, which is prepared by impregnating and curing an inorganic fiber with an organic-inorganic hybrid resin containing an organic functional group-modified monomer or oligomer participating in an epoxy polymerization reaction Inorganic hybrid resin comprises an organosilane modified with an epoxy group represented by the formula (3) and an organosilane modified with an organic functional group having an ion exchange characteristic represented by the formula (4) Inorganic hybrid inorganic-fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange resin having high temperature stability and high heat resistance, characterized in that at least one of an epoxy group, a mercapto group and a hydroxyl group is contained in the monomer or oligomer modified with an organic functional group participating in the epoxy polymerization reaction. Lt; / RTI > The organic-inorganic hybrid resin may be in an oligomer form.

상기 유-무기 하이브리드 수지에는 에폭시와 중합반응이 가능한 에폭시기 또는 머캅토기 또는 수산화기와, 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머가 더 포함될 수 있다.
The organic-inorganic hybrid resin may further include a monomer or oligomer having an epoxy group, a mercapto group or a hydroxyl group capable of polymerization reaction with an epoxy, and an ion exchange group.

또한 본 발명은, 에폭시 중합반응에 참여하는 유기 관능기가 수식된 모노머 또는 올리고머 및, 에폭시와 중합반응이 가능한 에폭시기 또는 머캅토기 또는 수산화기와 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머가 포함된 유-무기 하이브리드 수지로 무기섬유를 함침하고 경화하여 제조한, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막으로서, 상기 유-무기 하이브리드 수지는 상기 화학식 3으로 표현되는 에폭시 그룹이 수식된 유기실란을 포함하여 이루어지고, 상기 에폭시 중합반응에 참여하는 유기 관능기가 수식된 모노머 또는 올리고머는 에폭시기, 머캅토기 또는 수산화기 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막을 제공한다. The present invention also relates to an organic-inorganic hybrid resin comprising an organic functional group-modified monomer or oligomer participating in an epoxy polymerization reaction and a monomer or oligomer having both an epoxy group or a mercapto group capable of polymerizing with epoxy or a hydroxyl group and an ion- Inorganic hybrid inorganic-fiber-reinforced ion-exchange hybrid membrane having a high water-solubility stability and a high heat resistance, which is obtained by impregnating and curing an inorganic fiber with an inorganic-base material, wherein the organic-inorganic hybrid resin is an organosilane Characterized in that the monomer or oligomer modified with an organic functional group participating in the epoxy polymerization reaction comprises at least one selected from an epoxy group, a mercapto group and a hydroxyl group. Fiber-reinforced oil-inorganic hybrid Ion exchange membrane.

상기 유-무기 하이브리드 수지는 올리고머 형태일 수 있다.
The organic-inorganic hybrid resin may be in an oligomer form.

상기 화학식 3으로 표현되는 에폭시 그룹이 수식된 유기실란, 상기 화학식 4로 표현되는 이온교환특성의 유기 관능기가 수식된 유기실란, 에폭시 중합반응에 참여하는 유기 관능기가 수식된 모노머 또는 올리고머, 에폭시와 중합반응이 가능한 에폭시기 또는 머캅토기 또는 수산화기와 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머, 무기섬유, 유리섬유, 탄소섬유 등에 대한 내용은 위에서 설명한 내용과 동일하므로 생략한다.
An organosilane modified with an epoxy group represented by the formula (3), an organosilane modified with an organic functional group represented by the formula (4), an organic functional group-modified monomer or oligomer participating in an epoxy polymerization reaction, The content of a monomer or oligomer, an inorganic fiber, a glass fiber, a carbon fiber and the like which have a reactive epoxy group or mercapto group or a hydroxyl group and an ion exchange group at the same time are the same as those described above.

본 발명에 따른 이온교환막은 산화에 안정한 실록산 결합으로 구성되거나 실록산 결합과 포화탄화수소로 구성되어 있어 산화 안정성 및 내열성이 우수하다. 또한 본 발명에 따르면, 낮은 열팽창 계수를 지닌 무기 섬유를 적용한 복합형 이온교환막을 구현함으로써 치수 안정성을 획기적으로 개선할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 이온교환막은 다양한 온도 범위에서 사용할 수 있다.The ion exchange membrane according to the present invention is composed of siloxane bonds stable to oxidation or composed of siloxane bonds and saturated hydrocarbons, and thus has excellent oxidation stability and heat resistance. Further, according to the present invention, by implementing a composite ion exchange membrane using inorganic fibers having a low thermal expansion coefficient, dimensional stability can be remarkably improved. Therefore, the ion exchange membrane according to the present invention can be used in various temperature ranges.

본 발명에 따르면, 다양한 체인 길이를 지닌, 에폭시 등이 포함되는 모노머나 올리고머를 도입함으로써 이온교환막의 자유 부피(free volume)를 용이하게 조절할 수 있고 이에 따라 이온교환막의 이온교환용량을 쉽게 조절할 수 있다.According to the present invention, the free volume of the ion exchange membrane can be easily controlled by introducing a monomer or an oligomer having an epoxy or the like having various chain lengths, thereby easily controlling the ion exchange capacity of the ion exchange membrane .

본 발명에 따른 이온교환막의 제조 방법에 따르면, 에폭시 중합반응으로 발생하는 중합반응 이후 -OH 또는 -O- 그룹이 발생하기 때문에 다른 물질과의 접착력이 우수하여 무기섬유와 복합체화가 용이해 복합형 이온교환막 제조가 용이하다.According to the process for producing an ion exchange membrane according to the present invention, since -OH or -O- group is generated after the polymerization reaction caused by the epoxy polymerization reaction, the adhesion to other materials is excellent, It is easy to manufacture the exchange membrane.

본 발명에 따른 이온교환막은 올리고머 형태의 수지, 에폭시 등이 포함된 모노머 또는 올리고머와 낮은 열팽창계수(coefficient of thermal expansion, CTE)를 지닌 무기섬유의 복합체 형태이므로 때문에 열팽창계수가 낮아 치수 안정성이 우수하다.
Since the ion exchange membrane according to the present invention is a composite form of an inorganic fiber having a low coefficient of thermal expansion (CTE) and a monomer or oligomer including an oligomer type resin, an epoxy, etc., the ion exchange membrane has a low thermal expansion coefficient, .

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예를 통하여 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The objects, features and advantages of the present invention will be readily understood through the following examples. The present invention is not limited to the embodiments described herein, but may be embodied in other forms. The embodiments disclosed herein are provided so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention should not be limited by the following examples.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸다이메톡시실란 (N-(2-aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, TCI社)를 10.32g (0.05mol)을 100ml 1넥(neck) 플라스크에 넣은 다음, 물 9.01g (0.5mol)을 넣고 혼합하여 pH 13의 혼합물을 만들고 2시간 동안 상온에서 전가수분해(prehydrolysis) 공정을 수행했다. 전가수분해(prehydrolysis) 공정 후 80℃에서 24시간 동안 환류(reflux) 하에서 교반하였다. 24시간 졸-겔 공정 반응 후 얻은 수지를 감압 하, 80℃에서 부산물인 메탄올과 물을 제거하고 글래시 필터(glassy filter)를 사용해 여과한 후 아민 하이브리드 수지를 얻었다. 상기 공정을 통해 얻은 수지에 수소화된 비스페놀-A형 에폭시 액상 수지 (Hydrogenated bisphenol-A형 에폭시 액상 수지, ST-3000,국도화학社)와 글리시딜트리메틸암모늄 클로라이드 (glycidyltrimethylammonium chloride, 알드리치社)모노머를 71 : 115 : 75 중량비로 첨가해 상온에서 paste mixer (thinky社)로 3분간 교반 및 1분간 탈포를 수행했다. 교반된 수지를 두께 50㎛의 유리 클로스(glass cloth, E-glass)에 함침시킨 후 150℃에서 2시간 동안 열경화를 수행한 뒤 두께 60㎛의 유리섬유 강화 암모늄-아민-에폭시 하이브리드 이온교환막을 얻었다.
10.32 g (0.05 mol) of N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane (TCI) was added to a 100 ml one-necked flask , And then 9.01 g (0.5 mol) of water was added thereto and mixed to prepare a mixture of pH 13. The prehydrolysis process was performed at room temperature for 2 hours. After the prehydrolysis process, the mixture was stirred at 80 DEG C for 24 hours under reflux. After 24 hours sol-gel process, the resin obtained was filtered off with methanol and water as by-products at 80 ° C under reduced pressure, and then filtered through a glassy filter to obtain an amine hybrid resin. Hydrogenated bisphenol-A type epoxy liquid resin (ST-3000, Kukdo Chemical Co., Ltd.) and glycidyltrimethylammonium chloride (Aldrich) monomer were added to the resin obtained through the above process 71: 115: 75 weight ratio, and the mixture was stirred at room temperature with a paste mixer (thinky) for 3 minutes and defoamed for 1 minute. The stirred resin was impregnated in a glass cloth (E-glass) having a thickness of 50 탆 and thermally cured at 150 캜 for 2 hours. Thereafter, a glass fiber reinforced ammonium-amine-epoxy hybrid ion exchange membrane having a thickness of 60 탆 .

