KR102154549B1 - Polyimide xerogel separator with amino-fuctionalized hollow mesoporous silica particels and manufacturing method of the same - Google Patents

Polyimide xerogel separator with amino-fuctionalized hollow mesoporous silica particels and manufacturing method of the same Download PDF

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mesoporous silica
polyimide
hollow mesoporous
amine group
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권용구
정태양
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a polyimide xerogel separation membrane including hollow mesoporous silica particles with a surface modified by an amine group, which has a small shrinkage and maintains porosity. According to the present invention, the method comprises the following steps of: manufacturing hollow mesoporous silica particles; using alkoxysilane to modify a surface of the hollow mesoporous silica particles with an amine group; reacting dianhydride and aromatic diamine in a polar organic solvent to compose a polyamic acid precursor; introducing the hollow mesoporous silica particles with the surface modified with the amine group to the polyamic acid precursor to manufacture a hybrid precursor; performing an imidization reaction for the hybrid precursor to manufacture polyimide gel including the hollow mesoporous silica particles with the surface modified with the amine group; replacing the polar solvent with a nonpolar solvent; and freeze-drying the polyimide gel to manufacture a xerogel separation membrane.

Description

표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함한 폴리 이미드 제로젤 분리막 및 이의 제조방법{POLYIMIDE XEROGEL SEPARATOR WITH AMINO-FUCTIONALIZED HOLLOW MESOPOROUS SILICA PARTICELS AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}Polyimide zero gel separation membrane containing hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with amine groups, and its manufacturing method {POLYIMIDE XEROGEL SEPARATOR WITH AMINO-FUCTIONALIZED HOLLOW MESOPOROUS SILICA PARTICELS AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 폴리이미드 제로젤 분리막 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동결건조 과정에서 표면이 아민기로 개질된 실리카 입자를 활용하여 수축이 적게 일어나고 기공성을 유지하는 폴리이미드 제로젤 분리막의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polyimide zero gel separator and a method of manufacturing the same, and more particularly, a polyimide zero gel separator that exhibits less shrinkage and maintains porosity by using silica particles whose surface is modified with an amine group in the freeze-drying process. It relates to a manufacturing method.

제로젤(xerogel)은 미세 기공을 가지는 3차원 네트워크 형태의 물질로 넓은 표면적과 낮은 밀도, 열전도도, 유전률을 가지는 물질이다. 다공성 물질인 제로젤은 단열성, 흡음성 등의 특성으로 유전 물질, 촉매, 우주 산업, 냉장고, 특히 분리막으로써 유용하게 사용될 수 있다.Xerogel is a material having a large surface area, low density, thermal conductivity, and dielectric constant as a 3D network type material having micropores. Zerogel, which is a porous material, can be usefully used as a dielectric material, catalyst, aerospace industry, refrigerator, especially a separator due to its properties such as thermal insulation and sound absorption.

가장 보편적인 형태인 실리카 젤과 같이 무기물로 이루어진 제로젤과 그 외 유기물, 카본, 유-무기 하이브리드 물질을 응용한 제로젤로 분류할 수 있다. 그 중, 실리카 젤은 기계적 물성이 취약하여 산업, 일상적인 용도로 사용되기에 한계점이 있다. 에폭시, 이소시아네이트 등의 고분자 물질을 이용한 연구가 진행되고 있지만 상당한 열전도도 상승으로 인해 유기 제로젤에 대한 연구가 다양하게 시도되고 있다.Like silica gel, which is the most common form, it can be classified as zero gel made of inorganic substances and zero gel applied with organic substances, carbon, and organic-inorganic hybrid substances. Among them, silica gel has a limitation in being used for industrial and daily use due to its weak mechanical properties. Although studies using polymer materials such as epoxy and isocyanate are being conducted, various studies on organic zerogels have been attempted due to a significant increase in thermal conductivity.

폴리이미드를 이용한 유기 제로젤에 대한 연구가 진행되고 있으나, 건조 과정에서 수축이 많이 일어나고 기공 특성이 감소하는 한계점이 있다. 폴리이미드 젤의 건조 과정에서 일어나는 수축을 감소시키기 위해 3차원 구조를 만들어줄 수 있는 가교제의 개발이 요구된다.Although research on organic zerogels using polyimide is in progress, there is a limitation in that shrinkage occurs a lot and pore characteristics decrease in the drying process. In order to reduce the shrinkage that occurs during the drying process of the polyimide gel, it is required to develop a crosslinking agent capable of creating a three-dimensional structure.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 폴리이미드 제로젤 분리막의 동결건조 과정에서 표면이 아민기로 개질된 실리카 입자를 도입하여 수축이 적게 일어나고 기공성을 유지하는 폴리이미드 제로젤 분리막의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention introduces silica particles whose surface has been modified with an amine group in the freeze-drying process of a polyimide zerogel separator, thereby reducing shrinkage and maintaining porosity. It aims to provide.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중공형 메조포러스 실리카 입자를 제조하는 단계; 상기 중공형 메조포러스 실리카 입자의 표면을 알콕시 실란(alkoxysilane)을 이용하여 아민기로 개질하는 단계; 유기 극성 용매에 방향족 다이안하이드라이드(dianhydride)와 방향족 다이아민(diamine)을 반응시켜 폴리아믹산(Polyamic Acid) 전구체를 합성하는 단계; 상기 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 상기 폴리아믹산 전구체에 도입하여 혼성 전구체를 제조하는 단계; 상기 혼성 전구체에 이미드화 반응을 진행하여 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자가 포함된 폴리이미드 젤(gel)을 제조하는 단계; 상기 극성 용매를 비극성 용매로 치환하는 단계; 및 상기 폴리이미드 젤을 동결건조하여 제로젤 분리막을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함한 폴리이미드 제로젤 분리막의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of preparing hollow mesoporous silica particles; Modifying the surface of the hollow mesoporous silica particles with an amine group using alkoxysilane; Synthesizing a polyamic acid precursor by reacting an aromatic dianhydride and an aromatic diamine with an organic polar solvent; Preparing a hybrid precursor by introducing hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group into the polyamic acid precursor; Producing an imidation reaction on the hybrid precursor to prepare a polyimide gel containing hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group; Replacing the polar solvent with a non-polar solvent; And freeze-drying the polyimide gel to prepare a zero gel separator. It provides a method for producing a polyimide zero gel separator including hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group.

