KR102021286B1 - Ion exchange membrane and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

이온교환막의 제조방법이 제공된다. 본 발명의 일 구현예에 따른 이온교환막의 제조방법은 지지성분 및 이온교환성 성분이 혼합된 방사용액을 전기방사하여 섬유매트를 제조하는 단계;를 포함한다. 이에 의하면 이온교환막의 용도에 맞도록 막의 두께, 전기전도도, 기계적강도, 공극의 직경/비율 등의 인자 조절이 제조공정상에서 용이하고, 제조공정을 단순화시킬 수 있으며, 이를 통해 제조된 이온교환막은 우수한 기계적 강도와 내구성을 가지면서도 동시에 이온교환용량이 크고, 전기저항 및 확산계수가 작은 범용의 이온교환막으로 활용될 수 있다.A method for producing an ion exchange membrane is provided. The method of manufacturing an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention includes the steps of electrospinning a spinning solution in which a support component and an ion exchange component are mixed to prepare a fiber mat. This makes it easy to adjust the thickness, electrical conductivity, mechanical strength, and pore diameter / ratio of the membrane to suit the use of the ion exchange membrane in the manufacturing process, and simplify the manufacturing process. It can be used as a general-purpose ion exchange membrane having mechanical strength and durability, and at the same time having a large ion exchange capacity and a small electric resistance and diffusion coefficient.

Description

이온교환막 및 그 제조방법{Ion exchange membrane and method for manufacturing thereof}Ion exchange membrane and method for manufacturing

본 발명은 이온 교환막에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 단순화된 제조공정 및 단축된 제조시간을 통해 구현되는 동시에 제조된 이온교환막은 우수한 기계적 강도와 내구성을 가지면서도 이온교환용량이 크고, 전기저항 및 확산계수가 작은 이온 교환막 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ion exchange membrane, and more particularly, the ion exchange membrane prepared at the same time through a simplified manufacturing process and short production time has a high ion exchange capacity while having excellent mechanical strength and durability, electrical resistance and diffusion It relates to an ion exchange membrane having a small coefficient and a method of manufacturing 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. 특히 화석 연료의 사용을 감소시켜 친환경적 신 재생에너지 생산 청정기술로 세계적인 주목을 받고 있다. 현재 소형 노트북, 핸드폰 등의 전자제품 사용 급증으로 인해 이에 필요한 고수명, 고용량의 배터리 개발 및 새로운 연료전지의 개발 필요성에 따라 그 핵심 소재인 이온교환막에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Ion exchange resins are synthetic resins with ion exchange capacity. In 1935, B. A. Adams and F. L. Holmes of England found ion exchange between a polyhydric phenol condensed with formaldehyde and a m-phenylenediamine condensed with formaldehyde. It has been found that this resin can remove various ions in water, and then began production on a systematic and industrial scale in Germany and the United States. During World War II, Germany was used to purify water, recover copper and ammonia from artificial dog factories, and to classify nuclear fission products, ultrauranium elements, and rare earth elements in the United States. In addition, the purification of various substances (amino acids, antibiotics, etc.) was facilitated by ion exchange resins, and since the development of ion exchange membranes, electrochemical chemicals have played a more important role. Currently, ion exchange membranes are widely used in fields such as fuel cells, redox flow batteries, electrodialysis, desalination, ultrapure water and wastewater treatment. In particular, by reducing the use of fossil fuels, it is attracting worldwide attention for its clean technology for eco-friendly renewable energy production. Due to the rapid increase in the use of electronic products such as small notebooks and mobile phones, research on the ion exchange membrane, which is the core material, is actively conducted according to the necessity of developing a high-life, high-capacity battery and a new fuel cell.

한편, 통상적인 이온교환막은 기계적 물성의 향상을 위해 별도의 지지체를 구비하는 경우가 많으며, 구체적으로 지지체의 일면에 시트상의 이온교환수지층이 구비될 수 있는데, 지지체와 이온교환수지층의 재질상 상용성 등의 문제로 층간 계면 사이에 박리, 분리가 빈번히 일어나고, 이에 따라 이온교환능 및/또는 기계적 물성이 현저히 저하되는 문제점이 있다. 또한, 이온교환막의 제조공정에서 용도에 맞도록 구성의 변경, 예를 들어, 막의 두께, 전기전도도, 기계적강도, 공극의 직경/비율 등의 인자 조절이 매우 어려운 문제점이 있었다.On the other hand, conventional ion exchange membranes are often provided with a separate support to improve mechanical properties, specifically, a sheet-like ion exchange resin layer may be provided on one surface of the support, due to the material of the support and the ion exchange resin layer Peeling and separation frequently occur between interlayer interfaces due to compatibility and the like, and thus there is a problem in that ion exchange capacity and / or mechanical properties are significantly reduced. In addition, in the manufacturing process of the ion exchange membrane, there is a problem that it is very difficult to change the configuration, for example, controlling the thickness, electrical conductivity, mechanical strength, diameter / ratio of the pores, and the like to suit the purpose.

이에 따라 단순화된 공정임에도 용도에 맞도록 이온교환막의 구조, 물성을 변경시키기 용이한 동시에 제조된 이온교환막이 우수한 기계적 강도와 내구성을 가지면서도 동시에 이온교환용량이 크고, 전기저항 및 확산계수가 작은 범용의 이온교환막 및 이와 같은 이온교환막을 보다 용이하게 구현할 수 있는 공정에 대한 연구가 시급한 실정이다.As a result, it is easy to change the structure and physical properties of the ion exchange membrane to suit the application even in the simplified process, and the manufactured ion exchange membrane has excellent mechanical strength and durability, high ion exchange capacity, and low electrical resistance and diffusion coefficient. There is an urgent need for research on ion exchange membranes and processes that can more easily implement such ion exchange membranes.

대한민국 특허공개공보 제2014-0036609호Republic of Korea Patent Publication No. 2014-0036609

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 이온교환막의 제조공정에서 용도에 맞도록 막의 두께, 전기전도도, 기계적강도, 공극의 직경/비율 등의 인자 조절이 용이하고, 이온교환용액의 충진공정이 생략되는 등 제작공정이 매우 단순화된 이온교환막의 제조방법을 제공하는 것에 목적이 있다.The present invention has been devised in view of the above-mentioned point, and it is easy to control factors such as membrane thickness, electrical conductivity, mechanical strength, and diameter / ratio of pores to suit the purpose in the manufacturing process of ion exchange membrane, It is an object of the present invention to provide a method for producing an ion exchange membrane, in which a fabrication process is greatly simplified such that a filling process is omitted.

또한, 본 발명은 우수한 기계적 강도와 물리적/화학적 내구성을 가지면서도 동시에 이온교환용량이 크고, 전기저항 및 확산계수가 작은 범용의 이온교환막을 제공하는 것에 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a general-purpose ion exchange membrane having excellent mechanical strength and physical / chemical durability and at the same time a large ion exchange capacity and a low electrical resistance and diffusion coefficient.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (1) 지지성분 및 이온교환성 성분이 혼합된 방사용액을 전기방사하여 섬유매트를 제조하는 단계;를 포함하는 이온교환막의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for producing an ion exchange membrane comprising (1) preparing a fiber mat by electrospinning a spinning solution in which a support component and an ion exchange component are mixed.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 지지성분은 폴리이미드(polyimides), 폴리아믹스산(polyamic acid), 폴리카프로락톤(polycarprolactone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 나일론(nylon), 폴리아라미드(polyaramid), 폴리벤질글루타메이트(polybenzyl-glutamate), 폴리페닐렌테레프탈아마이드(polyphenyleneterephthalamide), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리스티렌(polystyrene), 셀룰로오스(cellulose), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리락틱산(polylactic acid; PLA), 폴리글리콜산(polyglycolic acid; PGA), 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리{폴리(에틸렌옥사이드)테레프탈레이트-co-부틸렌테레프탈레이트}(PEOT/PBT), 폴리포스포에스터(polyphosphoester; PPE), 폴리포스파젠(PPA), 폴리안하이드라이드(Polyanhydride; PA), 폴리오르쏘에스터{poly(ortho ester; POE}, 폴리(프로필렌푸마레이트)-디아크릴레이트{poly(propylene fumarate)-diacrylate; PPF-DA}, 폴리비닐알콜, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리테트라플로우로에틸렌(PTFE, polytetra fluoroethylene), 폴리에틸렌테트라플로우로에틸렌(ETFE, polyethylene tetrafluoro ethylene), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF, polyvinylidene fluoride), 에틸렌클로로트리플로우로에틸렌(ECTFE, Ethylene Chlorotrifluoroethylene) 및 폴리클로로트리플로우로에틸렌(PCTFE, polychlorotrifluoro ethylene) 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the support component is polyimide, polyamic acid, polycarprolactone, polyetherimide, nylon, nylon, polyaramid ), Polybenzyl-glutamate, polyphenyleneterephthalamide, polyaniline, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polystyrene, cellulose, Polymethylmethacrylate, polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), polylactic-co-glycolic acid, poly {poly (ethylene oxide) terephthalate-co-butyl Lenterephthalate} (PEOT / PBT), polyphosphoester (PPE), polyphosphazene (PPA), polyanhydride (PA), polyorthoester {poly (ortho ester; POE}, poly (propylene fumarate) -diacrylate (poly (propylene fumarate) -diacrylate; PPF-DA}, polyvinyl alcohol, polyester, polyurethane, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene (PTFE, polytetra fluoroethylene), polyethylene tetrafluoro ethylene (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene chloro trifluoro ethylene (ECTFE, Ethylene Chlorotrifluoroethylene) and polychlorotrifluoro It may include one or more selected from the group consisting of ethylene (PCTFE, polychlorotrifluoro ethylene) and poly (styrene-co-maleic anhydride).