<실시예 2> &Lt; Example 2 >

N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸다이메톡시실란 (N-(2-aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, TCI社)를 10.32g (0.05mol)을 100ml 1넥(neck) 플라스크에 넣고, 물 9.01g (0.5mol)을 넣고 혼합해 pH 13의 혼합물을 만들고 2시간 동안 상온에서 전가수분해(prehydrolysis) 공정을 수행했다. 전가수분해(prehydrolysis) 공정 후 80℃에서 24시간 동안 환류(reflux) 하에서 교반하였다. 24시간 졸-겔 공정 반응 후 얻은 수지를 감압 하, 80℃에서 부산물인 메탄올과 물을 제거하고 글래시 필터(glassy filter)를 사용해 여과한 후 아민 하이브리드 수지를 얻었다. 상기 공정을 통해 얻은 수지에 수소화된 비스페놀-A형 에폭시 액상 수지 (Hydrogenated bisphenol-A형 에폭시 액상 수지, ST-3000,국도화학社)와 글리시딜트리메틸암모늄 클로라이드 (glycidyltrimethylammonium chloride, 알드리치社)모노머를 71 : 115 : 75 중량비로 첨가하고, 에폭시 중합 반응 온도를 낮추기 위해 전체 수지 대비 5wt%의 중량비로 트리스(다이메틸아미노메틸)페놀을 중합반응 촉매로 첨가 한 후 상온에서 paste mixer (thinky社)로 3분간 교반 및 1분간 탈포를 수행했다. 교반된 수지를 두께 50㎛의 유리 클로스(glass cloth, E-glass)에 함침시킨 후 120℃에서 2시간 동안 열경화를 수행한 뒤 두께 60㎛의 유리섬유 강화 암모늄-아민-에폭시 하이브리드 이온교환막을 얻었다.
10.32 g (0.05 mol) of N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane (TCI) was added to a 100 ml one-necked flask , And 9.01 g (0.5 mol) of water were added to the mixture to prepare a mixture of pH 13, and a prehydrolysis process was performed at room temperature for 2 hours. After the prehydrolysis process, the mixture was stirred at 80 DEG C for 24 hours under reflux. After 24 hours sol-gel process, the resin obtained was filtered off with methanol and water as by-products at 80 ° C under reduced pressure, and then filtered through a glassy filter to obtain an amine hybrid resin. Hydrogenated bisphenol-A type epoxy liquid resin (ST-3000, Kukdo Chemical Co., Ltd.) and glycidyltrimethylammonium chloride (Aldrich) monomer were added to the resin obtained through the above process (Dimethylaminomethyl) phenol was added as a polymerization catalyst at a weight ratio of 5 wt% based on the total resin to lower the epoxy polymerization reaction temperature, and the mixture was stirred at room temperature with a paste mixer (thinky) Stirring for 3 minutes and defoaming for 1 minute. The stirred resin was impregnated in a glass cloth (E-glass) having a thickness of 50 탆 and thermally cured at 120 캜 for 2 hours. Thereafter, a glass fiber reinforced ammonium-amine-epoxy hybrid ion exchange membrane having a thickness of 60 탆 .

<실시예 3>&Lt; Example 3 >

N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸다이메톡시실란 (N-(2-aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, TCI社)를 10.32g (0.05mol)을 100ml 1넥(neck) 플라스크에 넣고, 물 9.01g (0.5mol)을 넣고 혼합해 pH 13의 혼합물을 만들고 2시간 동안 상온에서 전가수분해(prehydrolysis) 공정을 수행했다. 전가수분해(prehydrolysis) 공정 후 80℃에서 24시간 동안 환류(reflux) 하에서 교반하였다. 24시간 졸-겔 공정 반응 후 얻은 수지를 감압 하, 80℃에서 부산물인 메탄올과 물을 제거하고 글래시 필터(glassy filter)를 사용해 여과한 후 아민 하이브리드 수지를 얻었다. 상기 공정을 통해 얻은 수지에 수소화된 3,4-에폭시사이클로헥실메틸3,4-에폭시사이클로헥산카르복실레이트(3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, 알드리치社) 모노머와 글리시딜트리메틸암모늄 클로라이드 (glycidyltrimethylammonium chloride, 알드리치社)모노머를 71 : 63 : 75 중량비로 첨가하고, 에폭시 중합 반응 온도를 낮추기 위해 전체 수지 대비 5wt%의 중량비로 트리스(다이메틸아미노메틸)페놀을 중합반응 촉매로 첨가 한 후 상온에서 paste mixer (thinky社)로 3분간 교반 및 1분간 탈포를 수행했다. 교반된 수지를 두께 50㎛의 유리 클로스(glass cloth, E-glass)에 함침시킨 후 120℃에서 2시간 동안 열경화를 수행한 뒤 두께 60㎛의 유리섬유 강화 암모늄-아민-에폭시 하이브리드 이온교환막을 얻었다.
10.32 g (0.05 mol) of N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane (TCI) was added to a 100 ml one-necked flask , And 9.01 g (0.5 mol) of water were added to the mixture to prepare a mixture of pH 13, and a prehydrolysis process was performed at room temperature for 2 hours. After the prehydrolysis process, the mixture was stirred at 80 DEG C for 24 hours under reflux. After 24 hours sol-gel process, the resin obtained was filtered off with methanol and water as by-products at 80 ° C under reduced pressure, and then filtered through a glassy filter to obtain an amine hybrid resin. To the resin obtained through the above process, hydrogenated 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate (Aldrich) monomer and glycidyltrimethylammonium chloride (dimethylaminomethyl) phenol was added as a polymerization catalyst at a weight ratio of 5 wt% to the total resin in order to lower the temperature of the epoxy polymerization reaction, followed by addition of glycidyltrimethylammonium chloride (Aldrich) monomer at a weight ratio of 71: 63: The mixture was stirred at room temperature with a paste mixer (thinky) for 3 minutes and defoamed for 1 minute. The stirred resin was impregnated in a glass cloth (E-glass) having a thickness of 50 탆 and thermally cured at 120 캜 for 2 hours. Thereafter, a glass fiber reinforced ammonium-amine-epoxy hybrid ion exchange membrane having a thickness of 60 탆 .

<실시예 4><Example 4>

N-트리메톡시실릴프로필-N,N,N-트리메틸 암모늄 클로라이드 (N-trimethoxysilylpropyl-N,N,N-trimethylammonium chloride, 50% in methanol, Gelest社) : N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸다이메톡시실란 (N-(2-aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, TCI社)를 2.58g:18.57g (0.01mol:0.09mol)의 비율로 100ml 1넥(neck) 플라스크에 넣고 15분간 교반한 뒤, HCl 1N 농도를 가지는 물 9.01g (0.5mol)을 넣고 추가로 혼합해 pH 10.5의 혼합물을 만들고 2시간 동안 상온에서 전가수분해(prehydrolysis) 공정을 수행했다. 전가수분해(prehydrolysis) 공정 후 80℃에서 24시간 동안 환류(reflux) 하에서 교반하였다. 24시간 졸-겔 공정 반응 후 얻은 수지를 감압 하, 80℃에서 부산물인 메탄올과 물을 제거하고 글래시 필터(glassy filter)를 사용해 여과한 후 아민 하이브리드 수지를 얻었다. 상기 공정을 통해 얻은 수지에 수소화된 비스페놀-A형 에폭시 액상 수지 (Hydrogenated bisphenol-A형 에폭시 액상 수지, ST-3000,국도화학社)를 175 : 230 중량비로 첨가해 상온에서 paste mixer (thinky社)로 3분간 교반 및 1분간 탈포를 수행했다. 교반된 수지를 두께 50㎛의 유리 클로스(glass cloth, E-glass)에 함침시킨 후 150℃에서 2시간 동안 열경화를 수행한 뒤 두께 60㎛의 유리섬유 강화 암모늄-아민-에폭시 하이브리드 이온교환막을 얻었다.
N-trimethoxysilylpropyl-N, N-trimethylammonium chloride, 50% in methanol, Gelest): N- (2-aminoethyl) -3 -Aminopropylmethyldimethoxysilane (TCI) was added to a 100 ml 1-necked flask at a rate of 2.58 g: 18.57 g (0.01 mol: 0.09 mol) After stirring for a minute, 9.01 g (0.5 mol) of water having a HCl 1N concentration was added and further mixed to prepare a mixture having a pH of 10.5, and a prehydrolysis process was performed at room temperature for 2 hours. After the prehydrolysis process, the mixture was stirred at 80 DEG C for 24 hours under reflux. After 24 hours sol-gel process, the resin obtained was filtered off with methanol and water as by-products at 80 ° C under reduced pressure, and then filtered through a glassy filter to obtain an amine hybrid resin. A hydrogenated bisphenol-A type epoxy liquid resin (Hydrogenated bisphenol-A type epoxy liquid resin, ST-3000, Kukdo Chemical Co., Ltd.) was added to the resin obtained through the above process at a weight ratio of 175: 230, Followed by stirring for 3 minutes and degassing for 1 minute. The stirred resin was impregnated in a glass cloth (E-glass) having a thickness of 50 탆 and thermally cured at 150 캜 for 2 hours. Thereafter, a glass fiber reinforced ammonium-amine-epoxy hybrid ion exchange membrane having a thickness of 60 탆 .

