KR102166203B1 - Polyvalent ion excluding type ion exchange membrane - Google Patents

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Abstract

다가 이온 배제형 이온 교환막 및 상기 이온 교환막의 제조방법이 개시된다. 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막은 표면부는 음이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이 높고, 중심부는 양이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이 높으며, 두께 방향으로 표면으로부터 중심으로 갈수록 음이온 교환 고분자 전해질에 대한 양이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이 연속적으로 증가하는 구조를 가짐으로써, 1 가 양이온에 비하여 다가 양이온의 교환막 투과를 현저히 감소시켜 1 가 양이온에 대하여 높은 선택성을 가질 수 있다.Disclosed are a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane and a method of manufacturing the ion exchange membrane. The polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane has a high content ratio of an anion exchange polymer electrolyte in the surface portion, a high content ratio of cation exchange polymer electrolyte in the center portion, and a cation exchange polymer electrolyte for an anion exchange polymer electrolyte from the surface to the center in the thickness direction. By having a structure in which the content ratio of is continuously increased, the permeation of the multivalent cation to the exchange membrane is significantly reduced compared to the monovalent cation, thereby having high selectivity to the monovalent cation.

Description

다가 이온 배제형 이온 교환막{POLYVALENT ION EXCLUDING TYPE ION EXCHANGE MEMBRANE}Polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane {POLYVALENT ION EXCLUDING TYPE ION EXCHANGE MEMBRANE}

본 발명은 다가 이온 배제형 이온 교환막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane and a method of manufacturing the same.

석유, 석탄 등의 화석 연료의 고갈 우려와 화석 연료의 사용으로 인해 발생하는 이산화탄소의 발생에 의한 지구온난화 등의 문제로 인하여 이를 대체할 수 있는 새로운 에너지원의 개발이 요구되고 있다. 이와 관련해, 현재 전세계적으로 태양열, 바이오연료, 지열, 풍력 등 다양한 신재생 에너지원이 개발 및 연구되고 있으나, 이러한 신재생에너지원은 아직까지 전세계 에너지 소모량의 10% 미만에 머무르고 있는 실정이다. 더욱이, 화석 연료의 유망한 대체 에너지원으로 연구되고 있는 태양열, 풍력의 경우, 에너지 생산량이 주변의 기후 환경에 매우 민감하기 때문에 에너지 생산량의 안정적인 확보 측면에서 단점을 가지며, 이로 인해 고갈의 우려가 없음은 물론 안정적으로 에너지를 생성할 수 있는 친환경적인 대체 에너지원에 대한 관심이 높아지고 있다.The development of a new energy source that can replace this is required due to concerns such as depletion of fossil fuels such as petroleum and coal and global warming due to the generation of carbon dioxide generated by the use of fossil fuels. In this regard, various renewable energy sources, such as solar heat, biofuel, geothermal heat, and wind power, are currently being developed and researched around the world, but these new and renewable energy sources still remain at less than 10% of the world's energy consumption. Moreover, solar and wind, which are being studied as promising alternative energy sources for fossil fuels, have disadvantages in terms of securing stable energy production because the energy production is very sensitive to the surrounding climatic environment, and there is no fear of exhaustion. Of course, interest in eco-friendly alternative energy sources that can stably generate energy is increasing.

한편, 상기 친환경적인 대체 에너지원으로서, 전기투석 공정을 이용하여 고순도 식염을 생산하는 공정, 고순도 가성소다를 생산하는 공정 및 연수를 생산하는 공정에는 1 가 양이온 선택성 이온 교환막이 필요하며, 그 밖에 탈이온 과정에서 1 가 이온 선택성이 선결되어야 하는 발효공정의 회수, 식품공업, 제약 분약, 산 및 중금속 회수 및 폐수중화 등에도 높은 1 가 양이온 선택성 이온 교환막의 개발이 절실히 요구되고 있다. 이에, 상기와 같은 필요성에 의하여 1 가 양이온 선택성 이온 교환막에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 높은 비율로 다가 양이온에 비하여 1 가 양이온만을 선택적으로 투과하는 이온 교환막의 개발은 아직 미비한 것이 현실이다.Meanwhile, as the eco-friendly alternative energy source, a monovalent cation-selective ion exchange membrane is required for the process of producing high-purity salt using the electrodialysis process, the process of producing high-purity caustic soda, and the process of producing soft water. There is an urgent need to develop a highly monovalent cation-selective ion exchange membrane for recovery of fermentation processes in which monovalent ion selectivity is required in the ion process, food industry, pharmaceutical chemicals, acid and heavy metal recovery, and wastewater neutralization. Accordingly, research on a monovalent cation-selective ion exchange membrane is actively progressing due to the above necessity, but the development of an ion exchange membrane that selectively permeates only monovalent cations compared to polyvalent cations at a high ratio is still insufficient.

이에, 본 발명자들은 1 가 양이온 선택성 이온 교환막에 대하여 연구하던 중 다공성 고분자 지지체의 중심부에 양이온 교환 고분자 전해질을 형성하고, 표면부에 음이온 교환 고분자 전해질을 형성하여 이온 교환막을 제조함으로써 다가 양이온에 비하여 1 가 양이온이 선택적으로 높은 비율로 상기 이온 교환막을 투과함을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the inventors of the present invention formed an ion exchange membrane by forming a cation exchange polymer electrolyte in the center of the porous polymer support and forming an anion exchange polymer electrolyte on the surface of the porous polymer support while researching the monovalent cation-selective ion exchange membrane. The present invention was completed by finding that the valent cations selectively permeate the ion exchange membrane at a high rate.

이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-1511990호는 역전기투석 장치용 이온 교환막 및 이를 포함하는 역전기투석 장치에 대하여 개시하고 있다.In this regard, Korean Patent Registration No. 10-1511990 discloses an ion exchange membrane for a reverse electrodialysis apparatus and a reverse electrodialysis apparatus including the same.

본 발명은 전술한 문제를 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예는 다가 이온 배제형 이온 교환막을 제공한다.The present invention has been devised to solve the above-described problem, and an embodiment of the present invention provides a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예는 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법을 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. There will be.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면은, As a technical means for achieving the above technical problem, one aspect of the present invention,

다공성 구조를 가지는 고분자 지지체; 및 상기 고분자 지지체에 함침된 이온 교환 고분자 전해질;을 포함하는 다가 이온 배제형 이온 교환막으로서, 상기 이온 교환 고분자 전해질은 양이온 교환 고분자 전해질 및 음이온 교환 고분자 전해질을 포함하고, 상기 고분자 지지체 중심부에 양이온 교환 고분자 전해질이 함침되고, 상기 고분자 지지체 표면부에 음이온 교환 고분자 전해질이 함침된 것인 다가 이온 배제형 이온 교환막을 제공한다.A polymeric support having a porous structure; And an ion exchange polymer electrolyte impregnated in the polymer support, wherein the ion exchange polymer electrolyte includes a cation exchange polymer electrolyte and an anion exchange polymer electrolyte, and a cation exchange polymer in the center of the polymer support An electrolyte is impregnated, and an anion exchange polymer electrolyte is impregnated on a surface portion of the polymer support.

상기 양이온 교환 고분자 전해질 및 음이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율은 하기 식 1의 관계를 갖는 것일 수 있다.The content ratio of the cation-exchange polymer electrolyte and the anion-exchange polymer electrolyte may have a relationship of Formula 1 below.

[식 1][Equation 1]

A ≥ BA ≥ B

상기 식 1에서, A는 상기 고분자 지지체의 중심부에서 음이온 교환 고분자 전해질에 대한 양이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이고, B는 상기 고분자 지지체의 표면부에서 음이온 교환 고분자 전해질에 대한 양이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이고, 상기 중심부는 상기 고분자 지지체의 두께 100%에 대하여, 표면에서 중심 방향으로 20% 내지 80% 깊이까지의 영역이고, 상기 표면부는 상기 고분자 지지체의 두께 100%에 대하여, 표면에서 중심 방향으로 0% 내지 20% 깊이까지의 영역이다.In Equation 1, A is the content ratio of the cation exchange polymer electrolyte to the anion exchange polymer electrolyte at the center of the polymer support, and B is the content ratio of the cation exchange polymer electrolyte to the anion exchange polymer electrolyte at the surface part of the polymer support. And, the central portion is an area from a surface to a depth of 20% to 80% in a center direction with respect to 100% of the thickness of the polymer support, and the surface portion is 0 in a center direction from the surface to 100% of the thickness of the polymer support. % To 20% depth.

상기 고분자 지지체 두께 방향에 따라 표면으로부터 중심으로 갈수록, 상기 음이온 교환 고분자 전해질에 대한 양이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이 증가하는 것일 수 있다.The content ratio of the cation exchange polymer electrolyte to the anion exchange polymer electrolyte may increase from the surface to the center according to the thickness direction of the polymer support.

상기 음이온 교환 고분자 전해질의 함량은 양이온 교환 고분자 전해질 함량 대비 10% 내지 40%인 것일 수 있다.The content of the anion exchange polymer electrolyte may be 10% to 40% of the content of the cation exchange polymer electrolyte.

상기 양이온 교환 고분자 전해질은 음이온기를 가지는 술폰산 함유 전해질 모노머가 가교 중합된 것일 수 있다.The cation exchange polymer electrolyte may be crosslinked polymerization of an electrolyte monomer containing sulfonic acid having an anionic group.

상기 음이온기를 가지는 술폰산 함유 전해질 모노머는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술포네이트 소듐(2-acrylamide-2-methylpropanesulfonate sodium), 비닐술포네이트 소듐(vinylsulfonate sodium), 비닐술포닉 애시드(vinylsulfonic acid), 알릴술포네이트 소듐(allyl sulfonate sodium), 2-메틸-2-프로펜-1-술포네이트 소듐(2-methyl-2-propene-1-sulfonate sodium), 3-술포프로필 아크릴레이트 소듐(3-sulfopropyl acrylate sodium) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.The sulfonic acid-containing electrolyte monomer having an anionic group is 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonate sodium, vinylsulfonate sodium, vinylsulfonic acid, Allyl sulfonate sodium, 2-methyl-2-propene-1-sulfonate sodium, 3-sulfopropyl acrylate sodium acrylate sodium) and combinations thereof may include a material selected from the group consisting of.

상기 음이온 교환 고분자 전해질은 양이온기를 가지는 4 가 암모늄염의 전해질 모노머가 가교 중합된 것일 수 있다.The anion exchange polymer electrolyte may be obtained by crosslinking polymerization of an electrolyte monomer of a quaternary ammonium salt having a cationic group.

상기 양이온기를 가지는 4 가 암모늄염의 전해질 모노머는 (3-아크릴아미도프로필)트리메틸암모늄 클로라이드[(3-acrylamidopropyl)trimethylammonium chloride], (비닐벤질)트리메틸암모늄 클로라이드[(vinylbenzyl)trimethylammonium chloride] 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.Electrolytic monomers of the quaternary ammonium salt having a cationic group are (3-acrylamidopropyl) trimethylammonium chloride [(3-acrylamidopropyl) trimethylammonium chloride], (vinylbenzyl) trimethylammonium chloride [(vinylbenzyl)trimethylammonium chloride] and combinations thereof It may include a material selected from the group consisting of.

상기 다공성 고분자 지지체는 공극 부피가 40% 내지 50%, 기공 크기가 0.07 μm 내지 0.1 μm, 두께가 8 μm 내지 30 μm인 것일 수 있다.The porous polymer support may have a pore volume of 40% to 50%, a pore size of 0.07 μm to 0.1 μm, and a thickness of 8 μm to 30 μm.

상기 고분자 지지체 두께 대비 다가 이온 배제형 이온 교환막의 두께 비율은 1.0 내지 1.03인 것일 수 있다.The thickness ratio of the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane to the thickness of the polymer support may be 1.0 to 1.03.

