KR102191140B1 - An ion-exchange membrane and a method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 중량평균분자량(Mw)이 250,000~450,000인 폴리올레핀을 포함하는 매트릭스; 및 상기 매트릭스 중에서 가교된 실란 변성 폴리올레핀;을 포함하는 지지체와 전해질을 포함하는, 이온교환막 및 그 제조방법을 제공한다.An embodiment of the present invention is a matrix comprising a polyolefin having a weight average molecular weight (Mw) of 250,000 to 450,000; And it provides a silane-modified polyolefin crosslinked in the matrix; including a support and an electrolyte, an ion exchange membrane and a method of manufacturing the same.

Description

이온교환막 및 그 제조방법{AN ION-EXCHANGE MEMBRANE AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Ion exchange membrane and its manufacturing method {AN ION-EXCHANGE MEMBRANE AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 이온교환막 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ion exchange membrane and a method of manufacturing the same.

이온교환막은 연료전지, 레독스 흐름 전지, 수처리, 해수의 담수화 등의 여러 분야에서 활용되고 있다. 이온교환막은 제조공정이 상대적으로 단순하고, 특정 이온에 대한 선택성이 뛰어나며, 응용범위가 넓어 특히 화석원료 사용량을 감소시켜 환경오염을 저감할 수 있는 주요한 청정기술로서 세계적인 주목을 받고 있다. 상기와 같은 이온교환막은 수용액 중의 양이온 및 음이온을 선택적으로 분리할 수 있어 연료전지, 전기투석, 산과 염기 회수를 위한 물 분해 전기투석, 산세 폐액으로부터 산 및 금속화학종을 회수하기 위한 확산투석, 초순수 공정 등 폭넓게 사용되고 있으며, 최근 선진국에서는 고성능 이온교환막이 개발됨에 따라 그 응용범위는 더욱 확대되고 있다.Ion exchange membranes are used in various fields such as fuel cells, redox flow cells, water treatment, and seawater desalination. Ion exchange membranes are attracting worldwide attention as a major clean technology capable of reducing environmental pollution by reducing the use of fossil raw materials, especially because of their relatively simple manufacturing process, excellent selectivity for specific ions, and a wide range of applications. The ion exchange membrane as described above can selectively separate cations and anions in aqueous solutions, such as fuel cells, electrodialysis, water decomposition electrodialysis for recovering acids and bases, diffusion dialysis for recovering acids and metal species from pickling waste, ultrapure water. It is widely used, such as a process, and as high-performance ion exchange membranes have recently been developed in advanced countries, their application range is further expanded.

이러한 이온교환막은 높은 선택성을 가져야 하며 용매 및 비 이온 용질의 낮은 투과성, 선택된 투과이온의 확산에 대한 낮은 저항, 높은 기계적 강도 및 내화학성을 필요로 한다. 이러한 이온교환막은 우수한 기계적 강도와 내구성이 요구된다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 보편적으로 사용되는 방법은 무기물을 첨가하여 하이브리드 복합 막을 제조하는 방법, 촉매 혼합물을 가열 압착하는 핫프레스법, 경화제를 첨가하는 방법 등이 있다. 하이브리드 복합막 제조방법은 막의 스웰링 현상이 계속된다면 막의 첨가물과 고분자 막 간의 틈이 생기게 되어 정상적인 이온교환능력을 발휘할 수 없게 된다는 단점이 있다. 또한 경화제를 첨가하는 방법 역시 시간의 경과에 따라 경화제가 용출되는 단점이 있다. 앞서 기술한 바와 같은 문제점들로 인해 여전히 내구성이 높고 기계적 물성이 우수한 이온교환막의 개발이 요구되고 있다.Such an ion exchange membrane should have high selectivity and require low permeability of solvent and non-ionic solutes, low resistance to diffusion of selected permeated ions, high mechanical strength and chemical resistance. These ion exchange membranes are required to have excellent mechanical strength and durability. Methods commonly used to meet these needs include a method of preparing a hybrid composite membrane by adding an inorganic substance, a hot press method of heat-pressing a catalyst mixture, a method of adding a curing agent, and the like. The hybrid composite membrane manufacturing method has a disadvantage in that if the swelling phenomenon of the membrane continues, a gap is created between the additive of the membrane and the polymer membrane, so that normal ion exchange capability cannot be exhibited. In addition, the method of adding the curing agent also has a disadvantage in that the curing agent is eluted over time. Due to the above-described problems, the development of an ion exchange membrane having high durability and excellent mechanical properties is still required.

현재 상용화된 이온교환막은 술폰화된 폴리스티렌(Sulfonated polystyrene), 듀퐁(Du Pont)사에서 제조한 NafionTM(이하, "나피온")등을 들 수 있다. 그러나 상기 술폰화된 폴리스티렌은 건조하게 되면 취성의 증가로 부서지게 되어 박막화나 복합막 등의 형태로 성형이 어렵게 되며 전극으로 가공 시 기계적 안정성이 저하되는 단점이 있다. 이러한 단점을 개선하기 위해서는 폴리스티렌의 술폰화 비율을 조절하는 방법 또는 막의 두께를 두껍게 하는 방법 등이 있는데, 이 경우 막의 저항이 증가하여 막의 이온교환능력이 현저하게 저하되어 이온교환막으로서의 성능을 기대할 수 없고 시스템 제작 시 부피가 증가하여 공간의 제약을 받게 된다. 또한, 나피온은 불소계 물질로서 높은 이온전도성과 화학적 안정성 등으로 인해 이온교환막으로 널리 사용되어 왔으나, 불소화합물로 인해 가격이 매우 고가이며, 고온에서의 사용이 제한되는 단점이 있다. 실제로 상기 나피온 등과 같은 고가의 이온교환막은 스택 제조가격을 높이는 원인으로 지목되고 있다. 상기 나피온과 같은 불소계 이온교환막의 단가는 약 100만원/m2 으로 높기 때문에 해결되어야 할 과제 중 하나이다. 이에 원가가 저렴한 비불소 이온교환막에 대한 다양한 연구가 이루어졌으며, 특히, SPAES(sulfonated poly arylene ether sulfone), SPEEK(sulfonated polyether ether ketone), PBI(Polybenzimidazole), SPSf(sulfonated polysulfone) 및 기타 합성고분자 등 탄화수소계열의 고분자들에 대한 연구가 광범위하게 이루어져왔다.Currently, commercially available ion exchange membranes include sulfonated polystyrene, Nafion (hereinafter referred to as "Nafion") manufactured by Du Pont. However, when the sulfonated polystyrene is dried, it is broken due to an increase in brittleness, making it difficult to form a thin film or a composite film, and there is a disadvantage in that mechanical stability is lowered when processed into an electrode. In order to improve these disadvantages, there is a method of adjusting the sulfonation ratio of polystyrene or a method of increasing the thickness of the membrane.In this case, the resistance of the membrane is increased and the ion exchange capacity of the membrane is remarkably decreased, and the performance as an ion exchange membrane cannot be expected. When the system is manufactured, the volume is increased and space is limited. In addition, Nafion, as a fluorine-based material, has been widely used as an ion exchange membrane due to its high ion conductivity and chemical stability. However, due to the fluorine compound, it is very expensive and its use at high temperatures is limited. In fact, expensive ion exchange membranes such as Nafion have been pointed out as a cause of increasing the cost of manufacturing the stack. The unit cost of a fluorine-based ion exchange membrane such as Nafion is about 1 million won/m 2 , which is one of the problems to be solved. Accordingly, various studies have been conducted on non-fluorine ion exchange membranes with low cost, in particular, SPAES (sulfonated poly arylene ether sulfone), SPEEK (sulfonated polyether ether ketone), PBI (polybenzimidazole), SPSf (sulfonated polysulfone), and other synthetic polymers. Studies on hydrocarbon-based polymers have been extensively conducted.

이와 같이, 비불소계 고분자에 다양한 관능기의 도입, 고분자 사슬의 배치, 분자량의 조절 등 다양한 인자들을 조절하여 새로운 물질들이 개발되어 그 가능성을 테스트해왔다. 그러나 대부분의 물질들은 우수한 전기적 성능에 비해 낮은 화학적, 물리적 안정성으로 인해 실제 적용이 제한적인 문제가 있다.As described above, new materials have been developed and tested for their possibilities by controlling various factors such as the introduction of various functional groups into the non-fluorine-based polymer, the arrangement of the polymer chain, and the control of the molecular weight. However, most materials are limited in practical application due to low chemical and physical stability compared to their excellent electrical performance.

이에 대해, 고분자 물질 자체의 성능을 향상시키기 위한 다양한 방법이 제시되기도 하였으나, 여전히 이온선택성과 내구성이 낮은 문제가 있다.On the other hand, although various methods have been suggested to improve the performance of the polymer material itself, there is still a problem of low ion selectivity and durability.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기계적 물성과 이온교환능이 우수하면서도 이를 균일하게 구현할 수 있고, 알콕시비닐실란의 용출 및 폐기에 따라 제조 단가가 상승하는 문제를 해결하여 경제성이 우수한 이온교환막 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, the object of the present invention is excellent in mechanical properties and ion exchange ability, it can be implemented uniformly, and the production cost increases according to the elution and disposal of alkoxyvinylsilane. To solve the problem, to provide an ion exchange membrane with excellent economical efficiency and a manufacturing method thereof.

본 발명의 일 측면은, 중량평균분자량(Mw)이 250,000~450,000인 폴리올레핀을 포함하는 매트릭스 및 상기 매트릭스 중에서 가교된 실란 변성 폴리올레핀을 포함하는 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체의 기공에 함침되거나 표면에 도포된 전해질;을 포함하는, 이온교환막을 제공한다.One aspect of the present invention, a weight average molecular weight (M w ) a matrix comprising a polyolefin having a weight average molecular weight (M w ) of 250,000 to 450,000, and a porous support comprising a crosslinked silane-modified polyolefin in the matrix; And an electrolyte impregnated in the pores of the porous support or applied to the surface thereof.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 지지체는 무기필러를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the porous support may further include an inorganic filler.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 지지체 중 상기 무기필러의 함량은 10~70중량%일 수 있다.In one embodiment, the content of the inorganic filler in the porous support may be 10 to 70% by weight.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 지지체 중 상기 실란 변성 폴리올레핀의 함량은 0.1~5중량%일 수 있다.In one embodiment, the content of the silane-modified polyolefin in the porous support may be 0.1 to 5% by weight.