<실시예 5>&Lt; Example 5 >

3-(트리하이드록시실릴)-1-프로판 술포닉 애시드 (3-(trihydroxysilyl)-1-propane sulfonic acid 30-35% in water Gelest社)를 6.223g (0.01mol)을 100ml 1넥(neck) 플라스크에 넣고, NaOH (in water 50%, 알드리치社)을 1g 첨가해 산성의 시약의 pH 7로 중화시킨 뒤, (3-글리시딜옥시프로필)다이메톡시메틸실란 ((3-Glycidyloxypropyl)methyldimethoxysilane, 알드리치社) 19.83g (0.09mol)을 넣고 15분간 교반한 뒤, HCl 0.1N 농도를 가지는 물 1.62g (0.09mol)을 넣고 혼합해 약산성 혼합물을 만들고 2시간 동안 상온에서 전가수분해(prehydrolysis) 공정을 수행했다. 전가수분해(prehydrolysis) 공정 후 80℃에서 24시간 동안 환류(reflux) 하에서 교반하였다. 24시간 졸-겔 공정 반응 후 얻은 수지를 감압 하, 30℃에서 부산물인 메탄올을 제거하고 글래시 필터(glassy filter)를 사용해 여과한 후 술포닉-에폭시 하이브리드 수지를 얻었다. 상기 공정을 통해 얻은 수지에 수소화된 비스페놀-A형 에폭시 액상 수지 (Hydrogenated bisphenol-A형 에폭시 액상 수지, ST-3000,국도화학社)와 소듐 3-머캅토-1-프로판술포네이트 (Sodium 3-mercapto-1-propanesulfonate , 알드리치社)모노머를 168 : 115 : 178 중량비로 첨가한 뒤, 추가적으로 에폭시 중합반응을 촉진하기 위해 벤질 다이메틸 아민을 전제 혼합물에 5wt% 첨가했다. 그 뒤, 상온에서 paste mixer (thinky社)로 3분간 교반 및 1분간 탈포를 수행했다. 교반된 수지를 두께 50㎛의 유리 클로스(glass cloth, E-glass)에 함침시킨 후 수지내 물을 제거하기 위해 100℃에서 1시간 열처리 후, 150℃에서 2시간 동안 열경화를 수행한 뒤 두께 60㎛의 유리섬유 강화 술포닉-머캅토-에폭시 하이브리드 이온교환막을 얻었다.
6.223 g (0.01 mol) of 3- (trihydroxysilyl) -1-propane sulfonic acid (30-35% in water Gelest) was dissolved in 100 ml of 1 neck, (3-glycidyloxypropyl) methyldimethoxysilane ((3-glycidyloxypropyl) methyldimethoxysilane (3-glycidyloxypropyl)) was added to the flask, and 1 g of NaOH (0.09 mol) of HCl 0.1N) was added to the mixture to prepare a slightly acidic mixture, and prehydrolysis was carried out at room temperature for 2 hours. The process was carried out. After the prehydrolysis process, the mixture was stirred at 80 DEG C for 24 hours under reflux. After 24 hours of sol-gel process, the resin obtained was filtered off with methanol using a glassy filter at 30 ° C under reduced pressure to obtain a sulfonic-epoxy hybrid resin. The resin obtained through the above process was added with hydrogenated bisphenol-A type epoxy liquid resin (ST-3000, Kukdo Chemical Co., Ltd.) and sodium 3-mercapto-1-propane sulfonate mercapto-1-propanesulfonate, Aldrich) monomers were added at a weight ratio of 168: 115: 178, and then benzyldimethylamine was added to the premix mixture in an amount of 5 wt% to further promote the epoxy polymerization reaction. Then, the mixture was stirred at room temperature with a paste mixer (thinky) for 3 minutes and defoamed for 1 minute. After agitated resin was impregnated into a glass cloth (E-glass) having a thickness of 50 탆, heat treatment was performed at 100 캜 for 1 hour to remove water in the resin, followed by thermal curing at 150 캜 for 2 hours, A glass fiber reinforced sulphonic-mercapto-epoxy hybrid ion exchange membrane having a thickness of 60 mu m was obtained.

<실시예 6>&Lt; Example 6 >

(3-글리시딜옥시프로필)다이메톡시메틸실란 ((3-Glycidyloxypropyl)methyldimethoxysilane, 알드리치社) 11.017g (0.05mol)을 넣고 15분간 교반한 뒤, HCl 0.1N 농도를 가지는 물 0.901g (0.05mol)을 넣고 혼합해 약산성 혼합물을 만들고 2시간 동안 상온에서 전가수분해(prehydrolysis) 공정을 수행했다. 전가수분해(prehydrolysis) 공정 후 80℃에서 24시간 동안 환류(reflux) 하에서 교반하였다. 24시간 졸-겔 공정 반응 후 얻은 수지를 감압 하, 30℃에서 부산물인 메탄올을 제거하고 글래시 필터(glassy filter)를 사용해 여과한 후 술포닉-에폭시 하이브리드 수지를 얻었다. 상기 공정을 통해 얻은 수지에 3,4-에폭시사이클로헥실메틸3,4-에폭시사이클로헥산카르복실레이트 (3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, 알드리치社) 모노머와 소듐 3-머캅토-1-프로판술포네이트 (Sodium 3-mercapto-1-propanesulfonate , 알드리치社)모노머를 78 : 63: 178 중량비로 첨가한 뒤, 추가적으로 에폭시 중합반응을 촉진하기 위해 벤질 다이메틸 아민을 전제 혼합물에 5wt% 첨가했다. 그 뒤, 상온에서 paste mixer (thinky社)로 3분간 교반 및 1분간 탈포를 수행했다. 교반된 수지를 두께 50㎛의 유리 클로스(glass cloth, E-glass)에 함침시킨 후 수지내 물을 제거하기 위해 100℃에서 1시간 열처리 후, 150℃에서 2시간 동안 열경화를 수행한 뒤 두께 60㎛의 유리섬유 강화 술포닉-머캅토-에폭시 하이브리드 이온교환막을 얻었다.
(0.05 mol) of (3-glycidyloxypropyl) methyldimethoxysilane (Aldrich) were added and stirred for 15 minutes. Then, 0.901 g (0.05 mol) were added and mixed to make a slightly acidic mixture, and a prehydrolysis process was performed at room temperature for 2 hours. After the prehydrolysis process, the mixture was stirred at 80 DEG C for 24 hours under reflux. After 24 hours of sol-gel process, the resin obtained was filtered off with methanol using a glassy filter at 30 ° C under reduced pressure to obtain a sulfonic-epoxy hybrid resin. Epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate (Aldrich) monomer and sodium 3-mercapto-1- (3-mercaptohexanecarboxylate) Sodium 3-mercapto-1-propanesulfonate (Aldrich) monomer was added at a weight ratio of 78: 63: 178, and then benzyldimethylamine was added to the premix mixture in an amount of 5 wt% to further promote the epoxy polymerization reaction. Then, the mixture was stirred at room temperature with a paste mixer (thinky) for 3 minutes and defoamed for 1 minute. After agitated resin was impregnated into a glass cloth (E-glass) having a thickness of 50 탆, heat treatment was performed at 100 캜 for 1 hour to remove water in the resin, followed by thermal curing at 150 캜 for 2 hours, A glass fiber reinforced sulphonic-mercapto-epoxy hybrid ion exchange membrane having a thickness of 60 mu m was obtained.