또한, 상기 이온교환성 성분은 양이온성 이온교환성 성분 또는 음이온성 이온교환성 성분일 수 있다.In addition, the ion exchange component may be a cationic ion exchange component or an anionic ion exchange component.

또한, 상기 방사용액은 지지성분 100 중량부에 대하여 이온교환성 성분을 20 ~ 80 중량부로 포함할 수 있다.In addition, the spinning solution may include 20 to 80 parts by weight of an ion exchange component based on 100 parts by weight of the support component.

또한, 상기 (1) 단계 이후, (2) 기공도 및 공경을 조절하기 위하여 상기 섬유매트에 열 및 압력을 가하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, after the step (1), (2) applying heat and pressure to the fiber mat to adjust the porosity and pore size; may further include a.

또한, 상기 섬유매트에 포함된 지지성분의 융점은 이온교환성 성분의 융점보다 낮을 수 있다.In addition, the melting point of the support component included in the fiber mat may be lower than the melting point of the ion exchange component.

또한, 본 발명은 지지성분 및 이온교환성 성분을 포함하는 제1섬유를 포함하는 섬유매트;를 포함하는 이온교환막을 제공한다.In addition, the present invention provides an ion exchange membrane comprising a; fiber mat comprising a first fiber comprising a support component and an ion exchange component.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 섬유매트는 지지성분을 포함하는 제2섬유 및 이온교환성 성분을 포함하는 제3섬유를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the fibrous mat may further include a second fiber including a support component and a third fiber including an ion exchange component.

또한, 상기 섬유매트는 섬유간 융착되어 형성된 3차원 네트워크 구조의 웹(web) 영역을 포함할 수 있다. In addition, the fiber mat may include a web region of a three-dimensional network structure formed by fusion between fibers.

또한, 상기 섬유매트에 포함된 섬유의 평균직경은 0.1 ~ 100㎛이고, 섬섬유매트의 평균공경은 0.1 ~ 10㎛이고, 섬유매트의 두께는 0.1 ~ 200㎛일 수 있다.In addition, the average diameter of the fibers included in the fiber mat is 0.1 ~ 100㎛, the average pore diameter of the island fiber mat may be 0.1 ~ 10㎛, the thickness of the fiber mat may be 0.1 ~ 200㎛.

이때, 상기 이온교환막은 액체용 필터, 공기용 필터의 용도일 수 있다.In this case, the ion exchange membrane may be used for the filter for the liquid, the filter for the air.

또한, 본 발명은 이온교환성 성분을 포함하는 제3섬유를 포함하는 섬유매트; 및 상기 섬유매트 내 섬유간 공간을 매립하여 제3섬유를 지지하는 지지체;를 포함하는 이온교환막을 제공한다.In addition, the present invention is a fiber mat comprising a third fiber comprising an ion exchange component; And a support for filling the interfiber space in the fiber mat to support the third fiber.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 이온교환막은 액체용 필터, 공기용 필터, 축전식 탈염장치(capacitive deionization, CDI), 전기투석(electrodialysis, ED) 또는 전지분리막 용도일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the ion exchange membrane may be a liquid filter, an air filter, a capacitive deionization (CDI), an electrodialysis (ED), or a battery separator.

이하, 본 발명에서 사용한 용어에 대해 설명한다.Hereinafter, the term used by this invention is demonstrated.

본 발명에서 사용한 용어인 매트의 "표면부"는 매트표면에서부터 당해 매트 전체두께의 15% 이하의 두께에 해당하는 영역을 포함하는 의미이다.The term " surface portion " of a mat used in the present invention is meant to include an area corresponding to a thickness of 15% or less of the total thickness of the mat from the mat surface.

본 발명에서 사용한 용어인 "매트(mat)"는 전기방사된 섬유가 축적되어 있는 상태를 의미하고, 상기 매트는 한 가닥의 섬유가 여러 번 굴곡되고 얽혀 형성되거나 복수개의 섬유가 굴곡되고 서로간에 얽혀 형성될 수도 있으며, 섬유 중 일부가 용융되어 비섬유상인 부분을 포함하더라도 섬유상의 부분을 포함하는 경우는 "매트"에 포함될 수 있다.The term "mat" used in the present invention means a state in which the electrospun fibers are accumulated, and the mat is formed by bending and entangled fibers of a plurality of times or by plural fibers being entangled with each other. It may be formed, and even if some of the fibers are melted to include a non-fibrous portion, the fibrous portion may be included in the "mat".

본 발명에 의하면, 이온교환막의 용도에 따른 요구특성에 맞춰 전기전도도, 기계적 강도, 공극 등을 쉽게 조절할 수 있고, 이온교환용액의 충진공정이 생략됨에 따라서 보다 단순화된 공정을 통해 이온교환막을 대량으로 제조할 수 있어 생산성을 현저히 증가시킬 수 있다. 또한, 지지체 내부에 이온교환성 성분의 충진성을 현저히 증가시킨 것과 같은 효과가 발현하여 제조된 이온교환막은 우수한 기계적 강도와 내구성을 가지면서도 동시에 이온교환용량이 크고, 전기저항 및 확산계수가 작음에 따라 전지분야의 분리막, CDI/ED 등의 탈염시스템이나 각종 필터류의 소재등으로 널리 응용될 수 있고, 특히 전지분리막 용도에 보다 적합할 수 있다.According to the present invention, the electrical conductivity, mechanical strength, voids, etc. can be easily adjusted according to the required characteristics according to the use of the ion exchange membrane, and the filling process of the ion exchange solution is omitted. Can be produced, which can significantly increase productivity. In addition, the ion exchange membrane prepared by expressing the effect of significantly increasing the filling capacity of the ion exchange component inside the support has excellent mechanical strength and durability, at the same time has a large ion exchange capacity, and has low electrical resistance and diffusion coefficient. Accordingly, the present invention can be widely applied to separators in the battery field, desalination systems such as CDI / ED, various materials, and the like, and may be particularly suitable for battery separator applications.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이온교환막의 제조공정모식도,
도 2는 도 1을 통해 제조된 이온교환막의 단면모식도, 그리고
도 3은 도 2에 따른 이온교환막 중 섬유와 섬유간을 부분확대한 모식도이다.
1 is a schematic view of the manufacturing process of the ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention,
Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the ion exchange membrane prepared through Figure 1, and
3 is a schematic diagram partially enlarged between fibers and fibers in the ion exchange membrane according to FIG. 2.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. The drawings and description are to be regarded as illustrative in nature and not restrictive. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

본 발명의 일 구현예에 따른 이온교환막의 제조방법을 도 1을 참조하여 설명하면, 복수개의 전기방사 팁(10)을 통해 지지성분 및 이온교환성 성분이 혼합된 방사용액이 전기방사 되어 섬유가 집적되어 형성된 섬유매트(21 ~ 25)가 제조될 수 있다.Referring to Figure 1 illustrates a method for producing an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention, the spinning solution is mixed with a support component and an ion exchange component through a plurality of electrospinning tips 10 to the fiber The integrated fiber mats 21 to 25 may be manufactured.

상기 방사용액은 지지성분 및 이온교환성 성분을 포함하고, 방사용액은 지지성분 및 이온교환 성분이 혼합/용융된 용융액 또는 상기 성분들이 용매에 의해 용해된 용해액일 수 있다. 상기 방사용액은 지지성분 100 중량부에 대하여 이온교환성 성분을 20 ~ 80 중량부, 보다 바람직하게는 30 ~ 60 중량부로 포함할 수 있다. 만일 이온교환성 성분이 20 중량부 미만으로 포함되는 경우 이온교환능이 현저히 저하될 수 있고, 80중량부를 초과하여 포함되는 경우 비드로 방사되는 등 제사성이 현저히 저하되고, 기계적 강도 저하의 문제가 있을 수 있다.The spinning solution may include a support component and an ion exchange component, and the spinning solution may be a melt solution in which the support component and the ion exchange component are mixed / melted or a solution in which the components are dissolved by a solvent. The spinning solution may include from 20 to 80 parts by weight, more preferably from 30 to 60 parts by weight of the ion exchangeable component with respect to 100 parts by weight of the support component. If the ion exchangeable component is included in less than 20 parts by weight, the ion exchange capacity may be significantly lowered. If the ion exchangeable component is included in an amount greater than 80 parts by weight, the spinning ability may be remarkably decreased, such as spinning into beads. Can be.