이때, 상기 알콕시 실란은 3-아미도프로필트리메톡시실란(APTMS) 및 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하다.At this time, the alkoxy silane is preferably one selected from the group consisting of 3-amidopropyltrimethoxysilane (APTMS) and 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES).

상기 방향족 다이안하이드라이드는 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실산 이무수물(BPDA), 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산 이무수물(BTDA), 피로멜리트산 이무수물(PMDA), 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 이무수물(6FDA), 4,4'-옥시디프탈산 이무수물(ODPA) 및 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산 이무수물(DSDA)로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하다.The aromatic dianhydride is 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA), Pyromellitic dianhydride (PMDA), 4,4'-(hexafluoroisopropylidene)diphthalic dianhydride (6FDA), 4,4'-oxydiphthalic dianhydride (ODPA) and 3,3',4 It is preferably one selected from the group consisting of, 4'-diphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride (DSDA).

또한, 상기 방향족 다이아민은 4,4'-옥시다이아닐린(4,4'-ODA), 2,2'-비스(3-아미노-4-하이드록시페닐)-헥사플루오로프로판(AHHFP), 3,4'-옥시다이아닐린(3,4'-ODA), 4,4'-설포닐다이아닐린(4,4'-DDS), 1,4-페닐렌 다이아민(1,4-PDA), 다이아미노페닐메탄(MDA) 및 2,2'-다이메틸벤지딘(DMBZ)로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하다.In addition, the aromatic diamine is 4,4'-oxydianiline (4,4'-ODA), 2,2'-bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)-hexafluoropropane (AHHFP), 3,4'-oxydianiline (3,4'-ODA), 4,4'-sulfonyldianiline (4,4'-DDS), 1,4-phenylene diamine (1,4-PDA), It is preferably one selected from the group consisting of diaminophenylmethane (MDA) and 2,2'-dimethylbenzidine (DMBZ).

아울러, 본 발명은 상기 제조방법에 의하여 제조된 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함한 폴리이미드 제로젤 분리막도 제공한다.In addition, the present invention also provides a polyimide zerogel separation membrane including hollow mesoporous silica particles having a surface manufactured by the above manufacturing method modified with an amine group.

본 발명에 따라 표면이 아민기로 개질된 실리카 입자를 폴리이미드 제로젤 분리막의 제조과정 중에 도입하면 동결건조 과정에서 발생하는 열 수축이 감소하여 수득율을 높일 수 있고, 기공 특성을 유지할 수 있다.According to the present invention, when silica particles having a surface modified with an amine group are introduced during the manufacturing process of the polyimide zerogel separator, heat shrinkage occurring during the freeze-drying process is reduced, thereby increasing the yield and maintaining the pore characteristics.