일 실시예에 있어서, 상기 실란은 알콕시기를 함유하는 비닐실란일 수 있다.In one embodiment, the silane may be a vinyl silane containing an alkoxy group.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 지지체는 하기 (i) 내지 (ix)의 조건 중 하나 이상을 만족할 수 있다.In one embodiment, the porous support may satisfy one or more of the following conditions (i) to (ix).

(i) 통기도 125~300sec/100ml; (ii) 천공강도 200~400gf; (iii) 세로방향(MD) 인장강도 1,500~3,000kgf/cm2; (iv) 가로방향(TD) 인장강도 1,000~2,500kgf/cm2; (v) 세로방향(MD) 인장신율 80% 이하; (vi) 가로방향(TD) 인장신율 55% 이하; (vii) 120℃에서 세로방향 열수축률 10% 이하; (viii) 120℃에서 가로방향 열수축률 15% 이하; (ix) 멜트다운온도 200~250℃.(i) air permeability 125~300sec/100ml; (ii) punching strength 200~400gf; (iii) Tensile strength in the longitudinal direction (MD) 1,500~3,000kgf/cm 2 ; (iv) Transverse direction (TD) tensile strength 1,000~2,500kgf/cm 2 ; (v) 80% or less of tensile elongation in the longitudinal direction (MD); (vi) 55% or less of tensile elongation in the transverse direction (TD); (vii) 10% or less of longitudinal heat shrinkage at 120°C; (viii) 15% or less in transverse direction heat shrinkage at 120°C; (ix) Meltdown temperature 200~250℃.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 지지체의 평균 기공 크기는 20~2,000nm일 수 있다.In one embodiment, the average pore size of the porous support may be 20 ~ 2,000nm.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 지지체는 접촉각이 15˚ 이하일 수 있다.In one embodiment, the porous support may have a contact angle of 15° or less.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 지지체의 기공률은 30~90%일 수 있다.In one embodiment, the porosity of the porous support may be 30 to 90%.

일 실시예에 있어서, 상기 전해질은 술폰화 고분자, 불소계 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.In one embodiment, the electrolyte may include a sulfonated polymer, a fluorine-based compound, or a combination thereof.

일 실시예에 있어서, 상기 술폰화 고분자의 술폰화도가 60~90%일 수 있다.In one embodiment, the degree of sulfonation of the sulfonated polymer may be 60 to 90%.

일 실시예에 있어서, 상기 술폰화 고분자가 폴리술폰 계열, 폴리(에테르술폰) 계열, 폴리(티오술폰) 계열, 폴리(에테르에테르케톤) 계열, 폴리이미드 계열, 폴리스티렌 계열, 폴리포스파젠 계열, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나의 술폰화 탄화수소계 고분자일 수 있다.In one embodiment, the sulfonated polymer is polysulfone series, poly(ethersulfone) series, poly(thiosulfone) series, poly(etheretherketone) series, polyimide series, polystyrene series, polyphosphagen series, and It may be one sulfonated hydrocarbon-based polymer selected from the group consisting of a mixture of two or more of these.

일 실시예에 있어서, 상기 불소계 화합물이 퍼플루오로술폰산, 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌 및 이들 중 2 이상의 공중합체 또는 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.In one embodiment, the fluorine-based compound is a copolymer of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing perfluorosulfonic acid, poly(perfluorosulfonic acid), poly(perfluorocarboxylic acid), sulfonic acid group, It may be one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene, polyvinylfluoride, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, and two or more copolymers or combinations thereof.

본 발명의 다른 일 측면은, (a) 중량평균분자량(Mw)이 250,000~450,000인 폴리올레핀 및 실란 변성 폴리올레핀을 포함하는 조성물을 가공하여 다공성 지지체를 제조하는 단계; (b) 상기 다공성 지지체에 포함된 실란 변성 폴리올레핀을 가교시키는 단계; 및 (c) 상기 다공성 지지체를 전해질 및 용매를 포함하는 전해액에 함침하는 단계;를 포함하는, 이온교환막의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention, (a) manufacturing a porous support by processing a composition comprising a polyolefin having a weight average molecular weight (M w ) of 250,000 to 450,000 and a silane-modified polyolefin; (b) crosslinking the silane-modified polyolefin contained in the porous support; And (c) impregnating the porous support in an electrolyte solution containing an electrolyte and a solvent; containing, it provides a method for producing an ion exchange membrane.

일 실시예에 있어서, 상기 조성물은 가교 촉매를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the composition may further include a crosslinking catalyst.

일 실시예에 있어서, 상기 조성물 중 상기 가교 촉매의 함량은 0.01~5중량%일 수 있다.In one embodiment, the content of the crosslinking catalyst in the composition may be 0.01 to 5% by weight.

일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서, 상기 다공성 지지체를 끓는점이 100℃ 초과인 용액이 담지된 가교조에 투입하고 연속적으로 통과시킬 수 있다.In one embodiment, in the step (b), the porous support may be introduced into a crosslinking tank in which a solution having a boiling point exceeding 100° C. is supported and passed continuously.

일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는 120℃ 이상의 온도에서 이루어질 수 있다.In one embodiment, step (b) may be performed at a temperature of 120°C or higher.

일 실시예에 있어서, 상기 용액은 가교 촉매를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the solution may further include a crosslinking catalyst.

일 실시예에 있어서, 상기 용액 중 가교 촉매의 함량은 0.5~15중량%일 수 있다.In one embodiment, the content of the crosslinking catalyst in the solution may be 0.5 to 15% by weight.

일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계 이전에, 이산화황(SO2) 및 산소(O2)를 포함하는 혼합가스 존재 하에서 다공성 지지체를 플라즈마 처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, prior to step (c), the step of plasma treatment of the porous support in the presence of a mixed gas containing sulfur dioxide (SO 2 ) and oxygen (O 2 ); may further include.

일 실시예에 있어서, 상기 혼합가스가 이산화황 50~90부피% 및 산소 10~50부피%를 포함할 수 있다.In one embodiment, the mixed gas may contain 50 to 90 vol% of sulfur dioxide and 10 to 50 vol% of oxygen.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 처리가 0.5~90분 간 수행될 수 있다.In one embodiment, the plasma treatment may be performed for 0.5 to 90 minutes.

일 실시예에 있어서, 상기 전해액 중 상기 전해질의 함량이 10~60중량%일 수 있다.In one embodiment, the content of the electrolyte in the electrolyte may be 10 to 60% by weight.

본 발명의 일 측면에 따른 이온교환막 및 그 제조방법은, 이온교환막의 지지체의 제조에 있어서, 폴리올레핀의 실란 변성 반응을 별도로 수행하지 않고 실란 변성이 완료된 폴리올레핀을 사용하되, 이를 일정 범위의 중량평균분자량을 가지는 폴리올레핀과 일정 비율로 혼합하여 사용함으로써 기계적 물성이 우수하면서도 이를 균일하게 구현할 수 있고, 알콕시비닐실란의 용출 및 폐기에 따라 제조 단가가 상승하는 문제를 해결하여 생산성, 경제성을 극대화할 수 있다.The ion exchange membrane and its manufacturing method according to an aspect of the present invention, in the manufacture of the support of the ion exchange membrane, use a polyolefin having silane modification completed without separately performing a silane modification reaction of the polyolefin, which is a weight average molecular weight in a certain range. By mixing and using a polyolefin having a certain ratio with excellent mechanical properties, it can be implemented uniformly, and productivity and economics can be maximized by solving the problem of increasing the manufacturing cost according to the elution and disposal of alkoxyvinylsilane.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 이온교환막의 지지체를 이산화황(SO2) 및 산소(O2)를 포함하는 혼합가스 존재 하에서 플라즈마 처리하여 지지체의 표면 및 내부 기공의 표면을 친수화, 술폰화함으로써 상기 지지체에 함침된 전해질과의 결합력 및 그에 따른 이온교환막의 내구성과 이온전도성을 향상시킬 수 있다.According to another aspect of the present invention, by treating the support of the ion exchange membrane with plasma in the presence of a mixed gas containing sulfur dioxide (SO 2 ) and oxygen (O 2 ), the surface of the support and the surfaces of the internal pores are hydrophilized and sulfonated. It is possible to improve the binding force with the electrolyte impregnated in the support and thus durability and ion conductivity of the ion exchange membrane.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 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 deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다공성 지지체의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 이온교환막의 단면 SEM 사진이다.
1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a porous support manufactured according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional SEM photograph of an ion exchange membrane manufactured according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and therefore is not limited to the embodiments described herein.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further provided, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

이온교환막Ion exchange membrane

본 발명의 일 측면은, 중량평균분자량(Mw)이 250,000~450,000인 폴리올레핀을 포함하는 매트릭스 및 상기 매트릭스 중에서 가교된 실란 변성 폴리올레핀을 포함하는 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체의 기공에 함침되거나 표면에 도포된 전해질;을 포함하는, 이온교환막을 제공한다.One aspect of the present invention, a matrix comprising a polyolefin having a weight average molecular weight (Mw) of 250,000 to 450,000 and a porous support comprising a crosslinked silane-modified polyolefin in the matrix; And an electrolyte impregnated in the pores of the porous support or applied to the surface thereof.

상기 지지체는 내부에 기공이 형성된, 다공막의 일종일 수 있다. 상기 전해질은 상기 지지체 내부의 기공 중 적어도 일부에 함침될 수 있고, 추가로 상기 지지체 표면의 적어도 일부에 코팅될 수 있다. 상기 기공 내부의 전해질 및 지지체 표면의 전해질은 상호 연결되어 있을 수 있다.The support may be a kind of porous membrane having pores formed therein. The electrolyte may be impregnated in at least a portion of the pores inside the support, and may be further coated on at least a portion of the surface of the support. The electrolyte inside the pores and the electrolyte on the surface of the support may be interconnected.

상기 지지체에서 상기 실란 변성 폴리올레핀은 상기 매트릭스 중에서 가교되어 상기 매트릭스를 견고하게 지지, 고정시킴으로써 상기 지지체의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어, "매트릭스"는 2종 이상의 성분을 포함하는 지지체에서 연속상을 구성하는 성분을 의미한다. 즉, 상기 지지체에서 중량평균분자량(Mw)이 250,000~450,000인 폴리올레핀이 연속상으로 존재하며, 그 내부에서 가교된 실란 변성 폴리올레핀이 불연속상으로 존재할 수 있다.In the support, the silane-modified polyolefin is crosslinked in the matrix to firmly support and fix the matrix, thereby improving the mechanical properties of the support. As used herein, the term "matrix" refers to a component constituting a continuous phase in a support comprising two or more components. That is, in the support, a polyolefin having a weight average molecular weight (M w ) of 250,000 to 450,000 may exist in a continuous phase, and a silane-modified polyolefin crosslinked therein may exist in a discontinuous phase.