상기 지지성분은 통상의 이온교환막에서 지지체의 성분으로 사용되는 화합물의 경우 제한 없이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 폴리이미드(polyimides), 폴리아믹스산(polyamic acid), 폴리카프로락톤(polycarprolactone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 나일론(nylon), 폴리아라미드(polyaramid), 폴리벤질글루타메이트(polybenzyl-glutamate), 폴리페닐렌테레프탈아마이드(polyphenyleneterephthalamide), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리스티렌(polystyrene), 셀룰로오스(cellulose), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리락틱산(polylactic acid; PLA), 폴리글리콜산(polyglycolic acid; PGA), 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리{폴리(에틸렌옥사이드)테레프탈레이트-co-부틸렌테레프탈레이트}(PEOT/PBT), 폴리포스포에스터(polyphosphoester; PPE), 폴리포스파젠(PPA), 폴리안하이드라이드(Polyanhydride; PA), 폴리오르쏘에스터{poly(ortho ester; POE}, 폴리(프로필렌푸마레이트)-디아크릴레이트{poly(propylene fumarate)-diacrylate; PPF-DA}, 폴리비닐알콜, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리테트라플로우로에틸렌(PTFE, polytetra fluoroethylene), 폴리에틸렌테트라플로우로에틸렌(ETFE, polyethylene tetrafluoro ethylene), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF, polyvinylidene fluoride), 에틸렌클로로트리플로우로에틸렌(ECTFE, Ethylene Chlorotrifluoroethylene) 및 폴리클로로트리플로우로에틸렌(PCTFE, polychlorotrifluoro ethylene) 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 이온교환막의 용도에 따라 성분을 변경할 수 있다.The support component may be used without limitation in the case of a compound used as a component of a support in a conventional ion exchange membrane, preferably polyimides, polyamic acid, polycarprolactone, polyether Polyetherimide, nylon, polyaramid, polybenzyl-glutamate, polyphenyleneterephthalamide, polyaniline, polyacrylonitrile, polyethylene oxide (polyacrylonitrile) polyethylene oxide, polystyrene, cellulose, polymethylmethacrylate, polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), polylactic-co-glycolic acid , Poly {poly (ethylene oxide) terephthalate-co-butylene terephthalate} (PEOT / PBT), polyphosphoester; PPE), polyphosphazene (PPA), polyanhydride (PA), poly (ortho ester; POE}, poly (propylene fumarate) -diacrylate {poly (propylene fumarate)- diacrylate; PPF-DA}, polyvinyl alcohol, polyester, polyurethane, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene (PTFE, polytetra fluoroethylene), polyethylene tetrafluoro ethylene (ETFE), polyvinylidene fluorine 1 selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylenechlorotrifluoroethylene (ECTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) and poly (styrene-co-maleic anhydride) It may be more than one species. However, the present invention is not limited thereto, and components may be changed according to the use of the ion exchange membrane.

또한, 상기 지지성분이 적어도 2 종류의 지지성분을 포함할 경우 예를 들어, 내열성 지지성분으로서 폴리아크릴로니트릴(PAN)과 접착성 지지성분(또는 팽윤성 지지성분)로서 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 혼합할 수 있고, 이때 각 성분을 8:2 내지 5:5 중량비 범위로 혼합하는 것이 바람직하다.In addition, when the support component contains at least two kinds of support components, for example, polyacrylonitrile (PAN) as a heat resistant support component and polyvinylidene fluoride (PVDF) as an adhesive support component (or swellable support component). ) May be mixed, and it is preferable to mix each component in a weight ratio range of 8: 2 to 5: 5.

내열성 지지성분과 접착성 지지성분의 혼합비가 중량비로 5:5보다 작은 경우 내열성이 떨어져서 요구되는 고온 특성을 갖지 못하며, 혼합비가 중량비로 8:2보다 큰 경우 강도가 떨어지고 방사 트러블이 발생하게 된다.When the mixing ratio of the heat resistant support component and the adhesive support component is less than 5: 5 by weight, the heat resistance is poor and does not have the required high temperature characteristics. When the mixing ratio is larger than 8: 2 by weight ratio, the strength drops and radiation trouble occurs.

상기 내열성 지지성분은 전기방사를 위해 유기용매에 용해될 수 있고 융점이 180 이상인 수지로서, 예를 들어, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리{비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]} 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등을 사용할 수 있다. The heat resistant support component is a resin that can be dissolved in an organic solvent for electrospinning and has a melting point of 180 or more, for example, polyacrylonitrile (PAN), polyamide, polyimide, polyamideimide, poly (meth-phenyl Isophthalamide), polysulfone, polyetherketone, polyethylene terephthalate, polytrimethylene telephthalate, polyethylene naphthalate and the like, aromatic polyesters, polytetrafluoroethylene, polydiphenoxyphosphazene, poly {bis [ 2- (2-methoxyethoxy) phosphazene]}, polyurethane copolymers including polyurethane and polyetherurethane, cellulose acetate, cellulose acetate butylate, cellulose acetate propionate, and the like. Can be.

상기 팽윤성 지지성분은 전해액에 팽윤이 일어나는 수지로서 전기 방사법에 의하여 초극세 섬유로 형성 가능한 것으로, 예를 들어, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌), 퍼풀루오로폴리머, 폴리비닐클로라이드 또는 폴리비닐리덴 클로라이드 및 이들의 공중합체 및 폴리에틸렌글리콜 디알킬에테르 및 폴리에틸렌글리콜 디알킬에스터를 포함하는 폴리에틸렌글리콜 유도체, 폴리(옥시메틸렌-올리 고-옥시에틸렌), 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리프로필렌옥사이드를 포함하는 폴리옥사이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리(비닐피롤리돈-비닐아세테이트), 폴리스티렌 및 폴리스티렌 아크릴로니트릴 공중합체, 폴리아크릴로니트릴 메틸메타크릴레이트 공중합체를 포함하는 폴리아크릴로니트릴 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 공중합체 및 이들의 혼합물을 들 수 있다The swellable support component is a resin that swells in the electrolyte and can be formed into ultrafine fibers by electrospinning, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) , Polyethylene glycol derivatives including perfuluropolymer, polyvinyl chloride or polyvinylidene chloride and copolymers thereof and polyethylene glycol dialkyl ether and polyethylene glycol dialkyl ester, poly (oxymethylene-oligo-oxyethylene), Polyoxides comprising polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyvinylacetate, poly (vinylpyrrolidone-vinylacetate), polystyrene and polystyrene acrylonitrile copolymers, polyacrylonitrile methyl methacrylate copolymers Acrylonitrile Copolymer, Poly Methyl methacrylate, polymethyl methacrylate copolymer, and mixtures thereof are mentioned.

다음으로 상기 이온교환성 성분은 양이온성 이온교환성 성분 또는 음이온성 이온교환성 성분일 수 있고, 선택되는 이온의 극성에 따라 양이온교환막 또는 음이온교환막이 구현될 수 있다. Next, the ion exchange component may be a cationic ion exchange component or an anionic ion exchange component, and a cation exchange membrane or an anion exchange membrane may be implemented according to the polarity of the ion selected.

상기 양이온성 이온교환성 성분은 4급 암모늄염(-NH3), 1 ~ 3급 아민(-NH2, -NHR, -NR2), 4급 포스포니움기(-PR4), 3급 술폰니움기(-SR3) 등의 음이온 교환성 관능기를 가지는 고분자 화합물일 수 있다. The cationic ion exchange component is quaternary ammonium salt (-NH 3 ), primary to tertiary amine (-NH 2 , -NHR, -NR 2 ), quaternary phosphonium group (-PR 4 ), tertiary sulfony It may be a high molecular compound having an anion-exchange functional group such as carboxyl group (-SR 3 ).

또한, 상기 음이온성 이온교환성 성분은 술폰산기(-SO3H), 카르복실기(-COOH), 포스포닉기(-PO3H2), 포스피닉기(-HPO2H), 아소닉기(-AsO3H2), 셀리노닉기(-SeO3H) 등의 양이온교환성 관능기를 가지는 고분자 화합물일 수 있고, 구체적으로 폴리술폰, 폴리이서술폰 등을 사용할 수 있다.In addition, the anionic ion-exchangeable component is a sulfonic acid group (-SO 3 H), carboxyl group (-COOH), phosphonic group (-PO 3 H 2 ), phosphonic group (-HPO 2 H), isonic group ( It may be a high molecular compound having a cation exchange functional group, such as -AsO 3 H 2 ), selenic group (-SeO 3 H), specifically, can be used polysulfone, polyisulfone and the like.

또한, 양이온성 또는 음이온성 이온교환성 성분은 가교반응 작용기로 에스테르 결합에 의해 가교반응을 할 수 있는 수산기(-OH), 아민기(-NH2, -NH-, -NR-, -NR2) 및 카르복실산기 (-COOH)를 갖는 것과 에폭시기나 우레탄 결합을 할 수 있는 이소시아네이트 작용기 등을 포함하고 있는 축합중합형 가교반응 작용기를 가지고 있는 고분자 화합물 또는 부가중합에 의한 가교반응을 할 수 있는 2중 결합구조를 갖고 있는 고분자 화합물을 사용할 수 있고, 이와 같은 고분자수지는 유기용매에 녹아서 용액형태로 존재할 수 있는 것으로, 구체적으로 예를 들면, 폴리스티렌, 폴리술폰, 폴리이서술폰, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리글리시딜메타크릴레이트에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. In addition, the cationic or anionic ion exchange component is a hydroxyl group (-OH), an amine group (-NH 2 , -NH-, -NR-, -NR 2 which can be crosslinked by an ester bond with a crosslinking functional group. ) And a polymer compound having a carboxylic acid group (-COOH) and a condensation polymerization type crosslinking reaction group containing an isocyanate functional group capable of bonding an epoxy group or a urethane, or a crosslinking reaction by addition polymerization. A polymer compound having a heavy bond structure may be used, and such a polymer resin may be present in a solution form by dissolving in an organic solvent. Specifically, for example, polystyrene, polysulfone, polyisulfone, polyamide, polyester Any one or two or more selected from polyimide, polyether, polyethylene, polytetrafluoroethylene, polyglycidyl methacrylate You can use the water.