이에 따라 제조된 폴리이미드 제로젤 분리막은 균일한 두께, 기공 크기 및 다공성의 표면을 가지면서도 이온전도도, 전기화학적 안정성, 계면 상용성 및 방전 용량이 향상될 수 있다.The thus prepared polyimide zerogel separator may have a uniform thickness, pore size, and porosity surface, while improving ionic conductivity, electrochemical stability, interfacial compatibility, and discharge capacity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함하는 폴리이미드의 합성 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함하는 폴리이미드의 젤화 과정 및 제로젤 분리막을 제조하는 과정을 개략적으로 도시하였다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 중공형 메조포러스 실리카 입자의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 및 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope)의 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)의 이미지와 적외선 분광기 흡수 스펙트럼(FT-IR) 결과를 도시한 것이다.
도 6 및 도 7은 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 폴리이미드 제로젤 분리막의 단면 및 표면의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 이미지를 각각 도시한 것이다.
도 8은 100℃, 200℃, 250℃에서의 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 폴리이미드 제로젤 분리막 사진을 도시한 것이다.
도 9는 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 폴리이미드 제로젤 분리막을 포함하는 리튬이차전지의 전압-전류밀도를 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 10은 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 폴리이미드 제로젤 분리막을 포함하는 리튬이차전지의 계면 저항과 4일 후의 계면저항을 각각 측정한 결과를 그래프로 도시한 것이다.
도 11은 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 폴리이미드 제로젤 분리막을 포함하는 리튬이차전지를 0.2, 0.5, 1, 2, 0.2C-rate로 각각 충/방전을 수행하여 방전 용량을 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 12는 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 폴리이미드 제로젤 분리막을 포함하는 리튬이차전지를 0.5C-rate로 충/방전을 100 cycle 반복 수행하여 중량 당 방전 용량을 측정한 결과를 도시한 것이다.
1 schematically shows a process of preparing hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 schematically shows a synthesis process of a polyimide including hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 schematically illustrates a process of gelling a polyimide containing hollow mesoporous silica particles having a surface modified with an amine group and a process of manufacturing a zerogel separator according to an embodiment of the present invention.
4 is an image of a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope) and a transmission electron microscope (Transmission Electron Microscope) of the hollow mesoporous silica particles according to Example 1 of the present invention.
5 shows an image of a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope) and an infrared spectroscopy absorption spectrum (FT-IR) result of a hollow mesoporous silica particle having a surface modified with an amine group according to Example 1 of the present invention.
6 and 7 show a cross-section and a scanning electron microscope image of a surface of a polyimide zerogel separator prepared in Example 1 and Comparative Example 1, respectively.
8 shows photographs of polyimide zerogel separators prepared in Example 1 and Comparative Example 1 at 100°C, 200°C, and 250°C, respectively.
9 shows the results of measuring the voltage-current density of a lithium secondary battery including a polyimide zerogel separator prepared in Example 1 and Comparative Example 1, respectively.
FIG. 10 is a graph showing the results of measuring the interface resistance and the interface resistance after 4 days of a lithium secondary battery including a polyimide zerogel separator prepared in Example 1 and Comparative Example 1, respectively.
11 is a lithium secondary battery including a polyimide zerogel separator prepared in Example 1 and Comparative Example 1, respectively, at 0.2, 0.5, 1, 2, 0.2 C-rate, respectively, charging/discharging to measure the discharge capacity One result is shown.
FIG. 12 shows the results of measuring discharge capacity per weight by repeatedly charging/discharging a lithium secondary battery including a polyimide zerogel separator prepared in Example 1 and Comparative Example 1 at 0.5 C-rate for 100 cycles. I did it.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, various modifications may be made and various forms may be applied, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown to be enlarged than actual for clarity of the present invention. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance the possibility of being added.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 중공형 메조포러스 실리카 입자를 제조하는 단계; 상기 중공형 메조포러스 실리카 입자의 표면을 알콕시 실란(alkoxysilane)을 이용하여 아민기로 개질하는 단계; 유기 극성 용매에 방향족 다이안하이드라이드(dianhydride)와 방향족 다이아민(diamine)을 반응시켜 폴리아믹산(Polyamic Acid) 전구체를 합성하는 단계; 상기 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 상기 폴리아믹산 전구체에 도입하여 혼성 전구체를 제조하는 단계; 상기 혼성 전구체에 이미드화 반응을 진행하여 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자가 포함된 폴리이미드 젤(gel)을 제조하는 단계; 상기 극성 용매를 비극성 용매로 치환하는 단계; 및 상기 폴리이미드 젤을 동결건조하여 제로젤 분리막을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함한 폴리이미드 제로젤 분리막의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of preparing hollow mesoporous silica particles; Modifying the surface of the hollow mesoporous silica particles with an amine group using alkoxysilane; Synthesizing a polyamic acid precursor by reacting an aromatic dianhydride and an aromatic diamine with an organic polar solvent; Preparing a hybrid precursor by introducing hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group into the polyamic acid precursor; Producing an imidation reaction on the hybrid precursor to prepare a polyimide gel containing hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group; Replacing the polar solvent with a non-polar solvent; And freeze-drying the polyimide gel to prepare a zero gel separator. It provides a method for producing a polyimide zero gel separator including hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group.

(a) 먼저, 중공형 메조포러스 실리카 입자를 준비/제조한다.(a) First, hollow mesoporous silica particles are prepared/produced.

상기, 중공형 메조포러스 실리카 입자의 제조는 구체적으로 다음과 같다.The preparation of the hollow mesoporous silica particles is specifically as follows.

합성된 폴리스타이렌(0.5g), CTAB(0.8g) 그리고 증류수 (34ml)를 플라스크에 넣고 암모늄하이드록사이드 (1ml)와 에탄올 (14ml)를 추가하여 상온에서 반응을 시작한다. 그 다음에 TEOS(1.5ml)를 한방울씩 넣어주고 상온에서 3일동안 반응해준다. 생성물은 원심분리기에 넣고 에탄올과 증류수로 각각 세정하는 과정을 두번 진행한다. 이후 최종생성물은 동결건조를 통해 중공형 메조포러스 실리카 입자를 제조한다.The synthesized polystyrene (0.5g), CTAB (0.8g) and distilled water (34ml) were added to the flask, and ammonium hydroxide (1ml) and ethanol (14ml) were added to start the reaction at room temperature. Then, add TEOS (1.5ml) dropwise and react at room temperature for 3 days. The product is placed in a centrifuge and washed twice with ethanol and distilled water, respectively. Thereafter, the final product is freeze-dried to prepare hollow mesoporous silica particles.

(b) 상기 중공형 메조포러스 실리카 입자를 에탄올 용매 존재 하에서 알콕시실란을 이용하여 표면 개질시켜 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 제조한다.(b) The hollow mesoporous silica particles are surface-modified using an alkoxysilane in the presence of an ethanol solvent to prepare hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group.

이때, 상기 알콕시 실란으로 3-아미노프로필트리메톡시실란(APTMS) 및 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)으로 구성된 군에서 선택된 1종을 이용하여 표면개질을 진행한다. 상기 알콕시 실란의 바람직하게 사용되는 양은 0.01 내지 1ml이며, 더욱 바람직하게는 0.1ml인 것이 좋다.At this time, surface modification is performed using one selected from the group consisting of 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) and 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) as the alkoxy silane. Preferably, the amount of the alkoxy silane used is 0.01 to 1 ml, more preferably 0.1 ml.

도 1에는 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 제조하는 과정을 개략적으로 도시하였다.FIG. 1 schematically illustrates a process of preparing hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group.

(c) 유기 극성 용매에 방향족 다이안하이드라이드와 방향족 다이아민을 반응시켜 상기 반응식 1로 표시되는 폴리아믹산 전구체를 합성한다. 이 단계에서 방향족 다이안하이드라이드와 방향족 다이아민의 몰비를 m+1:m으로 하여 말단에 다이안하이드라이드 그룹이 배치되도록 한다.(c) An organic polar solvent is reacted with an aromatic dianhydride and an aromatic diamine to synthesize a polyamic acid precursor represented by Scheme 1. In this step, the molar ratio of the aromatic dianhydride and the aromatic diamine is m+1:m so that the dianhydride group is disposed at the end.