본 발명의 이온교환막의 실질적인 활용을 위해서 상기 실란 변성 폴리올레핀의 분포를 균일하게 조절하여 가교된 실란 변성 폴리올레핀이 상기 지지체 중에 균일하게 분포하도록 조절할 필요가 있다. 상기 실란 변성 폴리올레핀의 가교 반응이 상기 지지체 중 일부 영역에 편중되어 일어나는 경우 필요한 수준의 기계적 물성을 구현할 수 없고, 특히, 상기 지지체의 영역에 따른 기계적 물성의 편차가 커져 제품의 신뢰성, 재현성이 현저히 저하될 수 있다.For practical use of the ion exchange membrane of the present invention, it is necessary to uniformly control the distribution of the silane-modified polyolefin so that the crosslinked silane-modified polyolefin is uniformly distributed in the support. When the crosslinking reaction of the silane-modified polyolefin occurs due to bias in some regions of the support, the required level of mechanical properties cannot be realized, and in particular, the mechanical properties of the support region increase, so the reliability and reproducibility of the product significantly decrease. Can be.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 매트릭스를 구성하는 상기 폴리올레핀의 분자량을 일정 범위로 조절함으로써, 상기 폴리올레핀과 상기 실란 변성 폴리올레핀이 압출기 내에서 혼련되는 과정에서 상기 실란 변성 폴리올레핀을 상기 폴리올레핀 중에 균일하게 분산시킬 수 있다. 상기 폴리올레핀의 중량평균분자량(Mw)은 250,000~450,000일 수 있다. 상기 폴리올레핀의 중량평균분자량이 450,000 초과이면 점도가 높아져 가공성이 저하될 수 있고, 250,000 미만이면 점도가 과도하게 낮아져 상기 실란 변성 폴리올레핀의 분산성이 극도로 저하되며, 경우에 따라, 상기 폴리올레핀 및 상기 실란 변성 폴리올레핀 간에 상분리 또는 층분리가 발생할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by adjusting the molecular weight of the polyolefin constituting the matrix to a certain range, the silane-modified polyolefin is uniformly mixed in the polyolefin while the polyolefin and the silane-modified polyolefin are kneaded in an extruder. Can be dispersed. The weight average molecular weight (M w ) of the polyolefin may be 250,000 to 450,000. If the weight average molecular weight of the polyolefin is more than 450,000, the viscosity increases and processability may be reduced, and if it is less than 250,000, the viscosity is excessively lowered and the dispersibility of the silane-modified polyolefin is extremely reduced, and in some cases, the polyolefin and the silane Phase separation or layer separation may occur between the modified polyolefins.

상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌부틸아크릴레이트, 에틸렌에틸아크릴레이트 및 이들 중 2 이상의 조합 또는 공중합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 폴리에틸렌일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The polyolefin may be one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, ethylene vinyl acetate, ethylene butyl acrylate, ethylene ethyl acrylate, and combinations or copolymers of two or more of them, and preferably, polyethylene. It is not limited.

상기 지지체 중 상기 실란 변성 폴리올레핀의 함량은 0.1~5중량%일 수 있다. 상기 지지체 중 상기 실란 변성 폴리올레핀의 함량이 0.1중량% 미만이면 필요한 수준의 기계적 물성을 구현할 수 없고, 5중량% 초과이면 기계적 물성이 필요한 수준으로 수렴하므로 경제성, 생산성 측면에서 불리하다.The content of the silane-modified polyolefin in the support may be 0.1 to 5% by weight. If the content of the silane-modified polyolefin in the support is less than 0.1% by weight, the required level of mechanical properties cannot be realized, and if it exceeds 5% by weight, the mechanical properties converge to the required level, which is disadvantageous in terms of economy and productivity.

상기 실란은 알콕시기를 함유하는 비닐실란일 수 있다. 예를 들어, 상기 알콕시기를 함유하는 비닐실란은 트리메톡시비닐실란, 트리에톡시비닐실란, 트리아세톡시비닐실란 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 트리메톡시비닐실란일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The silane may be a vinyl silane containing an alkoxy group. For example, the vinylsilane containing an alkoxy group may be one selected from the group consisting of trimethoxyvinylsilane, triethoxyvinylsilane, triacetoxyvinylsilane, and a combination of two or more of them, and preferably, It may be methoxyvinylsilane, but is not limited thereto.

상기 지지체는 무기필러를 더 포함할 수 있다. 상기 무기필러는 실리카(SiO2), TiO2, Al2O3, 제올라이트(zeolite), AlOOH, BaTiO2, 탈크(Talk), Al(OH)3, CaCO3 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으며, 바람직하게는 10nm~1,000nm의 평균 입도를 가지는 구형의 나노입자, 바람직하게는 그 표면이 소수화 또는 친수화 처리된 나노입자일 수 있다. 상기 지지체 중 상기 무기필러의 함량은 10~70중량%, 바람직하게는 10~60중량%일 수 있다. 상기 무기필러의 함량이 10중량% 미만이면 상기 지지체의 기계적 강도, 내산성, 내화학성, 난연성이 저하될 수 있고, 70중량% 초과이면 상기 지지체의 유연성, 가공성이 저하될 수 있다.The support may further include an inorganic filler. The inorganic filler is a group consisting of silica (SiO 2 ), TiO 2 , Al 2 O 3 , zeolite, AlOOH, BaTiO 2 , talc (Talk), Al (OH) 3 , CaCO 3 and a mixture of two or more of them It may be one selected from, preferably spherical nanoparticles having an average particle size of 10 nm to 1,000 nm, preferably nanoparticles whose surface is hydrophobicized or hydrophilized. The content of the inorganic filler in the support may be 10 to 70% by weight, preferably 10 to 60% by weight. If the content of the inorganic filler is less than 10% by weight, mechanical strength, acid resistance, chemical resistance, and flame retardancy of the support may be deteriorated, and if it exceeds 70% by weight, flexibility and workability of the support may be lowered.

예를 들어, 실리카(SiO2)는 그 표면에 소수성인 직쇄 탄화수소(linear hydrocarbon) 분자로 이루어진 탄화수소층이 형성된 것일 수 있다. 실리카 자체는 친수성 성질을 가지고 있으므로 소수성인 폴리에틸렌과 상용성을 개선하기 위해서는 직쇄 탄화수소 분자, 예를 들어, (폴리)에틸렌이 코팅된 구형 실리카 나노입자가 적합하다.For example, silica (SiO 2 ) may have a hydrocarbon layer formed of hydrophobic linear hydrocarbon molecules formed on its surface. Since silica itself has hydrophilic properties, in order to improve compatibility with hydrophobic polyethylene, a spherical silica nanoparticle coated with a straight-chain hydrocarbon molecule, for example, (poly)ethylene, is suitable.

상기와 같이, 분자량이 일정 범위로 조절된 폴리올레핀계 매트릭스 중에 일정량의 실란 변성 폴리올레핀이 가교된 구조의 지지체는 하기 (i) 내지 (ix)의 조건 중 하나 이상을 만족할 수 있다. (i) 통기도 125~300sec/100ml; (ii) 천공강도 200~400gf; (iii) 세로방향(MD) 인장강도 1,500~3,000kgf/cm2; (iv) 가로방향(TD) 인장강도 1,000~2,500kgf/cm2; (v) 세로방향(MD) 인장신율 80% 이하; (vi) 가로방향(TD) 인장신율 55% 이하; (vii) 120℃에서 세로방향 열수축률 10% 이하; (viii) 120℃에서 가로방향 열수축률 15% 이하; (ix) 멜트다운온도 200~250℃.As described above, the support having a structure in which a certain amount of silane-modified polyolefin is crosslinked in a polyolefin-based matrix whose molecular weight is adjusted to a certain range may satisfy one or more of the following conditions (i) to (ix). (i) air permeability 125~300sec/100ml; (ii) punching strength 200~400gf; (iii) Tensile strength in the longitudinal direction (MD) 1,500~3,000kgf/cm 2 ; (iv) Transverse direction (TD) tensile strength 1,000~2,500kgf/cm 2 ; (v) 80% or less of tensile elongation in the longitudinal direction (MD); (vi) 55% or less of tensile elongation in the transverse direction (TD); (vii) 10% or less of longitudinal heat shrinkage at 120°C; (viii) 15% or less in transverse direction heat shrinkage at 120°C; (ix) Meltdown temperature 200~250℃.

상기 지지체는 친수화, 술폰화 처리되어 우수한 이온전도성을 만족할 수 있다. 친수화된 지지체의 평균 기공 크기는 20~2,000nm일 수 있고, 수분(H2O)과의 접촉각은 15˚ 이하일 수 있으며, 상기 다공막의 표면에서 음의 값(-)으로 측정된 제타전위의 절대값은 10mV 이상, 바람직하게는, 15mV 이상, 더 바람직하게는, 20mV 이상일 수 있다. 또한, 상기 지지체의 기공율은 30~90%, 바람직하게는, 50~80%일 수 있다.The support may be hydrophilized and sulfonated to satisfy excellent ionic conductivity. The average pore size of the hydrophilized support may be 20 to 2,000 nm, the contact angle with moisture (H 2 O) may be 15 degrees or less, and the zeta potential measured as a negative value (-) on the surface of the porous membrane The absolute value of may be 10 mV or more, preferably 15 mV or more, more preferably 20 mV or more. In addition, the porosity of the support may be 30 to 90%, preferably, 50 to 80%.

친수화된 상기 지지체는, 그 표면과 내부 기공의 표면에 생성된 -SO3기가 친수성을 가지므로, 본질적으로 친수성인 상기 전해질과의 높은 친화도(affinity)로 인해 상기 전해질과 용이하게 결합될 수 있고, 그 결합력 또한 강화될 수 있어 상기 이온교환막의 내구성이 현저히 향상될 수 있고, 상기 지지체 및 전해질에 포함된 친수성기의 소실이 최소화되므로 이온전도성 또한 향상될 수 있다.The hydrophilized support can be easily combined with the electrolyte due to high affinity with the electrolyte, which is essentially hydrophilic, since the -SO 3 groups generated on the surface and the surface of the inner pores have hydrophilicity. In addition, since the bonding strength can be strengthened, the durability of the ion exchange membrane can be remarkably improved, and since the loss of hydrophilic groups included in the support and the electrolyte is minimized, ion conductivity can also be improved.