다음으로 상기 방사용액이 용해액인 경우 용매를 더 포함할 수 있는데, 상기 용매는 통상의 전기방사 방사용액에 사용하는 용매의 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 다만 지지성분 및 이온교환성 성분에 대한 용해성이 우수한 용매가 바람직하다. 또한, 쉽게 기화될 수 있는 용매의 경우 바람직하며, 구체적으로 선택되는 지지성분 및 이온교환성 성분의 종류에 따라 용매를 달리 선택할 수 있음에 따라 구체적인 종류를 본 발명은 특별히 한정하지 않는다. 다만, 바람직하게는 γ-부티로락톤, 사이클로헥사논, 3-헥사논, 3-헵타논, 3-옥타논, N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 아세트산, 톨루엔, 포름산, 아세톤, 클로로포름, 디클로로메탄, 트리클로로에틸렌, 에탄올, 메탄올, 노르말헥산 및 디메틸포름아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 단일용매 또는 이들을 혼합한 2성분계 혼합용매를 사용할 수 있다. 상기 2성분계 혼합용매는 고비등점 용매와 저비등점 용매를 혼합한 2성분계 혼합용매일 수 있고, 2성분계 혼합용매와 전체 지지성분 사이의 혼합비율은 중량비로 약 8:2로 설정되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. Next, when the spinning solution is a dissolving solution, a solvent may be further included. The solvent may be used without limitation in the case of a solvent used in a conventional electrospinning spinning solution, but it is soluble in a supporting component and an ion exchange component. This excellent solvent is preferred. In addition, it is preferable in the case of a solvent that can be easily evaporated, and the present invention is not particularly limited as the solvent may be differently selected according to the kind of the supporting component and the ion exchangeable component specifically selected. Preferably, γ-butyrolactone, cyclohexanone, 3-hexanone, 3-heptanone, 3-octanone, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, acetic acid, toluene, formic acid , Acetone, chloroform, dichloromethane, trichloroethylene, ethanol, methanol, normal hexane and dimethylformamide may be used a single solvent selected from the group consisting of or a mixed two-component solvent. The two-component mixed solvent may be a two-component mixed solvent in which a high boiling point solvent and a low boiling point solvent are mixed, and the mixing ratio between the two-component mixed solvent and the entire supporting component is preferably set to about 8: 2 by weight, It is not limited to this.

또한, 단일 용매를 사용할 때는 지지성분의 종류에 따라 용매의 휘발이 잘 이루어지지 못하는 경우가 있다는 것을 고려하여 방사공정 이후에 프리히터에 의한 선 건조구간(Pre-Air Dry Zone)을 통과하면서 후술하는 섬유매트 표면에 잔존해 있는 용매와 수분의 양을 조절하는 공정을 더 거칠 수 있다.In addition, when using a single solvent, considering that the solvent may not be volatilized well depending on the type of the supporting component after passing through the pre-air dry zone (Pre-Air Dry Zone) by the pre-heater after the spinning process will be described later The process of controlling the amount of solvent and water remaining on the surface of the fiber mat may be further processed.

본 발명에 따른 (1) 단계에서 상술한 방사용액은 통상의 전기방사장치에 투입될 수 있다. 상기 전기방사장치는 선택되는 방사용액에 포함된 성분들의 구체적 종류에 따라 습식방사 또는 건식방사를 위한 장치일 수 있다. The spinning solution described in step (1) according to the present invention may be added to a conventional electrospinning apparatus. The electrospinning device may be a device for wet spinning or dry spinning according to specific types of components included in the spinning solution to be selected.

예를 들어, 상기 방사용액은 전기방사장치의 공급부로 투입되고, 공지된 시린지 펌프와 같은 펌프유닛을 통해 노즐부로 이송될 수 있다. 상기 노즐부는 노즐과 상기 노즐을 공급부와 연결시키는 연결부로 구성될 수 있다. 다만 연결부 없이 노즐이 공급부에 결합되어 노즐부를 형성할 수 있어 노즐부의 구체적인 구성은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 통상의 전기방사 장치에 구비되는 노즐부의 구성을 선택, 변경할 수 있다.For example, the spinning solution may be introduced into the supply unit of the electrospinning apparatus and transferred to the nozzle unit through a pump unit such as a known syringe pump. The nozzle unit may be configured of a nozzle and a connection unit connecting the nozzle to the supply unit. However, the nozzle may be coupled to the supply unit without a connection unit to form a nozzle unit, and thus the specific configuration of the nozzle unit is not particularly limited in the present invention, and the configuration of the nozzle unit included in the general electrospinning apparatus may be selected and changed.

상기 노즐부의 노즐의 직경은 목적하는 섬유매트의 평량, 기공도, 공경, 기계적 강도 등을 고려하여 달리 선택할 수 있어 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다. 또한 노즐의 횡단면 형상은 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형상이 수 있고, 노즐의 종단면 형상은 단일노즐, 이중노즐, 삼중노즐 등 통상의 전기방사 노즐의 단면형상일 수 있다. 또한, 노즐부는 노즐을 목적에 따라 복수개로 포함할 수 있고, 복수개로 포함되는 노즐 각각의 직경을 달리할 수 있는 등 본 발명은 노즐의 구체적 형상, 크기, 개수 등을 한정하지 않는다. 또한, 노즐의 재질은 통상의 전기방사에 사용되는 노즐의 재질일 수 있고, 바람직하게는 전기전도성이 있는 금속소재일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The diameter of the nozzle of the nozzle unit may be selected in consideration of the basis weight, porosity, pore size, mechanical strength, etc. of the desired fiber mat, and the present invention is not particularly limited thereto. In addition, the cross-sectional shape of the nozzle may be a variety of shapes, such as circular, elliptical, polygonal, and the longitudinal cross-sectional shape of the nozzle may be a cross-sectional shape of a conventional electrospinning nozzle, such as single nozzle, double nozzle, triple nozzle. In addition, the nozzle unit may include a plurality of nozzles according to the purpose, and the present invention does not limit the specific shape, size, number, etc. of the nozzles, and so on. In addition, the material of the nozzle may be a material of the nozzle used in the normal electrospinning, and preferably may be a metal material having electrical conductivity, but is not limited thereto.

상기 노즐부의 일부분은 전기방사를 위한 전기장을 형성하기 위하여 전기장형성부, 예를 들어 고전압장치와 전기적으로 연통될 수 있도록 연결될 수 있다. 상기 전기장형성부는 노즐부에서 컬렉터로 방사용액의 제트를 형성시키기 위한 것으로써, 노즐부의 노즐팁 및 상기 노즐팁과 컬렉터를 직선으로 통과하는 가상의 어느 일지점 사이에 전기장을 형성시킬 수 있는 구성인 경우 제한 없이 채용될 수 있고, 통상의 전기방사장치에 구비되는 전기장 형성부의 구성이 선택될 수 있어 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다. 다만, 상기 전기장 형성부는 집전판 및 고전압발생장치를 포함할 수 있고, 상기 집전판은 지면에 접지될 수 있으며, 상기 고전압발생장치는 노즐부와 전기적으로 연결될 수 있다.A portion of the nozzle portion may be connected in electrical communication with an electric field forming portion, for example a high voltage device, to form an electric field for electrospinning. The electric field forming unit is for forming a jet of the spinning solution from the nozzle unit to the collector, and is capable of forming an electric field between the nozzle tip of the nozzle unit and any one virtual point passing through the nozzle tip and the collector in a straight line. In this case, the present invention may be employed without limitation, and the configuration of the electric field forming unit provided in the general electrospinning apparatus may be selected, and thus the present invention is not particularly limited thereto. However, the electric field forming unit may include a current collector plate and a high voltage generator, the current collector plate may be grounded to the ground, and the high voltage generator may be electrically connected to the nozzle unit.

만일 습식전기방사를 수행할 경우 컬렉터에 응고조를 더 구비할 수 있다. 상기 응고조는 방사용액의 제트를 섬유형상으로 응고시키기 위한 외부응고액을 포함할 수 있다. 상기 외부응고액은 물, 유기용매 등을 제한 없이 사용할 수 있음에 따라서 그 구체적인 종류에 대해서는 본 발명은 특별히 한정하지 않으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 헥산, 벤젠, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 아세톤, 부탄올, 디메틸포름아미드 및 테트라하이드로푸란 등에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. If wet electrospinning is performed, the collector may be further equipped with a coagulation bath. The coagulation bath may include an external coagulation solution for coagulating a jet of spinning solution into a fibrous form. The external coagulant may be used without limitation, such as water, organic solvent, the present invention is not particularly limited to the specific type, as a non-limiting example, hexane, benzene, ethanol, methanol, propanol, acetone Butaneol, dimethylformamide and tetrahydrofuran may be used, but not limited to one or more selected.

한편, 상술한 노즐부의 노즐팁과 컬렉터 또는 응고조의 외부응고액 표면 간의 수직거리인 에어갭은 0 ~ 50㎝일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.Meanwhile, the air gap, which is a vertical distance between the nozzle tip and the surface of the external coagulating solution of the collector or the coagulation bath, may be 0 to 50 cm, but is not limited thereto.