시험예Test Example

상기 실시예에서 얻어진 샘플의 물성을 아래와 같은 방법으로 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
The physical properties of the samples obtained in the above Examples were evaluated by the following methods, and the results are shown in Table 1.

시험예 1. 유리전이온도 및 저장탄성률(storage modulus) 분석Test Example 1. Analysis of glass transition temperature and storage modulus

무기섬유 함침 유-무기 하이브리드 이온교환막의 유리전이온도 및 유리전이온도 전후 글래시 스테이트(glassy state)와 러버리 스테이트(rubbery state)의 저장탄성률(storage modulus)를 DMA(dynamic mechanical analyzer, TA, DMA 2980)를 사용하여 분석하였다. 측정 전 무기섬유 함침 유-무기 하이브리드 이온교환막이 머금은 수분을 제거하기 위해 100℃ 2시간 진공 하에서 열처리를 수행했다. 측정 조건으로는 온도 범위 -70~200 ℃, 승온 속도 5 ℃/min. 오프셋(offset) 0.01N, 프리퀀시(frequency) 1Hz 가 사용되었다.
The storage modulus of the glassy state and the rubbery state before and after the glass transition temperature and the glass transition temperature of the inorganic fiber-impregnated organic-inorganic hybrid ion exchange membrane was measured using a dynamic mechanical analyzer (TA, DMA 2980). Before the measurement, the inorganic fiber-impregnated oil-inorganic hybrid ion exchange membrane was subjected to heat treatment at 100 ° C for 2 hours under vacuum to remove moisture. The measurement conditions include a temperature range of -70 to 200 DEG C, a temperature increase rate of 5 DEG C / min. An offset of 0.01 N and a frequency of 1 Hz were used.

시험예 2. 열팽창계수Test Example 2. Coefficient of thermal expansion

무기섬유 함침 유-무기 하이브리드 이온교환막의 열팽창계수를 열기계 분석장치(thermomechanical analyzer, TMA, Seiko, EXTAR series TMA/SS 6100)를 사용하여 분석하였다. 측정 전 무기섬유 함침 유-무기 하이브리드 이온교환막이 머금은 수분을 제거하기 위해 100℃ 2시간 진공 하에서 열처리를 수행했다. 측정 조건으로는 온도 범위 -75~200 ℃, 승온 속도 5℃/min이 사용되었고, 유리전이온도 전 (-25~25℃) 및 유리전이온도 후 (150~170℃) 열팽창계수(coefficients of thermal expansion)는 TMA 그래프로부터 계산되었다. 또한, 치수안정성을 확인하기 위해 TMA 측정을 같은 샘플로 두 번 수행해 첫 번째 값과 두 번째 값을 비교했다.The thermal expansion coefficients of the inorganic fiber impregnated U-inorganic hybrid ion exchange membranes were analyzed using a thermomechanical analyzer (TMA, Seiko, EXTAR series TMA / SS 6100). Before the measurement, the inorganic fiber-impregnated oil-inorganic hybrid ion exchange membrane was subjected to heat treatment at 100 ° C for 2 hours under vacuum to remove moisture. The measurement conditions were a temperature range of -75 to 200 ° C and a rate of temperature increase of 5 ° C / min. The coefficient of thermal expansion of the glass transition temperature (-25 to 25 ° C) and the glass transition temperature (150 to 170 ° C) expansion was calculated from the TMA graph. To confirm the dimensional stability, the TMA measurement was performed twice with the same sample to compare the first and second values.

무기섬유 함침 유-무기 하이브리드 이온교환막의 열기계적 특성을 하기 표 1에 나타내었다.The thermomechanical characteristics of the inorganic fiber impregnated organic-inorganic hybrid ion exchange membrane are shown in Table 1 below.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 유리전이온도 (℃)Glass transition temperature (캜) 5454 5050 6363 4848 5151 6161 Storage
modulus
(MPa)
Storage
modulus
(MPa)
glassy stateglassy state 1680016800 1700017000 1780017800 1650016500 1590015900 1800018000
rubbery staterubbery state 1100011000 1080010800 1190011900 1090010900 1050010500 1150011500 열팽창계수
(ppm/℃, -25~25℃)
Coefficient of thermal expansion
(ppm / ° C, -25 to 25 ° C)
1차 측정Primary measurement 21.021.0 22.022.0 19.819.8 20.720.7 22.022.0 19.519.5
2차 측정Secondary measurement 23.023.0 21.021.0 19.419.4 20.220.2 21.221.2 19.319.3 열팽창계수
(ppm/℃, 150~170℃)
Coefficient of thermal expansion
(ppm / DEG C, 150 to 170 DEG C)
1차 측정Primary measurement 12.412.4 11.511.5 14.514.5 10.510.5 11.311.3 14.214.2
2차 측정Secondary measurement 10.310.3 12.312.3 15.415.4 9.89.8 10.710.7 14.714.7

실시예 1 ~ 6의 방법으로 합성된 유-무기 하이브리드 이온교환막의 유리 전이온도는 약 50~60℃이고 선행 특허 KR 2012-0125665 의 유리섬유가 함침되지 않는 유-무기 하이브리드 이온교환막 저장탄성율(storage modulus) 대비 유리전이 온도 전후 글래시 스테이트(glassy state)와 러버리 스테이트(rubbery state)의 저장탄성률(storage modulus)은 무기 섬유인 유리섬유의 강화 효과로 인해 비약적으로 증가했음을 알 수 있다. 또한, 선행 특허 KR 2012-0125665 의 유리섬유가 함침되지 않는 유-무기 하이브리드 이온교환막의 경우 유리 전이온도 전 후 열팽창계수 차이가 약 100 ppm/℃정도 차이가 나는 것에 비해, 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막은 유리전이온도 전후 열팽창계수의 차이가 거의 차이가 나지 않음을 알 수 있다. 또한, 같은 샘플의 반복 측정에도 열팽창계수가 차이 나지 않는 것을 보아 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막은 우수한 치수 안정성을 지니는 것을 알 수 있다. The glass transition temperature of the organic-inorganic hybrid ion exchange membrane synthesized by the methods of Examples 1 to 6 is about 50 to 60 ° C and the storage modulus of the organic-inorganic hybrid ion exchange membrane of the prior art KR 2012-0125665 the storage modulus of the glassy state and the rubbery state before and after the glass transition temperature as compared with the modulus of the glass transition temperature was remarkably increased due to the strengthening effect of the inorganic fiber glass fiber. In the case of the prior art KR 2012-0125665 glass-fiber-impregnated, organic-inorganic hybrid ion exchange membrane, the difference in the thermal expansion coefficient after the glass transition temperature is about 100 ppm / It can be seen that the difference in thermal expansion coefficient between the hybrid ion exchange membrane and that before and after the glass transition temperature hardly varies. In addition, it is seen that the thermal expansion coefficient does not differ even in the repeated measurement of the same sample. Thus, it can be seen that the inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane has excellent dimensional stability.

또한 실시예 1 ~ 6의 방법으로 제조된 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막은 산화에 안정한 실록산 결합으로 구성되거나 실록산 결합과 포화탄화수소로 구성되어 있어 산화 안정성 및 내열성이 우수하다. 또한, 낮은 열팽창 계수를 지닌 무기 섬유를 적용한 복합형 이온교환막을 구현함으로써 치수 안정성을 획기적으로 개선할 수 있다. 따라서, 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막은 다양한 온도 범위에서 사용할 수 있다.The inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membranes prepared by the methods of Examples 1 to 6 are composed of siloxane bonds stable to oxidation or composed of siloxane bonds and saturated hydrocarbons, and thus are excellent in oxidation stability and heat resistance. Furthermore, by implementing a composite ion exchange membrane employing inorganic fibers having a low thermal expansion coefficient, dimensional stability can be remarkably improved. Therefore, inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membranes can be used in various temperature ranges.