상기 전해질은 술폰화 고분자, 불소계 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The electrolyte may include a sulfonated polymer, a fluorine-based compound, or a combination thereof.

상기 술폰화 고분자의 술폰화도가 60~90%일 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어, "술폰화도(degree of sulfonation)"는 상기 술폰화 고분자를 이루는 복수의 단량체의 총 몰 수를 m, 상기 술폰화 고분자 중 하나 이상의 술폰산기가 치환된 단량체의 몰 수를 n이라 할 때, 식 n/m으로 산출될 수 있고, 예를 들어, n/m이 1이면 술폰화도는 100%일 수 있다.The degree of sulfonation of the sulfonated polymer may be 60 to 90%. As used herein, the term "degree of sulfonation" refers to the total number of moles of a plurality of monomers constituting the sulfonated polymer, m, and the number of moles of a monomer substituted with at least one sulfonic acid group in the sulfonated polymer, n In this case, it can be calculated by the formula n/m. For example, if n/m is 1, the degree of sulfonation may be 100%.

일반적으로, 고분자 전해질의 술폰화도가 높을수록, 고분자의 이온전도성이 증가하는 반면에, 친수성이 과도하게 높아져 물에 용해되거나 심하게 팽윤되는 현상이 발생한다. 반대로, 술폰화도가 낮은 경우에는, 소수성이 강해서 내수성, 내구성이 향상되는 반면에, 이온전도성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 상기 고분자 전해질의 술폰화도를 60~90%의 범위로 조절함으로써, 이온전도성과 내수성, 내구성을 균형적으로 구현할 수 있다.In general, as the degree of sulfonation of the polymer electrolyte increases, the ionic conductivity of the polymer increases, while the hydrophilicity becomes excessively high, resulting in a phenomenon in which it is dissolved in water or severely swelled. Conversely, when the degree of sulfonation is low, the hydrophobicity is strong, so that the water resistance and durability are improved, while there is a problem that the ion conductivity is decreased. Therefore, by adjusting the sulfonation degree of the polymer electrolyte in the range of 60 to 90%, ion conductivity, water resistance, and durability can be achieved in a balanced manner.

상기 술폰화 고분자는, 예를 들어, 폴리술폰 계열, 폴리(에테르술폰) 계열, 폴리(티오술폰) 계열, 폴리(에테르에테르케톤) 계열, 폴리이미드 계열, 폴리스티렌 계열, 폴리포스파젠 계열, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나의 술폰화 탄화수소계 고분자일 수 있고, 바람직하게는, 술폰화 폴리술폰일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The sulfonated polymer is, for example, polysulfone series, poly(ethersulfone) series, poly(thiosulfone) series, poly(etheretherketone) series, polyimide series, polystyrene series, polyphosphazene series, and these Among them, it may be one sulfonated hydrocarbon-based polymer selected from the group consisting of a mixture of two or more, and preferably, may be a sulfonated polysulfone, but is not limited thereto.

상기 불소계 화합물은, 예를 들어, 퍼플루오로술폰산, 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌 및 이들 중 2 이상의 공중합체 또는 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 퍼플루오로술폰산일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The fluorine-based compound is, for example, perfluorosulfonic acid, poly(perfluorosulfonic acid), poly(perfluorocarboxylic acid), a copolymer of tetrafluoroethylene containing a sulfonic acid group and fluorovinyl ether, poly It may be one selected from the group consisting of tetrafluoroethylene, polyvinylfluoride, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, and copolymers or combinations of two or more of them, and preferably, perfluorosulfonic acid. However, it is not limited thereto.

이온교환막의 제조방법Method of manufacturing an ion exchange membrane

본 발명의 다른 일 측면은, (a) 중량평균분자량(Mw)이 250,000~450,000인 폴리올레핀 및 실란 변성 폴리올레핀을 포함하는 조성물을 가공하여 다공성 지지체를 제조하는 단계; (b) 상기 다공성 지지체에 포함된 실란 변성 폴리올레핀을 가교시키는 단계; 및 (c) 상기 다공성 지지체를 전해질 및 용매를 포함하는 전해액에 함침하는 단계;를 포함하는, 이온교환막의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention, (a) manufacturing a porous support by processing a composition comprising a polyolefin having a weight average molecular weight (M w ) of 250,000 to 450,000 and a silane-modified polyolefin; (b) crosslinking the silane-modified polyolefin contained in the porous support; And (c) impregnating the porous support in an electrolyte solution containing an electrolyte and a solvent; containing, it provides a method for producing an ion exchange membrane.

상기 (a) 단계에서는, 중량평균분자량(Mw)이 250,000~450,000인 폴리올레핀 및 실란 변성 폴리올레핀을 포함하는 조성물을 압출기에 투입한 후 압출하고 티-다이를 통해 토출하여 시트 형태로 성형한 후 연신하여 다공성 지지체를 제조할 수 있다.In the step (a), a composition containing a polyolefin having a weight average molecular weight (M w ) of 250,000 to 450,000 and a silane-modified polyolefin is introduced into an extruder, extruded, discharged through a T-die, and molded into a sheet, and then stretched. Thus, a porous support can be prepared.

상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌부틸아크릴레이트, 에틸렌에틸아크릴레이트 및 이들 중 2 이상의 조합 또는 공중합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 폴리에틸렌일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The polyolefin may be one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, ethylene vinyl acetate, ethylene butyl acrylate, ethylene ethyl acrylate, and combinations or copolymers of two or more of them, and preferably, polyethylene. It is not limited.

상기 조성물은 상기 폴리올레핀 20~40중량부 및 실란 변성 폴리올레핀 0.1~10중량부를 포함할 수 있다. 상기 조성물 중 상기 실란 변성 폴리올레핀의 함량이 0.1중량부 미만이면 필요한 수준의 기계적 물성을 구현할 수 없고, 10중량부 초과이면 기계적 물성이 필요한 수준으로 수렴하므로 경제성, 생산성 측면에서 불리하다.The composition may include 20 to 40 parts by weight of the polyolefin and 0.1 to 10 parts by weight of the silane-modified polyolefin. If the content of the silane-modified polyolefin in the composition is less than 0.1 parts by weight, the required level of mechanical properties cannot be realized, and if it exceeds 10 parts by weight, the mechanical properties converge to the required level, which is disadvantageous in terms of economy and productivity.

상기 실란은 알콕시기를 함유하는 비닐실란일 수 있다. 예를 들어, 상기 알콕시기를 함유하는 비닐실란은 트리메톡시비닐실란, 트리에톡시비닐실란, 트리아세톡시비닐실란 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 트리메톡시비닐실란일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The silane may be a vinyl silane containing an alkoxy group. For example, the vinylsilane containing an alkoxy group may be one selected from the group consisting of trimethoxyvinylsilane, triethoxyvinylsilane, triacetoxyvinylsilane, and a combination of two or more of them, and preferably, It may be methoxyvinylsilane, but is not limited thereto.

상기 조성물은 기공형성제 60~80중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 기공형성제는 열유도상분리(Thermally Induced Phase Separation)를 활용한 습식법에 의해 지지체 내부에서 추출, 제거되어 기공을 형성하는 역할을 수행할 수 있다.The composition may further include 60 to 80 parts by weight of a pore-forming agent. The pore-forming agent may be extracted and removed from the inside of the support by a wet method using thermally induced phase separation to form pores.

상기 습식법은 상기 기공형성제를 포함하는 지지체를 용매가 담지된 추출조에 침지시키는 것일 수 있다. 추출 온도는 15 내지 80℃바람직하게는, 25 내지 40℃일 수 있고, 추출 시간은 0.1 내지 60분, 바람직하게는, 1 내지 20분일 수 있다.The wet method may be to immerse the support including the pore-forming agent in an extraction tank in which a solvent is supported. The extraction temperature may be 15 to 80°C, preferably, 25 to 40°C, and the extraction time may be 0.1 to 60 minutes, preferably 1 to 20 minutes.

상기 기공형성제는, 예를 들어, 파라핀오일, 파라핀왁스, 광유, 고체파라핀, 대두유, 유채유, 팜유, 야자유, 디-2-에틸헥실프탈레이트, 디부틸프탈레이트, 디이소노닐프탈레이트, 디이소데실프탈레이트, 비스(2-프로필헵틸)프탈레이트, 나프텐오일 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 파라핀오일일 수 있고, 더 바람직하게는, 40℃에서 동점도가 50~100cSt인 파라핀오일일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The pore-forming agent is, for example, paraffin oil, paraffin wax, mineral oil, solid paraffin, soybean oil, rapeseed oil, palm oil, palm oil, di-2-ethylhexylphthalate, dibutylphthalate, diisononylphthalate, diisodecylphthalate , Bis(2-propylheptyl)phthalate, naphthenic oil, and may be one selected from the group consisting of a combination of two or more of them, preferably, may be paraffin oil, more preferably, the kinematic viscosity at 40 ℃ 50 ~ It may be 100 cSt paraffin oil, but is not limited thereto.

상기 기공형성제를 추출하기 위한 용매는 펜탄, 헥산, 벤젠, 디클로로메탄, 사염화탄소, 메틸에틸케톤, 아세톤 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 디클로로메탄일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The solvent for extracting the pore-forming agent may be one selected from the group consisting of pentane, hexane, benzene, dichloromethane, carbon tetrachloride, methyl ethyl ketone, acetone, and a mixture of two or more thereof, preferably dichloromethane. However, it is not limited thereto.