상술한 제조방법으로 제조된 이온교환막은 지지성분 및 이온교환성 성분을 포함하는 제1섬유을 포함한다.The ion exchange membrane prepared by the above-described manufacturing method includes a first fiber comprising a support component and an ion exchange component.

상기 섬유매트를 형성하는 섬유 한가닥은 지지성분 및 이온교환성분을 모두 포함한 상태로 방사된 것일 수 있으나, 섬유매트에 포함된 섬유의 일부는 방사과정에서 성분간의 상분리로 인하여 각각의 성분이 분리되어 각 성분마다 한 가닥의 섬유를 형성할 수 있음에 따라서 섬유매트는 지지성분을 포함하는 제2섬유 및 이온교환성 성분을 포함하는 제3섬유 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 도 2와 같이 이온교환막은 제1섬유(21a/22b), 제2섬유(21a) 및 제3섬유(22b)를 모두 포함할 수 있다. The fiber strand forming the fiber mat may be spun in a state containing both a support component and an ion exchange component, but some of the fibers included in the fiber mat are separated from each other by the phase separation between the components during the spinning process. The fiber mat may further include any one or more of a second fiber including a support component and a third fiber including an ion exchange component, as the component may form one strand of fiber, as shown in FIG. 2. The ion exchange membrane may include all of the first fibers 21a / 22b, the second fibers 21a, and the third fibers 22b.

한편, 상기 섬유매트는 섬유간 융착되어 형성된 3차원 네트워크 구조를 가지는 웹(web)영역을 포함할 수 있고, 도 3에 도시된 것과 같이, 제2섬유(21a) 및 다른 제2섬유(22a)는 표면의 일부가 융착(B1)되어 있고, 제2섬유(21a) 및 제3섬유(21b)의 표면 일부가 융착(B2)되어 3차원 네트워크 구조를 형성할 수 있다. 또한, 도 3에 도시하지 않았지만 지지성분 및 이온교환성 성분을 모두 포함하는 제1섬유와 다른 제1섬유, 제2섬유 또는 제3섬유간 융착이 발생할 수 있다.Meanwhile, the fiber mat may include a web area having a three-dimensional network structure formed by fusion between fibers, and as shown in FIG. 3, the second fiber 21a and the other second fiber 22a. A portion of the surface is fused (B 1 ), and a portion of the surface of the second fiber 21a and the third fiber 21b is fused (B 2 ) can form a three-dimensional network structure. In addition, although not shown in FIG. 3, fusion may occur between the first fiber and the other first, second, or third fibers including both the support component and the ion exchange component.

상기 융착은 별도의 가온공정을 통한 섬유의 일부용융만을 의미하지는 않는다. 구체적으로 전기 방사되는 과정에서 방사용액에 포함된 용매는 전기방사의 방법에 무관하게 통상적으로 방사된 후 공기 중에서 기화되고, 습식 전기방사의 경우에는 기화되지 못한 잔량의 용매가 외부응고액에 용해되어 제거될 수 있는데, 전량 기화 및/또는 용해되어 나오지 못하고 방사된 섬유에 존재하는 용매는 섬유간의 접촉이 발생했을 때 접촉점 또는 접촉면의 부착을 유도할 수 있다.The fusion does not mean only partial melting of the fiber through a separate heating process. Specifically, in the process of electrospinning, the solvent contained in the spinning solution is usually spun and then vaporized in air irrespective of the method of electrospinning. In the case of wet electrospinning, the remaining amount of the solvent which is not vaporized is dissolved in the external coagulation solution. Solvents that are present in the spun fiber that are not vaporized and / or dissolved entirely and can be removed can lead to the attachment of contact points or contact surfaces when contact between the fibers occurs.

상기 3차원 네트워크 구조가 섬유매트 내에서 형성될 경우 섬유간의 안정된 기공구조 형성 및 섬유매트의 기계적 강도를 향상시킬 수 있어 본 발명이 목적하는 물성을 보다 용이하게 구현할 수 있는 이점이 있다. When the three-dimensional network structure is formed in the fiber mat, the stable pore structure between the fibers can be formed and the mechanical strength of the fiber mat can be improved, thereby achieving the desired physical properties more easily.

한편, 상기 섬유매트에 포함된 섬유의 평균직경은 0.1 ~ 100㎛일 수 있다. 만일 섬유의 직경이 0.1㎛ 미만일 경우 기계적 강도가 약해 안정된 기공구조를 형성하기 어려워 일부 용도, 예를 들어 필터에 사용이 부적합할 수 있고, 방사성이 저하될 수 있다. 또한, 만일 직경이 100㎛를 초과하는 경우 용도에 따라 후술하는 (2) 단계를 통해 열/압력이 가해져 섬유 중 지지성분을 용융시킬 때 지지성분의 용융이 쉽지 않고, 이에 따라 섬유 매트의 공경, 기공도 조절이 용이하지 않을 수 있다. 다만, 상기 섬유의 직경범위에 제한되는 것은 아니고, 이온교환막이 사용되는 용도에 따라 섬유 직경 범위는 변경될 수 있다. On the other hand, the average diameter of the fibers included in the fiber mat may be 0.1 ~ 100㎛. If the diameter of the fiber is less than 0.1 [mu] m, the mechanical strength is weak, making it difficult to form a stable pore structure, which may be unsuitable for use in some applications, for example, filters, and the radioactivity may be reduced. In addition, if the diameter exceeds 100㎛ according to the use of the heat / pressure is applied through the step (2) to be described later melt the support component in the fiber is not easy to melt the support component, according to the pore diameter of the fiber mat, Porosity may not be easy to control. However, the diameter range of the fiber is not limited, and the fiber diameter range may be changed depending on the use of the ion exchange membrane.

상기 섬유 매트의 평균공경은 0.1 ~ 10㎛일 수 있다. 만일 평균공경이 0.1㎛미만의 경우 필터 용도에서 유량이 현저히 감소하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 10㎛ 를 초과하는 경우 필터용도에서 여과효율이 저하될 수 있는 문제점이 있다. 다만, 상기 평균공경 범위에 제한되는 것은 아니고, 이온교환막이 사용되는 용도에 따라 평균공경은 변경될 수 있다.The average pore diameter of the fiber mat may be 0.1 ~ 10㎛. If the average pore size is less than 0.1㎛ may have a problem that the flow rate is significantly reduced in the filter applications, if the average pore size exceeds 10㎛ there is a problem that the filtration efficiency in the filter use may be lowered. However, the mean pore size is not limited to the range, and the mean pore size may be changed according to the use of the ion exchange membrane.

또한, 상기 섬유매트의 두께는 0.1 ~ 200㎛일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 용도에 따라서 두께는 변경될 수 있다. In addition, the thickness of the fiber mat may be 0.1 ~ 200㎛, but is not limited thereto, the thickness may be changed according to the use.

한편, 섬유매트는 후술하는 (2) 단계를 통해 목적하는 이온교환막의 용도에 따라 공경과 두께가 조절될 수 있고, 지지성분의 융점 이상으로 가해지는 열은 섬유 중 지지성분을 포함하는 모노사 일부분 또는 전부를 용융 시켜 섬유매트의 공경, 기공도의 조절에 영향을 미칠 수 있다. On the other hand, the fiber mat can be adjusted in pore size and thickness according to the intended use of the ion exchange membrane through the step (2) to be described later, the heat applied above the melting point of the support component is part of the mono yarn containing the support component of the fiber Alternatively, melting all of them may affect the pore size and porosity of the fiber mat.

구체적으로 섬유매트에 가해지는 열은 온도가 60 ~ 180 일 수 있고, 압력은 2 psi이하일 수 있으나 구체적인 이온교환막의 용도, 지지성분 및 이온교환성분의 구체적 종류에 따라 달라질 수 있어서 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the heat applied to the fiber mat may be a temperature of 60 to 180, the pressure may be 2 psi or less, but may be different depending on the specific use of the ion exchange membrane, the support component and the specific type of the ion exchange component is not limited thereto. .

또한, 이온교환막의 용도가 액체필터 또는 공기필터의 용도인 이온교환막의 경우 상기 (2) 단계를 생략하거나 (2) 단계를 수행하더라도 가해지는 열 및/또는 압력이 낮을 수 있고, 및/또는 (2) 단계 수행시간도 짧을 수 있다. 또한, 동일한 필터의 용도일지라도 여과시키려는 목적물질의 크기에 따라 구체적으로 가해지는 열/압력/수행시간은 달라질 수 있다.In addition, in the case of an ion exchange membrane whose use of the ion exchange membrane is a liquid filter or an air filter, the heat and / or pressure applied may be low even if step (2) is omitted or step (2) is performed, and / or ( 2) The step execution time can be short. In addition, even if the same filter is used, the specific heat / pressure / run time may vary depending on the size of the target material to be filtered.

한편, 상술한 (2) 단계를 거치지 않더라도 도 2에 도시된 것과 같이 제조공정상 (1) 단계에서 복수개의 방사노즐(11 ~ 15) 의 직경 및/또는 시간당 방사량의 조절을 통해 기공도/공경 등이 상이한 매트(21 ~ 25)들이 적층된 섬유매트(20)를 구현할 수 있고, 이를 통해 섬유매트의 일표면부에서 타표면부로 갈수록 공경 및/또는 기공도의 구배를 가지는 이온교환막을 구현할 수 있다. On the other hand, even if the step (2) described above does not go through the porosity / pore size through the adjustment of the diameter and / or hourly radiation dose of the plurality of spinning nozzles (11 to 15) in the step (1) in the manufacturing process as shown in FIG. The different mats 21 to 25 may be laminated with the fibrous mat 20, and thus, an ion exchange membrane having a gradient of pore size and / or porosity may be implemented from one surface portion of the fibrous mat to the other surface portion. .