또한, 본 발명의 다른 일 측면은,In addition, another aspect of the present invention,

음이온기를 가지는 전해질 모노머, 가교제, 개시제 및 용매를 포함하는 양이온 교환 전구체 용액에 다공성 고분자 지지체를 함침시키는 단계; 상기 다공성 고분자 지지체에 광을 조사하여 상기 양이온 교환 전구체 용액을 가교반응 시켜 상기 다공성 고분자 지지체 중심부에 양이온 교환 고분자 전해질을 형성시키는 단계; 양이온기를 가지는 전해질 모노머, 가교제, 개시제 및 용매를 포함하는 음이온 교환 전구체 용액에 상기 양이온 교환 고분자 전해질이 내부에 형성된 다공성 고분자 지지체를 함침시키는 단계; 및 상기 음이온 교환 전구체 용액에 함침된 다공성 고분자 지지체에 광을 조사하여 상기 음이온 교환 전구체 용액을 가교반응 시켜 상기 다공성 고분자 지지체 표면부에 음이온 교환 고분자 전해질을 형성시키는 단계;를 포함하는 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법을 제공한다.Impregnating a porous polymer support in a cation exchange precursor solution containing an electrolyte monomer having an anionic group, a crosslinking agent, an initiator, and a solvent; Irradiating light to the porous polymer support to crosslink the cation exchange precursor solution to form a cation exchange polymer electrolyte in the center of the porous polymer support; Impregnating an anion exchange precursor solution comprising an electrolyte monomer having a cationic group, a crosslinking agent, an initiator, and a solvent with a porous polymer support having the cation exchange polymer electrolyte formed therein; And forming an anion exchange polymer electrolyte on the surface of the porous polymer support by irradiating light to the porous polymer support impregnated with the anion exchange precursor solution to crosslink the anion exchange precursor solution to form an anion exchange polymer electrolyte on the surface of the porous polymer support. It provides a method of manufacturing an exchange membrane.

상기 음이온기를 가지는 전해질 모노머는 술폰산 함유 전해질 모노머인 것일 수 있다.The electrolyte monomer having an anionic group may be a sulfonic acid-containing electrolyte monomer.

상기 양이온기를 가지는 전해질 모노머는 4 가 암모늄염 전해질 모노머인 것일 수 있다.The electrolyte monomer having the cationic group may be a tetravalent ammonium salt electrolyte monomer.

상기 다공성 고분자 지지체는 상기 양이온 교환 전구체 용액에 함침되기 전에 계면활성제에 의해 친수화 처리되는 것일 수 있다.The porous polymer support may be hydrophilized by a surfactant before being impregnated with the cation exchange precursor solution.

상기 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법은 상기 양이온 교환 고분자 전해질을 형성시키는 단계 전에 상부필름, 상기 양이온 교환 전구체 용액에 함침된 다공성 고분자 지지체 및 하부필름을 압착롤에 투입하여 상기 고분자 지지체의 상부 및 하부에 각각 상기 상부필름 및 하부필름을 압착시키는 단계; 및 상기 양이온 교환 고분자 전해질을 형성시키는 단계 후에 상기 형성된 양이온 교환 고분자 전해질을 포함하는 고분자 지지체, 상부필름 및 하부필름을 탈착롤에서 탈착시키는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.In the method of manufacturing the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane, before the step of forming the cation exchange polymer electrolyte, an upper film, a porous polymer support impregnated with the cation exchange precursor solution, and a lower film are added to a pressing roll to form the upper and lower layers of the polymer support. Compressing the upper film and the lower film to the lower part, respectively; And desorbing the polymer support, the upper film, and the lower film including the formed cation exchange polymer electrolyte from a desorption roll after the step of forming the cation exchange polymer electrolyte.

상기 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법은 상기 음이온 교환 고분자 전해질을 형성시키는 단계 전에 상부필름, 상기 음이온 교환 전구체 용액에 함침된 다공성 고분자 지지체 및 하부필름을 압착롤에 투입하여 상기 고분자 지지체의 상부 및 하부에 각각 상기 상부필름 및 하부필름을 압착시키는 단계; 및 상기 음이온 교환 고분자 전해질을 형성시키는 단계 후에 상기 형성된 음이온 교환 고분자 전해질을 포함하는 고분자 지지체, 상부필름 및 하부필름을 탈착롤에서 탈착시키는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.In the method of manufacturing the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane, before the step of forming the anion exchange polymer electrolyte, an upper film, a porous polymer support impregnated with the anion exchange precursor solution, and a lower film are added to a pressing roll to form the upper and lower layers of the polymer support. Compressing the upper film and the lower film to the lower part, respectively; And desorbing the polymer support, the upper film, and the lower film including the formed anion exchange polymer electrolyte from the desorption roll after the step of forming the anion exchange polymer electrolyte.

상기 상부필름 및 하부필름은 상기 다공성 고분자 지지체와 접촉하는 일면이 친수 처리된 것일 수 있다.The upper film and the lower film may have one surface in contact with the porous polymer support having a hydrophilic treatment.

상기 압착은 스퀴즈 압착을 통하여 수행되며, 상기 스퀴즈 압착을 통하여 상기 압착롤에 투입된 다공성 고분자 지지체 두께 및 필름 두께 합이 투입 전 두께 합에 비하여 70% 내지 97% 값을 갖도록 하는 것일 수 있다.The compression is performed through squeeze compression, and the sum of the thickness of the porous polymer support and the film thickness introduced into the pressing roll through the squeeze compression may have a value of 70% to 97% compared to the total thickness before the injection.

상기 탈착을 통하여 상기 다공성 고분자 지지체의 외부에 형성된 가교중합된 고분자 수지가 상기 상부필름 및 하부필름에 전사되어 제거되는 것일 수 있다.The crosslinked polymerized polymer resin formed on the outside of the porous polymer support may be transferred to and removed from the upper film and the lower film through the desorption.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막은 표면부는 음이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이 높고, 중심부는 양이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이 높으며, 두께 방향으로 표면으로부터 중심으로 갈수록 음이온 교환 고분자 전해질에 대한 양이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이 연속적으로 증가하는 구조를 가짐으로써, 1 가 양이온에 비하여 다가 양이온의 교환막 투과를 현저히 감소시켜 1 가 양이온에 대하여 높은 선택성을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane has a high content ratio of an anion exchange polymer electrolyte in the surface portion, a high content ratio of cation exchange polymer electrolyte in the center portion, and anion exchange from the surface toward the center in the thickness direction. By having a structure in which the content ratio of the cation exchange polymer electrolyte to the polymer electrolyte continuously increases, the permeation of the multivalent cation to the exchange membrane is significantly reduced compared to the monovalent cation, thereby having high selectivity to the monovalent cation.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 다가 이온 배제형 이온 교환막을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 다가 이온 배제형 교환막의 롤투롤 제조공정을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 이온 배제형 교환막의 막 투과도를 계산하기 위해 용액 내 전도도를 측정하는 장치의 모식도이다.
도 5a 내지 도 5c는 각각 NaCl 수용액, MgCl2 수용액 및 CaCl2 수용액을 이용해 본원 실시예 및 비교예에 따른 다가 이온 배제형 이온 교환막에 대해 도 4의 장치에서 측정한 전도도로부터 계산된 농도의 시간에 따른 변화를 보여주는 그래프이며, 도 5d는 상기 도 5a 내지 도 5c에 도시한 결과를 통합하여 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a roll-to-roll manufacturing process of a polyvalent ion exclusion type exchange membrane according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of an apparatus for measuring conductivity in a solution in order to calculate the membrane permeability of an ion exclusion type exchange membrane according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
5A to 5C show the concentration of the concentration calculated from the conductivity measured by the apparatus of FIG. 4 for the multivalent ion exclusion type ion exchange membrane according to the Examples and Comparative Examples of the present application using NaCl aqueous solution, MgCl 2 aqueous solution, and CaCl 2 aqueous solution, respectively. It is a graph showing the change according to the result, and FIG. 5D is a graph integrating the results shown in FIGS. 5A to 5C.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. However, the present invention may be implemented in various different forms, and the present invention is not limited by the embodiments described herein, and the present invention is only defined by the claims to be described later.

덧붙여, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, terms used in the present invention are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the entire specification of the present invention, "including" a certain component means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise specified.

본원의 제 1 측면은,The first aspect of the present application,

다공성 구조를 가지는 고분자 지지체; 및 상기 고분자 지지체에 함침된 이온 교환 고분자 전해질;을 포함하는 다가 이온 배제형 이온 교환막으로서, 상기 이온 교환 고분자 전해질은 양이온 교환 고분자 전해질 및 음이온 교환 고분자 전해질을 포함하고, 상기 고분자 지지체 중심부에 양이온 교환 고분자 전해질이 함침되고, 상기 고분자 지지체 표면부에 음이온 교환 고분자 전해질이 함침된 것인 다가 이온 배제형 이온 교환막을 제공한다.A polymeric support having a porous structure; And an ion exchange polymer electrolyte impregnated in the polymer support, wherein the ion exchange polymer electrolyte includes a cation exchange polymer electrolyte and an anion exchange polymer electrolyte, and a cation exchange polymer in the center of the polymer support An electrolyte is impregnated, and an anion exchange polymer electrolyte is impregnated on a surface portion of the polymer support.

이하, 본원의 제 1 측면에 따른 다가 이온 배제형 이온 교환막을 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane according to the first aspect of the present application will be described in detail with reference to FIG. 1.

본원의 일 구현예에 있어서, 도 1은 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)을 나타낸 개략도이고, 우선 본 명세서에서 상기 고분자 지지체(110) 중심부에 함침된 양이온 교환 고분자 전해질(120)은 중심부에만 함침된 것이 아닌 표면부에도 일부 함침된 것을 의미하는 것이며, 고분자 지지체(110) 표면부에 함침된 음이온 교환 고분자 전해질(130) 또한 표면부에만 함침된 것이 아닌 중심부에도 일부 함침된 것을 의미하는 것으로 해석하여야 한다.In one embodiment of the present application, Figure 1 is a schematic diagram showing a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1, first, in the present specification, the cation exchange polymer electrolyte 120 impregnated in the center of the polymer support 110 is impregnated only in the center It should be interpreted to mean that the anion exchange polymer electrolyte 130 impregnated on the surface of the polymer support 110 is also partially impregnated not only in the surface portion but also in the center portion. do.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)은 상기 고분자 지지체(110) 표면부에 양이온기를 가지는 음이온 교환 고분자 전해질(130)이 함침되어 있어 1 가 양이온에 비하여 상대적으로 전하량이 큰 다가 양이온의 경우 표면부에 함침된 상기 음이온 교환 고분자 전해질(130)의 양이온기와의 강한 척력으로 인하여 1 가 양이온에 비하여 상기 음이온 교환 고분자 전해질(130)을 상대적으로 투과할 수 없는 것일 수 있다. 반면, 비교적 전하량이 작은 1 가 양이온은 다가 양이온에 비하여 양이온기를 가지는 음이온 교환 고분자 전해질(130)과의 척력이 약해 상대적으로 상기 음이온 교환 고분자 전해질(130)을 잘 투과할 수 있으며, 상기 고분자 지지체(110) 중심부에 함침된 양이온 교환 고분자 전해질(120)에 도달할 수 있기 때문에 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)은 1 가 양이온 만을 선택적으로 투과시킬 수 있는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane (1) is impregnated with an anion exchange polymer electrolyte (130) having a cationic group on the surface of the polymer support (110), so that the amount of charge relative to the monovalent cations In the case of this large polyvalent cation, the anion exchange polymer electrolyte 130 may be relatively impermeable to the anion exchange polymer electrolyte 130 compared to the monovalent cation due to a strong repulsion force with the cationic group of the anion exchange polymer electrolyte 130 impregnated on the surface. . On the other hand, the monovalent cation having a relatively small amount of charge has a weaker repulsive force with the anion exchange polymer electrolyte 130 having a cation group compared to the polyvalent cation, so that it can relatively easily penetrate the anion exchange polymer electrolyte 130, and the polymer support ( 110) Since the cation exchange polymer electrolyte 120 impregnated in the center can be reached, the multivalent ion exclusion type ion exchange membrane 1 may be capable of selectively permeating only monovalent cations.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 양이온 교환 고분자 전해질(120) 및 음이온 교환 고분자 전해질(130)의 함량 비율은 하기 식 1의 관계를 갖는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the content ratio of the cation exchange polymer electrolyte 120 and the anion exchange polymer electrolyte 130 may have a relationship of Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

A ≥ BA ≥ B

상기 식 1에서, A는 상기 고분자 지지체(110)의 중심부에서 음이온 교환 고분자 전해질(130)에 대한 양이온 교환 고분자 전해질(120)의 함량 비율이고, B는 상기 고분자 지지체(110)의 표면부에서 음이온 교환 고분자 전해질(130)에 대한 양이온 교환 고분자 전해질(120)의 함량 비율이고, 상기 중심부는 상기 고분자 지지체(110)의 두께 100%에 대하여, 표면에서 중심 방향으로 20% 내지 80% 깊이까지의 영역이고, 상기 표면부는 상기 고분자 지지체(110)의 두께 100%에 대하여, 표면에서 중심 방향으로 0% 내지 20% 깊이까지의 영역일 수 있다. 즉, 상기 고분자 지지체(110)의 두께 100%에 대하여 표면에서 중심 방향으로 20% 내지 80% 깊이까지의 영역에서는 음이온 교환 고분자 전해질(130)에 대한 양이온 교환 고분자 전해질(120)의 함량이 같거나 더욱 큰 것일 수 있으며, 고분자 지지체(110)의 두께 100%에 대하여 표면에서 중심 방향으로 0% 내지 20% 깊이까지의 영역에서는 양이온 교환 고분자 전해질(120)에 대한 음이온 교환 고분자 전해질(130)의 함량이 같거나 더욱 큰 것일 수 있다. 따라서, 상기 고분자 지지체(110) 전체(중심부 및 표면부)에 대하여 함량 비율만 상이할 뿐 양이온 교환 고분자 전해질(120) 및 음이온 교환 고분자 전해질(130)이 모두 분포하는 것을 배제하는 것은 아닐 수 있다.In Equation 1, A is the content ratio of the cation exchange polymer electrolyte 120 to the anion exchange polymer electrolyte 130 in the center of the polymer support 110, and B is an anion at the surface of the polymer support 110 It is the content ratio of the cation exchange polymer electrolyte 120 to the exchange polymer electrolyte 130, and the central portion is a region from the surface to a depth of 20% to 80% in the center direction with respect to 100% of the thickness of the polymer support 110 The surface portion may be a region ranging from 0% to 20% in a center direction from the surface with respect to 100% of the thickness of the polymer support 110. That is, the content of the cation exchange polymer electrolyte 120 to the anion exchange polymer electrolyte 130 is the same in the region from the surface to a depth of 20% to 80% in the center direction with respect to 100% of the thickness of the polymer support 110 The content of the anion exchange polymer electrolyte 130 to the cation exchange polymer electrolyte 120 may be larger, and in the region from 0% to 20% depth in the center direction from the surface to 100% of the thickness of the polymer support 110 It can be the same or even larger. Accordingly, the distribution of both the cation exchange polymer electrolyte 120 and the anion exchange polymer electrolyte 130 may not be excluded, only the content ratio is different with respect to the entire polymer support 110 (the center portion and the surface portion).