상기 조성물은 가교 촉매를 더 포함할 수 있다. 상기 조성물이 가교 촉매를 더 포함하면, 상기 (b) 단계에서의 가교 반응을 촉진시킬 수 있다. 이러한 가교 촉매로는, 일반적으로, 주석, 아연, 철, 연, 코발트 등의 금속의 카르복실산염, 유기염기, 무기산 및 유기산이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 가교 촉매는 디부틸틴디라우레이트, 디부틸틴디아세테이트, 초산 제1 주석, 카프릴산 제1 주석, 나프텐산 아연, 카프릴산 아연, 나프텐산 코발트, 에틸아민, 디부틸아민, 헥실아민, 피리딘, 황산, 염산 등의 무기산, 톨루엔 설폰산, 초산, 스테아린산, 말레산 등의 유기산 등일 수 있고, 바람직하게는, 디부틸틴디라우레이트일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The composition may further include a crosslinking catalyst. If the composition further includes a crosslinking catalyst, the crosslinking reaction in step (b) may be accelerated. As such a crosslinking catalyst, in general, carboxylate, organic bases, inorganic acids and organic acids of metals such as tin, zinc, iron, lead, and cobalt may be used. For example, the crosslinking catalyst is dibutyltindilaurate, dibutyltindiacetate, stannous acetate, stannous caprylic acid, zinc naphthenate, zinc caprylate, cobalt naphthenate, ethylamine, dibutylamine , Hexylamine, pyridine, sulfuric acid, inorganic acids such as hydrochloric acid, toluene sulfonic acid, acetic acid, stearic acid, may be an organic acid such as stearic acid, maleic acid, and the like, and preferably, dibutyltin dilaurate, but is not limited thereto.

상기 가교 촉매는 종래 실란 변성 폴리올레핀의 제조 시 첨가하거나, 가교 촉매의 용액 또는 분산액을 지지체에 도포하는 등의 방법으로 사용되었다. 다만, 이러한 종래의 방법으로는 상기 가교 촉매를 상기 실란 변성 폴리올레핀과 함께 균일하게 분산시키기 어렵다. 전술한 것과 같이, 가교 전 상기 지지체에 포함된 상기 실란 변성 폴리올레핀이 균일하게 분산될 필요가 있고, 이 때, 상기 실란 변성 폴리올레핀의 가교 반응에 관여하는 가교 촉매 또한 균일하게 분산될 필요가 있다.The crosslinking catalyst has been conventionally used in the manufacture of a silane-modified polyolefin, or by applying a solution or dispersion of a crosslinking catalyst to a support. However, it is difficult to uniformly disperse the crosslinking catalyst together with the silane-modified polyolefin by such a conventional method. As described above, before crosslinking, the silane-modified polyolefin contained in the support needs to be uniformly dispersed, and at this time, the crosslinking catalyst involved in the crosslinking reaction of the silane-modified polyolefin needs to be uniformly dispersed.

이에 대해, 상기 가교 촉매를 기공형성제와 사전 혼합하여 상기 압출기의 사이드피더를 통해 투입함으로써, 상기 가교 촉매를 상기 실란 변성 폴리올레핀과 함께 균일하게 분산시켜 가교 반응의 효율을 더 높일 수 있다.In contrast, by premixing the crosslinking catalyst with a pore former and introducing it through a side feeder of the extruder, the crosslinking catalyst can be uniformly dispersed with the silane-modified polyolefin to further increase the efficiency of the crosslinking reaction.

상기 조성물 중 상기 가교 촉매의 함량은 0.01~5중량%일 수 있다. 상기 가교 촉매의 함량이 0.01중량% 미만이면 가교 반응을 필요한 수준으로 촉진시킬 수 없고, 5중량% 초과이면 반응 속도가 필요한 수준으로 수렴하므로 경제성, 생산성 측면에서 불리하다.The content of the crosslinking catalyst in the composition may be 0.01 to 5% by weight. If the content of the crosslinking catalyst is less than 0.01% by weight, the crosslinking reaction cannot be promoted to a required level, and if it exceeds 5% by weight, the reaction rate converges to the required level, which is disadvantageous in terms of economy and productivity.

상기 (a) 단계에서 수행되는 상기 연신은 1축 연신, 또는 2축 연신(축차 또는 동시 2축 연신) 등의 공지된 방법에 의해 이루어질 수 있다. 축차 2축 연신의 경우 연신 배율은 가로방향(MD) 및 세로방향(TD)으로 각각 4~20배일 수 있고, 그에 따른 면 배율은 16~400배일 수 있다.The stretching performed in step (a) may be performed by a known method such as uniaxial stretching or biaxial stretching (sequential or simultaneous biaxial stretching). In the case of sequential biaxial stretching, the draw ratio may be 4 to 20 times in the horizontal direction (MD) and the vertical direction (TD), respectively, and the surface magnification accordingly may be 16 to 400 times.

상기 (b) 단계에서는, 상기 지지체에 포함된 실란 변성 폴리올레핀을 가교시킬 수 있다. 상기 가교는 상기 지지체를 온도 및 습도가 일정 범위로 조절된 항온항습조에 위치시켜 이루어질 수 있고, 이 때, 상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계와 상호 불연속적이거나, 연속적이라 하더라도 온도를 일정 수준 이상으로 높이기 어려운 수분 환경에서 이루어지므로 가교 반응에 과도한 시간이 소요될 수 있다. 이에 대해, 상기 (b) 단계에서, 상기 다공막을 끓는점이 100℃ 초과, 바람직하게는, 120℃ 이상, 더 바람직하게는, 150℃ 이상인 용액이 담지된 가교조에 투입하고 연속적으로 통과시킴으로써, 가교 반응에 소요되는 시간을 현저히 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.In the step (b), the silane-modified polyolefin included in the support may be crosslinked. The crosslinking may be achieved by placing the support in a thermo-hygrostat in which temperature and humidity are controlled within a certain range, and in this case, the step (b) is discontinuous or continuous with the step (a), even if the temperature is constant. Since it is performed in a moisture environment that is difficult to increase above the level, an excessive time may be required for the crosslinking reaction. On the other hand, in the step (b), by introducing the porous membrane into a crosslinking tank in which a solution having a boiling point of more than 100°C, preferably 120°C or more, more preferably 150°C or more is supported and continuously passing through it, the crosslinking reaction It is possible to improve productivity by significantly shortening the time required for operation.

구체적으로, 상기 용액은 끓는점이 100℃ 초과인 성분을 포함하므로, 가교 반응 시 온도 조건을 100℃ 초과, 바람직하게는, 120℃ 이상으로 조성하여 가교 반응을 촉진시킬 수 있다. 상기 성분으로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 사용할 수 있다. 이러한 성분은 흡습성이 있어 상기 성분 중에 포함된 수분으로 가교 반응을 일으킬 수 있으나, 필요에 따라, 일정량의 물을 혼합하여 사용할 수도 있다.Specifically, since the solution contains a component having a boiling point of more than 100°C, a temperature condition during the crosslinking reaction may be set to more than 100°C, preferably, more than 120°C to promote the crosslinking reaction. As the component, one selected from the group consisting of ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, and combinations of two or more of them may be used. These components are hygroscopic and may cause a crosslinking reaction with moisture contained in the components, but if necessary, a certain amount of water may be mixed and used.

또한, 상기 용액은 가교 촉매를 더 포함할 수 있고, 이 경우 일정량의 물을 혼합하지 않더라도 상기 가교 반응을 충분히 촉진시킬 수 있다. 상기 용액 중 가교 촉매의 함량은 0.5~15중량%일 수 있다. 상기 가교 촉매의 함량이 0.5중량% 미만이면 가교 반응을 필요한 수준으로 촉진시킬 수 없고, 15중량% 초과이면 반응 속도가 필요한 수준으로 수렴하므로 경제성, 생산성 측면에서 불리하다.In addition, the solution may further include a crosslinking catalyst, and in this case, the crosslinking reaction may be sufficiently promoted even if a certain amount of water is not mixed. The content of the crosslinking catalyst in the solution may be 0.5 to 15% by weight. If the content of the crosslinking catalyst is less than 0.5% by weight, the crosslinking reaction cannot be promoted to the required level, and if it exceeds 15% by weight, the reaction rate converges to the required level, which is disadvantageous in terms of economy and productivity.

상기 가교조에 담지된 용액에 포함된 가교 촉매는 상기 조성물에 포함된 것과 본질적으로 유사한 작용효과를 가진다. 다만, 상기 조성물에 포함된 가교 촉매, 즉, 상기 (a) 단계에서 압출기의 사이드피더를 통해 투입된 가교 촉매는 상기 (b) 단계에서 상기 지지체의 중심부(중심층)에 분포하는 실란 변성 폴리올레핀을 효과적으로 가교시킬 수 있는 반면에, 표면부(스킨층)에 분포하는 실란 변성 폴리올레핀의 가교 반응에는 적극적으로 관여하기 어렵다. 상기 가교조에 담지된 용액에 포함된 가교 촉매는 상기 지지체가 상기 가교조를 통과할 때 상기 지지체의 표면부(스킨층)와 접촉하므로, 상기 지지체의 표면부(스킨층)에 분포하는 실란 변성 폴리올레핀의 가교 반응을 더 촉진시킬 수 있다. 상기 가교 촉매의 종류와 작용효과에 대해서는 전술한 것과 같다.The crosslinking catalyst contained in the solution supported in the crosslinking tank has an effect essentially similar to that contained in the composition. However, the crosslinking catalyst included in the composition, that is, the crosslinking catalyst introduced through the side feeder of the extruder in step (a), effectively disperses the silane-modified polyolefin distributed in the center (center layer) of the support in step (b). While crosslinking can be performed, it is difficult to actively participate in the crosslinking reaction of the silane-modified polyolefin distributed in the surface portion (skin layer). The crosslinking catalyst contained in the solution supported in the crosslinking tank is in contact with the surface portion (skin layer) of the support when the support passes through the crosslinking tank, so that the silane-modified polyolefin distributed on the surface portion (skin layer) of the supporter It can further accelerate the crosslinking reaction of. The types and effects of the crosslinking catalyst are as described above.

상기 (c) 단계 이전에, 이산화황(SO2) 및 산소(O2)를 포함하는 혼합가스 존재 하에서 지지체를 플라즈마 처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Prior to the step (c), the step of plasma treating the support in the presence of a mixed gas containing sulfur dioxide (SO 2 ) and oxygen (O 2 ); may further include.

상기 플라즈마 처리를 통해 후술할 이온교환막 제조 시 상기 지지체의 표면 및 내부 기공의 표면을 친수화하여, 즉, 상기 지지체의 표면 및 내부 기공의 표면이 음의 전하를 띄도록 하여 전해질과의 결합력을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 이온교환막의 내구성, 특히, 장기 내구성과 이온전도성을 현저히 향상시킬 수 있다.When manufacturing an ion exchange membrane to be described later through the plasma treatment, the surface of the support and the surfaces of the internal pores are hydrophilized, that is, the surfaces of the support and the surfaces of the internal pores have a negative charge, thereby improving the bonding strength with the electrolyte. In this way, the durability of the ion exchange membrane, particularly, long-term durability and ion conductivity can be remarkably improved.