상기 유기 극성 용매는 N-메틸피롤리돈(NMP), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc) 및 디메틸포름아미드(DMF)로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있다.The organic polar solvent may be one selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone (NMP), N,N-dimethylacetamide (DMAc), and dimethylformamide (DMF).

상기 방향족 다이안하이드라이드는 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실산 이무수물(BPDA), 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산 이무수물(BTDA), 피로멜리트산 이무수물(PMDA), 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 이무수물(6FDA), 4,4'-옥시디프탈산 이무수물(ODPA) 및 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산 이무수물(DSDA)로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The aromatic dianhydride is 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA), Pyromellitic dianhydride (PMDA), 4,4'-(hexafluoroisopropylidene)diphthalic dianhydride (6FDA), 4,4'-oxydiphthalic dianhydride (ODPA) and 3,3',4 , 4'-diphenyl sulfone tetracarboxylic dianhydride (DSDA) is preferably one selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

상기 방향족 다이아민은 4,4'-옥시다이아닐린(4,4'-ODA), 2,2'-비스(3-아미노-4-하이드록시페닐)-헥사플루오로프로판(AHHFP), 3,4'-옥시다이아닐린(3,4'-ODA), 4,4'-설포닐다이아닐린(4,4'-DDS), 1,4-페닐렌 다이아민(1,4-PDA), 다이아미노페닐메탄(MDA) 및 2,2'-다이메틸벤지딘(DMBZ)로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The aromatic diamine is 4,4'-oxydianiline (4,4'-ODA), 2,2'-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl)-hexafluoropropane (AHHFP), 3, 4'-oxydianiline (3,4'-ODA), 4,4'-sulfonyldianiline (4,4'-DDS), 1,4-phenylene diamine (1,4-PDA), diamino It is preferable that it is one selected from the group consisting of phenylmethane (MDA) and 2,2'-dimethylbenzidine (DMBZ), but is not limited thereto.

이 단계에서 하기 반응식 1에 명시된 바와 같이 다이안하이드라이드의 안하이드라이드기와 다이아민의 아민기와 반응하여 용액 상태의 폴리아믹산 전구체를 형성하게 된다. 이어서 후술하는 바와 같이(하기 반응식 2 참조) 촉매를 이용해 이미드화 반응을 진행하여 탈수 축합 반응을 통해 폴리이미드 중합체를 형성하게 된다.In this step, a polyamic acid precursor in a solution state is formed by reacting the anhydride group of dianhydride and the amine group of diamine as specified in Scheme 1 below. Subsequently, as described later (see Reaction Scheme 2 below), an imidation reaction is performed using a catalyst to form a polyimide polymer through a dehydration condensation reaction.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure 112019045626759-pat00001
Figure 112019045626759-pat00001

[반응식 2][Scheme 2]

Figure 112019045626759-pat00002
Figure 112019045626759-pat00002

Ar은 하기 구조식 1 내지 6 중에서 선택된 1종 이상의 방향족이고, Ar'은 하기 구조식 7 내지 13 중에서 선택된 1종 이상의 방향족이다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.Ar is one or more aromatics selected from the following structural formulas 1 to 6, and Ar' is one or more aromatics selected from the following structural formulas 7 to 13. However, it is not limited thereto.

Figure 112019045626759-pat00003
Figure 112019045626759-pat00003

Figure 112019045626759-pat00004
Figure 112019045626759-pat00004

상기 반응식 1, 2에서 n은 15 내지 30의 정수인 것이 바람직하다. 여기서 n이 15보다 작으면 고분자 사슬의 길이가 충분하지 않아 젤(gel)이 잘 형성되지 않으며, n이 30을 벗어날 경우, 제로젤의 가장 큰 특성이 기공성인데, 고분자 사슬이 특정 이상으로 길어지면 유기물 부분(portion)이 많아져 제로젤의 기공성이 부족해지는 문제가 발생한다.In the above Schemes 1 and 2, n is preferably an integer of 15 to 30. Here, if n is less than 15, the length of the polymer chain is insufficient, so that a gel is not formed well. If n is out of 30, the biggest characteristic of the zero gel is porosity, and the polymer chain is longer than a certain There is a problem in that the porosity of the zerogel is insufficient due to the increase of the organic matter on the ground.

(d) 상기 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 상기 폴리아믹산 전구체 용액에 넣어 혼성 전구체를 제조한다.(d) The hollow mesoporous silica particles having the surface modified with an amine group are added to the polyamic acid precursor solution to prepare a hybrid precursor.