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 지지체(110) 두께 방향에 따라 표면으로부터 중심으로 갈수록, 상기 음이온 교환 고분자 전해질(130)에 대한 양이온 교환 고분자 전해질(120)의 함량 비율이 증가하는 것일 수 있다. 상기 음이온 교환 고분자 전해질(130)에 대한 양이온 교환 고분자 전해질(120)의 함량 비율은 고분자 지지체(110) 두께 방향에 따라 표면으로부터 중심으로 갈수록 연속적으로 증가하는 것일 수 있으며 또는 연속적인 증가가 아닐 수 있다. 연속적인 증가가 아닐 경우 상기 표면부 및 중심부의 경계면에서 상기 음이온 교환 고분자 전해질(130)에 대한 양이온 교환 고분자 전해질(120)의 함량 비율이 급격히 증가하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the content ratio of the cation exchange polymer electrolyte 120 to the anion exchange polymer electrolyte 130 may increase as the polymer support 110 goes from the surface to the center according to the thickness direction. . The content ratio of the cation exchange polymer electrolyte 120 to the anion exchange polymer electrolyte 130 may continuously increase from the surface to the center according to the thickness direction of the polymer support 110 or may not be a continuous increase. . If it is not a continuous increase, the ratio of the content of the cation exchange polymer electrolyte 120 to the anion exchange polymer electrolyte 130 may increase rapidly at the interface between the surface portion and the center.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 음이온 교환 고분자 전해질(130)의 함량은 양이온 교환 고분자 전해질(120) 함량 대비 10% 내지 40%인 것일 수 있다. 상기 음이온 교환 고분자 전해질(130)의 함량이 10% 미만일 경우 다가 양이온 또한 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)을 투과할 수 있어 1 가 양이온만을 선택적으로 투과시킬 수 없으며, 40% 초과일 경우 음이온 교환 고분자 전해질(130)의 양이온기가 너무 많아 1 가 양이온 또한 투과하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. In one embodiment of the present application, the content of the anion exchange polymer electrolyte 130 may be 10% to 40% of the content of the cation exchange polymer electrolyte 120. When the content of the anion exchange polymer electrolyte 130 is less than 10%, polyvalent cations can also pass through the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1, so that only monovalent cations cannot be selectively permeated. Too many cationic groups in the exchange polymer electrolyte 130 may cause a problem in that monovalent cations are also impermeable.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 양이온 교환 고분자 전해질(120)은 음이온기를 가지는 술폰산 함유 전해질 모노머가 가교 중합된 것일 수 있으며, 상기 음이온기를 가지는 술폰산 함유 전해질 모노머는 하기 화학식 1로 나타낼 수 있다.In one embodiment of the present application, the cation exchange polymer electrolyte 120 may be crosslinked polymerized with a sulfonic acid-containing electrolyte monomer having an anionic group, and the sulfonic acid-containing electrolyte monomer having an anionic group may be represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018103085088-pat00001
Figure 112018103085088-pat00001

상기 화학식 1에서 R1은 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄의 알킬 또는 아릴일 수 있으며, A는 수소 및 금속 원소일 수 있다.In Formula 1, R 1 may be a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl or aryl, and A may be hydrogen and a metal element.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 음이온기를 가지는 술폰산 함유 전해질 모노머는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술포네이트 소듐(2-acrylamide-2-methylpropanesulfonate sodium), 비닐술포네이트 소듐(vinylsulfonate sodium), 비닐술포닉 애시드(vinylsulfonic acid), 알릴술포네이트 소듐(allyl sulfonate sodium), 2-메틸-2-프로펜-1-술포네이트 소듐(2-methyl-2-propene-1-sulfonate sodium), 3-술포프로필 아크릴레이트 소듐(3-sulfopropyl acrylate sodium) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the electrolytic monomer containing sulfonic acid having an anionic group is 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonate sodium, vinylsulfonate sodium, vinyl Sulfonic acid, allyl sulfonate sodium, 2-methyl-2-propene-1-sulfonate sodium, 3-sulfonate It may include a material selected from the group consisting of 3-sulfopropyl acrylate sodium and combinations thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 음이온 교환 고분자 전해질(130)은 양이온기를 가지는 4 가 암모늄염의 전해질 모노머가 가교 중합된 것일 수 있으며, 상기 4 가 암모늄염의 전해질 모노머는 하기 화학식 2로 나타낼 수 있다. In one embodiment of the present application, the anion exchange polymer electrolyte 130 may be a crosslinked polymerization of an electrolyte monomer of a quaternary ammonium salt having a cationic group, and the electrolyte monomer of the quaternary ammonium salt may be represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112018103085088-pat00002
Figure 112018103085088-pat00002

상기 화학식 2에서 R2 내지 R5는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄의 알킬 또는 아릴일 수 있으며, B는 할로겐 원소일 수 있다.In Formula 2, R 2 to R 5 may be substituted or unsubstituted linear or branched alkyl or aryl, and B may be a halogen element.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 양이온기를 가지는 4 가 암모늄염의 전해질 모노머는 (3-아크릴아미도프로필)트리메틸암모늄 클로라이드[(3-acrylamidopropyl)trimethylammonium chloride], (비닐벤질)트리메틸암모늄 클로라이드[(vinylbenzyl)trimethylammonium chloride] 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the electrolyte monomer of the quaternary ammonium salt having a cationic group is (3-acrylamidopropyl) trimethylammonium chloride [(3-acrylamidopropyl)trimethylammonium chloride], (vinylbenzyl) trimethylammonium chloride [(vinylbenzyl )trimethylammonium chloride] and combinations thereof may include a material selected from the group consisting of.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다공성 고분자 지지체(110)는 탄화수소계 고분자면 제한이 없으며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리프로필렌옥시드, 폴리에테르술폰, 폴리우레탄 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the porous polymer support 110 is not limited if it is a hydrocarbon-based polymer, for example, polyethylene, polypropylene, polyimide, polyamideimide, polypropylene oxide, polyethersulfone, poly It may include a material selected from the group consisting of urethane and combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다공성 고분자 지지체(110)는 공극 부피가 40% 내지 50%, 기공 크기가 0.07 μm 내지 0.1 μm, 두께가 8 μm 내지 30 μm인 것일 수 있다. 상기 다공성 고분자 지지체(110)가 상기 특성을 만족하지 않을 경우 양이온 및 음이온 교환 고분자 전해질이 상기 다공성 고분자 지지체(110)에 원활히 함침되지 않아 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)이 용이하게 제조되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the porous polymer support 110 may have a pore volume of 40% to 50%, a pore size of 0.07 μm to 0.1 μm, and a thickness of 8 μm to 30 μm. If the porous polymer support 110 does not satisfy the above characteristics, the cation and anion exchange polymer electrolytes are not smoothly impregnated into the porous polymer support 110, so that the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1 may not be easily manufactured. have.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)은 상기 다공성 고분자 지지체(110)의 외부에 가교중합된 고분자 수지가 제거되어 표면에 부산물이 없을 수 있으며, 따라서 두께가 얇은 특성을 가질 수 있다. 이는 상기 다가 이온 배체형 이온 교환막(1)이 롤투롤 공정에 따라 제조될 경우 상기 특성이 달성되는 것일 수 있으며, 이에 대하여는 하기 본원의 제 2 측면에서 자세히 후술하도록 한다.In one embodiment of the present application, the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1 may have no by-products on its surface by removing the polymer resin crosslinked on the outside of the porous polymer support 110, and thus the thickness is thin. Can have This may be that the above characteristics are achieved when the multivalent ion-embedded ion exchange membrane 1 is manufactured according to a roll-to-roll process, and this will be described in detail later in the second aspect of the present application.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 지지체(110) 두께 대비 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)의 두께 비율은 1.0 내지 1.03인 것일 수 있다. 상기 고분자 지지체 내에 양이온 교환 고분자 전해질(120) 및 음이온 교환 고분자 전해질(130)이 충진되기 때문에 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)의 두께는 고분자 지지체(110)의 두께와 같거나 또는 하기 본원의 제 2 측면에서 후술할 바와 같이 표면에 음이온 고분자 전해질이 제거 되면서 발생하는 표면 거칠기 때문에 약간 두꺼울 수 있으며, 상기 두께 비율이 1.03 초과일 경우 이온 교환막(1) 표면에 음이온 교환 고분자 전해질(130)이 완전히 제거되지 않은 것일 수 있으며, 이는 이온 교환의 방해 요소로 작용할 수 있다. 예컨대, 상기 두께 비율은 1.0 내지 1.02인 것이 보다 바람직할 수 있다.In one embodiment of the present application, a ratio of the thickness of the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1 to the thickness of the polymer support 110 may be 1.0 to 1.03. Since the cation exchange polymer electrolyte 120 and the anion exchange polymer electrolyte 130 are filled in the polymer support, the thickness of the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1 is equal to the thickness of the polymer support 110, or 2 As will be described later, the surface may be slightly thick due to the roughness of the surface caused by the removal of the anionic polymer electrolyte, and when the thickness ratio exceeds 1.03, the anion exchange polymer electrolyte 130 is completely removed from the surface of the ion exchange membrane (1). It may not be, which may act as an impediment to ion exchange. For example, the thickness ratio may be more preferably 1.0 to 1.02.

본원의 제 2 측면은,The second aspect of the present application,

음이온기를 가지는 전해질 모노머, 가교제, 개시제 및 용매를 포함하는 양이온 교환 전구체 용액에 다공성 고분자 지지체를 함침시키는 단계; 상기 다공성 고분자 지지체에 광을 조사하여 상기 양이온 교환 전구체 용액을 가교반응 시켜 상기 다공성 고분자 지지체 중심부에 양이온 교환 고분자 전해질을 형성시키는 단계; 양이온기를 가지는 전해질 모노머, 가교제, 개시제 및 용매를 포함하는 음이온 교환 전구체 용액에 상기 양이온 교환 고분자 전해질이 내부에 형성된 다공성 고분자 지지체를 함침시키는 단계; 및 상기 음이온 교환 전구체 용액에 함침된 다공성 고분자 지지체에 광을 조사하여 상기 음이온 교환 전구체 용액을 가교반응 시켜 상기 다공성 고분자 지지체 표면부에 음이온 교환 고분자 전해질을 형성시키는 단계;를 포함하는 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법을 제공한다.Impregnating a porous polymer support in a cation exchange precursor solution containing an electrolyte monomer having an anionic group, a crosslinking agent, an initiator, and a solvent; Irradiating light to the porous polymer support to crosslink the cation exchange precursor solution to form a cation exchange polymer electrolyte in the center of the porous polymer support; Impregnating an anion exchange precursor solution comprising an electrolyte monomer having a cationic group, a crosslinking agent, an initiator, and a solvent with a porous polymer support having the cation exchange polymer electrolyte formed therein; And forming an anion exchange polymer electrolyte on the surface of the porous polymer support by irradiating light to the porous polymer support impregnated with the anion exchange precursor solution to crosslink the anion exchange precursor solution to form an anion exchange polymer electrolyte on the surface of the porous polymer support. It provides a method of manufacturing an exchange membrane.