종래 지지체의 표면을 친수화하고 일정 수준의 이온전도성을 구현하기 위해 지지체를 황산 등에 일정 시간 동안 침지하여 술폰화시키는 습식 공정(wet process)이 주로 사용되었으나, 이 경우 상기 습식 공정이 플라즈마 처리에 선행 또는 후행되는 등 상기 플라즈마 처리와 별도로 수행되어 공정이 복잡하고, 다량의 공정 폐액이 발생하는 문제가 있다.Conventionally, in order to hydrophilize the surface of the support and realize a certain level of ionic conductivity, a wet process in which the support is immersed in sulfuric acid for a certain period of time to sulfonate was mainly used, but in this case, the wet process was preceded by plasma treatment or Since it is performed separately from the plasma treatment, such as following, the process is complicated, and there is a problem that a large amount of process waste liquid is generated.

이에 대해, 상기 플라즈마 처리 시 사용되는 공정가스는 종래의 공기, 산소 및/또는 불활성 가스뿐만 아니라 일정량의 이산화황 가스를 포함하므로, 상기 지지체를 황산 등에 침지하는 등의 습식 공정없이 상기 플라즈마 처리라는 단일의 건식 공정(dry process)을 통해 상기 지지체의 표면과 내부 기공의 표면에 -SO3와 같은 작용기를 생성하여, 즉, 술폰화하여 상기 지지체의 친수성과 이온전도성을 극대화할 수 있고, 종래의 복잡한 공정을 단순화할 수 있으며, 환경적 측면에서도 유리하다.On the other hand, since the process gas used in the plasma treatment contains a certain amount of sulfur dioxide gas as well as conventional air, oxygen and/or inert gas, the plasma treatment is a single plasma treatment without a wet process such as immersing the support in sulfuric acid. Through a dry process, a functional group such as -SO 3 is generated on the surface of the support and the surface of the internal pores, that is, sulfonated to maximize the hydrophilicity and ionic conductivity of the support, and a conventional complex process Can be simplified and is advantageous in terms of environment.

상기 플라즈마 처리 시 사용되는 공정가스인 상기 혼합가스는 이산화황 50~90부피% 및 산소 10~50부피%, 바람직하게는, 이산화황 60~80부피% 및 산소 20~40부피%, 더 바람직하게는, 이산화황 70~80부피% 및 산소 20~30부피%를 포함할 수 있다. 상기 혼합가스 중 이산화황의 함량이 50부피% 미만이면 상기 지지체에 필요한 수준의 친수성을 구현할 수 없고, 90부피% 초과이면 공정이 불안정해질 수 있다.The mixed gas, which is a process gas used in the plasma treatment, is 50 to 90% by volume of sulfur dioxide and 10 to 50% by volume of oxygen, preferably, 60 to 80% by volume of sulfur dioxide and 20 to 40% by volume of oxygen, more preferably, It may contain 70 to 80 vol% of sulfur dioxide and 20 to 30 vol% of oxygen. If the content of sulfur dioxide in the mixed gas is less than 50% by volume, the level of hydrophilicity required for the support cannot be achieved, and if it exceeds 90% by volume, the process may become unstable.

상기 플라즈마 처리는 0.5~90분, 바람직하게는, 0.5~20분 간 수행될 수 있다. 상기 플라즈마 처리가 0.5분 미만으로 수행되면 상기 지지체가 필요한 수준으로 친수화, 술폰화될 수 없고, 90분 초과로 수행되면 친수화도, 술폰화도가 일정 수준으로 수렴하여 공정 효율이 저하될 수 있다.The plasma treatment may be performed for 0.5 to 90 minutes, preferably, 0.5 to 20 minutes. If the plasma treatment is performed for less than 0.5 minutes, the support cannot be hydrophilized or sulfonated to a required level, and if the plasma treatment is performed for more than 90 minutes, the hydrophilicity and sulfonation degree converge to a certain level, resulting in a decrease in process efficiency.

상기 (c) 단계에서는 상기 지지체를 전해질 및 용매를 포함하는 전해액에 함침 및/또는 코팅하여 상기 지지체의 기공에 상기 전해질을 충진시킬 수 있고, 필요에 따라, 상기 지지체의 표면에도 상기 전해질이 일정 두께로 코팅될 수 있다. 상기 (c) 단계에 따라 상기 전해질이 충전 및/또는 코팅된 상기 이온교환막의 두께는 30~200μm일 수 있다.In the step (c), the support may be impregnated and/or coated with an electrolyte solution containing an electrolyte and a solvent to fill the pores of the support, and if necessary, the electrolyte may have a certain thickness on the surface of the support. Can be coated with. According to the step (c), the thickness of the ion exchange membrane on which the electrolyte is filled and/or coated may be 30 to 200 μm.

상기 함침 및/또는 코팅은, (i) 친수화된 상기 지지체를 상기 전해액이 채워진 함침조에 일정 시간 동안 함침시키는 방식, (ii) 친수화된 상기 지지체를 상기 전해액을 전달하기 위한 코팅장치, 예를 들어, 롤 코터, 바 코터 등으로 코팅하는 방식, 또는 상기 (i) 및 (ii)가 조합된 방식으로 이루어질 수 있다.The impregnation and/or coating includes (i) a method of impregnating the hydrophilized support into an impregnation bath filled with the electrolyte for a predetermined period of time, (ii) a coating device for transferring the hydrophilized support to the electrolyte, for example For example, it may be coated with a roll coater, a bar coater, or the like, or a combination of (i) and (ii).

특히, 상기 (c) 단계가 상기 (ii) 중 롤 코터를 이용하는 방식으로 이루어지는 경우, 상기 롤 코터는 친수화된 상기 지지체의 일 면에 상기 전해액을 전달하는 제1 롤 및 친수화된 상기 지지체의 타 면에 접촉하여 상기 지지체를 지지, 이송하면서 내부에 미리 정해진 구조, 형태의 흡입수단이 실장되어 상기 제1 롤로 부터 전달된 상기 전해액이 상기 지지체의 기공에 원활하게, 빈 공간없이 채워질 수 있도록 하는 제2 롤을 포함할 수 있다. 또한, 코팅에 필요한 양을 초과하여 전달된 상기 전해액은 상기 제2 롤의 내부에 실장된 상기 흡입수단에 의해 흡입된 다음 상기 제1 롤에 상기 전해액을 공급하는 수단으로 이송되어 상기 전해액이 재사용되도록 할 수 있다.In particular, when the step (c) is performed by using a roll coater among the (ii), the roll coater includes a first roll that transfers the electrolyte to one surface of the hydrophilized support and the hydrophilized support. A suction means of a predetermined structure and shape is mounted therein while contacting the other surface to support and transport the support so that the electrolyte delivered from the first roll can be smoothly filled into the pores of the support without empty space. It may include a second roll. In addition, the electrolyte delivered in excess of the amount required for coating is sucked by the suction means mounted inside the second roll and then transferred to a means for supplying the electrolyte to the first roll so that the electrolyte is reused. can do.

상기 전해액 중 상기 전해질의 함량은 10~60중량%일 수 있다. 상기 고분자 전해질의 함량이 10중량% 미만이면 이온교환막의 이온전도성이 저하될 수 있고, 60중량% 초과이면 이온전도성이 더 이상 향상되지 않기 때문에 불필요한 원료를 소진하게 되어 경제성 측면에서 불리하다.The content of the electrolyte in the electrolyte may be 10 to 60% by weight. If the content of the polymer electrolyte is less than 10% by weight, the ion conductivity of the ion exchange membrane may be deteriorated, and if the content of the polymer electrolyte is more than 60% by weight, the ion conductivity is no longer improved, and thus unnecessary raw materials are exhausted, which is disadvantageous in terms of economy.

상기 전해질은 술폰화 고분자, 불소계 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The electrolyte may include a sulfonated polymer, a fluorine-based compound, or a combination thereof.

상기 술폰화 고분자 및 불소계 화합물의 특성은 전술한 바와 같다.The properties of the sulfonated polymer and the fluorine-based compound are as described above.

상기 전해액의 용매는 에스테르계, 에테르계, 알코올계, 케톤계, 아마이드계, 술폰계, 카보네이트계, 지방족 탄화수소계, 방향족 탄화수소계, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 아마이드계 용매일 수 있으며, 더 바람직하게는 N-메틸-2-피롤리돈일 수 있다.The solvent of the electrolyte solution may be one selected from the group consisting of ester-based, ether-based, alcohol-based, ketone-based, amide-based, sulfone-based, carbonate-based, aliphatic hydrocarbon-based, aromatic hydrocarbon-based, and mixtures of two or more thereof, Preferably, it may be an amide-based solvent, more preferably N-methyl-2-pyrrolidone.

상기 에스테르계 용매로는 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, n-부틸아세테이트, 셀로솔브아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸아세테이트, 3-메톡시부틸아세테이트, 메틸부틸레이트, 에틸부틸레이트, 프로필프로피오네이트 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the ester solvent include methyl acetate, ethyl acetate, n-butyl acetate, cellosolve acetate, propylene glycol monomethyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methyl butyrate, ethyl butyrate, and propyl propionate. However, it is not limited thereto.

상기 에테르계 용매로는 디에틸에테르, 디프로필에테르, 디부틸에테르, 부틸에틸에테르, 테트라하이드로퓨란, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 옥틸에테르, 헥실에테르 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The ether solvents include diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, butyl ethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, octyl ether, hexyl ether, etc. However, it is not limited thereto.

상기 알코올계 용매로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, 아밀알콜, 사이클로헥산올, 옥틸알코올, 데칸올 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the alcohol-based solvent include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, n-butanol, amyl alcohol, cyclohexanol, octyl alcohol, and decanol, but are not limited thereto.

상기 케톤계 용매로는 아세톤, 시클로헥사논, 메틸아밀케톤, 디이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the ketone-based solvent include acetone, cyclohexanone, methyl amyl ketone, diisobutyl ketone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone, but are not limited thereto.