(e) 상기 혼성 전구체가 화학적으로 이미드화 반응할 수 있도록 하는 촉매로는 피리딘 1 내지 2ml가 사용될 수 있으며, 그 외에 1,4- diazabicycle octane을 이미드화 촉매로 이용하는 것이 가능하다. 상기 이미드화 반응을 위해서 촉매를 이용하는 것 대신에 150 내지 200℃에서 열을 가하는 것도 바람직하다. 상기와 같이 이미드화 촉매를 이용하여 이미드화하고, 축합 반응으로 발생한 물을 제거하기 위하여 탈수제를 2 내지 3ml 사용한다. 상기 탈수제로는 무수아세트산 등의 지방족 산무수물이나 방향족 산무수물등을 사용할 수 있고, 촉매로서는 트리에틸아민 등의 지방족 3급 아민류, 디메틸 아닐린 등의 방향족 3급 아민류, 피리딘, 이소퀴놀린, β-피콜린, Y-피콜린, 3,5-루티딘등의 복소환신 3급 아민류 등을 사용할 수 있으며, 그중 아세틱 안하이드라안하이드를 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 반응을 통해 30분 내지 1시간 내에 폴리이미드 젤(젤화된 폴리이미드 중합체)이 제조된다. 상기화 같은 이미드화반응을 통하여 폴리아믹산이 전구체는 폴리미드로 이미드화 되며, 형태적으로는 젤(gel)화가 일어난다. 상기 폴리이미드 젤은 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함하고 있다.(e) 1 to 2 ml of pyridine may be used as a catalyst for allowing the hybrid precursor to undergo a chemical imidization reaction, and in addition, 1,4-diazabicycle octane may be used as an imidization catalyst. It is also preferable to apply heat at 150 to 200°C instead of using a catalyst for the imidation reaction. As described above, 2 to 3 ml of a dehydrating agent is used for imidization using an imidation catalyst and removing water generated by the condensation reaction. As the dehydrating agent, an aliphatic acid anhydride such as acetic anhydride or an aromatic acid anhydride may be used, and as a catalyst, aliphatic tertiary amines such as triethylamine, aromatic tertiary amines such as dimethyl aniline, pyridine, isoquinoline, β-pi Heterocyclic tertiary amines such as choline, Y-picoline, and 3,5-lutidine may be used, and among them, acetic anhydranhydr is preferably used. Through the above reaction, a polyimide gel (gelled polyimide polymer) is prepared within 30 minutes to 1 hour. Through the above-described imidation reaction, the polyamic acid precursor is imidized into polyamide, and gelation occurs in shape. The polyimide gel contains hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group.

도 2에는 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함하는 폴리이미드의 합성 과정을 개략적으로 도시하였다.FIG. 2 schematically illustrates the synthesis process of a polyimide including hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group.

(f) 동결건조를 하기 위해 상기 극성 용매를 비극성 용매로 용매를 치환한다. 상기 비극성 용매는 에탄올, t-부탄올, 아세톤 및 헥산으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.(f) To perform lyophilization, the polar solvent is substituted with a non-polar solvent. The non-polar solvent is preferably one selected from the group consisting of ethanol, t-butanol, acetone, and hexane, but is not limited thereto.

(g) 상기 폴리이미드 젤을 동결건조를 통해 제로젤 분리막을 제조한다.(g) The polyimide gel is freeze-dried to prepare a zero-gel separator.

도 3에는 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함하는 폴리이미드의 젤화 과정 및 제로젤 분리막을 제조하는 과정을 개략적으로 도시하였다.3 schematically illustrates a process of gelling a polyimide including hollow mesoporous silica particles having a surface modified with an amine group and a process of manufacturing a zerogel separator.

상기 (d) 단계에서 도입된 실리카 입자의 양은 폴리이미드 젤의 1 내지 20중량%인 것이 바람직하다. 실리카 입자의 양이 1 중량% 미만인 경우에는 수축이 많이 일어나 기공 특성이 유지되지 않아 본 발명의 효과가 충분히 나타나지 않고, 20중량% 초과인 경우에는 실리카 입자가 폴리이미드 제로젤 분리막의 기공을 특정 이상으로 막음과 동시에 실리카 입자의 뭉침 현상으로 이후 이차전지 적용 시 발명의 효과가 나타나지 못한다.It is preferable that the amount of silica particles introduced in step (d) is 1 to 20% by weight of the polyimide gel. When the amount of silica particles is less than 1% by weight, the effect of the present invention is not sufficiently exhibited because the pore characteristics are not maintained due to a large amount of shrinkage, and when the amount of silica particles is more than 20% by weight, the silica particles have a certain degree of pores of the polyimide zerogel separator. The effect of the invention does not appear when the secondary battery is applied afterwards due to the agglomeration of the silica particles at the same time as blocking with

상기 (c) 단계에서 합성된 폴리아믹산 전구체의 고형분의 농도는 총 용액 대비 5 내지 20 중량%인 것이 바람직하다. 폴리아믹산 전구체의 고형분의 농도가 총 용액 대비 5 중량% 미만인 경우에는 폴리이미드 농도가 낮아 젤이 형성되기 어려울 수 있고, 20 중량% 초과인 경우에는 유기물 부분이 많아져 젤 또는 분리막의 기공성이 부족해질 수 있다. 상기 폴리이미드 제로젤 분리막의 비표면적은 180 내지 300 m2/g, 기공율은 80 내지 90%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.It is preferable that the concentration of the solid content of the polyamic acid precursor synthesized in step (c) is 5 to 20% by weight based on the total solution. When the concentration of the solid content of the polyamic acid precursor is less than 5% by weight of the total solution, the polyimide concentration may be low, making it difficult to form a gel, and when it exceeds 20% by weight, the amount of organic matter increases and the porosity of the gel or separator is insufficient Can be set. The polyimide zerogel separator may have a specific surface area of 180 to 300 m 2 /g and a porosity of 80 to 90%, but is not limited thereto.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples, but the following examples and experimental examples are only illustrative of one embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples and experimental examples. .

[실시예 1][Example 1]

합성된 폴리스타이렌(0.5g), CTAB(0.8g) 그리고 증류수 (34ml)를 플라스크에 넣고 암모늄하이드록사이드 (1ml)와 에탄올 (14ml)를 추가하여 상온에서 반응을 시작하였다. 그 다음에 TEOS(1.5ml)를 한방울씩 넣어주고 상온에서 3일동안 반응시켰다. 생성물은 원심분리기에 넣고 에탄올과 증류수로 각각 세정하는 과정을 두번 진행하였다. 이후, 최종생성물은 동결건조를 통해 중공형 메조포러스 실리카 입자를 제조하였다. 이때, 중공형 메조포러스 실리카 입자의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 및 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope)의 이미지를 도 4에 나타내었다.The synthesized polystyrene (0.5g), CTAB (0.8g), and distilled water (34ml) were put into a flask, ammonium hydroxide (1ml) and ethanol (14ml) were added to start the reaction at room temperature. Then, TEOS (1.5ml) was added dropwise and reacted at room temperature for 3 days. The product was placed in a centrifuge and washed twice with ethanol and distilled water, respectively. Thereafter, the final product was freeze-dried to prepare hollow mesoporous silica particles. At this time, images of a scanning electron microscope and a transmission electron microscope of the hollow mesoporous silica particles are shown in FIG. 4.