본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Detailed descriptions of portions overlapping with the first aspect of the present application have been omitted, but the description of the first aspect of the present application may be equally applied even if the description is omitted in the second aspect.

이하, 본원의 제 2 측면에 따른 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법을 단계별로 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법을 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 다가 이온 배제형 교환막의 롤투롤 제조공정을 나타낸 개략도이다.Hereinafter, a method of manufacturing the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane according to the second aspect of the present application will be described in detail step by step with reference to FIGS. 2 and 3. 2 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram showing a roll-to-roll manufacturing process of a polyvalent ion exclusion type exchange membrane according to an embodiment of the present invention .

우선, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)의 제조방법은 음이온기를 가지는 전해질 모노머, 가교제, 개시제 및 용매를 포함하는 양이온 교환 전구체 용액(700)에 다공성 고분자 지지체(110)를 함침시키는 단계(S100)를 포함한다.First, in one embodiment of the present application, the method of manufacturing the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1 is a porous polymer support in the cation exchange precursor solution 700 including an electrolyte monomer having an anionic group, a crosslinking agent, an initiator, and a solvent ( 110) and impregnating (S100).

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 음이온기를 가지는 전해질 모노머는 술폰산 함유 전해질 모노머인 것일 수 있으며, 예를 들어, 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술포네이트 소듐(2-acrylamide-2-methylpropanesulfonate sodium), 비닐술포네이트 소듐(vinylsulfonate sodium), 비닐술포닉 애시드(vinylsulfonic acid), 알릴술포네이트 소듐(allyl sulfonate sodium), 2-메틸-2-프로펜-1-술포네이트 소듐(2-methyl-2-propene-1-sulfonate sodium), 3-술포프로필 아크릴레이트 소듐(3-sulfopropyl acrylate sodium) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the electrolyte monomer having an anionic group may be a sulfonic acid-containing electrolyte monomer, for example, 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonate sodium. , Vinylsulfonate sodium, vinylsulfonic acid, allyl sulfonate sodium, 2-methyl-2-propene-1-sulfonate sodium (2-methyl-2- Propene-1-sulfonate sodium), 3-sulfopropyl acrylate sodium, and combinations thereof may include a material selected from the group consisting of.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 가교제는 3 차 아민 작용기를 가지는 아크릴아미드계 가교제일 수 있으며, 이는 하기 화학식 3으로 나타낼 수 있다.In one embodiment of the present application, the crosslinking agent may be an acrylamide-based crosslinking agent having a tertiary amine functional group, which may be represented by Formula 3 below.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112018103085088-pat00003
Figure 112018103085088-pat00003

상기 화학식 3에서 R6 및 R7은 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 측쇄의 알킬 또는 아릴일 수 있다.In Formula 3, R 6 and R 7 may be substituted or unsubstituted linear or branched alkyl or aryl.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 3 차 아민 작용기를 가지는 아크릴아미드계 가교제는 예를 들어, N,N'-비스(아크릴로일)피레라진[N,N'bis(acryloyl)piperazine], N,N'-(1,2-디히드록시에틸렌)비스아크릴아미드[N,N'-(1,2-dihydroxyethylene)bisacrylamide], N,N'-메틸렌비스아크릴아미드(N,N'-methylenebisacrylamide), N,N'-메틸렌비스메타크릴아미드(N,N'-methylenebismethacrylamide) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the acrylamide-based crosslinking agent having a tertiary amine functional group, for example, N,N'-bis(acryloyl)pyrerazine [N,N'bis(acryloyl)piperazine], N ,N'-(1,2-dihydroxyethylene)bisacrylamide [N,N'-(1,2-dihydroxyethylene)bisacrylamide], N,N'-methylenebisacrylamide (N,N'-methylenebisacrylamide) , N,N'-methylenebismethacrylamide (N,N'-methylenebismethacrylamide) and may include a material selected from the group consisting of combinations thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 가교제는 제조되는 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)의 가교도를 좌우하며, 함량에 따라 이온 교환막의 팽윤도 및 기계적 물성이 조절될 수 있다.In one embodiment of the present application, the crosslinking agent determines the degree of crosslinking of the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1, and the swelling degree and mechanical properties of the ion exchange membrane may be adjusted according to the content.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 개시제는 광 개시제일 수 있고 예를 들어, 스위스의 시바 가이기(Ciba Geigy)사 제품의 Darocur 또는 Irgacure 시리즈 중 어느 하나를 사용하는 것일 수 있으며 또는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온(2-hydroxy-2-methy-1-phenylpropane-1-one)을 사용하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the initiator may be a photoinitiator, and for example, one of the Darocur or Irgacure series manufactured by Ciba Geigy of Switzerland may be used, or 2-hydroxy It may be to use -2-methyl-1-phenylpropane-1-one (2-hydroxy-2-methy-1-phenylpropane-1-one).

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 용매는 물, 메탄올 또는 에탄올 등의 수용성 용매일 수 있으며, 바람직하게 상기 용매는 물일 수 있다.In one embodiment of the present application, the solvent may be a water-soluble solvent such as water, methanol or ethanol, and preferably, the solvent may be water.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 양이온 교환 전구체 용액(700)은 상기 음이온기를 가지는 전해질 모노머의 함량이 약 44 중량부 내지 약 47 중량부, 상기 가교제의 함량이 약 6 중량부 내지 약 12 중량부 및 상기 용매의 함량이 약 44 중량부 내지 약 47 중량부의 비율로 혼합된 것일 수 있으며, 상기 개시제의 함량은 상기 음이온기를 가지는 전해질 모노머, 가교제 및 용매가 혼합된 용액 100 중량부 대비 약 0.1 중량부 내지 약 0.5 중량부일 수 있다. 상기 음이온기를 가지는 전해질 모노머의 함량이 상기 범위 미만일 경우 제조되는 이온 교환막(1)의 이온전도도를 향상시킬 수 있는 이온 교환용량이 부족할 수 있으며, 상기 범위 초과일 경우 제조되는 이온 교환막(1)의 내구성이 감소될 수 있다. 또한, 상기 가교제의 함량이 상기 범위 미만일 경우 가교도가 부족하여 제조되는 이온 교환막(1)의 내구성이 감소될 수 있고, 상기 범위 초과일 경우 가교도가 너무 높아 제조되는 이온 교환막(1)의 이온전도도가 현저히 감소될 수 있다.In one embodiment of the present application, the cation exchange precursor solution 700 contains about 44 parts by weight to about 47 parts by weight of the electrolyte monomer having the anionic group, and about 6 parts by weight to about 12 parts by weight of the crosslinking agent. And the content of the solvent may be mixed in a ratio of about 44 parts by weight to about 47 parts by weight, and the content of the initiator is about 0.1 parts by weight based on 100 parts by weight of a solution in which the electrolyte monomer having an anionic group, a crosslinking agent, and a solvent are mixed. To about 0.5 parts by weight. When the content of the electrolyte monomer having an anionic group is less than the above range, the ion exchange capacity capable of improving the ionic conductivity of the produced ion exchange membrane 1 may be insufficient, and when the content exceeds the above range, the durability of the manufactured ion exchange membrane 1 Can be reduced. In addition, when the content of the crosslinking agent is less than the above range, durability of the produced ion exchange membrane 1 may be reduced due to insufficient crosslinking, and when the content of the crosslinking agent is exceeding the above range, the degree of crosslinking is too high and the ionic conductivity of the produced ion exchange membrane 1 Can be significantly reduced.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다공성 고분자 지지체(110)는 상기 양이온 교환 전구체 용액(700)에 함침되기 전에 계면활성제에 의해 친수화 처리되는 것일 수 있다. 이때, 상기 계면활성제는 친수화 시킬 수 있는 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 도데실벤젠술폰산(dodecylbenzenesulfonic acid, DBSA), 알킬벤젠술폰산 (alkylbenzenesulfonic acid, ABS), 리니어알킬벤젠술폰산(linearalklybenzenesulfonic acid, LAS), 알파술폰산(alphasulfonic acid, AS), 알파올레핀술폰산(alphaolefinsulfonic acid, AOS), 알콜폴리옥시에틸렌에테르(alcoholpolyoxyethyleneether, AE), 알콜폴리옥시에틸렌에테르술폰산(alcoholpolyoxyethyleneethersulfonic acid, AES) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 사용하는 것일 수 있고, 바람직하게 도데실벤젠술폰산을 사용하는 것일 수 있다. 상기 계면활성제는 소수부가 소수성인 상기 고분자 지지체(110) 표면과 소수-소수 상호작용(hydrophobic-hydrophobic interaction)에 의해 결합되면 계면활성제의 친수부가 고분자 지지체(110)의 표면을 대신하게 되어 친수화가 이루어질 수 있다. 이때, 계면활성제에 의하여 고분자 지지체(110)의 겉 표면 뿐 아니라 내부의 세공 표면 전체가 친수화 될 수 있다. 세공표면 전체가 친수화됨에 따라 친수성인 상기 양이온 교환 전구체 용액(700)은 친수-친수 상호작용(hydrophilic-hydrophilic interaction)에 의해 효과적이고 용이하게 세공 내에 충진 가능하게 될 수 있다. 구체적으로, 상기 친수화 처리는 시판되는 계면활성제를 0.5 중량부 내지 1 중량부로 물에 희석한 용액에 상기 다공성 고분자 지지체(110)를 1 분 내지 2 분 동안 침지시킨 후 건조시키는 방법에 의하여 세공 표면을 친수화하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the porous polymer support 110 may be hydrophilized by a surfactant before being impregnated with the cation exchange precursor solution 700. At this time, the surfactant may be used that can be hydrophilic, for example, dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA), alkylbenzenesulfonic acid (ABS), linear alkylbenzenesulfonic acid (linearalklybenzenesulfonic acid, LAS) ), alphasulfonic acid (AS), alphaolefinsulfonic acid (AOS), alcoholpolyoxyethyleneether (AE), alcoholpolyoxyethyleneethersulfonic acid (AES), and combinations thereof A material selected from the group consisting of may be used, and preferably dodecylbenzenesulfonic acid may be used. When the surfactant is bonded to the surface of the polymer support 110 in which the hydrophobic part is hydrophobic through hydrophobic-hydrophobic interaction, the hydrophilic part of the surfactant replaces the surface of the polymer support 110 and thus hydrophilization is achieved. I can. At this time, not only the outer surface of the polymer support 110 but also the entire inner pore surface may be hydrophilized by the surfactant. As the entire pore surface becomes hydrophilic, the hydrophilic cation exchange precursor solution 700 may be effectively and easily filled into the pores by hydrophilic-hydrophilic interaction. Specifically, the hydrophilization treatment is performed by immersing the porous polymer support 110 for 1 to 2 minutes in a solution of 0.5 to 1 part by weight of a commercially available surfactant diluted in water and then drying the pore surface. It may be to hydrophilize.

다음으로, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)의 제조방법은 상기 다공성 고분자 지지체(110)에 광을 조사하여 상기 양이온 교환 전구체 용액(700)을 가교반응 시켜 상기 다공성 고분자 지지체(110) 중심부에 양이온 교환 고분자 전해질(120)을 형성시키는 단계(S200)를 포함한다.Next, in one embodiment of the present application, the method of manufacturing the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1 is a crosslinking reaction of the cation exchange precursor solution 700 by irradiating light to the porous polymer support 110 And forming a cation exchange polymer electrolyte 120 in the center of the porous polymer support 110 (S200).

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 S200 단계는 도 3에 나타낸 롤투롤 공정에 따라 진행될 수 있다. 이 경우 S200 단계 이전에 상부필름(200), 상기 양이온 교환 전구체 용액(700)에 함침된 다공성 고분자 지지체(110) 및 하부필름(300)을 압착롤에 투입시켜 상기 고분자 지지체(110)의 상부 및 하부에 각각 상기 상부필름(200) 및 하부필름(300)을 압착시키는 단계를 더 포함하는 것일 수 있으며, S200 단계 이후에 상기 형성된 양이온 교환 고분자 전해질을 포함하는 고분자 지지체(110), 상부필름(200) 및 하부필름(300)을 탈착롤에서 탈착시키는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 압착롤은 상하로 이격되어 있는 상부 압착롤(400) 및 하부 압착롤(450)을 포함할 수 있으며, 즉 2 개의 압착롤을 사용하는 것일 수 있고, 상기 탈착롤 또한 상하로 이격되어 있는 상부 탈착롤(500) 및 하부 탈착롤(550)을 포함할 수 있으며, 즉 2 개의 탈착롤을 사용하는 것일 수 있다. 이하, 상기 S200 단계에 대하여 롤투롤 공정에 따라 진행되는 경우에 대하여 예시를 들어 상세히 설명하나, 본 단계가 롤투롤 공정으로 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, step S200 may be performed according to the roll-to-roll process shown in FIG. 3. In this case, before step S200, the upper film 200, the porous polymer support 110 and the lower film 300 impregnated in the cation exchange precursor solution 700 are added to a pressing roll to It may further include the step of compressing the upper film 200 and the lower film 300, respectively, to the lower portion, the polymer support 110 including the cation exchange polymer electrolyte formed after step S200, the upper film 200 ) And detaching the lower film 300 from the detachment roll. At this time, the compression roll may include an upper compression roll 400 and a lower compression roll 450 that are vertically spaced apart, that is, two compression rolls may be used, and the detachment roll is also vertically spaced apart. It may include an upper detachable roll 500 and a lower detachable roll 550, that is, it may be to use two detachable rolls. Hereinafter, the case where the step S200 is performed according to the roll-to-roll process will be described in detail, but this step is not limited to the roll-to-roll process.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 상부필름(200) 및 하부필름(300)은 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)[poly(ethylene terephthalate), PET]일 수 있다.In one embodiment of the present application, the upper film 200 and the lower film 300 may be poly(ethylene terephthalate) [poly(ethylene terephthalate), PET].