상기 아마이드계 용매로는 N-메틸-2-피롤리돈, 2-피롤리돈, N-메틸포름아마이드, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the amide-based solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidone, N-methylformamide, dimethylformamide, and dimethylacetamide, but are not limited thereto.

상기 술폰계 용매로는 디메틸술폭사이드, 디에틸술폭사이드, 디에틸술폰, 테트라메틸렌술폰 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the sulfone-based solvent include dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, diethyl sulfone, tetramethylene sulfone, and the like, but are not limited thereto.

상기 카보네이트계 용매로는 에틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 디부틸카보네이트 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the carbonate-based solvent include ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, and dibutyl carbonate, but are not limited thereto.

상기 지방족 탄화수소계 용매로는 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸, 도데칸, 테트라데칸, 헥사데칸 등을 들 수 있으며, 상기 방향족 탄화수소계 용매로는 벤젠, 에틸벤젠, 클로로벤젠, 톨루엔, 자일렌 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the aliphatic hydrocarbon-based solvent include pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, dodecane, tetradecane, hexadecane, and the like, and the aromatic hydrocarbon-based solvent includes benzene, ethylbenzene, chlorobenzene, toluene, Xylene, etc. may be mentioned, but the present invention is not limited thereto.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

제조예 1-1Manufacturing Example 1-1

중량평균분자량(Mw)이 350,000인 고밀도 폴리에틸렌 29.5중량부, MFR 0.8g/10min, 밀도 0.958g/ml인 트리메톡시비닐실란 변성 고밀도 폴리에틸렌 0.5중량부, 및 40℃에서의 동점도가 70cSt인 파라핀오일 70중량부를 혼합하여 2축 압출기(내경 58mm, L/D=56, Twin screw extruder)에 투입하였다. 200℃, 스크류 회전속도 40rpm의 조건으로 상기 2축 압출기에서 폭이 300mm인 T다이로 토출시킨 후 온도가 40℃인 캐스팅 롤을 통과시켜 두께가 800μm인 베이스 시트를 제조하였다. 상기 베이스 시트를 110℃인 롤 연신기에서 세로방향(MD) 6배 연신하고, 125℃인 텐터 연신기에서 가로방향(TD)으로 7배 연신하여 연신 필름을 제조하였다. 상기 연신 필름을 25℃인 디클로로메탄 침출조에 함침하여 1분간 파라핀오일을 추출, 제거하였다. 파라핀오일이 제거된 필름을 5분간 50℃의 조건에서 건조하였다. 이후, 텐터 연신기에서 125℃로 가열한 후, 가로방향(TD)으로 1.45배 연신 후 1.25배로 이완시켰다. 상기 필름을 85℃, 습도 85%인 항온항습조에서 72시간 동안 가교시켜 다공성 지지체를 제조하였다.29.5 parts by weight of high-density polyethylene having a weight average molecular weight (M w ) of 350,000, 0.5 parts by weight of trimethoxyvinylsilane-modified high-density polyethylene having a MFR of 0.8 g/10min and a density of 0.958 g/ml, and a paraffin having a kinematic viscosity of 70 cSt at 40°C 70 parts by weight of oil was mixed and put into a twin screw extruder (internal diameter 58mm, L/D=56, Twin screw extruder). A base sheet having a thickness of 800 μm was prepared by discharging from the twin-screw extruder to a T-die having a width of 300 mm under conditions of 200°C and a screw rotation speed of 40 rpm and passing through a casting roll having a temperature of 40°C. The base sheet was stretched 6 times in the longitudinal direction (MD) in a 110°C roll stretching machine and 7 times in the transverse direction (TD) in a 125°C tenter stretching machine to prepare a stretched film. The stretched film was impregnated in a dichloromethane leaching tank at 25° C. to extract and remove paraffin oil for 1 minute. The film from which the paraffin oil was removed was dried at 50° C. for 5 minutes. Then, after heating at 125°C in a tenter stretching machine, it was stretched by 1.45 times in the transverse direction (TD) and then relaxed by 1.25 times. The film was crosslinked for 72 hours in a constant temperature and humidity tank at 85° C. and 85% humidity to prepare a porous support.

제조예 1-2Preparation Example 1-2

중량평균분자량(Mw)이 350,000인 고밀도 폴리에틸렌 29.5중량부, MFR 0.8g/10min, 밀도 0.958g/ml인 트리메톡시비닐실란 변성 고밀도 폴리에틸렌 0.5중량부, 및 40℃에서의 동점도가 70cSt인 파라핀오일 70중량부를 혼합하여 2축 압출기(내경 58mm, L/D=56, Twin screw extruder)에 투입하였다. 가교촉매인 디부틸틴디라우레이트를 상기 파라핀오일 중 일부에 사전 분산시키고, 상기 2축 압출기를 통과하는 물질의 총 중량을 기준으로 0.01중량%가 되도록 상기 2축 압출기의 사이드피더를 통해 투입하였다. 200℃, 스크류 회전속도 40rpm의 조건으로 상기 2축 압출기에서 폭이 300mm인 T다이로 토출시킨 후 온도가 40℃인 캐스팅 롤을 통과시켜 두께가 800μm인 베이스 시트를 제조하였다. 상기 베이스 시트를 110℃인 롤 연신기에서 세로방향(MD) 6배 연신하고, 125℃인 텐터 연신기에서 가로방향(TD)으로 7배 연신하여 연신 필름을 제조하였다. 상기 연신 필름을 25℃인 디클로로메탄 침출조에 함침하여 1분간 파라핀오일을 추출, 제거하였다. 파라핀오일이 제거된 필름을 5분간 50℃의 조건에서 건조하였다. 이후, 텐터 연신기에서 125℃로 가열한 후, 가로방향(TD)으로 1.45배 연신 후 1.25배로 이완시켰다. 상기 필름을 85℃, 습도 85%인 항온항습조에서 72시간 동안 가교시켜 다공성 지지체를 제조하였다.29.5 parts by weight of high-density polyethylene having a weight average molecular weight (M w ) of 350,000, 0.5 parts by weight of trimethoxyvinylsilane-modified high-density polyethylene having a MFR of 0.8 g/10min and a density of 0.958 g/ml, and a paraffin having a kinematic viscosity of 70 cSt at 40°C 70 parts by weight of oil was mixed and put into a twin screw extruder (internal diameter 58mm, L/D=56, Twin screw extruder). Dibutyltindilaurate, which is a crosslinking catalyst, was pre-dispersed in some of the paraffin oil, and added through a side feeder of the twin screw extruder to be 0.01% by weight based on the total weight of the material passing through the twin screw extruder. A base sheet having a thickness of 800 μm was prepared by discharging from the twin-screw extruder to a T-die having a width of 300 mm under conditions of 200°C and a screw rotation speed of 40 rpm and passing through a casting roll having a temperature of 40°C. The base sheet was stretched 6 times in the longitudinal direction (MD) in a 110°C roll stretching machine and 7 times in the transverse direction (TD) in a 125°C tenter stretching machine to prepare a stretched film. The stretched film was impregnated in a dichloromethane leaching tank at 25° C. to extract and remove paraffin oil for 1 minute. The film from which the paraffin oil was removed was dried at 50° C. for 5 minutes. Then, after heating at 125°C in a tenter stretching machine, it was stretched by 1.45 times in the transverse direction (TD) and then relaxed by 1.25 times. The film was crosslinked for 72 hours in a constant temperature and humidity tank at 85° C. and 85% humidity to prepare a porous support.

제조예 1-3Manufacturing Example 1-3

중량평균분자량(Mw)이 350,000인 고밀도 폴리에틸렌을 중량평균분자량(Mw)이 250,000인 고밀도 폴리에틸렌으로 대체한 것을 제외하면 상기 제조예 1-1과 동일한 방법으로 다공성 지지체를 제조하였다.A porous support was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1-1, except that high-density polyethylene having a weight average molecular weight (M w ) of 350,000 was replaced with a high-density polyethylene having a weight average molecular weight (M w ) of 250,000.

제조예 1-4Manufacturing Example 1-4

중량평균분자량(Mw)이 350,000인 고밀도 폴리에틸렌을 중량평균분자량(Mw)이 250,000인 고밀도 폴리에틸렌으로 대체한 것을 제외하면 상기 제조예 1-2와 동일한 방법으로 다공성 지지체를 제조하였다.A porous support was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1-2, except that high-density polyethylene having a weight average molecular weight (M w ) of 350,000 was replaced with a high-density polyethylene having a weight average molecular weight (M w ) of 250,000.

제조예 1-5Manufacturing Example 1-5

연신된 필름을 항온항습조에서 가교시키지 않고, 프로필렌글리콜이 160℃로 가열된 가교조에 투입, 연속식으로 30분 간 통과시켜 가교시킨 것을 제외하면 상기 제조예 1-1과 동일한 방법으로 다공성 지지체를 제조하였다.The porous support was prepared in the same manner as in Preparation Example 1-1, except that the stretched film was not crosslinked in a thermo-hygrostat, but propylene glycol was added to a crosslinking bath heated to 160°C and passed through for 30 minutes continuously. Was prepared.

제조예 1-6Preparation Example 1-6

연신된 필름을 항온항습조에서 가교시키지 않고, 프로필렌글리콜 및 디부틸틴디라우레이트가 각각 95 : 5의 중량비로 혼합된 용액이 160℃로 가열된 가교조에 투입, 연속식으로 10분 간 통과시켜 가교시킨 것을 제외하면 상기 제조예 1-1과 동일한 방법으로 다공성 지지체를 제조하였다.The stretched film is not crosslinked in a thermo-hygrostat, and a solution of propylene glycol and dibutyltindilaurate in a weight ratio of 95:5 is added to a crosslinking tank heated to 160℃ and passed through for 10 minutes in a continuous manner to crosslink. Except for that, a porous support was prepared in the same manner as in Preparation Example 1-1.

제조예 1-7Manufacturing Example 1-7

연신된 필름을 항온항습조에서 가교시키지 않고, 에틸렌글리콜이 120℃로 가열된 가교조에 투입, 연속식으로 60분 간 통과시켜 가교시킨 것을 제외하면 상기 제조예 1-1과 동일한 방법으로 다공성 지지체를 제조하였다.The porous support was prepared in the same manner as in Preparation Example 1-1, except that the stretched film was not crosslinked in a constant temperature and humidity tank, and ethylene glycol was added to a crosslinking bath heated to 120°C and passed through for 60 minutes in a continuous manner. Was prepared.