한편, 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 이온교환막은 지지섬유매트에 포함되는 지지섬유의 재질의 융점이 이온교환섬유매트에 포함되는 이온교환섬유 재질의 융점보다 낮을 수 있고, 상기 (2) 단계를 통해 가해지는 열 및 압력은 적어도 일부의 지지성분을 용융시키고, 이를 통해 섬유매트내 섬유간 융접합 및/또는 섬유매트내 기공에 용융된 지지성분이 채워질 수 있다. On the other hand, the ion exchange membrane according to another preferred embodiment of the present invention may have a melting point of the material of the support fiber included in the support fiber mat is lower than the melting point of the ion exchange fiber material contained in the ion exchange fiber mat, (2) The heat and pressure applied through the step may melt at least some of the support components, thereby filling the melted support components in the interfiber fusion and / or pores in the fibrous mat.

이에 따라 본 발명의 일 구현예에 따른 이온교환막은 이온교환성 성분을 포함하는 섬유를 포함하는 섬유매트 및 상기 섬유매트 내 섬유간 공간을 채워 섬유들을 지지하는 지지체를 포함하도록 구현된다.Accordingly, the ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention is implemented to include a fiber mat comprising a fiber including an ion exchange component and a support for filling the interfiber space in the fiber mat to support the fibers.

상기 섬유매트를 형성하는 섬유는 지지성분이 열/압력에 의해 용융됨에 따라 이온교환성 성분이 섬유형성성분의 주제로 포함되고, 일부 섬유의 경우 용융되지 않은 지지성분을 포함할 수 있다. 상기 지지체는 (1) 단계를 통해 제조된 섬유매트에 포함된 섬유 중 제1섬유에 포함된 지지성분이나 제2섬유에 포함된 지지섬유가 용융되어 형성된 것으로써, 섬유매트내 섬유간 공간을 채워 기공도, 공경이 조절될 수 있고 이온교환성 성분이 주제인 섬유 간에 접합이 증가하여 기계적 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. The fibers forming the fibrous mat may include an ion exchange component as the subject of the fiber forming component as the support component is melted by heat / pressure, and for some fibers, may include an unmelted support component. The support is formed by melting the support component contained in the first fiber or the support fiber contained in the second fiber of the fibers included in the fiber mat prepared through step (1), to fill the interfiber space in the fiber mat Porosity, pore size can be controlled and the bond between fibers with the ion exchangeable component as the subject can be increased to further improve the mechanical strength.

상기 (2) 단계를 통해 가해지는 열/압력, 지지성분의 융점에 따라 섬유매트의 기공도, 공경 등이 달라질 수 있는데, (2) 단계를 통해 제조된 이온교환막의 기공도를 조절하여 축전식 탈염장치(capacitive deionization, CDI) 또는 전기투석(electrodialysis, ED)의 용도에 적합하도록 제조될 수 있다. The porosity, pore size, etc. of the fiber mat may vary depending on the heat / pressure applied through the step (2), the melting point of the support component, and the capacitance is controlled by adjusting the porosity of the ion exchange membrane prepared through the step (2). It can be prepared to be suitable for the use of deacrination (CDI) or electrodialysis (ED).

또한, 기공도가 5 % 이하, 보다 바람직하게는 3%이하, 보다 더 바람직하게는 1% 이하, 더욱 바람직하게는 기공도가 0%인 무공의 이온교환막은 연료전지 또는 레독스플로우전지 등의 전지 분리막이 요구하는 기계적 물성 및 전기적 물성 등을 더욱 현저히 만족시킴에 따라 전지분리막의 용도로써 매우 적합할 수 있다. Also, pore-free ion exchange membranes having a porosity of 5% or less, more preferably 3% or less, even more preferably 1% or less, and even more preferably 0% of porosity may be used in fuel cells or redox flow batteries. As the battery separator satisfies the required mechanical and electrical properties more remarkably, it may be very suitable as a battery separator.

한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 이온교환막은 기계적 강도의 보충을 위해 부직포와 같은 별도의 지지부재가 이온교환막의 일면에 더 포함될 수 있다. 상기 지지부재는 예를 들어, 코어로서 PP 섬유의 외주에 PE가 코팅된 이중 구조의 PP/PE 섬유로 이루어진 부직포, 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: polyethyleneterephthalate) 섬유로 이루어진 PET 부직포, 셀룰로즈 섬유로 이루어진 부직포 중 어느 하나를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 부직포의 평량, 두께 등은 목적에 따라 변경하여 사용할 수 있어 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. On the other hand, the ion exchange membrane according to a preferred embodiment of the present invention may further include a separate support member, such as a non-woven fabric on one surface of the ion exchange membrane to supplement the mechanical strength. The support member is, for example, a nonwoven fabric made of a double structure PP / PE fiber coated with PE on the outer circumference of the PP fiber as a core, or a PET nonwoven fabric made of polyethyleneterephthalate (PET) fiber, a nonwoven fabric made of cellulose fiber. Any one may be used, but is not limited thereto. The basis weight, thickness, and the like of the nonwoven fabric may be changed and used according to the purpose, and are not particularly limited in the present invention.

또한, 목적에 따라 섬유매트 및/또는 부직포에는 무기물을 코팅하거나 충진 시킬 수 있고, 상기 무기물은 니켈(Ni), 구리(Cu), 스텐레스 스틸(SUS), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al) 중 적어도 하나 이상의 금속이나 이들의 산화물 등을 포함할 수 있다.In addition, depending on the purpose, the fiber mat and / or non-woven fabric may be coated or filled with an inorganic material, the inorganic material is nickel (Ni), copper (Cu), stainless steel (SUS), titanium (Ti), chromium (Cr), At least one metal of manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tungsten (W), silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al) Oxides thereof, and the like.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, the following examples are not intended to limit the scope of the present invention, which will be construed as to aid the understanding of the present invention.

<실시예 1> <Example 1>

먼저, 지지성분으로 폴리비닐리덴플루오라이드(Arkema사, Kynar761) 12g을 디메틸아세트아마이드와 아세톤의 중량비를 90:10으로 하여 88g에 60의 온도로 6시간 마그네틱바를 사용하여 용해시켜 제1혼합용액을 제조했다. 다음으로, 이온교환성 성분으로 음이온 교환 수지인 APS(PolyStyrene:VinylBenzeneChloride:MethylMethAcrylate = 1:1:2 )수지 12g을 디메틸아세트아마이드 88g에 60의 온도로 6시간 마그네틱바를 사용하여 용해시켜 제2혼합용액을 제조했다. 이후 상기 제1혼합용액과 제2혼합용액을 다시 혼합하여 교반하여 방사용액을 제조하되, 지지성분 100 중량부에 대해 이온교환성 성분이 50중량부가 되도록 하여 혼합하였다. 제조된 방사용액을 전기방사장치의 용액탱크 에 투입하고, 15㎕/min/hole 토출하였다. 이때 방사 구간의 온도는 28, 습도는 45%를 유지하고, 콜렉터와 방사노즐팁 간 거리를 25㎝로 하였다.First, 12 g of polyvinylidene fluoride (Arkema Co., Kynar761) as a supporting component was dissolved in a weight ratio of dimethylacetamide and acetone at 90:10 using 88 ° C. at 60 ° C. for 6 hours using a magnetic bar. Manufactured. Next, 12 g of APS (PolyStyrene: VinylBenzeneChloride: MethylMethAcrylate = 1: 1: 2) resin, an anion exchange resin, was dissolved in 88 g of dimethylacetamide at 60 ° C for 6 hours using a magnetic bar as an ion exchange component. Prepared. Thereafter, the first mixed solution and the second mixed solution were mixed again and stirred to prepare a spinning solution, but mixed so that the ion exchangeable component was 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the supporting component. The prepared spinning solution was put in a solution tank of an electrospinning apparatus, and 15 µl / min / hole was discharged. At this time, the temperature of the spinning section was 28, the humidity was maintained at 45%, the distance between the collector and the spinning nozzle tip was 25cm.

고전압 발생기를 사용하여 방사 노즐 팩(Spin Nozzle Pack)에 45kV 이상의 전압을 부여함과 동시에 방사 팩 노즐 당 0.05MPa의 에어압력을 부여하여 도 1과 같이 방사시켜 섬유매트를 제조하였다. 이후 섬유매트에 잔존하는 용매, 수분을 건조시키기 위해 140 및 1kgf/㎠로 열과 압력을 가해 캘린더링 공정을 실시하여 총 두께가 95㎛이며, 기공도가 65%인 하기 표 1과 같은 이온교환막을 제조하였다.Using a high voltage generator to give a spin nozzle pack (Spin Nozzle Pack) a voltage of 45kV or more and at the same time giving an air pressure of 0.05MPa per spin pack nozzle to spin as shown in Figure 1 to prepare a fiber mat. Thereafter, to dry the solvent and moisture remaining on the fiber mat, a calendering process was performed by applying heat and pressure at 140 and 1 kgf / cm 2 to obtain a total thickness of 95 μm and a porosity of 65%. Prepared.