상기 제조된 중공형 메조포러스 실리카 입자 0.1g을 48시간 동안 물 1ml/에탄올 30ml 혼합 용매에 암모늄하이드록사이드 0.1ml와 APTMS 0.1ml를 넣어 표면을 아민기로 개질시켰다. 상기 암모늄하이드록사이드는 염기 조건을 형성시킴으로서, 실리카 표면의 하이드록시기가 APTMS와 반응하도록 유도하는 역할을 한다. 이때, 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)의 이미지와 적외선 분광기 흡수 스펙트럼(FT-IR) 결과를 도 5에 나타내었다.0.1 g of the prepared hollow mesoporous silica particles were modified with an amine group by adding 0.1 ml of ammonium hydroxide and 0.1 ml of APTMS to a mixed solvent of 1 ml of water/30 ml of ethanol for 48 hours. The ammonium hydroxide serves to induce a hydroxy group on the silica surface to react with APTMS by forming a basic condition. At this time, the image of the scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope) and infrared spectroscopy absorption spectrum (FT-IR) results of the hollow mesoporous silica particles modified with an amine group are shown in FIG. 5.

그 다음, 4,4'-옥시다이아닐린(ODA) 0.50g(2.42 mmol)을 둥근바닥플라스크에 투입하고 13.3ml의 극성 용매인 DMF와 함께 투입하여 용해될 때까지 교반을 진행하였다. 그 다음으로 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실산 이무수물(BPDA)을 ODA보다 0.08mmol 많은 0.76g(2.50mmol)을 넣고, 질소 조건에서 24시간 동안 교반시켜 용액 상태의 폴리아믹산 전구체를 합성하였다.Then, 0.50 g (2.42 mmol) of 4,4'-oxydianiline (ODA) was added to a round bottom flask, and 13.3 ml of a polar solvent DMF was added thereto, followed by stirring until dissolved. Next, 0.76 g (2.50 mmol) of 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), which is 0.08 mmol more than ODA, was added, and stirred for 24 hours under nitrogen conditions to The polyamic acid precursor was synthesized.

DMF 13.3 ml에 표면이 아민기로 개질된 실리카 입자 0.02g을 분산시켜 상기 준비된 폴리아믹산 전구체 용액에 도입하여 혼성 전구체를 제조하였다. 상기 제조된 혼성 전구체에 아세틱안하이드라이드 1.99ml와 피리딘 1.61ml를 투입하고, 닥터 블레이딩을 이용하여 원하는 두께로 코팅 시킨 후, 유리기판에 이미드화 및 젤화를 진행하여 폴리이미드 젤을 제조하였다.A hybrid precursor was prepared by dispersing 0.02 g of silica particles whose surface was modified with an amine group in 13.3 ml of DMF and introducing it into the prepared polyamic acid precursor solution. 1.99 ml of acetic anhydride and 1.61 ml of pyridine were added to the prepared hybrid precursor, and coated with a desired thickness using doctor blading, and then imidization and gelation were performed on a glass substrate to prepare a polyimide gel.

다음으로, 동결건조를 하기 위해 극성 용매인 DMF를 순차적으로 비극성 용매인 에탄올로 치환하였다. 구체적으로, 상기 폴리이미드 젤에 극성용매인 DMF를 100% 넣어주고 4시간 단위로 DMF 75%/t-부탄올 25%, 다음날 25%/75%, 그리고 t-부탄올 100% 순으로 이렇게 순차적으로 치환하였다. Next, in order to lyophilize, the polar solvent DMF was sequentially substituted with the non-polar solvent ethanol. Specifically, 100% of the polar solvent, DMF, was added to the polyimide gel, and DMF 75%/t-butanol 25%, the next day 25%/75%, and t-butanol 100% were sequentially substituted in this order. I did.

그 이후에 상기 폴리이미드 젤을 동결건조기를 이용하여 -50℃ 및 진공의 조건에서 동결건조하여 폴리이미드 제로젤 분리막을 제조하였다. Thereafter, the polyimide gel was lyophilized using a freeze dryer at -50° C. and vacuum to prepare a polyimide zero gel separator.

[비교예 1][Comparative Example 1]

실리카 입자를 넣지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리이미드 제로젤 분리막을 제조하였다.A polyimide zerogel separator was prepared in the same manner as in Example 1, except that silica particles were not added.

[실험예][Experimental Example]

1. 분리막의 단면 및 표면 사진: 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 폴리이미드 제로젤 분리막의 단면 및 표면의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 이미지를 각각 도 6 및 도 7에 나타내었다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 실시예 1에 따른 분리막은 균일한 두께, 기공 크기 및 다공성의 표면을 보이는 것을 알 수 있다.1. Cross-sectional and surface photographs of separators: Cross-section and surface scanning electron microscope images of the polyimide zerogel separators prepared in Example 1 and Comparative Example 1, respectively, are shown in FIGS. 6 and 7, respectively. 6 and 7, it can be seen that the separator according to Example 1 exhibits a uniform thickness, pore size, and porosity surface.