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 상부필름(200) 및 하부필름(300)의 두께는 약 30 μm 내지 약 70 μm 일 수 있으며, 바람직하게 약 50 μm 내지 약 60 μm 일 수 있다. 상기 상부필름(200) 및 하부필름(300)의 두께가 30 μm 미만일 경우 하기 후술할 가교반응 후 다공성 고분자 지지체(110)와 상부필름(200) 및 하부필름(300)의 탈착이 원할히 이루어지지 않아 상기 다공성 고분자 지지체(110)가 찢어지는 문제가 발생할 수 있으며, 70 μm 초과일 경우 하기 후술할 광 조사 시 필름의 두께가 너무 두꺼워 광이 상기 다공성 고분자 지지체(110)에 충분히 조사되지 않아 가교반응이 충분히 일어나지 않는 문제가 발생할 수 있다.In one embodiment of the present application, the thickness of the upper film 200 and the lower film 300 may be about 30 μm to about 70 μm, preferably about 50 μm to about 60 μm. When the thickness of the upper film 200 and the lower film 300 is less than 30 μm, the porous polymer support 110 and the upper film 200 and the lower film 300 are not smoothly detached after a crosslinking reaction to be described later. The porous polymer support 110 may be torn, and if it exceeds 70 μm, the film is too thick when irradiated with light to be described later, and the light is not sufficiently irradiated to the porous polymer support 110, resulting in a crosslinking reaction. Problems that don't happen enough can arise.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 상부필름(200) 및 하부필름(300)은 상기 다공성 고분자 지지체(110)와 접촉하는 일면이 발수 처리가 되지 않거나, 친수 처리된 것일 수 있다. 상기 친수 처리는 예를 들어, 실리콘, 폴리비닐알코올, 폴리알릴아민하이드로클로라이드, 폴리비닐아민, 폴리스티렌술폰산, 폴리비닐술폰산 등으로 친수 처리하는 것일 수 있으며, 바람직하게 실리콘으로 친수 처리하는 것일 수 있다. 즉, 상기 상부필름(200) 및 하부필름(300)의 다공성 고분자 지지체(110)와 접촉하는 일면을 친수 처리 함으로써 계면활성제에 의해 친수화 처리된 다공성 고분자 지지체(110)와의 결합을 더욱 용이하게 할 수 있는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, one surface of the upper film 200 and the lower film 300 in contact with the porous polymer support 110 may not be water-repellent or may be hydrophilic. The hydrophilic treatment may be, for example, hydrophilic treatment with silicone, polyvinyl alcohol, polyallylamine hydrochloride, polyvinylamine, polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid, or the like, and preferably hydrophilic treatment with silicone. That is, by hydrophilizing one surface of the upper film 200 and the lower film 300 in contact with the porous polymer support 110, it is possible to more easily combine with the porous polymer support 110 that has been hydrophilized by a surfactant. It can be what can be.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 압착은 상기 압착롤에 투입되는 다공성 고분자 지지체(110) 두께 및 필름(200, 300) 두께의 합보다 낮은 값을 갖도록 스퀴즈 압착을 통하여 수행되는 것일 수 있다. 이때, 상기 스퀴즈 압착은 약 50 kgf/cm2 내지 약 100 kgf/cm2 의 압력으로 수행되는 것일 수 있다. 즉, 상기 스퀴즈 압착을 통하여 다공성 고분자 지지체(110) 및 필름(200, 300)을 더욱 강하게 결합시킴으로써 후술하는 바와 같이 다공성 고분자 지지체(110) 외부에 형성된 가교중합된 고분자 수지(710)가 상기 상부필름(200) 및 하부필름(300)에 더욱 용이하게 전사되어 제거될 수 있다.In one embodiment of the present application, the compression may be performed through squeeze compression so as to have a value lower than the sum of the thickness of the porous polymer support 110 and the thickness of the films 200 and 300 added to the pressing roll. At this time, the squeeze compression is about 50 kg f /cm 2 to about 100 kg f /cm 2 It may be performed under the pressure of. That is, the crosslinked polymerized polymer resin 710 formed outside the porous polymer support 110 as described later by more strongly bonding the porous polymer support 110 and the films 200 and 300 through the squeeze compression is used as the upper film. It can be more easily transferred to the 200 and the lower film 300 and removed.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 스퀴즈 압착을 통하여 상기 압착롤에 투입된 다공성 고분자 지지체 두께 및 필름 두께 합이 투입 전 두께 합에 비하여 70% 내지 97% 값을 갖도록 하는 것일 수 있다. 상기 값이 70% 미만일 경우 이후 탈착 단계에서 다공성 고분자 지지체(110)와 상부필름(200) 및 하부필름(300)의 탈착이 용이하게 이루어지지 않을 수 있는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 값이 90% 초과일 경우 이후 탈착 단계에서 다공성 고분자 지지체(110) 외부에 형성된 가교중합된 고분자 수지(710)가 상부필름(200) 및 하부필름(300)에 전사가 잘 되지 않아 제거되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the sum of the thickness of the porous polymer support and the film thickness added to the pressing roll through the squeeze pressing may have a value of 70% to 97% compared to the sum of the thickness before the injection. If the value is less than 70%, a problem may occur in that the porous polymer support 110, the upper film 200, and the lower film 300 may not be easily detached in the subsequent detachment step, and the value is 90%. If it is exceeded, the crosslinked polymerized polymer resin 710 formed on the outside of the porous polymer support 110 in the subsequent desorption step may not be removed due to poor transfer to the upper film 200 and the lower film 300.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 상부필름(200), 다공성 고분자 지지체(110) 및 하부필름(300)이 압착롤에 투입되는 속도는 약 0.5 M/min 내지 약 2 M/min 일 수 있다. 상기 속도가 0.5 M/min 미만일 경우 공정이 느리게 진행되어 생산 효율이 저하될 수 있으며, 2 M/min 초과일 경우 공정이 빠르게 진행되어 이후 공정에서 양이온 교환 전구체 용액(700)의 가교반응이 원활히 이루어 지지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the speed at which the upper film 200, the porous polymer support 110 and the lower film 300 are introduced into the pressing roll may be about 0.5 M/min to about 2 M/min. If the speed is less than 0.5 M/min, the process proceeds slowly and production efficiency may decrease, and if it exceeds 2 M/min, the process proceeds rapidly, and the crosslinking reaction of the cation exchange precursor solution 700 is smoothly performed in the subsequent process. You can't lose.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 양이온 교환 전구체 용액(700)의 가교반응은 상기 상부필름(200) 및 하부필름(300)이 압착된 상기 다공성 고분자 지지체(110)에 광을 조사하여 수행되는 것일 수 있다. 이때, 상기 광의 조사는 상부필름(200) 및 하부필름(300)이 압착된 다공성 고분자 지지체(110)의 상부 및 하부 모두에서 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the crosslinking reaction of the cation exchange precursor solution 700 is performed by irradiating light to the porous polymer support 110 to which the upper film 200 and the lower film 300 are compressed. I can. In this case, the light irradiation may be performed on both the upper and lower portions of the porous polymer support 110 to which the upper film 200 and the lower film 300 are compressed.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 조사되는 광은 자외선일 수 있으며, 상기 자외선의 종류는 UVA, UVB 및 UVV로 분류할 수 있고, 상기 자외선은 상이한 파장대를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, UVA는 약 320 nm 내지 약 400 nm, UVB는 약 280 nm 내지 약 320 nm 및 UVV는 약 400 nm 내지 약 450 nm의 파장대를 갖는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the irradiated light may be ultraviolet rays, and the types of ultraviolet rays may be classified into UVA, UVB and UVV, and the ultraviolet rays may have different wavelength bands. Specifically, UVA may have a wavelength band of about 320 nm to about 400 nm, UVB of about 280 nm to about 320 nm, and UVV of about 400 nm to about 450 nm.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 조사되는 자외선의 에너지는 UVA의 경우 약 40 mW/cm2 내지 약 50 mW/cm2, UVB의 경우 약 30 mW/cm2 내지 약 50 mW/cm2, 및 UVV의 경우 약 30 mW/cm2 내지 약 50 mW/cm2일 수 있으며, 바람직하게 UVA의 경우 약 47 mW/cm2, UVB의 경우 약 37 mW/cm2 및 UVV의 경우 약 35 mW/cm2일 수 있다. 상기 조사되는 자외선의 에너지가 상기 범위 미만일 경우 상기 양이온 교환 전구체 용액(700)의 가교반응이 원활히 진행되지 않을 수 있으며, 상기 범위 초과일 경우 에너지가 너무 강하여 상기 다공성 고분자 지지체(110), 상부필름(200) 및 하부필름(300)이 탄화될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.In one embodiment of the present application, the energy of the irradiated ultraviolet rays is about 40 mW/cm 2 to about 50 mW/cm 2 for UVA, about 30 mW/cm 2 to about 50 mW/cm 2 for UVB, and UVV may be about 30 mW/cm 2 to about 50 mW/cm 2 , preferably about 47 mW/cm 2 for UVA, about 37 mW/cm 2 for UVB and about 35 mW/cm for UVV It can be 2 . When the energy of the irradiated ultraviolet rays is less than the above range, the crosslinking reaction of the cation exchange precursor solution 700 may not proceed smoothly, and when the energy of the cation exchange precursor solution 700 is exceeded, the energy is too strong and the porous polymer support 110, the upper film ( 200) and the lower film 300 may be carbonized.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 자외선의 조사는 UVA의 경우 약 360 초 내지 약 480 초, UVB의 경우 약 360 초 내지 약 480 초 및 UVV의 경우 약 360 초 내지 480 초 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 자외선의 조사가 상기 범위 미만 동안 수행될 경우 상기 양이온 교환 전구체 용액(700)의 가교반응이 원활히 진행되지 않을 수 있으며, 상기 범위 초과 동안 수행될 경우 상기 다공성 고분자 지지체(110), 상부필름(200) 및 하부필름(300)이 탄화될 수 있는 문제가 발생할 수 있다. In one embodiment of the present application, the irradiation of the ultraviolet rays may be performed for about 360 seconds to about 480 seconds for UVA, about 360 seconds to about 480 seconds for UVB, and about 360 seconds to 480 seconds for UVV. . When the ultraviolet irradiation is performed for less than the above range, the crosslinking reaction of the cation exchange precursor solution 700 may not proceed smoothly, and when performed during the above range, the porous polymer support 110 and the upper film 200 ) And the lower film 300 may be carbonized.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 S200 단계는 상기한 바와 같이 양이온 교환 고분자 전해질(120)을 형성시킨 후에 상기 형성된 양이온 교환 고분자 전해질(120)을 포함하는 고분자 지지체(110), 상부필름(200) 및 하부필름(300)을 탈착롤에서 탈착시키는 단계를 더 포함한다.In one embodiment of the present application, in the step S200, after forming the cation exchange polymer electrolyte 120 as described above, a polymer support 110 including the formed cation exchange polymer electrolyte 120, and an upper film 200 And detaching the lower film 300 from the detachment roll.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탈착을 통하여 상기 다공성 고분자 지지체(110)의 외부에 형성된 가교중합된 고분자 수지(710)가 상기 상부필름(200) 및 하부필름(300)에 전사되어 제거되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the crosslinked polymerized polymer resin 710 formed on the outside of the porous polymer support 110 is transferred to and removed from the upper film 200 and the lower film 300 through the desorption. I can.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 상부 탈착롤(500) 및 하부 탈착롤(550) 간의 간격은 상기 압착롤에 투입되기 전의 다공성 고분자 지지체(110) 및 필름(200, 300) 두께의 합과 동일한 것일 수 있다. 이때, 상기 압착롤에 투입되기 전의 다공성 고분자 지지체(110)는 상기 양이온 교환 전구체 용액(700)에 함침되기 전의 고분자 지지체(110)를 의미한다. 즉, 상기 다공성 고분자 지지체(110)의 두께는 양이온 교환 전구체 용액(700)을 포함하지 않는 고분자 지지체(110)의 두께일 수 있다. In one embodiment of the present application, the gap between the upper and lower detachable rolls 500 and 550 is equal to the sum of the thicknesses of the porous polymer support 110 and the films 200 and 300 before being introduced into the pressing roll. Can be. At this time, the porous polymer support 110 before being added to the pressing roll refers to the polymer support 110 before being impregnated with the cation exchange precursor solution 700. That is, the thickness of the porous polymer support 110 may be the thickness of the polymer support 110 not including the cation exchange precursor solution 700.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탈착롤을 지난 상기 상부필름(200) 및 하부필름(300)을 타측에서 각각 당겨줌으로써 상기 탈착이 이루어질 수 있으며, 이때 상기 타측의 방향은 상기 상부 탈착롤(500) 및 하부 탈착롤(550)로부터 각각 대각선 방향일 수 있다.In one embodiment of the present application, the detachment may be achieved by pulling the upper film 200 and the lower film 300 past the detachment roll from the other side, respectively, and the direction of the other side is the upper detachable roll 500 ) And from the lower detachable roll 550 may be in a diagonal direction, respectively.