Claims (52)

하기 화학식 1로 표현되는 아민 그룹이 수식된 유기실란, 하기 화학식 2로 표현되는 이온교환 특성의 유기관능기가 수식된 유기실란 및 물을 혼합하고, pH를 조절하는 단계(단계 a);
상기 단계 a에 따라 제조된 혼합물에 졸-겔 공정을 수행하여 유-무기 하이브리드 수지를 제조하는 단계(단계 b); 및
상기 수지에 에폭시를 첨가한 후 무기섬유에 함침한 뒤 아민 그룹과 에폭시의 중합 반응을 수행하는 단계(단계 c)를 포함하고,
상기 에폭시는 에폭시 모노머, 에폭시 올리고머, 지환식 에폭시 모노머 및 지환식 에폭시 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
[화학식 1]
Figure 112014104584360-pat00006

(상기 화학식 1에서 R1은 아민그룹이 수식된 유기관능기이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1~7의 알킬이며, n은 0 ~ 2 사이의 정수이다.)
[화학식 2]
Figure 112014104584360-pat00007

(상기 화학식 2에서 R4는 이온 교환 특성을 지니는 -NH3 +, -NRH2 +, -NRR′H+, -NRR′R″+, -PRR′R″+ 및 -SRR′+로 이루어진 군(R, R′및 R″ 는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 ~ 20의 알킬임)에서 선택되는 작용기가 수식된 이온교환특성을 지니는 유기관능기이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1~7의 알킬이며, n은 0 ~ 2 사이의 정수이다.)
(A) mixing an organosilane having an amine group represented by the following formula (1), an organosilane having an ion-exchange characteristic represented by the following formula (2), and water;
Performing a sol-gel process on the mixture prepared according to step (a) to prepare an organic-inorganic hybrid resin (step b); And
(C) a step of adding an epoxy to the resin, impregnating the inorganic fiber with the epoxy resin, and carrying out a polymerization reaction of an amine group and an epoxy (step c)
Wherein the epoxy comprises at least one member selected from the group consisting of an epoxy monomer, an epoxy oligomer, an alicyclic epoxy monomer, and an alicyclic epoxy oligomer. The inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion Exchange membrane manufacturing method.
[Chemical Formula 1]
Figure 112014104584360-pat00006

(Wherein R 1 is an organic functional group in which the amine group is modified, R 2 and R 3 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, and n is an integer of 0 to 2)
(2)
Figure 112014104584360-pat00007

(In the general formula 2 R 4 is having the ion-exchange properties -NH 3 +, -NRH 2 +, -NRR'H +, -NRR'R "+, -PRR'R" + and -SRR 'the group consisting of + (Wherein R, R 'and R "are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms), R 5 and R 6 are each independently an organic functional group having an ion- Straight or branched chain alkyl having 1 to 7 carbon atoms, and n is an integer between 0 and 2.)
청구항 1에 있어서,
상기 단계 c에는 에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 아민기와, 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (c), an inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having a high water-solubility stability and a high heat resistance, which further comprises a monomer or oligomer having both an epoxy group or an amine group capable of polymerization with an epoxy and an ion- Way.
하기 화학식 1로 표현되는 아민 그룹이 수식된 유기실란 및 물을 혼합하고, pH를 조절하는 단계(단계 a);
상기 단계 a에 따라 제조된 혼합물에 졸-겔 공정을 수행하여 유-무기 하이브리드 수지를 제조하는 단계(단계 b); 및
상기 수지에 에폭시와, 에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 아민기와 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머를 첨가한 후 무기섬유에 함침한 뒤 아민 그룹과 에폭시의 중합 반응을 수행하는 단계(단계 c)를 포함하고,
상기 에폭시는 에폭시 모노머, 에폭시 올리고머, 지환식 에폭시 모노머 및 지환식 에폭시 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
[화학식 1]
Figure 112014104584360-pat00008

(상기 화학식 1에서 R1은 아민그룹이 수식된 유기관능기이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1~7의 알킬이며, n은 0 ~ 2 사이의 정수이다.)
Mixing an organosilane modified with an amine group represented by the following formula (1) and water, and adjusting the pH (step a);
Performing a sol-gel process on the mixture prepared according to step (a) to prepare an organic-inorganic hybrid resin (step b); And
(C) a step of adding a monomer or an oligomer having both an epoxy group or an amine group and an ion exchange group capable of polymerizing with epoxy to the resin, then impregnating the inorganic fiber with an amine group and an epoxy, Including,
Wherein the epoxy comprises at least one member selected from the group consisting of an epoxy monomer, an epoxy oligomer, an alicyclic epoxy monomer, and an alicyclic epoxy oligomer. The inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion Exchange membrane manufacturing method.
[Chemical Formula 1]
Figure 112014104584360-pat00008