2. 열 안정성: 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 폴리이미드 제로젤 분리막의 열 안정성을 확인하기 위하여, 각각 100℃, 200℃, 250℃에서의 분리막 사진을 도 8에 도시하였다. 도 8을 통해 실시예 1 및 비교예 1에 따른 분리막은 모두 250℃의 고온에서도 열 수축이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다.2. Thermal stability: In order to check the thermal stability of the polyimide zerogel separators prepared in Example 1 and Comparative Example 1, respectively, pictures of the separators at 100°C, 200°C, and 250°C are shown in FIG. 8. It can be seen from FIG. 8 that heat shrinkage did not occur in both the separators according to Example 1 and Comparative Example 1 even at a high temperature of 250°C.

3. 젖음성 평가 및 이온 전도도: 리튬이온전지 전해액 흡수량 및 이온전도도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 전해액 흡수량(Eu)은 PVDF 전해액 흡수량으로 하기 식으로 계산하였다.3. Wetability evaluation and ionic conductivity: The amount of absorbed lithium ion battery electrolyte and ionic conductivity were measured, and the results are shown in Table 1 below. At this time, the electrolyte absorption amount (Eu) was calculated by the following equation as the PVDF electrolyte absorption amount.

Figure 112019045626759-pat00005
Figure 112019045626759-pat00005

상기 식에서, W0은 전해액 함침 전 분리막 무게, W1은 전해액 함침 후 분리막 무게이다.In the above formula, W 0 is the weight of the separator before impregnation with the electrolyte, and W 1 is the weight of the separator after impregnation with the electrolyte.

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1에 따른 분리막은 460%의 높은 리튬이온전지 전해액 흡수량으로 비교예 1 대비 1.95mS/cm의 높은 이온전도도를 가지는 것을 확인할 수 있다.As can be seen in Table 1, it can be seen that the separator according to Example 1 has a high ionic conductivity of 1.95 mS/cm compared to Comparative Example 1 with a high absorption of lithium ion battery electrolyte of 460%.

두께(㎛)Thickness(㎛) 밀도(g/cm3)Density (g/cm 3 ) 공극률(%)Porosity (%) 전해액
흡수량(%)
Electrolyte
Absorption (%)
벌크저항(Ω)Bulk resistance (Ω) 이온전도도
(mS/cm)
Ion conductivity
(mS/cm)
실시예 1Example 1 31±131±1 0.380.38 7272 460460 0.790.79 1.951.95 비교예 1Comparative Example 1 32±132±1 0.540.54 6060 400400 0.9530.953 1.671.67

4. 전기화학적 안정성: 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 폴리이미드 제로젤 분리막을 포함하는 리튬이차전지를 동일한 조건으로 제조하였으며, 리튬이차전지의 전압-전류밀도를 측정하여 그 결과를 도 9에 그래프로 도시하였다. 이를 통해 실시예 1 및 비교예 1은 모두 4.8V 이하의 전압에서 전기화학적으로 안정한 분리막임을 확인할 수 있었다.4. Electrochemical stability: A lithium secondary battery including the polyimide zerogel separator prepared in Example 1 and Comparative Example 1, respectively, was prepared under the same conditions, and the voltage-current density of the lithium secondary battery was measured and the results were shown. It is shown graphically in 9. Through this, it was confirmed that both Example 1 and Comparative Example 1 were electrochemically stable separators at a voltage of 4.8V or less.

5. 계면 상용성: 상기 제조한 리튬이차전지의 계면 저항과 4일 후의 계면저항을 각각 측정하였으며, 그 결과는 도 10에 그래프로 도시하였다. 도 10을 참조하면, 실시예 1의 경우에는 4일 후에도 계면 저항이 226Ω에서 371Ω로 적게 증가하여, 224Ω에서 1350Ω으로 대폭 증가한 비교예 1에 비하여 전극과 분리막 간 높은 상용성을 보이는 것을 알 수 있다.5. Interface compatibility: The interface resistance and the interface resistance after 4 days of the prepared lithium secondary battery were measured, respectively, and the result is shown in a graph in FIG. 10. Referring to FIG. 10, it can be seen that in the case of Example 1, even after 4 days, the interfacial resistance increased from 226 Ω to 371 Ω as low as compared to Comparative Example 1, which significantly increased from 224 Ω to 1350 Ω, showing higher compatibility between the electrode and the separator. .

6. 다양한 충/방전 속도: 상기 리튬이차전지에 대하여 0.2, 0.5, 1, 2, 0.2C-rate로 각각 충/방전을 수행하여 방전 용량을 측정하였으며, 그 결과를 도 11에 도시하였다. 도 11를 참조하면 0.2, 0.5, 1, 2, 0.2C-rate의 모든 전류 속도에서 실시예 1은 비교예 1 대비 높은 중량 당 방전 용량을 보이는 것을 알 수 있다.6. Various charging/discharging rates: The lithium secondary battery was charged/discharged at 0.2, 0.5, 1, 2, and 0.2 C-rate, respectively, to measure discharge capacity, and the results are shown in FIG. 11. Referring to FIG. 11, it can be seen that at all current rates of 0.2, 0.5, 1, 2, and 0.2 C-rate, Example 1 exhibits a higher discharge capacity per weight compared to Comparative Example 1.

7. 반복 충/방전: 상기 리튬이차전지에 대하여 0.5C-rate로 충/방전을 100 cycle 반복 수행하여 중량 당 방전 용량을 측정하였으며, 그 결과를 도 12에 도시하였다. 도 12를 참조하면, 0.5C-rate의 반복 충/방전에도 실시예 1은 안정한 중량 당 방전 용량을 보이는 것을 알 수 있다.7. Repeated charging/discharging: The lithium secondary battery was repeatedly charged/discharged at 0.5 C-rate for 100 cycles to measure the discharge capacity per weight, and the results are shown in FIG. 12. Referring to FIG. 12, it can be seen that Example 1 exhibits a stable discharge capacity per weight even with repeated charging/discharging at 0.5 C-rate.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those of ordinary skill in the art will not depart from the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later. It will be understood that various modifications and changes can be made to the present invention within the scope of the invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the content described in the detailed description of the specification, but should be determined by the claims.