다음으로, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)의 제조방법은 양이온기를 가지는 전해질 모노머, 가교제, 개시제 및 용매를 포함하는 음이온 교환 전구체 용액(700)에 상기 양이온 교환 고분자 전해질(120)이 내부에 형성된 다공성 고분자 지지체(110)를 함침시키는 단계(S300)를 포함한다.Next, in one embodiment of the present application, the method of manufacturing the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1 is the cation exchange in an anion exchange precursor solution 700 including an electrolyte monomer having a cationic group, a crosslinking agent, an initiator, and a solvent. The polymer electrolyte 120 includes a step (S300) of impregnating the porous polymer support 110 formed therein.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 양이온기를 가지는 전해질 모노머는 4 가 암모늄염 전해질 모노머인 것일 수 있으며, 예를 들어, (3-아크릴아미도프로필)트리메틸암모늄 클로라이드[(3-acrylamidopropyl)trimethylammonium chloride], (비닐벤질)트리메틸암모늄 클로라이드[(vinylbenzyl)trimethylammonium chloride] 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the electrolyte monomer having the cationic group may be a quaternary ammonium salt electrolyte monomer, for example, (3-acrylamidopropyl) trimethylammonium chloride [(3-acrylamidopropyl)trimethylammonium chloride], It may include a material selected from the group consisting of (vinylbenzyl)trimethylammonium chloride [(vinylbenzyl)trimethylammonium chloride] and combinations thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 가교제 및 개시제는 상기 S100 단계에서 사용한 것과 동일한 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the crosslinking agent and initiator may be the same as those used in step S100.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 양이온기를 가지는 전해질 모노머의 함량은 약 53 중량부 내지 약 60 중량부, 상기 가교제의 함량은 약 3 중량부 내지 약 7 중량부 및 상기 용매의 함량은 약 33 중량부 내지 약 44 중량부의 비율로 혼합되는 것일 수 있으며, 상기 개시제의 함량은 상기 양이온기를 가지는 전해질 모노머, 가교제 및 용매가 혼합된 용액 100 중량부 대비 약 0.1 중량부 내지 약 0.5 중량부일 수 있다. 상기 양이온기를 가지는 전해질 모노머의 함량이 상기 범위 미만일 경우 제조되는 이온 교환막의 이온전도도를 향상시킬 수 있는 이온 교환용량이 부족할 수 있으며, 상기 범위 초과일 경우 제조되는 이온 교환막의 내구성이 감소될 수 있다. 또한, 상기 가교제의 함량이 상기 범위 미만일 경우 가교도가 부족하여 제조되는 이온 교환막의 내구성이 감소될 수 있고, 상기 범위 초과일 경우 가교도가 너무 높아 제조되는 이온 교환막의 이온전도도가 현저히 감소될 수 있다.In one embodiment of the present application, the content of the electrolyte monomer having a cationic group is about 53 parts by weight to about 60 parts by weight, the content of the crosslinking agent is about 3 parts by weight to about 7 parts by weight, and the content of the solvent is about 33 parts by weight. It may be mixed in a ratio of parts to about 44 parts by weight, and the content of the initiator may be from about 0.1 parts by weight to about 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of a solution in which the electrolyte monomer having a cationic group, a crosslinking agent, and a solvent are mixed. When the content of the electrolyte monomer having a cationic group is less than the above range, the ion exchange capacity capable of improving the ion conductivity of the produced ion exchange membrane may be insufficient, and when it exceeds the above range, the durability of the produced ion exchange membrane may be reduced. In addition, when the content of the crosslinking agent is less than the above range, durability of the produced ion exchange membrane may be reduced due to insufficient crosslinking degree, and when the content of the crosslinking agent is exceeding the above range, the degree of crosslinking may be too high and the ionic conductivity of the produced ion exchange membrane may be significantly reduced.

다음으로, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법은 상기 음이온 교환 전구체 용액에 함침된 다공성 고분자 지지체에 광을 조사하여 상기 음이온 교환 전구체 용액을 가교반응 시켜 상기 다공성 고분자 지지체 표면부에 음이온 교환 고분자 전해질을 형성시키는 단계(S400)을 포함한다.Next, in one embodiment of the present application, in the method of manufacturing the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane, the porous polymer by irradiating light to the porous polymer support impregnated with the anion exchange precursor solution to crosslink the anion exchange precursor solution. And forming an anion exchange polymer electrolyte on the surface of the support (S400).

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 S400 단계는 상기 S200 단계와 동일하게 도 3에 나타낸 롤투롤 공정에 따라 진행되는 것일 수 있으며, 이하 공정은 상기와 동일하므로 설명을 생략하도록 한다.In the exemplary embodiment of the present application, the step S400 may be performed according to the roll-to-roll process shown in FIG. 3 in the same manner as the step S200, and the following process is the same as the above, so a description thereof will be omitted.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 음이온 교환 고분자 전해질(130)의 함량은 양이온 교환 고분자 전해질(120)의 함량 대비 10% 내지 40%인 것일 수 있다. 상기 음이온 교환 고분자 전해질(130)의 함량이 10% 미만일 경우 다가 양이온 또한 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)을 투과할 수 있어 1 가 양이온만을 선택적으로 투과시킬 수 없으며, 40% 초과일 경우 음이온 교환 고분자 전해질(130)의 양이온기가 너무 많아 1 가 양이온 또한 투과하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.In one embodiment of the present application, the content of the anion exchange polymer electrolyte 130 may be 10% to 40% of the content of the cation exchange polymer electrolyte 120. When the content of the anion exchange polymer electrolyte 130 is less than 10%, polyvalent cations can also pass through the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1, so that only monovalent cations cannot be selectively permeated. Too many cationic groups in the exchange polymer electrolyte 130 may cause a problem in that monovalent cations are also impermeable.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제조된 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)은 음이온 교환 고분자 전해질(130)이 상기 고분자 지지체(110)의 외부에 형성되지 않고, 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)의 표면에 상기 고분자 지지체(110)의 다공성 구조가 노출되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, in the prepared polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1, the anion exchange polymer electrolyte 130 is not formed outside the polymer support 110, and the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane ( The porous structure of the polymer support 110 may be exposed on the surface of 1).

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 음이온 교환 고분자 전해질(130)이 상기 고분자 지지체(110)의 외부에 형성되지 않는다는 의미는 적어도 일부는 형성될 수 있음을 포함하는 의미로 해석하여야 한다. 또한, 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)의 표면에 상기 고분자 지지체(110)의 다공성 구조가 노출된다는 것은 적어도 일부가 노출될 수 있음을 포함하는 의미로 해석하여야 하며, 상기 고분자 지지체(110) 표면의 다공성 구조가 노출되는 것으로 해석하여야 한다.In one embodiment of the present application, the meaning that the anion exchange polymer electrolyte 130 is not formed outside of the polymer support 110 should be interpreted as including that at least some of them may be formed. In addition, the exposure of the porous structure of the polymer support 110 to the surface of the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1 should be interpreted to mean that at least a portion of the porous structure may be exposed, and the polymer support 110 It should be interpreted that the porous structure of the surface is exposed.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다가 이온 배제형 이온 교환막(1)은 다공성 고분자 지지체(110)의 외부에 형성된 가교중합된 고분자 수지가 제거되어 표면에 부산물이 없으며, 이온 교환막(1)의 두께가 얇은 특성을 가질 수 있다.In one embodiment of the present application, the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1 has no by-products on the surface by removing the crosslinked polymerized polymer resin formed on the outside of the porous polymer support 110, and the thickness of the ion exchange membrane 1 Can have thin properties.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 지지체(110) 및 이온 교환 고분자 전해질(양이온 교환 고분자 전해질(120) 및 음이온 교환 고분자 전해질(130))의 무게(중량) 비율은 1 : 0.8 내지 1 : 1.1일 수 있다. 상기 고분자 지지체(110) 내에 이온 교환 고분자 전해질이 충진된 무게 비율이 1 : 0.8 미만의 경우 이온 교환 고분자 전해질이 충분히 충진되지 못하여 구현하고자 하는 이온 교환막으로서의 물리적, 전기화학적 특성 발현이 어려울 수 있으며, 상기 무게 비율이 1 : 1.1 초과일 경우 다가 이온 배제형 이온 교환막(1) 표면에 고분자 전해질이 잔류하게 되어 균일한 이온교환막의 형성이 어려울 수 있다.In one embodiment of the present application, the weight (weight) ratio of the polymer support 110 and the ion exchange polymer electrolyte (cation exchange polymer electrolyte 120 and anion exchange polymer electrolyte 130) is 1: 0.8 to 1: 1.1 Can be When the weight ratio of the ion exchange polymer electrolyte filled in the polymer support 110 is less than 1:0.8, the ion exchange polymer electrolyte may not be sufficiently filled, and thus it may be difficult to express physical and electrochemical properties as an ion exchange membrane to be implemented. When the weight ratio is more than 1:1.1, the polymer electrolyte remains on the surface of the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane 1, and thus it may be difficult to form a uniform ion exchange membrane.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

<실시예 1> 다가 이온 배제형 이온 교환막 (양이온 교환 고분자 전해질 함량 대비 12 %의 음이온 교환 고분자 전해질 포함) 제조<Example 1> Preparation of polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane (including 12% anion exchange polymer electrolyte based on the content of cation exchange polymer electrolyte)

1. 양이온 교환 고분자 전해질 충진1. Cation exchange polymer electrolyte filling

아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산(acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid, 99%), N,N’-에틸렌비스아크릴아미드 및 물을 6 : 1 : 6의 중량비로 혼합된 중합용액을 준비하고, 메탄올에 N,N'-아조비스이소부티로니트릴이 10 중량비로 희석되어진 개시제 용액을 0.01 중량비 사용하였다. 이 후 두께 30 μm, 기공분포 40 % 인 다공성 폴리에틸렌 지지체를 혼합용액에 함침시켜 지지체 내에 단량체가 충분히 침투할 수 있도록 한 후 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 필름 사이에 두고 1차로 80 ℃ 오븐에서 2시간 가교반응을 수행하였다. 상기 가교과정을 수행 후, PET 필름을 제거하고 지지체 표면에 묻은 부산물을 제거하여 양이온 교환막을 얻었다.A mixture of acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid (99%), N,N'-ethylenebisacrylamide and water in a weight ratio of 6:1:6 A polymerization solution was prepared, and an initiator solution in which N,N'-azobisisobutyronitrile was diluted in methanol at a 10 weight ratio was used in a 0.01 weight ratio. After that, a porous polyethylene support with a thickness of 30 μm and a pore distribution of 40% is impregnated into the mixed solution so that the monomer can sufficiently penetrate into the support, and then crosslinked in an oven at 80°C for 2 hours, placing it between the polyethylene terephthalate (PET) films. The reaction was carried out. After performing the crosslinking process, the PET film was removed, and by-products adhering to the surface of the support were removed to obtain a cation exchange membrane.