(Wherein R 1 is an organic functional group in which the amine group is modified, R 2 and R 3 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, and n is an integer of 0 to 2)
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 화학식 1로 표현되는 아민 그룹이 수식된 유기실란은,
3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-(2-아미노에틸아미노)프로필트리메톡시실란, 3-(2-아미노에틸아미노)프로필트리메톡시실란, 3-(2-아미노에틸아미노)프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필다이에톡시메틸실란, 트리메톡시[3-(페닐아미노)프로필]실란, 3-아미노프로필다이메톡시실란, 트리메톡시[3-(메틸아미노)프로필]실란, 3-아미노프로필메틸다이에톡시실란, 3-아미노프로필다이이소프로필에톡시실란, 3-아미노프로필다이메틸에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-3-[(아미노(폴리프로필렌옥시)]아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸다이메톡시실란, (아미노에틸아미노)-3-이소부틸다이메틸메톡시실란, (3-트리메톡시실릴프로필)다이에틸렌트리아민, n-부틸아미노프로필트리메톡시실란, N-에틸아미노이소부틸트리메톡시실란, N-메틸아미노프로필트리메톡시실란, N-페닐아미노프로필트리메톡시실란, 4-아미노부틸트리에톡시실란, m-아미노페닐트리메톡시실란, p-아미노페닐트리메톡시실란, 아미노페닐트리메톡시실란, 11-아미노운데실트리에톡시실란, 3-(m-아미노페녹시)프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(6-아미노헥실)아미노메틸트리에톡시실란, N-(6-아미노헥실)아미노메틸트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-11-아미노운데실트리메톡시실란, (아미노에틸아미노메틸)페네틸트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노이소부틸메틸다이메톡시실란, (사이클로헥실아미노메틸)트리에톡시실란, (사이클로헥실아미노메틸)트리메톡시실란, N-에틸아미노이소부틸메틸다이에톡시실란, (페닐아미노메틸)메틸다이메톡시실란, N-페닐아미노메틸트리에톡시실란 및 N-메틸아미노프로필메틸다이메톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
The method according to claim 1 or 3,
The organosilane having an amine group represented by the formula (1)
(3-aminoethylamino) propyltrimethoxysilane, 3- (2-aminoethylamino) propyltrimethoxysilane, 3- Aminopropyldimethoxysilane, trimethoxy [3- (methylamino) propyl] silane, trimethoxy [3- (phenylamino) , 3-aminopropylmethyldiethoxysilane, 3-aminopropyldiisopropylethoxysilane, 3-aminopropyldimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N-3- [(amino (polypropyleneoxy)] aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, Methylmethoxysilane, (3-trimethoxysilylpropyl) diethylenetriamine, n-butylaminopropyltrimethoxysilane, N-ethylamino Aminopropyltrimethoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, N-methylaminopropyltrimethoxysilane, N-phenylaminopropyltrimethoxysilane, 4-aminobutyltriethoxysilane, m- Aminophenoxy) propyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, N- Aminomethyltrimethoxysilane, N- (6-aminopentyl) aminomethyltriethoxysilane, N- (6-aminohexyl) aminomethyltrimethoxysilane, N- (Aminoethylaminomethyl) phenethyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminoisobutylmethyldimethoxysilane, (cyclohexylaminomethyl) triethoxysilane, (cyclohexylamino Methyl) trimethoxysilane, N-ethylaminoisobutylmethyldiethoxysilane, (phenylaminomethyl) methyldimethoxysilane Is an inorganic fiber reinforced oil having high temperature stability and high heat resistance, characterized by containing at least one member selected from the group consisting of N-phenylaminomethyltriethoxysilane and N-methylaminopropylmethyldimethoxysilane. - Method for manufacturing an inorganic hybrid ion exchange membrane.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 2로 표현되는 이온교환 특성의 유기관능기가 수식된 유기실란은,
N-트리메톡시실릴프로필-N,N,N-트리메틸암모늄 클로라이드, 트리메틸[3-(트리에톡시실릴)프로필]암모늄 클로라이드, 옥타데실다이메틸(3-트리메톡시실릴프로필)암모늄 클로라이드, N,N-다이데실-N-메틸-N-(3-트리메톡시실릴프로필)암모늄 클로라이드, 테트라데실다이메틸(3-트리메톡시실릴프로필)암모늄 클로라이드, N-(트리메톡시실릴에틸)벤질-N,N,N-트리메틸암모늄 클로라이드 및 N-(트리메톡시실릴프로필)이소티오우로늄 클로라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
The method according to claim 1,
The organosilane having an ion-exchangeable organic functional group represented by the general formula (2)
N, N, N-trimethylammonium chloride, trimethyl [3- (triethoxysilyl) propyl] ammonium chloride, octadecyl dimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride, N , N-decyl-N-methyl-N- (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride, tetradecyl dimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride, N- And at least one member selected from the group consisting of N, N, N, N-trimethylammonium chloride and N- (trimethoxysilylpropyl) isothiouronium chloride. Method for fabricating a fiber - reinforced oil - and - inorganic hybrid ion exchange membrane.
청구항 1 또는 3에 있어서,
상기 단계 a에는 촉매가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
The method according to claim 1 or 3,
Inorganic hybrid inorganic-fiber-reinforced organic-inorganic hybrid-type ion exchange membrane having a high water-solubility stability and a high heat resistance.
청구항 6에 있어서,
상기 촉매는 산, 염기, 산염기 이온교환수지 및 아민류로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고,
상기 산은 아세트산, 인산, 황산, 염산, 질산, 클로로술폰산, 파라-톨루엔산, 트리클로로아세트산, 폴리인산, 필로인산, 요오드산, 주석산 및 과염소산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고,
상기 염기는 암모니아, 수산화나트륨, 이미다졸, 과염소산암모늄, 수산화칼륨, 수산화바륨 및 수산화스트론튬으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고,
상기 산염기 이온교환수지는 하이드로젠 폼(hydrogen form) 및 클로라이드 폼(chloride form)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고,
상기 아민류는 트리에틸아민, 트리메틸아민, n-부틸아민, 다이-n-부틸아민 및 트리-n-부틸아민으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein the catalyst comprises at least one member selected from the group consisting of an acid, a base, an acid base ion-exchange resin and an amine,
The acid includes at least one selected from the group consisting of acetic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, chlorosulfonic acid, para-toluic acid, trichloroacetic acid, polyphosphoric acid, philophosphoric acid,
Wherein the base comprises at least one selected from the group consisting of ammonia, sodium hydroxide, imidazole, ammonium perchlorate, potassium hydroxide, barium hydroxide and strontium hydroxide,
The acid base ion exchange resin includes at least one selected from the group consisting of hydrogen form and chloride form,
Characterized in that the amines include at least one member selected from the group consisting of triethylamine, trimethylamine, n-butylamine, di-n-butylamine and tri-n-butylamine. Inorganic hybrid inorganic-fiber reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 졸-겔 공정으로 합성된 수지는 올리고머 형태인 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
The method according to claim 1 or 3,
Wherein the resin synthesized by the sol-gel process is in the form of an oligomer. The method for producing an inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane according to claim 1,
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 단계 c에서 첨가되는 에폭시의 백본(backbone)은 탄소간 단일결합으로 구성된 탄화수소계이거나 실록산 결합으로 구성된 실록산계인 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
The method according to claim 1 or 3,
The inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having a high water-solubility stability and a high heat resistance, characterized in that the backbone of the epoxy added in the step (c) is a hydrocarbon-based or siloxane- Gt;
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 단계 c에서 첨가되는 에폭시는,
수소화된 비스페놀-A 타입 에폭시 수지, 3-관능성 에폭시 수지, 폴리알리파틱 에폭시 수지, 1,3-부타다이엔 다이에폭사이드, 1,4-부탄다이올 글리시딜 에테르, 부틸 글리시딜 에테르, 터셔리-부틸 글리시딜 에테르, 1,4-사이클로헥산다이메탄올 다이글리시딜 에테르, 1,2,7,8-다이에폭시옥탄, 다이글리시딜 1,2-사이클로헥산다이카르복실레이트, 1,2-에폭시부탄, 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산카르복실레이트, 비스(3,4-에폭시사이클로헥실메틸) 아디페이트, 1,2-에폭시도데칸, 1,2-에폭시헥산, 글리시딜 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-헥사데카플루오로노닐 에테르, 글리시딜 헥사데실 에테르, 글리시딜 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에테르, 네오펜틸 글리콜 다이글리시딜 에테르, 에폭시사이클로헥실에틸 터미네이티드 폴리다이메틸 실록산, 에폭시프로폭시프로필 터미네이티드 폴리다이메틸실록산, 에폭시프로록시프로필 터미네이티드 폴리페닐메틸실록산, (에폭시프로폭시프로필)다이메톡시실릴 터미네이티드 폴리다이메틸실록산, 모노-(2,3-에폭시)프로필에테르 터미네이티드 폴리다이메틸실란, 트리스(글리시독시프로필다이메틸실록시)페닐실란, PSS-[2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸]-헵타이소부틸 서브스티튜드, 트리스[(에폭시프로폭시프로필)다이메틸실릴옥시]-POSS, PSS-(3-글리시딜)프로폭시-헵타이소부틸 서브스티튜드, 1,3-비스[2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸]테트라메틸다이실록산, 1,5-비스(글리시독시프로필)-3-페닐-1,1,3,5,5-펜타메틸트리실록산 및 1,3-비스(글리시독시프로필)테트라메틸다이실록산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
The method according to claim 1 or 3,
The epoxy added in step c)
Hydrogenated bisphenol-A type epoxy resins, 3-functional epoxy resins, polyalipathic epoxy resins, 1,3-butadienediepoxide, 1,4-butanediol glycidyl ether, butylglycidyl Ether, tertiary-butyl glycidyl ether, 1,4-cyclohexanedimethanol diglycidyl ether, 1,2,7,8-diepoxy octane, diglycidyl 1,2-cyclohexanedicarboxyl Epoxycyclohexanecarboxylate, bis (3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, 1,2-epoxydodecane, 1,3-epoxycyclohexylmethacrylate, 1,2-epoxyhexane, glycidyl 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-hexadecafluorononyl ether, glycidyl Epoxycyclohexyl ethyl trimellitate, polydimethylsiloxane, epoxycyclohexylmethyldimethylsiloxane, epoxycyclohexylmethyldimethylsiloxane, epoxycyclohexylmethyldimethylsiloxane, epoxycyclohexylmethyldimethylsiloxane, (Epoxypropoxy) dimethoxysilyl terminated polydimethylsiloxane, mono- (2,3-epoxy) propoxylated polydimethylsiloxane, epoxypropoxypropyl terminated polydimethylsiloxane, (Glycidoxypropyldimethylsiloxy) phenylsilane, PSS- [2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] -heptaisobutyl substistide, tris [(Epoxypropoxy) dimethylsilyloxy] -POSS, PSS- (3-glycidyl) propoxy-heptathobutyl substistide, 1,3-bis [2- (3,4- Hexyl) ethyl] tetramethyldisiloxane, 1,5-bis (glycidoxypropyl) -3-phenyl-1,1,3,5,5-pentamethyltrisiloxane and 1,3- ) &Lt; / RTI &gt; tetramethyldisiloxane. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; Inorganic fiber-reinforced and having a heat-resistant organic-inorganic hybrid method for producing an ion exchange membrane.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 아민기와, 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머는,
글리시딜트리메틸암모늄 클로라이드, (2-카르바모일옥시에틸)트리메틸암모늄 클로라이드 및 (하이드라진카르보닐메틸)트리메틸암모늄 클로라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
The method according to claim 2 or 3,
The monomer or oligomer having both an epoxy group or an amine group capable of undergoing a polymerization reaction with the epoxy and an ion-
(2-carbamoyloxyethyl) trimethylammonium chloride, and (hydrazinecarbonylmethyl) trimethylammonium chloride. 2. The method of claim 1, wherein the at least one compound is selected from the group consisting of glycidyltrimethylammonium chloride, (EN) METHOD FOR PREPARING INORGANIC FIBER - REINFORCED WATER - INORGANIC HYBRID ION EXCHANGE MEMBRANE WITH RESISTANCE.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 단계 c의 수지에 에폭시를 첨가하는 단계에서 열경화 촉매를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
The method according to claim 1 or 3,
Inorganic hy- droxy-enriched inorganic ion-exchange membrane having a high temperature stability and high heat resistance, wherein a thermosetting catalyst is further added in the step of adding epoxy to the resin of step (c).
청구항 12에 있어서,
상기 열경화 촉매는 트리스(다이메틸아미노메틸)페놀, 다이메틸아미노메틸페놀, 벤질 다이메틸 아민, 1-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스페이트, 트리옥틸포스핀, 트리 tert-부틸포스핀, tert-부틸포스포늄 메탄 설포네이트, 알루미늄 아세틸 아세토네이트(Alacac), 플라티늄-싸이클로비닐메틸실록산 콤플렉스, 트리스(다이부틸설파이드)로듐 트리클로라이드 및 3-메틸-2-부테닐테트라메틸렌설포늄 헥사플루오로안티몬에이트 염으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
The method of claim 12,
The thermoset catalyst may be selected from the group consisting of tris (dimethylaminomethyl) phenol, dimethylaminomethylphenol, benzyldimethylamine, 1-methylimidazole, 2-phenylimidazole, triphenylphosphine, triphenylphosphate, Phosphine, tri-tert-butylphosphine, tert-butylphosphonium methanesulfonate, aluminum acetylacetonate (Alacac), platinum-cyclovinylmethylsiloxane complex, tris (dibutylsulfide) rhodium trichloride and 3- -Butenyltetramethylenesulfonium hexafluoroantimonate salt having a high water-solubility and a high heat resistance, characterized in that the inorganic fiber-reinforced organic-inorganic-inorganic hybrid ion exchange membrane comprises at least one member selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene-butenyltetramethylenesulfonium hexafluoroantimonate salts.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 무기섬유는 유리섬유 및 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
The method according to claim 1 or 3,
Wherein the inorganic fibers comprise at least one member selected from the group consisting of glass fibers and carbon fibers, and having high stability and high heat resistance.
청구항 14에 있어서,
상기 유리섬유는 유리 클로스, 유리 직물, 유리 부직포 및 유리 메쉬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 상기 탄소섬유는 탄소 클로스, 탄소 직물, 탄소 부직포 및 탄소 메쉬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the glass fiber comprises at least one selected from the group consisting of glass cloth, glass fabric, glass nonwoven fabric, and glass mesh, and the carbon fiber is at least one selected from the group consisting of carbon cloth, carbon cloth, carbon non- Inorganic hybrid inorganic-fiber reinforced organic-inorganic hybrid ion-exchange membrane having a high water-solubility stability and a high heat resistance.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 아민 그룹과 에폭시의 중합은 열경화로 수행되는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
The method according to claim 1 or 3,
Wherein the polymerization of the amine group and the epoxy is carried out by a thermal curing process, and the inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having high temperature stability and high heat resistance.
청구항 16에 있어서,
상기 열경화는 20 ~ 180℃에서 1분 ~ 72시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막 제조방법.
18. The method of claim 16,
Wherein the thermosetting is performed at 20 to 180 ° C for 1 minute to 72 hours. The method for producing an inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane according to claim 1,
에폭시가 포함된 올리고머 형태의 유-무기 하이브리드 이온교환수지로 무기섬유를 함침하고 경화하여 제조한, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막으로서,
상기 올리고머는 하기 화학식 1로 표현되는 아민 그룹이 수식된 유기실란과 하기 화학식 2로 표현되는 이온교환 특성의 유기관능기가 수식된 유기실란을 포함하여 이루어지고,
상기 에폭시는 에폭시 모노머, 에폭시 올리고머, 지환식 에폭시 모노머 및 지환식 에폭시 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막.
[화학식 1]
Figure 112014104584360-pat00009