Claims (5)

중공형 메조포러스 실리카 입자를 제조하는 단계;
상기 중공형 메조포러스 실리카 입자의 표면을 알콕시 실란(alkoxysilane)을 이용하여 아민기로 개질하는 단계;
유기 극성 용매에 방향족 다이안하이드라이드(dianhydride)와 방향족 다이아민(diamine)을 반응시켜 폴리아믹산(Polyamic Acid) 전구체를 합성하는 단계;
상기 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 상기 폴리아믹산 전구체에 도입하여 혼성 전구체를 제조하는 단계;
상기 혼성 전구체에 이미드화 반응을 진행하여 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자가 포함된 폴리이미드 젤(gel)을 제조하는 단계;
상기 극성 용매를 비극성 용매로 치환하는 단계; 및
상기 폴리이미드 젤을 동결건조하여 제로젤 분리막을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함한 폴리이미드 제로젤 분리막의 제조방법.
Preparing hollow mesoporous silica particles;
Modifying the surface of the hollow mesoporous silica particles with an amine group using alkoxysilane;
Synthesizing a polyamic acid precursor by reacting an aromatic dianhydride and an aromatic diamine with an organic polar solvent;
Preparing a hybrid precursor by introducing hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group into the polyamic acid precursor;
Producing an imidation reaction on the hybrid precursor to prepare a polyimide gel containing hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group;
Replacing the polar solvent with a non-polar solvent; And
A method of manufacturing a polyimide zero gel separation membrane comprising hollow mesoporous silica particles having a surface modified with an amine group, comprising the step of lyophilizing the polyimide gel to prepare a zero gel separation membrane.
제1항에 있어서,
상기 알콕시 실란은 3-아미도프로필트리메톡시실란(APTMS) 또는 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)인 것을 특징으로 하는 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함한 폴리이미드 제로젤 분리막의 제조방법.
The method of claim 1,
The alkoxy silane is 3-amidopropyltrimethoxysilane (APTMS) or 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), wherein the surface is polyimide zero including hollow mesoporous silica particles modified with an amine group. Method for producing a gel separator.
제1항에 있어서,
상기 방향족 다이안하이드라이드는 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실산 이무수물(BPDA), 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산 이무수물(BTDA), 피로멜리트산 이무수물(PMDA), 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 이무수물(6FDA), 4,4'-옥시디프탈산 이무수물(ODPA) 및 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산 이무수물(DSDA)로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함한 폴리이미드 제로젤 분리막의 제조방법.
The method of claim 1,
The aromatic dianhydride is 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA), Pyromellitic dianhydride (PMDA), 4,4'-(hexafluoroisopropylidene)diphthalic dianhydride (6FDA), 4,4'-oxydiphthalic dianhydride (ODPA) and 3,3',4 ,4'-diphenyl sulfone tetracarboxylic dianhydride (DSDA), characterized in that one selected from the group consisting of a method for producing a polyimide zerogel separation membrane comprising hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with an amine group.
제1항에 있어서,
상기 방향족 다이아민은 4,4'-옥시다이아닐린(4,4'-ODA), 2,2'-비스(3-아미노-4-하이드록시페닐)-헥사플루오로프로판(AHHFP), 3,4'-옥시다이아닐린(3,4'-ODA), 4,4'-설포닐다이아닐린(4,4'-DDS), 1,4-페닐렌 다이아민(1,4-PDA), 다이아미노페닐메탄(MDA) 및 2,2'-다이메틸벤지딘(DMBZ)로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함한 폴리이미드 제로젤 분리막의 제조방법.
The method of claim 1,
The aromatic diamine is 4,4'-oxydianiline (4,4'-ODA), 2,2'-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl)-hexafluoropropane (AHHFP), 3, 4'-oxydianiline (3,4'-ODA), 4,4'-sulfonyldianiline (4,4'-DDS), 1,4-phenylene diamine (1,4-PDA), diamino Method for producing a polyimide zerogel separation membrane including hollow mesoporous silica particles whose surface is modified with amine groups, characterized in that it is one selected from the group consisting of phenylmethane (MDA) and 2,2'-dimethylbenzidine (DMBZ) .
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 기재된 제조방법으로 제조된 표면이 아민기로 개질된 중공형 메조포러스 실리카 입자를 포함한 폴리이미드 제로젤 분리막.A polyimide zerogel separation membrane comprising hollow mesoporous silica particles having a surface modified with an amine group prepared by the method according to any one of claims 1 to 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2642860B2 (en) * 1994-02-04 1997-08-20 工業技術院長 Inorganic xerogel membrane, method for producing the same, and gas separation membrane comprising inorganic xerogel membrane
KR20110130812A (en) * 2010-05-28 2011-12-06 중앙대학교 산학협력단 Polymer or polymer-composite membranes having through-thickness micro-pores and method for preparing the same
US20180065105A1 (en) * 2016-05-02 2018-03-08 LiSo Plastics, L.L.C. Multilayer polymeric membrane and process

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2642860B2 (en) * 1994-02-04 1997-08-20 工業技術院長 Inorganic xerogel membrane, method for producing the same, and gas separation membrane comprising inorganic xerogel membrane
KR20110130812A (en) * 2010-05-28 2011-12-06 중앙대학교 산학협력단 Polymer or polymer-composite membranes having through-thickness micro-pores and method for preparing the same
US20180065105A1 (en) * 2016-05-02 2018-03-08 LiSo Plastics, L.L.C. Multilayer polymeric membrane and process

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