2. 음이온 교환 고분자 전해질 충진 (양이온 교환 고분자 전해질 함량 대비 12 %)2. Filling of anion exchange polymer electrolyte (12% of the content of cation exchange polymer electrolyte)

상기 1. 양이온 교환 고분자 전해질 충진에 의해 제조된 양이온 교환막의 양쪽 표면에 음이온 교환 고분자 전해질을 충진하기 위하여, 비닐벤질트리메틸암모늄클로라이드((vinylbenzyl)trimethylammonium chloride, 99%), N,N’-에틸렌비스아크릴아미드 및 물을 12 : 1 : 12의 중량비로 혼합한 용액에 상기 1에 의해 제조된 양이온 교환막을 함침시켜 상기 1에 의해 제조된 양이온 교환막의 표면부에 덜 채워진 기공으로 용액이 충분히 침투할 수 있도록 한 후 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 필름 사이에 두고 2차로 80 ℃ 오븐에서 2시간 가교반응을 수행한 후, PET 필름을 제거하고 지지체 표면에 묻은 부산물을 제거하여 1가 선택성 양이온 교환막을 얻었다.In order to fill both surfaces of the cation exchange membrane prepared by the above 1. cation exchange polymer electrolyte filling, vinylbenzyltrimethylammonium chloride ((vinylbenzyl)trimethylammonium chloride, 99%), N,N'-ethylenebis The cation exchange membrane prepared by 1 is impregnated with a solution of acrylamide and water in a weight ratio of 12:1:12, so that the solution can sufficiently penetrate into pores that are less filled on the surface of the cation exchange membrane prepared by 1 above. After making it so that it was placed between polyethylene terephthalate (PET) films, a crosslinking reaction was performed in an oven at 80°C for 2 hours, and then the PET film was removed and by-products on the surface of the support were removed to obtain a monovalent selective cation exchange membrane.

<실시예 2> 다가 이온 배제형 이온 교환막 (양이온 교환 고분자 전해질 함량 대비 32 %의 음이온 교환 고분자 전해질 포함) 제조<Example 2> Preparation of polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane (including 32% of anion exchange polymer electrolyte based on the content of cation exchange polymer electrolyte)

1. 양이온 교환 고분자 전해질 충진1. Cation exchange polymer electrolyte filling

아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산(acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid, 99%), N,N’-에틸렌비스아크릴아미드 및 물을 6 : 1 : 6의 중량비로 혼합된 중합용액을 준비하고, 메탄올에 Darocur 1173이 10 중량비로 희석되어진 개시제 용액을 0.01 중량비 사용하였다. 이 후 두께 16 μm (12 - 35 μm), 기공분포 43 % (40 - 50 %)인 다공성 폴리에틸렌 지지체를 혼합용액에 함침시켜 지지체 내에 단량체가 충분히 침투할 수 있도록 한 후 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 필름 사이에 두고 1차로 6분간 (5 - 10 분) 자외선을 조사 (30 - 150 mJ/cm2)하였다. 상기 가교과정을 수행 후, PET 필름을 제거하고 지지체 표면에 묻은 부산물을 제거하여 양이온 교환막을 얻었다.A mixture of acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid (99%), N,N'-ethylenebisacrylamide and water in a weight ratio of 6:1:6 A polymerization solution was prepared, and an initiator solution in which Darocur 1173 was diluted in methanol at a 10 weight ratio was used in a 0.01 weight ratio. After that, a porous polyethylene support with a thickness of 16 μm (12-35 μm) and a pore distribution of 43% (40-50 %) is impregnated into the mixed solution so that the monomer can sufficiently penetrate into the support, and then a polyethylene terephthalate (PET) film It was irradiated with ultraviolet rays (30-150 mJ/cm 2 ) for 6 minutes (5-10 minutes) for the first time between the two . After performing the crosslinking process, the PET film was removed, and by-products adhering to the surface of the support were removed to obtain a cation exchange membrane.

2. 음이온 교환 고분자 전해질 충진 (양이온 교환 고분자 전해질 함량 대비 32 %)2. Filling of anion exchange polymer electrolyte (32% of the content of cation exchange polymer electrolyte)

상기 1. 양이온 교환 고분자 전해질 충진에 의해 제조된 양이온 교환막의 양쪽 표면에 음이온 교환 고분자 전해질을 충진하기 위하여, 비닐벤질트리메틸암모늄클로라이드((vinylbenzyl)trimethylammonium chloride, 99%), 1,4-비스아크릴로일피페라진 및 물을 12 : 1 : 4의 중량비로 혼합한 용액에 상기 1에 의해 제조된 양이온 교환막을 함침시켜 상기 1에 의해 제조된 양이온 교환막의 표면부에 덜 채워진 기공으로 용액이 충분히 침투할 수 있도록 한 후 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 필름 사이에 두고 2차로 6분간 (5 - 10 분) 자외선을 조사 (30 - 150 mJ/cm2)하였다. 상기와 같은 2차의 전해질 충진 및 가교 과정을 수행한 후, PET 필름을 제거하고 지지체 표면에 묻은 부산물을 제거하여 1가 선택성 양이온 교환막을 얻었다.In order to fill both surfaces of the cation exchange membrane prepared by the above 1. cation exchange polymer electrolyte filling, vinylbenzyltrimethylammonium chloride ((vinylbenzyl)trimethylammonium chloride, 99%), 1,4-bisacrylic The cation exchange membrane prepared by 1 is impregnated with a solution of ilpiperazine and water in a weight ratio of 12:1:4 so that the solution sufficiently penetrates into the pores less filled on the surface of the cation exchange membrane prepared by 1 above. After that, it was placed between polyethylene terephthalate (PET) films and irradiated with ultraviolet rays (30-150 mJ/cm 2 ) for 6 minutes (5-10 minutes) for a second time . After performing the secondary electrolyte filling and crosslinking process as described above, the PET film was removed and by-products on the surface of the support were removed to obtain a monovalent selective cation exchange membrane.

<비교예 1> 순수 양이온 교환막(E2)의 제조<Comparative Example 1> Preparation of pure cation exchange membrane (E2)

상기 실시예 1 및 2에 따른 다가 이온 배제형 이온 교환막의 선택성을 비교하기 위하여, 순수 양이온 교환막을 다음과 같이 제조하였다.In order to compare the selectivity of the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane according to Examples 1 and 2, a pure cation exchange membrane was prepared as follows.

아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산(acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid, 99%), N,N’-에틸렌비스아크릴아미드 및 물을 6 : 1 : 6의 중량비로 혼합된 중합용액을 준비하고, 메탄올에 Darocur 1173이 10 중량비로 희석되어진 개시제 용액을 0.01 중량비 사용하였다. 이 후 두께 16 μm (12 - 35 μm), 기공분포 43 % (40 - 50 %)인 다공성 폴리에틸렌 지지체를 혼합용액에 함침시켜 지지체 내에 단량체가 충분히 침투할 수 있도록 한 후 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 필름 사이에 두고 1차로 6분간 (5 - 10 분) 자외선을 조사 (30 - 150 mJ/cm2)하였다. 상기 가교과정을 수행 후, PET 필름을 제거하고 지지체 표면에 묻은 부산물을 제거하여 1차 양이온교환막을 얻었다.A mixture of acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid (99%), N,N'-ethylenebisacrylamide and water in a weight ratio of 6:1:6 A polymerization solution was prepared, and an initiator solution in which Darocur 1173 was diluted in methanol at a 10 weight ratio was used in a 0.01 weight ratio. After that, a porous polyethylene support with a thickness of 16 μm (12-35 μm) and a pore distribution of 43% (40-50 %) is impregnated into the mixed solution so that the monomer can sufficiently penetrate into the support, and then a polyethylene terephthalate (PET) film It was irradiated with ultraviolet rays (30-150 mJ/cm 2 ) for 6 minutes (5-10 minutes) for the first time between the two . After performing the crosslinking process, the PET film was removed and by-products on the surface of the support were removed to obtain a primary cation exchange membrane.

다음으로 동일한 조성의 혼합용액을 이용하여 상기와 같은 방법으로 1차 제조된 양이온 교환막에 충진 및 가교화를 통해 2차 양이온교환막을 얻었다.Next, a second cation exchange membrane was obtained by filling and crosslinking the first prepared cation exchange membrane in the same manner as above using a mixed solution of the same composition.

<비교예 2> 상용 양이온 교환막(CMV)의 준비<Comparative Example 2> Preparation of a commercial cation exchange membrane (CMV)

시판 중인 1가 양이온 교환막인 (아사히글라스, 일본)를 사용하여 실시예와 비교하였다.It was compared with the Examples using a commercially available monovalent cation exchange membrane (Asahi Glass, Japan).

<실험예><Experimental Example>

상기 실시예 및 비교예에 따른 이온 교환막을 도 4에 나타낸 측정 장치에 장착 후 막 좌측 용기에는 1 노르말 농도의 염화나트륨, 염화마그네슘 혹은 염화칼슘 수용액을 담고 막 우측 용기에는 증류수를 담았다. 시간이 경과함에 따라 수용액의 이온이 막 시료를 통해 투과하는 양을 알기 위하여 2시간 동안 전도도를 측정하였다. 각 용액의 농도별 전도도 측정을 통해 상기 결과를 농도로 변환시켜 시간에 따른 농도 변화를 도 2에 도시하였다.After mounting the ion exchange membranes according to the above Examples and Comparative Examples in the measuring device shown in FIG. 4, an aqueous solution of 1 normal concentration of sodium chloride, magnesium chloride or calcium chloride was contained in the vessel on the left side of the membrane, and distilled water was contained in the vessel on the right side of the membrane. Conductivity was measured for 2 hours to determine the amount of ions in the aqueous solution permeating through the membrane sample over time. By measuring the conductivity of each solution, the result was converted into a concentration, and the change in concentration over time is shown in FIG. 2.

또한, 아래 식을 이용해 이온 크로스오버에 대한 막의 투과도(Pcrossover), 막 면저항(Area resistance) 등을 계산한 결과를 하기 표 1에 나타냈다.In addition, the results of calculating the membrane permeability (P crossover ), the membrane resistance (Area resistance), etc. to ion crossover using the following equation are shown in Table 1 below.

Figure 112018103085088-pat00004
Figure 112018103085088-pat00004

(상기 식에서, V는 투과도 측정용 셀 양측 (해당 이온이 함유된 쪽 및 순수 쪽)에 공급된 동일량의 용액 부피 (cm3), L은 투과도 측정에 사용된 이온교환막 두께 (cm), A 또는 S는 투과도 또는 막 면저항 측정에 사용된 이온교환막 유효 면적 (cm2), CA는 해당 이온이 함유된 용액 내 초기 이온 농도 (M), CB(t)는 순수 쪽으로 넘어온 시간 변화에 따른 해당 이온의 농도 (M), t는 측정 시점에서의 변화된 시간 (s), t0는 측정 전 초기 시간 (s), R1은 막을 포함한 용액 저항 (Ω), R2는 용액만의 저항 (Ω)을 나타냄)(Wherein, V is a transmission cell on both sides for measuring (solution volume of the ion is supplied to the containing side and pure side) the same amount (cm 3), L is an ion exchange membrane thickness (cm), A used in the permeability measurement Or S is the effective area of the ion exchange membrane used for measuring the permeability or sheet resistance (cm 2 ), C A is the initial ion concentration in the solution containing the ions (M), and C B (t) is the change in time to the pure water. The concentration of the corresponding ion (M), t is the changed time at the time of measurement (s), t 0 is the initial time before measurement (s), R 1 is the resistance of the solution including the membrane (Ω), and R 2 is the resistance of the solution only ( Ω))

[표 1][Table 1]

Figure 112018103085088-pat00005
Figure 112018103085088-pat00005

도 5a 내지 5d 및 표 1에 따르면, 비교예 1 및 2에 따른 양이온 교환막과 달리 본원 실시예 1 및 2에 따른 양이온 교환막은 1가 양이온(Na+)의 투과 정도가 2가 양이온(Ca2+ 및 Mg2+)의 투과 정도에 비해 현저히 높아 1가 양이온에 대한 선택성이 비교예 1 및 2에 따른 양이온 교환막에 비해 현저히 우수함을 확인할 수 있다.5A to 5D and Table 1, unlike the cation exchange membranes according to Comparative Examples 1 and 2, the cation exchange membranes according to Examples 1 and 2 herein have a degree of permeation of a monovalent cation (Na + ) and a divalent cation (Ca 2+ ). And Mg 2+ ) is significantly higher than the degree of permeation, it can be confirmed that the selectivity for monovalent cations is significantly superior to the cation exchange membrane according to Comparative Examples 1 and 2.