<실시예2 ~ 5><Examples 2 to 5>

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 방사용액의 지지성분 및 이온교환성 성분의 함량을 하기 표 1과 같이 변경하여 하기 표 1과 같은 이온교환막을 제조하였다Manufactured in the same manner as in Example 1, the contents of the support component and the ion exchangeable component of the spinning solution were changed as shown in Table 1 to prepare an ion exchange membrane as shown in Table 1 below.

<비교예 1>Comparative Example 1

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 방사용액에 지지성분을 불포함 시켜 하기 표 1과 같은 이온교환막을 제조하였다.The preparation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the support component was not included in the spinning solution to prepare an ion exchange membrane as shown in Table 1 below.

<비교예 2>Comparative Example 2

지지섬유체를 제조하기 위하여 지지섬유형성성분으로 폴리비닐리덴플루오라이드(Arkema사, Kynar761) 12g을 디메틸아세트아마이드와 아세톤의 중량비를 90:10으로 하여 88g에 60℃의 온도로 6시간 마그네틱바를 사용하여 용해시켜 방사용액을 제조했다. 상기 방사용액을 전기방사장치의 용액탱크에 투입하고, 15㎕/min/hole의 속도로 토출하였다. 이때 방사 구간의 온도는 28℃, 습도는 45%를 유지하고, 콜렉터와 방사노즐팁 간 거리를 25㎝로 하였다. 고전압 발생기를 사용하여 방사 노즐 팩(Spin Nozzle Pack)에 45kV 이상의 전압 및 방사 팩 노즐 당 0.05MPa의 에어압력을 부여하여 방사시켜 두께 100㎛인 지지섬유매트를 제조하였다. 이후 섬유매트에 잔존하는 용매, 수분을 건조시키기 위해 140 및 1kgf/㎠로 열과 압력을 가해 캘린더링 공정을 실시하여 총 두께가 95㎛인 지지막을 제조하였다. 이후 상기 지지막을 음이온 교환 수지인 APS(PolyStyrene:VinylBenzeneChloride:MethylMethAcrylate = 1:1:2 )수지 8g을 디메틸아세트아마이드 92g에 60℃℃의 온도로 6시간 마그네틱바를 사용하여 용해시켜 혼합용액에 1시간 침지시킨 후 80℃온도로 건조시켜 하기 표 1과 같은 이온교환막을 제조하였다.To prepare a support fiber, 12 g of polyvinylidene fluoride (Arkema, Kynar761) was used as a support fiber forming component at 90:10 with a weight ratio of dimethylacetamide and acetone at 90:10. It was dissolved to prepare a spinning solution. The spinning solution was put into a solution tank of an electrospinning apparatus and discharged at a rate of 15 µl / min / hole. At this time, the temperature of the spinning section is 28 ℃, the humidity was maintained at 45%, the distance between the collector and the spinning nozzle tip was 25 cm. A spinneret pack was spun to give a spinning nozzle pack with a voltage of 45 kV or more and an air pressure of 0.05 MPa per spin pack nozzle to spin, thereby producing a support fiber mat having a thickness of 100 μm. Then, a calendering process was performed by applying heat and pressure at 140 and 1 kgf / cm 2 to dry the solvent and moisture remaining on the fiber mat, thereby preparing a support membrane having a total thickness of 95 μm. The support membrane was then dissolved in 8 g of an APS (PolyStyrene: VinylBenzeneChloride: MethylMethAcrylate = 1: 1: 2) resin, an anion-exchange resin, using a magnetic bar at 92 ° C. for 6 hours at a temperature of 60 ° C. After drying at 80 ° C., an ion exchange membrane was prepared as shown in Table 1 below.

<실험예>Experimental Example

실시예 및 비교예에서 제조된 이온교환막에 대하여 하기의 물성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.The following physical properties of the ion exchange membranes prepared in Examples and Comparative Examples were evaluated, and are shown in Table 1 below.

1. 치수변화도(%)1. Dimensional change (%)

이온교환막의 기계적강도를 가늠하기 위하여 막의 치수 변화도를 측정하였다. 구체적으로 제조된 막을 24시간 동안 증류수에 담근 후 젖은 막의 부피(Vwet)를 측정하고 상기 젖은 막을 120에서 24시간 동안 다시 진공건조시켜 부피(Vdry)를 측정하였다. 이들 측정된 수치를 하기 식 1에 대입하여 치수 변화도를 계산하였다.In order to measure the mechanical strength of the ion exchange membrane, the dimensional change of the membrane was measured. Specifically, the prepared membrane was immersed in distilled water for 24 hours, and the volume of the wet membrane (V wet ) was measured, and the wet membrane was vacuum-dried again at 120 to 24 hours to measure the volume (V dry ). These measured values were substituted in Equation 1 below to calculate the degree of dimensional change.

[식 1][Equation 1]

치수변화도(%) = (Vwet - Vdry) ×100 / Vdry % Change = (V wet -V dry ) × 100 / V dry

치수변화가 클수록 기계적 강도가 좋지 않고, 내구성까지 좋지 않다고 볼 수 있다.The larger the dimensional change, the poor the mechanical strength and the durability.

2. 제사성2. Sacrificiality

섬유매트 표면에 대해 2000배 배율로 SEM 사진을 촬영하여 촬영된 이미지 상에서 섬유의 전체 개수 및 비드개수를 카운팅 한 후, 하기의 식 2에 따라서 제사성을 계산하였다.SEM photographs were taken at 2000 times magnification on the surface of the fiber mat to count the total number of beads and the number of beads on the photographed image, and then the sacrificial properties were calculated according to Equation 2 below.

[식 2][Equation 2]

Figure 112016090520490-pat00001
Figure 112016090520490-pat00001

3. 레독스플로우 전지용도의 분리막 성능3. Membrane Performance for Redox Flow Battery

셀 안에 표면적이 30㎝2인 이온교환막을 중심에 위치시킨 후, 상기 이온교환막 양면에 양쪽 전극으로써 카본펠트(GF020, JMTG) 한쌍, 흑연판(Graphite plate) 한 쌍, 집전판 한 쌍 및 경판(End plate)을 순차적으로 위치시킨 후, 충/방전기(WBCS 3000,WonAtech), 펌프, 이온교환막으로 양분된 셀의 한쪽 영역으로 연결된 양극 전해액 탱크 및 셀의 다른쪽 영역에 연결된 음극 전해액 탱크를 포함하는 레독스 흐름전지를 제조하였다. 이때, 상기 양극 전해액 탱크에는 황산 2.0 M 및 옥시황산바나듐 1.0 M을 포함하는 용액 40 ㎖를 채우고, 상기 음극전해액 탱크에는 황산 2.0 M 및 V3+ 1.0 M을 포함하는 용액 40 ㎖ 채웠다. After placing an ion exchange membrane with a surface area of 30 cm 2 in the center, a pair of carbon felts (GF020, JMTG), a pair of graphite plates, a pair of current collector plates, and a hard plate are formed on both sides of the ion exchange membrane. End plates) sequentially and then include a charge / discharger (WBCS 3000, WonAtech), a pump, an anode electrolyte tank connected to one region of the cell divided into ion exchange membranes, and a cathode electrolyte tank connected to the other region of the cell. A redox flow cell was prepared. At this time, the anode electrolyte tank was filled with 40 ml of a solution containing 2.0 M sulfuric acid and 1.0 M vanadium oxysulfate, and the cathode electrolyte tank was filled with 40 ml of a solution containing 2.0 M sulfuric acid and V3 + 1.0 M.

충전은 전류 밀도를 60mA/cm2으로 유지하여 1.5V까지 진행하였고, 방전은 동일한 전류밀도로 1.0V까지 진행하여 충/방전 사이클에 대한 성능을 측정하였다.Charging proceeded to 1.5V while maintaining the current density at 60mA / cm 2 , and discharge proceeded to 1.0V at the same current density to measure the performance of the charge / discharge cycles.

이때, 각 사이클에서 시간에 따른 전압의 변화를 측정하여 하기 식 3에 따라 각 사이클에서의 에너지효율을 계산하였으며, 충/방전 사이클 10회 때 실시예1의 에너지 효율을 100%로 기준하여 나머지 실시예 및 비교예의 충/방전 사이클 10회때 에너지 효율을 상대적으로 표시했다. 또한, 각각의 실시예/비교예의 최초 1사이클에서의 에너지 효율에 비해 2% 에너지 효율이 감소한 사이클을 함께 표시하였다.At this time, by measuring the change in voltage with time in each cycle was calculated the energy efficiency in each cycle according to the following Equation 3, the rest of the implementation based on the energy efficiency of Example 1 100% in 10 charge / discharge cycles The energy efficiency was displayed relative to 10 charge / discharge cycles of the examples and the comparative examples. In addition, the cycles in which the 2% energy efficiency decreased compared to the energy efficiency in the first 1 cycle of each example / comparative example were also indicated.