(상기 화학식 1에서 R1은 아민그룹이 수식된 유기관능기이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1~7의 알킬이며, n은 0 ~ 2 사이의 정수이다.)
[화학식 2]
Figure 112014104584360-pat00010

(상기 화학식 2에서 R4는 이온 교환 특성을 지니는 -NH3 +, -NRH2 +, -NRR′H+, -NRR′R″+, -PRR′R″+ 및 -SRR′+로 이루어진 군(R, R′및 R″ 는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 ~ 20의 알킬임)에서 선택되는 작용기가 수식된 이온교환특성을 지니는 유기관능기이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1~7의 알킬이며, n은 0 ~ 2 사이의 정수이다.)
An inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane produced by impregnating and curing an inorganic fiber with an organic-inorganic hybrid ion exchange resin in the form of an oligomer containing an epoxy and having high stability and high heat resistance,
Wherein the oligomer comprises an organosilane modified with an amine group represented by the following general formula (1) and an organosilane having an organofunctional group having an ion-exchange property represented by the following general formula (2)
Wherein the epoxy comprises at least one member selected from the group consisting of an epoxy monomer, an epoxy oligomer, an alicyclic epoxy monomer, and an alicyclic epoxy oligomer. The inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion Exchange membrane.
[Chemical Formula 1]
Figure 112014104584360-pat00009

(Wherein R 1 is an organic functional group in which the amine group is modified, R 2 and R 3 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, and n is an integer of 0 to 2)
(2)
Figure 112014104584360-pat00010

(In the general formula 2 R 4 is having the ion-exchange properties -NH 3 +, -NRH 2 +, -NRR'H +, -NRR'R "+, -PRR'R" + and -SRR 'the group consisting of + (Wherein R, R 'and R "are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms), R 5 and R 6 are each independently an organic functional group having an ion- Straight or branched chain alkyl having 1 to 7 carbon atoms, and n is an integer between 0 and 2.)
청구항 18에 있어서,
상기 올리고머 형태의 유-무기 하이브리드 수지에는 에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 아민기와 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머가 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막.
19. The method of claim 18,
Wherein the oligomer-type organic-inorganic hybrid resin further comprises a monomer or oligomer having both an epoxy group or an amine group capable of polymerization with an epoxy and an ion-exchange group, Inorganic hybrid ion exchange membrane.
에폭시 및, 에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 아민기와 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머가 포함된, 유-무기 하이브리드 수지로 무기섬유를 함침하고 경화하여 제조한, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막으로서,
상기 유-무기 하이브리드 수지는 하기 화학식 1로 표현되는 아민 그룹이 수식된 유기실란을 포함하여 이루어지고,
상기 에폭시는 에폭시 모노머, 에폭시 올리고머, 지환식 에폭시 모노머 및 지환식 에폭시 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막.
[화학식 1]
Figure 112014104584360-pat00011

(상기 화학식 1에서 R1은 아민그룹이 수식된 유기관능기이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1~7의 알킬이며, n은 0 ~ 2 사이의 정수이다.)
An inorganic or organic hybrid resin having an epoxy group and an epoxy group capable of polymerization reaction with an epoxy and a monomer or oligomer having both an amine group and an ion exchange group simultaneously and impregnated with an inorganic fiber and cured, As the fiber-reinforced oil-and-inorganic hybrid ion exchange membrane,
Wherein the organic-inorganic hybrid resin comprises an organosilane modified with an amine group represented by the following formula (1)
Wherein the epoxy comprises at least one member selected from the group consisting of an epoxy monomer, an epoxy oligomer, an alicyclic epoxy monomer, and an alicyclic epoxy oligomer. The inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion Exchange membrane.
[Chemical Formula 1]
Figure 112014104584360-pat00011