하기 표 2는 본원 실시예 및 비교예에 따른 양이온 교환막의 NaCl에 대한 투과율을 기준으로 한 MgCl2 및 CaCl2의 투과율의 비율을 나타낸 것으로서, 앞서 도 5a 내지 도 5d와 표 1을 통해 확인한 것처럼, 실시예 1 및 2에 따른 양이온 교환막은 1가 양이온에 대한 선택성이 비교예 1 및 2에 따른 양이온 교환막에 비해 현저히 우수하며, 특히, 실시예 2에 따른 양이온 교환막의 경우 1가 양이온(Na+)이 2차 양이온(Ca2+ 및 Mg2+)에 비해 10배를 초과하는 선택도를 나타냈다. Table 2 below shows the ratio of the transmittance of MgCl 2 and CaCl 2 based on the transmittance of NaCl of the cation exchange membrane according to the present Examples and Comparative Examples, as confirmed through FIGS. 5A to 5D and Table 1 above, The cation exchange membranes according to Examples 1 and 2 have remarkably superior selectivity to monovalent cations compared to the cation exchange membranes according to Comparative Examples 1 and 2, and in particular, in the case of the cation exchange membrane according to Example 2, monovalent cations (Na + ) It exhibited a selectivity of more than 10 times compared to the secondary cations (Ca 2+ and Mg 2+ ).

[표 2][Table 2]

Figure 112018103085088-pat00006
Figure 112018103085088-pat00006

1: 다가 이온 배제형 이온 교환막
101: 롤투롤 공정 장치
110: 다공성 고분자 지지체
120: 양이온 교환 고분자 전해질
130: 음이온 교환 고분자 전해질
200: 상부필름
300: 하부필름
400: 상부 압착롤
450: 하부 압착롤
500: 상부 탈착롤
550: 하부 탈착롤
600: 자외선 조사 장치
700: 이온 교환 전구체 용액
710: 가교중합된 고분자 수지
1: polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane
101: roll-to-roll processing equipment
110: porous polymer support
120: cation exchange polymer electrolyte
130: anion exchange polymer electrolyte
200: upper film
300: lower film
400: upper pressing roll
450: lower pressing roll
500: upper detachable roll
550: lower detachment roll
600: ultraviolet irradiation device
700: ion exchange precursor solution
710: crosslinked polymerized polymer resin

Claims (14)

다공성 구조를 가지는 고분자 지지체; 및
상기 고분자 지지체에 함침된 이온 교환 고분자 전해질;
을 포함하는 다가 이온 배제형 이온 교환막으로서,
상기 이온 교환 고분자 전해질은 양이온 교환 고분자 전해질 및 음이온 교환 고분자 전해질을 포함하고,
상기 고분자 지지체 중심부에 양이온 교환 고분자 전해질이 함침되고,
상기 고분자 지지체 표면부에 음이온 교환 고분자 전해질이 함침된 것이고,
상기 양이온 교환 고분자 전해질 및 음이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율은 하기 식 1의 관계를 갖는 것이고,
상기 고분자 지지체 두께 방향에 따라 표면으로부터 중심으로 갈수록, 상기 음이온 교환 고분자 전해질에 대한 양이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이 증가하는 것인 다가 이온 배제형 이온 교환막:
[식 1]
A ≥ B
상기 식 1에서,
A는 상기 고분자 지지체의 중심부에서 음이온 교환 고분자 전해질에 대한 양이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이고,
B는 상기 고분자 지지체의 표면부에서 음이온 교환 고분자 전해질에 대한 양이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이고,
상기 중심부는 상기 고분자 지지체의 두께 100%에 대하여, 표면에서 중심 방향으로 20% 내지 80% 깊이까지의 영역이고,
상기 표면부는 상기 고분자 지지체의 두께 100%에 대하여, 표면에서 중심 방향으로 0% 내지 20% 깊이까지의 영역임.
A polymeric support having a porous structure; And
An ion exchange polymer electrolyte impregnated in the polymer support;
As a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane containing,
The ion exchange polymer electrolyte includes a cation exchange polymer electrolyte and an anion exchange polymer electrolyte,
A cation exchange polymer electrolyte is impregnated in the center of the polymer support,
An anion exchange polymer electrolyte is impregnated on the surface of the polymer support,
The content ratio of the cation exchange polymer electrolyte and the anion exchange polymer electrolyte has the relationship of the following formula 1,
A polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane, wherein the content ratio of the cation exchange polymer electrolyte to the anion exchange polymer electrolyte increases from the surface to the center according to the thickness direction of the polymer support:
[Equation 1]
A ≥ B
In Equation 1 above,
A is the content ratio of the cation exchange polymer electrolyte to the anion exchange polymer electrolyte in the center of the polymer support,
B is the content ratio of the cation exchange polymer electrolyte to the anion exchange polymer electrolyte in the surface portion of the polymer support,
The center portion is a region from the surface to the center direction to a depth of 20% to 80% with respect to 100% of the thickness of the polymer support,
The surface portion is a region ranging from 0% to 20% in the center direction from the surface to 100% of the thickness of the polymer support.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 음이온 교환 고분자 전해질의 함량은 양이온 교환 고분자 전해질 함량 대비 10% 내지 40%인 것인 다가 이온 배제형 이온 교환막.
The method of claim 1,
The content of the anion exchange polymer electrolyte is 10% to 40% of the content of the cation exchange polymer electrolyte polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 양이온 교환 고분자 전해질은 음이온기를 가지는 술폰산 함유 전해질 모노머가 가교 중합된 것인 다가 이온 배제형 이온 교환막.
The method of claim 1,
The cation exchange polymer electrolyte is a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane in which a sulfonic acid-containing electrolyte monomer having an anionic group is crosslinked and polymerized.
제5항에 있어서,
상기 음이온기를 가지는 술폰산 함유 전해질 모노머는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술포네이트 소듐(2-acrylamide-2-methylpropanesulfonate sodium), 비닐술포네이트 소듐(vinylsulfonate sodium), 비닐술포닉 애시드(vinylsulfonic acid), 알릴술포네이트 소듐(allyl sulfonate sodium), 2-메틸-2-프로펜-1-술포네이트 소듐(2-methyl-2-propene-1-sulfonate sodium), 3-술포프로필 아크릴레이트 소듐(3-sulfopropyl acrylate sodium) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 다가 이온 배제형 이온 교환막.
The method of claim 5,
The sulfonic acid-containing electrolyte monomer having an anionic group is 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonate sodium, vinylsulfonate sodium, vinylsulfonic acid, Allyl sulfonate sodium, 2-methyl-2-propene-1-sulfonate sodium, 3-sulfopropyl acrylate sodium A polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane comprising a material selected from the group consisting of acrylate sodium) and combinations thereof.
제1항에 있어서,
상기 음이온 교환 고분자 전해질은 양이온기를 가지는 4 가 암모늄염의 전해질 모노머가 가교 중합된 것인 다가 이온 배제형 이온 교환막.
The method of claim 1,
The anion exchange polymer electrolyte is a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane obtained by crosslinking polymerization of an electrolyte monomer of a quaternary ammonium salt having a cationic group.
제7항에 있어서,
상기 양이온기를 가지는 4 가 암모늄염의 전해질 모노머는 (3-아크릴아미도프로필)트리메틸암모늄 클로라이드[(3-acrylamidopropyl)trimethylammonium chloride], (비닐벤질)트리메틸암모늄 클로라이드[(vinylbenzyl)trimethylammonium chloride] 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 다가 이온 배제형 이온 교환막.
The method of claim 7,
Electrolytic monomers of the quaternary ammonium salt having a cationic group are (3-acrylamidopropyl) trimethylammonium chloride [(3-acrylamidopropyl)trimethylammonium chloride], (vinylbenzyl) trimethylammonium chloride [(vinylbenzyl)trimethylammonium chloride], and combinations thereof Multivalent ion exclusion type ion exchange membrane containing a material selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 다공성 고분자 지지체는 공극 부피가 40% 내지 50%, 기공 크기가 0.07 μm 내지 0.1 μm, 두께가 8 μm 내지 30 μm인 다가 이온 배제형 이온 교환막.
The method of claim 1,
The porous polymer support is a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane having a pore volume of 40% to 50%, a pore size of 0.07 μm to 0.1 μm, and a thickness of 8 μm to 30 μm.
제1항에 있어서,
상기 고분자 지지체 두께 대비 다가 이온 배제형 이온 교환막의 두께 비율은 1.0 내지 1.03인 것인 다가 이온 배제형 이온 교환막.
The method of claim 1,
The thickness ratio of the polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane to the thickness of the polymer support is 1.0 to 1.03.
음이온기를 가지는 전해질 모노머, 가교제, 개시제 및 용매를 포함하는 양이온 교환 전구체 용액에 다공성 고분자 지지체를 함침시키는 단계;
상기 다공성 고분자 지지체에 광을 조사하여 상기 양이온 교환 전구체 용액을 가교반응 시켜 상기 다공성 고분자 지지체 중심부에 양이온 교환 고분자 전해질을 형성시키는 단계;
양이온기를 가지는 전해질 모노머, 가교제, 개시제 및 용매를 포함하는 음이온 교환 전구체 용액에 상기 양이온 교환 고분자 전해질이 내부에 형성된 다공성 고분자 지지체를 함침시키는 단계; 및
상기 음이온 교환 전구체 용액에 함침된 다공성 고분자 지지체에 광을 조사하여 상기 음이온 교환 전구체 용액을 가교반응 시켜 상기 다공성 고분자 지지체 표면부에 음이온 교환 고분자 전해질을 형성시키는 단계;
를 포함하는 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법으로서,
상기 제조방법으로 제조된 다가 이온 배제형 이온 교환막은,
상기 양이온 교환 고분자 전해질 및 음이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율은 하기 식 1의 관계를 갖는 것이고,
상기 고분자 지지체 두께 방향에 따라 표면으로부터 중심으로 갈수록, 상기 음이온 교환 고분자 전해질에 대한 양이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이 증가하는 것인 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법:
[식 1]
A ≥ B
상기 식 1에서,
A는 상기 고분자 지지체의 중심부에서 음이온 교환 고분자 전해질에 대한 양이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이고,
B는 상기 고분자 지지체의 표면부에서 음이온 교환 고분자 전해질에 대한 양이온 교환 고분자 전해질의 함량 비율이고,
상기 중심부는 상기 고분자 지지체의 두께 100%에 대하여, 표면에서 중심 방향으로 20% 내지 80% 깊이까지의 영역이고,
상기 표면부는 상기 고분자 지지체의 두께 100%에 대하여, 표면에서 중심 방향으로 0% 내지 20% 깊이까지의 영역임.
Impregnating a porous polymer support in a cation exchange precursor solution containing an electrolyte monomer having an anionic group, a crosslinking agent, an initiator, and a solvent;
Irradiating light to the porous polymer support to crosslink the cation exchange precursor solution to form a cation exchange polymer electrolyte in the center of the porous polymer support;
Impregnating an anion exchange precursor solution comprising an electrolyte monomer having a cationic group, a crosslinking agent, an initiator, and a solvent with a porous polymer support having the cation exchange polymer electrolyte formed therein; And
Forming an anion exchange polymer electrolyte on the surface of the porous polymer support by irradiating light to the porous polymer support impregnated with the anion exchange precursor solution to crosslink the anion exchange precursor solution;
As a method for producing a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane comprising,
The polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane prepared by the above manufacturing method,
The content ratio of the cation exchange polymer electrolyte and the anion exchange polymer electrolyte has the relationship of the following formula 1,
A method of manufacturing a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane, wherein the content ratio of the cation exchange polymer electrolyte to the anion exchange polymer electrolyte increases from the surface to the center according to the thickness direction of the polymer support:
[Equation 1]
A ≥ B
In Equation 1 above,
A is the content ratio of the cation exchange polymer electrolyte to the anion exchange polymer electrolyte in the center of the polymer support,
B is the content ratio of the cation exchange polymer electrolyte to the anion exchange polymer electrolyte in the surface portion of the polymer support,
The center portion is a region from the surface to the center direction to a depth of 20% to 80% with respect to 100% of the thickness of the polymer support,
The surface portion is a region ranging from 0% to 20% in the center direction from the surface to 100% of the thickness of the polymer support.
제11항에 있어서,
상기 음이온기를 가지는 전해질 모노머는 술폰산 함유 전해질 모노머인 것인 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법.
The method of claim 11,
The method of manufacturing a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane, wherein the electrolyte monomer having an anionic group is an electrolyte monomer containing sulfonic acid.
제11항에 있어서,
상기 양이온기를 가지는 전해질 모노머는 4 가 암모늄염 전해질 모노머인 것인 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법.
The method of claim 11,
The method of manufacturing a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane, wherein the electrolyte monomer having a cationic group is a tetravalent ammonium salt electrolyte monomer.
제11항에 있어서,
상기 다공성 고분자 지지체는 상기 양이온 교환 전구체 용액에 함침되기 전에 계면활성제에 의해 친수화 처리되는 것인 다가 이온 배제형 이온 교환막의 제조방법.
The method of claim 11,
The method of manufacturing a polyvalent ion exclusion type ion exchange membrane, wherein the porous polymer support is hydrophilized with a surfactant before being impregnated with the cation exchange precursor solution.
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