[식 3] [Equation 3]

Figure 112016090520490-pat00002
Figure 112016090520490-pat00002

(Energy Efficiency : 에너지효율, Id : 방전 전류량, Ic : 충전 전류량, V : 방전 전압, VC : 충전 전압, t : 충전 시간 또는 방전 시간)(Energy Efficiency: Energy Efficiency, Id: Discharge Current, Ic: Charge Current, V: Discharge Voltage, VC: Charge Voltage, t: Charge Time or Discharge Time)

실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 실시예5Example 5 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 방사용액Spinning solution 지지성분 함량(중량부)Support ingredient content (parts by weight) 100100 100100 100100 100100 100100 00 100100 이온교환성성분 함량(중량부)Ion exchange component content (parts by weight) 5050 1010 2525 7575 9090 100100 00 이온교환막Ion exchange membrane 치수변화도(%)Dimensional change (%) 99 22 44 1212 2525 6868 1One 제사성(%)Sacrifice (%) 9999 100100 100100 9696 7878 7676 100100 에너지효율(%)Energy efficiency (%) 100100 4646 7878 106106 110110 2525 109109 에너지효율2% 감소했을 때 사이클 수(회)Cycles when energy efficiency is reduced by 2% 716716 902902 705705 658658 493493 1414 730730

상기 표 1을 통해 확인할 수 있듯이, As can be seen from Table 1 above,

이온교환섬유를 통해서만 이온교환막을 제조한 비교예1의 경우 실시예들에 비해 치수변화가 현저히 큼에 따라서 내구성이 좋지 않고, 10회 충/방전 사이클에서의 에너지효율이 실시예 1에 대비 25%에 지나지 않으며, 에너지효율을 오랜기간 유지할 수 없음을 확인할 수 있다.In Comparative Example 1, in which the ion-exchange membrane was manufactured using only ion-exchange fibers, the durability was not good as the dimensional change was significantly greater than in the Examples, and the energy efficiency in 10 charge / discharge cycles was 25% compared to that of Example 1. It is only a case, and it can be seen that energy efficiency cannot be maintained for a long time.

한편, 지지막에 이온교환용액을 충진한 통상의 이온교환막인 비교예2의 경우 실시예1과 비교하여 물성이 다소 우위에 있으나 침지시간이 별도로 소요됨에 따라서 생산성에 있어서 실시예1이 더 우수함을 확인할 수 있다.On the other hand, Comparative Example 2, which is a conventional ion exchange membrane filled with an ion exchange solution in the support membrane, has a somewhat superior physical property compared with Example 1, but Example 1 is more excellent in productivity as the immersion time is required separately. You can check it.

또한, 실시예 중에서도 방사용액내 이온교환성 성분의 함량이 과소 또는 과도한 실시예2, 실시예 5는 실시예1에 대비하여 모든 물성을 동시에 만족시키기 어려운 것을 확인할 수 있다. In addition, in Examples 2 and 5, the content of the ion-exchangeable components in the spinning solution is too low or excessive, it can be confirmed that it is difficult to satisfy all the physical properties at the same time compared to Example 1.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments set forth herein, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention, within the scope of the same idea, the addition of components Other embodiments may be easily proposed by changing, deleting, adding, and the like, but this will also fall within the spirit of the present invention.

10: 전기방사 팁 20: 섬유매트10: electrospinning tip 20: fiber mat

Claims (14)

(1) 이온교환성 성분 및 상기 이온교환성 성분보다 융점이 낮은 지지성분이 용해된 방사용액을 전기방사하여 이온교환성 성분으로 일부 또는 전부 형성된 섬유를 포함하는 섬유매트를 제조하는 단계; 및
(2) 기공도 및 공경을 조절하기 위하여 상기 지지성분을 일부 또는 전부가 용융되도록 상기 섬유매트에 열, 또는 열 및 압력을 가하는 단계;를 포함하는 이온교환막의 제조방법.
(1) electrospinning a spinning solution in which an ion exchange component and a support component having a lower melting point than that of the ion exchange component are dissolved to produce a fiber mat comprising fibers partially or entirely formed of the ion exchange component; And
(2) applying heat, heat, or pressure to the fiber mat such that some or all of the support components are melted to control porosity and pore size; and a method for producing an ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 지지성분은 폴리이미드(polyimides), 폴리아믹스산(polyamic acid), 폴리카프로락톤(polycarprolactone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 나일론(nylon), 폴리아라미드(polyaramid), 폴리벤질글루타메이트(polybenzyl-glutamate), 폴리페닐렌테레프탈아마이드(polyphenyleneterephthalamide), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리스티렌(polystyrene), 셀룰로오스(cellulose), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리락틱산(polylactic acid; PLA), 폴리글리콜산(polyglycolic acid; PGA), 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리{폴리(에틸렌옥사이드)테레프탈레이트-co-부틸렌테레프탈레이트}(PEOT/PBT), 폴리포스포에스터(polyphosphoester; PPE), 폴리포스파젠(PPA), 폴리안하이드라이드(Polyanhydride; PA), 폴리오르쏘에스터{poly(ortho ester; POE}, 폴리(프로필렌푸마레이트)-디아크릴레이트{poly(propylene fumarate)-diacrylate; PPF-DA}, 폴리비닐알콜, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리테트라플로우로에틸렌(PTFE, polytetra fluoroethylene), 폴리에틸렌테트라플로우로에틸렌(ETFE, polyethylene tetrafluoro ethylene), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF, polyvinylidene fluoride), 에틸렌클로로트리플로우로에틸렌(ECTFE, Ethylene Chlorotrifluoroethylene) 및 폴리클로로트리플로우로에틸렌(PCTFE, polychlorotrifluoro ethylene) 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 이온교환막의 제조방법.
The method of claim 1,
The support component may be polyimides, polyamic acid, polycarprolactone, polyetherimide, nylon, nylon, polyaramid, polybenzyl-glutamate ), Polyphenyleneterephthalamide, polyaniline, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polystyrene, cellulose, polymethylmethacrylate, Polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), polylactic-co-glycolic acid, poly {poly (ethylene oxide) terephthalate-co-butylene terephthalate} (PEOT / PBT) , Polyphosphoester (PPE), polyphosphazene (PPA), polyanhydride (PA), poly (ortho ester; POE}, poly (propylene fu Poly (propylene fumarate) -diacrylate; PPF-DA}, polyvinyl alcohol, polyester, polyurethane, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylenetetraflow Polyethylene tetrafluoro ethylene (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene chloro trifluoro ethylene (ECTFE) Styrene-co-maleic anhydride) at least one selected from the group consisting of ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 이온교환성 성분은 양이온성 이온교환성 성분 또는 음이온성 이온교환성 성분인 이온교환막의 제조방법.
The method of claim 1,
Wherein said ion exchange component is a cationic ion exchange component or an anionic ion exchange component.
제1항에 있어서,
상기 방사용액은 지지성분 100 중량부에 대하여 이온교환성 성분을 20 ~ 80 중량부로 포함하는 이온교환막의 제조방법.
The method of claim 1,
The spinning solution is a method for producing an ion exchange membrane containing 20 to 80 parts by weight of an ion exchange component with respect to 100 parts by weight of the support component.
삭제delete 삭제delete 이온교환성 성분 및 상기 이온교환성 성분보다 융점이 낮은 지지성분을 포함하는 제1섬유, 상기 지지성분을 포함하는 제2섬유 및 상기 이온교환성 성분을 포함하는 제3섬유를 포함하고, 상기 지지성분의 일부 또는 전부가 용융되어 제1섬유, 제2섬유 및 제3섬유 간에 형성된 공간의 일부 또는 전부가 매립된 섬유매트;를 포함하는 이온교환막.A first fiber comprising an ion exchange component and a support component having a lower melting point than the ion exchange component, a second fiber comprising the support component, and a third fiber comprising the ion exchange component; And a fibrous mat in which part or all of the components are melted so that part or all of the space formed between the first fiber, the second fiber, and the third fiber is embedded. 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 섬유매트는 섬유간 융착되어 형성된 3차원 네트워크 구조의 웹(web) 영역을 포함하는 이온교환막.
The method of claim 7, wherein
The fiber mat comprises a web region of a three-dimensional network structure formed by fusion between fibers.
제7항에 있어서,
상기 섬유의 평균직경은 0.1 ~ 100㎛ 인 이온교환막.
The method of claim 7, wherein
An average diameter of the fiber is 0.1 ~ 100㎛ ion exchange membrane.
제7항에 있어서,
상기 섬유매트의 평균공경은 0.1 ~ 10㎛인 이온교환막.
The method of claim 7, wherein
The average diameter of the fiber mat is 0.1 ~ 10㎛ ion exchange membrane.
제7항에 있어서,
상기 섬유매트의 두께는 0.1 ~ 200㎛인 이온교환막.
The method of claim 7, wherein
The thickness of the fiber mat is 0.1 ~ 200㎛ ion exchange membrane.
이온교환성 성분을 포함하는 제3섬유를 포함하는 섬유매트; 및
상기 이온교환성 성분보다 융점이 낮은 지지성분이 용융을 통해 상기 섬유매트 내 섬유간 공간을 매립하여 제3섬유를 지지하는 지지체;를 포함하는 이온교환막.
A fiber mat comprising a third fiber comprising an ion exchange component; And
And a support for supporting a third fiber by filling a space between fibers in the fiber mat through melting of a support component having a lower melting point than the ion exchange component.
제7항 및 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온교환막은 액체용 필터, 공기용 필터, 축전식 탈염장치(capacitive deionization, CDI), 전기투석(electrodialysis, ED) 또는 전지분리막 용도인 이온교환막.
The method according to any one of claims 7 and 9 to 13,
The ion exchange membrane is an ion exchange membrane for liquid filters, air filters, capacitive deionization (CDI), electrodialysis (ED) or battery separation membrane.
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