(Wherein R 1 is an organic functional group in which the amine group is modified, R 2 and R 3 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, and n is an integer of 0 to 2)
청구항 18 또는 청구항 20에 있어서,
상기 화학식 1로 표현되는 아민 그룹이 수식된 유기실란은,
3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-(2-아미노에틸아미노)프로필트리메톡시실란, 3-(2-아미노에틸아미노)프로필트리메톡시실란, 3-(2-아미노에틸아미노)프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필다이에톡시메틸실란, 트리메톡시[3-(페닐아미노)프로필]실란, 3-아미노프로필다이메톡시실란, 트리메톡시[3-(메틸아미노)프로필]실란, 3-아미노프로필메틸다이에톡시실란, 3-아미노프로필다이이소프로필에톡시실란, 3-아미노프로필다이메틸에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-3-[(아미노(폴리프로필렌옥시)]아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸다이메톡시실란, (아미노에틸아미노)-3-이소부틸다이메틸메톡시실란, (3-트리메톡시실릴프로필)다이에틸렌트리아민, n-부틸아미노프로필트리메톡시실란, N-에틸아미노이소부틸트리메톡시실란, N-메틸아미노프로필트리메톡시실란, N-페닐아미노프로필트리메톡시실란, 4-아미노부틸트리에톡시실란, m-아미노페닐트리메톡시실란, p-아미노페닐트리메톡시실란, 아미노페닐트리메톡시실란, 11-아미노운데실트리에톡시실란, 3-(m-아미노페녹시)프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(6-아미노헥실)아미노메틸트리에톡시실란, N-(6-아미노헥실)아미노메틸트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-11-아미노운데실트리메톡시실란, (아미노에틸아미노메틸)페네틸트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노이소부틸메틸다이메톡시실란, (사이클로헥실아미노메틸)트리에톡시실란, (사이클로헥실아미노메틸)트리메톡시실란, N-에틸아미노이소부틸메틸다이에톡시실란, (페닐아미노메틸)메틸다이메톡시실란, N-페닐아미노메틸트리에톡시실란 및 N-메틸아미노프로필메틸다이메톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막.
The method according to claim 18 or 20,
The organosilane having an amine group represented by the formula (1)
(3-aminoethylamino) propyltrimethoxysilane, 3- (2-aminoethylamino) propyltrimethoxysilane, 3- Aminopropyldimethoxysilane, trimethoxy [3- (methylamino) propyl] silane, trimethoxy [3- (phenylamino) , 3-aminopropylmethyldiethoxysilane, 3-aminopropyldiisopropylethoxysilane, 3-aminopropyldimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N-3- [(amino (polypropyleneoxy)] aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, Methylmethoxysilane, (3-trimethoxysilylpropyl) diethylenetriamine, n-butylaminopropyltrimethoxysilane, N-ethylamino Aminopropyltrimethoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, N-methylaminopropyltrimethoxysilane, N-phenylaminopropyltrimethoxysilane, 4-aminobutyltriethoxysilane, m- Aminophenoxy) propyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, N- Aminomethyltrimethoxysilane, N- (6-aminopentyl) aminomethyltriethoxysilane, N- (6-aminohexyl) aminomethyltrimethoxysilane, N- (Aminoethylaminomethyl) phenethyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminoisobutylmethyldimethoxysilane, (cyclohexylaminomethyl) triethoxysilane, (cyclohexylamino Methyl) trimethoxysilane, N-ethylaminoisobutylmethyldiethoxysilane, (phenylaminomethyl) methyldimethoxysilane Is an inorganic fiber reinforced oil having high temperature stability and high heat resistance, characterized by containing at least one member selected from the group consisting of N-phenylaminomethyltriethoxysilane and N-methylaminopropylmethyldimethoxysilane. - Inorganic hybrid ion exchange membrane.
청구항 18에 있어서,
상기 화학식 2로 표현되는 이온교환 특성의 유기관능기가 수식된 유기실란은,
N-트리메톡시실릴프로필-N,N,N-트리메틸암모늄 클로라이드, 트리메틸[3-(트리에톡시실릴)프로필]암모늄 클로라이드, 옥타데실다이메틸(3-트리메톡시실릴프로필)암모늄 클로라이드, N,N-다이데실-N-메틸-N-(3-트리메톡시실릴프로필)암모늄 클로라이드, 테트라데실다이메틸(3-트리메톡시실릴프로필)암모늄 클로라이드, N-(트리메톡시실릴에틸)벤질-N,N,N-트리메틸암모늄 클로라이드및 N-(트리메톡시실릴프로필)이소티오우로늄 클로라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막.
19. The method of claim 18,
The organosilane having an ion-exchangeable organic functional group represented by the general formula (2)
N, N, N-trimethylammonium chloride, trimethyl [3- (triethoxysilyl) propyl] ammonium chloride, octadecyl dimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride, N , N-decyl-N-methyl-N- (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride, tetradecyl dimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride, N- And at least one member selected from the group consisting of N, N, N, N-trimethylammonium chloride and N- (trimethoxysilylpropyl) isothiouronium chloride. Fiber reinforced oil - inorganic hybrid ion exchange membrane.
청구항 18 또는 청구항 20에 있어서,
상기 에폭시는,
수소화된 비스페놀-A 타입 에폭시 수지, 3-관능성 에폭시 수지, 폴리알리파틱 에폭시 수지, 1,3-부타다이엔 다이에폭사이드, 1,4-부탄다이올 글리시딜 에테르, 부틸 글리시딜 에테르, 터셔리-부틸 글리시딜 에테르, 1,4-사이클로헥산다이메탄올 다이글리시딜 에테르, 1,2,7,8-다이에폭시옥탄, 다이글리시딜 1,2-사이클로헥산다이카르복실레이트, 1,2-에폭시부탄, 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산카르복실레이트, 비스(3,4-에폭시사이클로헥실메틸) 아디페이트, 1,2-에폭시도데칸, 1,2-에폭시헥산, 글리시딜 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-헥사데카플루오로노닐 에테르, 글리시딜 헥사데실 에테르, 글리시딜 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에테르, 네오펜틸 글리콜 다이글리시딜 에테르, 에폭시사이클로헥실에틸 터미네이티드 폴리다이메틸실록산, 에폭시프로폭시프로필 터미네이티드 폴리다이메틸실록산, 에폭시프로록시프로필 터미네이티드 폴리페닐메틸실록산, (에폭시프로폭시프로필)다이메톡시실릴 터미네이티드 폴리다이메틸실록산, 모노-(2,3-에폭시)프로필에테르 터미네이티드 폴리다이메틸실란, 트리스(글리시독시프로필다이메틸실록시)페닐실란, PSS-[2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸]-헵타이소부틸 서브스티튜드, 트리스[(에폭시프로폭시프로필)다이메틸실릴옥시]-POSS, PSS-(3-글리시딜)프로폭시-헵타이소부틸 서브스티튜드, 1,3-비스[2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸]테트라메틸다이실록산, 1,5-비스(글리시독시프로필)-3-페닐-1,1,3,5,5-펜타메틸트리실록산 및 1,3-비스(글리시독시프로필)테트라메틸다이실록산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막.
The method according to claim 18 or 20,
The epoxy,
Hydrogenated bisphenol-A type epoxy resins, 3-functional epoxy resins, polyalipathic epoxy resins, 1,3-butadienediepoxide, 1,4-butanediol glycidyl ether, butylglycidyl Ether, tertiary-butyl glycidyl ether, 1,4-cyclohexanedimethanol diglycidyl ether, 1,2,7,8-diepoxy octane, diglycidyl 1,2-cyclohexanedicarboxyl Epoxycyclohexanecarboxylate, bis (3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, 1,2-epoxydodecane, 1,3-epoxycyclohexylmethacrylate, 1,2-epoxyhexane, glycidyl 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-hexadecafluorononyl ether, glycidyl Epoxycyclohexyl ethyl trimethyl polydimethyl siloxane, epoxycyclohexyl phthalate, glycidyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, epoxycyclohexylethyl terminated polydimethylsiloxane, (Epoxypropoxy) dimethoxysilyl terminated polydimethylsiloxane, mono- (2,3-epoxy) propoxylated polydimethylsiloxane, epoxypropoxypropyl terminated polydimethylsiloxane, (Glycidoxypropyldimethylsiloxy) phenylsilane, PSS- [2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] -heptaisobutyl substistide, tris [(Epoxypropoxy) dimethylsilyloxy] -POSS, PSS- (3-glycidyl) propoxy-heptathobutyl substistide, 1,3-bis [2- (3,4- Hexyl) ethyl] tetramethyldisiloxane, 1,5-bis (glycidoxypropyl) -3-phenyl-1,1,3,5,5-pentamethyltrisiloxane and 1,3- ) Tetramethyldisiloxane. &Lt; Desc / Clms Page number 14 &gt;&lt; RTI ID = 0.0 &gt; An inorganic fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having high heat resistance.
청구항 19 또는 청구항 20에 있어서,
상기 에폭시와 중합 반응이 가능한 에폭시기 또는 아민기와, 이온교환기를 동시에 갖는 모노머 또는 올리고머는,
글리시딜트리메틸암모늄 클로라이드, (2-카르바모일옥시에틸)트리메틸암모늄 클로라이드 및 (하이드라진카르보닐메틸)트리메틸암모늄 클로라이드 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막.
The method according to claim 19 or 20,
The monomer or oligomer having both an epoxy group or an amine group capable of undergoing a polymerization reaction with the epoxy and an ion-
(2-carbamoyloxyethyl) trimethylammonium chloride, and (hydrazinecarbonylmethyl) trimethylammonium chloride. 2. The method of claim 1, wherein the at least one compound is selected from the group consisting of glycidyltrimethylammonium chloride, An inorganic fiber-reinforced oil-and-inorganic hybrid ion exchange membrane having heat resistance.
청구항 18 및 청구항 20에 있어서,
상기 무기섬유는 유리섬유 및 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막.
The method according to claim 18 or 20,
The inorganic fiber-reinforced organic-inorganic-inorganic hybrid ion exchange membrane according to claim 1, wherein the inorganic fibers include at least one selected from the group consisting of glass fibers and carbon fibers.
청구항 25에 있어서,
상기 유리섬유는 유리 클로스, 유리 직물, 유리 부직포 및 유리 메쉬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 상기 탄소섬유는 탄소 클로스, 탄소 직물, 탄소 부직포 및 탄소 메쉬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고치수 안정성 및 고내열성을 갖는 무기섬유 강화 유-무기 하이브리드 이온교환막.
26. The method of claim 25,
Wherein the glass fiber comprises at least one selected from the group consisting of glass cloth, glass fabric, glass nonwoven fabric, and glass mesh, and the carbon fiber is at least one selected from the group consisting of carbon cloth, carbon cloth, carbon non- Inorganic hybrid inorganic-fiber-reinforced organic-inorganic hybrid ion exchange membrane having a high water-solubility stability and a high heat resistance.
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