제조예 1-8Manufacturing Example 1-8

연신된 필름을 항온항습조에서 가교시키지 않고, 에틸렌글리콜 및 디부틸틴디라우레이트가 각각 90 : 10의 중량비로 혼합된 용액이 120℃로 가열된 가교조에 투입, 연속식으로 15분 간 통과시켜 가교시킨 것을 제외하면 상기 제조예 1-1과 동일한 방법으로 다공성 지지체를 제조하였다.The stretched film is not crosslinked in a thermo-hygrostat, and a solution in which ethylene glycol and dibutyltindilaurate are mixed in a weight ratio of 90:10 is added to a crosslinking tank heated to 120℃, and is passed through continuously for 15 minutes to crosslink. Except for that, a porous support was prepared in the same manner as in Preparation Example 1-1.

제조예 1-9Manufacturing Example 1-9

에틸렌이 표면 코팅된 평균 입도가 600nm인 나노실리카 입자 20중량부, 중량평균분자량(Mw)이 350,000인 고밀도 폴리에틸렌 29.5중량부, MFR 0.8g/10min, 밀도 0.958g/ml인 트리메톡시비닐실란 변성 고밀도 폴리에틸렌 0.5중량부, 및 40℃에서의 동점도가 70cSt인 파라핀오일 70중량부를 혼합하고 고속 믹서를 사용하여 나노실리카 입자를 분산시켰다.20 parts by weight of nanosilica particles having an average particle size of 600 nm coated with ethylene, 29.5 parts by weight of high-density polyethylene having a weight average molecular weight (M w ) of 350,000, MFR 0.8 g/10min, trimethoxyvinylsilane having a density of 0.958 g/ml 0.5 parts by weight of modified high-density polyethylene, and 70 parts by weight of paraffin oil having a kinematic viscosity of 70 cSt at 40°C were mixed, and nanosilica particles were dispersed using a high-speed mixer.

이후, 진공 탈포 공정을 거쳐 혼합 과정에서 생성된 미세 기포를 제거한 후 2축 압출기(내경 58mm, L/D=56)에 투입하였다. 200℃, 스크류 회전속도 40rpm의 조건으로 상기 2축 압출기에서 폭이 300mm인 T다이로 토출시킨 후 온도가 40℃인 캐스팅 롤을 통과시켜 두께가 800μm인 베이스 시트를 제조하였다. 이 때, 베이스 시트 중 나노실리카의 함량이 51.4중량%가 되도록 투입 함량을 제어하였다. 상기 베이스 시트를 110℃인 롤 연신기에서 세로방향(MD) 6배 연신하고, 125℃인 텐터 연신기에서 가로방향(TD)으로 7배 연신하여 연신 필름을 제조하였다. 상기 연신 필름을 25℃인 디클로로메탄 침출조에 함침하여 1분간 파라핀오일을 추출, 제거하였다. 파라핀오일이 제거된 필름을 5분간 50℃의 조건에서 건조하였다. 이후, 텐터 연신기에서 125℃로 가열한 후, 가로방향(TD)으로 1.45배 연신 후 1.25배로 이완시켰다. 상기 필름을 85℃, 습도 85%인 항온항습조에서 72시간 동안 가교시켜 다공성 지지체를 제조하였다.Thereafter, after removing the fine bubbles generated in the mixing process through a vacuum defoaming process, it was put into a twin screw extruder (inner diameter 58mm, L/D=56). A base sheet having a thickness of 800 μm was prepared by discharging from the twin-screw extruder to a T-die having a width of 300 mm under conditions of 200°C and a screw rotation speed of 40 rpm and passing through a casting roll having a temperature of 40°C. At this time, the input content was controlled so that the content of nanosilica in the base sheet was 51.4% by weight. The base sheet was stretched 6 times in the longitudinal direction (MD) in a 110°C roll stretching machine and 7 times in the transverse direction (TD) in a 125°C tenter stretching machine to prepare a stretched film. The stretched film was impregnated in a dichloromethane leaching tank at 25° C. to extract and remove paraffin oil for 1 minute. The film from which the paraffin oil was removed was dried at 50° C. for 5 minutes. Then, after heating at 125°C in a tenter stretching machine, it was stretched by 1.45 times in the transverse direction (TD) and then relaxed by 1.25 times. The film was crosslinked for 72 hours in a constant temperature and humidity tank at 85° C. and 85% humidity to prepare a porous support.

비교제조예 1Comparative Production Example 1

MFR 0.8g/10min, 밀도 0.958g/cm3인 실란 변성 폴리에틸렌 45중량부에 40℃에서의 동점도가 70cSt인 파라핀오일 55중량부를 혼합하여 2축 압출기(내경 58mm, L/D=56)에 투입하였다. 160℃, 스크류 회전속도 40rpm의 조건으로 상기 2축 압출기에서 폭이 300mm인 T다이로 토출시킨 후 온도가 40℃인 캐스팅 롤을 통과시켜 두께가 60μm인 베이스 시트를 제조하였다. 상기 베이스 시트의 양면에 농도 30중량%인 디부틸틴디라우레이트 수분산액을 도포한 후, 온도가 85℃인 온수에서 1시간 동안 실란 가교반응을 진행하여 가교 필름을 제조하였다. 상기 가교 필름을 25℃인 디클로로메탄 침출조에 함침하여 30분간 파라핀오일을 추출, 제거하였다. 상기 가교 필름을 온도가 80℃인 오븐에서 30분간 건조하여 다공성 지지체를 제조하였다.Mix 55 parts by weight of paraffin oil with a kinematic viscosity of 70 cSt at 40°C to 45 parts by weight of silane-modified polyethylene with MFR 0.8g/10min and density 0.958g/cm 3 and put into a twin screw extruder (internal diameter 58mm, L/D=56) I did. A base sheet having a thickness of 60 μm was prepared by discharging from the twin-screw extruder to a T-die having a width of 300 mm under conditions of 160°C and a screw rotation speed of 40 rpm and passing through a casting roll having a temperature of 40°C. After applying an aqueous dispersion of dibutyltindilaurate having a concentration of 30% by weight on both sides of the base sheet, a crosslinking reaction was carried out in hot water at 85°C for 1 hour to prepare a crosslinked film. The crosslinked film was impregnated in a dichloromethane leaching tank at 25°C to extract and remove paraffin oil for 30 minutes. The crosslinked film was dried in an oven at a temperature of 80° C. for 30 minutes to prepare a porous support.

비교제조예 2Comparative Production Example 2

용융온도가 135℃이고, 중량평균분자량이 300,000인 고밀도 폴리에틸렌 35중량부, 40℃에서의 동점도가 40cSt인 파라핀오일 65중량부, 트리메톡시비닐실란 2중량부, 디부틸틴디라우레이트 2중량부 및 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane) 2중량부를 혼합하여 2축 압출기(내경 58mm, L/D=56)에 투입하였다. 200℃, 스크류 회전속도 30rpm의 조건으로 상기 2축 압출기에서 반응압출시켜 실란 변성 폴리올레핀 조성물을 제조하고, 폭이 300mm인 T다이로 토출 후 온도가 40℃인 캐스팅 롤을 통과시켜 두께가 800μm인 베이스 시트를 제조하였다. 상기 베이스 시트를 108℃인 롤 연신기에서 세로방향(MD) 5.5배 연신하고, 123℃인 텐터 연신기에서 가로방향(TD)으로 5.5배 연신하여 연신 필름을 제조하였다. 상기 연신 필름을 25℃인 디클로로메탄 침출조에 함침하여 10분간 파라핀오일을 추출, 제거하였다. 파라핀오일이 제거된 필름을 127℃로 열고정하여 다공성 지지체를 제조하였다. 상기 다공성 지지체를 80℃, 습도 90%인 항온항습조에서 24시간 동안 가교시켜 다공성 지지체를 제조하였다.35 parts by weight of high-density polyethylene having a melting temperature of 135°C and a weight average molecular weight of 300,000, 65 parts by weight of paraffin oil having a kinematic viscosity of 40 cSt at 40°C, 2 parts by weight of trimethoxyvinylsilane, 2 parts by weight of dibutyltindilaurate And 2,5-dimethyl-2,5-di (tert-butylperoxy) hexane (2,5-dimethyl-2,5-di (tert-butylperoxy) hexane) by mixing 2 parts by weight of a twin-screw extruder (internal diameter 58 mm) , L/D=56). A silane-modified polyolefin composition was prepared by reaction extrusion in the twin-screw extruder under conditions of 200°C and a screw rotation speed of 30 rpm, and discharged through a T-die having a width of 300 mm and passed through a casting roll having a temperature of 40°C to a thickness of 800 μm. An in base sheet was prepared. The base sheet was stretched 5.5 times in the longitudinal direction (MD) in a roll stretching machine at 108° C., and stretched 5.5 times in the transverse direction (TD) in a tenter stretching machine at 123° C. to prepare a stretched film. The stretched film was impregnated in a dichloromethane leaching tank at 25° C. to extract and remove paraffin oil for 10 minutes. The film from which the paraffin oil was removed was heat-set at 127°C to prepare a porous support. The porous support was crosslinked for 24 hours in a constant temperature and humidity tank at 80° C. and 90% humidity to prepare a porous support.

비교제조예 3Comparative Production Example 3

중량평균분자량이 500,000인 고밀도 폴리에틸렌 5중량부, MFR이 0.5g/10min, 밀도 0.942g/ml인 실란 변성 폴리에틸렌 10중량부, 및 40℃에서의 동점도가 60cSt인 파라핀오일 85중량부를 혼합하여 2축 압출기(내경 58mm, L/D=56)에 투입하였다. 160℃, 스크류 회전속도 40rpm의 조건으로 상기 2축 압출기에서 폭이 300mm인 T다이로 토출시킨 후 온도가 40℃인 캐스팅 롤을 통과시키고, 115℃에서 압연하여 두께가 500μm인 베이스 시트를 제조하였다. 상기 베이스 시트의 제조 과정에서 일부 불량이 발생한 경우 폐기하고, 정상적인 외견을 가진 베이스 시트를 선정하여 사용하였다.5 parts by weight of high-density polyethylene having a weight average molecular weight of 500,000, 10 parts by weight of silane-modified polyethylene having a MFR of 0.5 g/10 min and a density of 0.942 g/ml, and 85 parts by weight of paraffin oil having a kinematic viscosity of 60 cSt at 40° C. It was put into an extruder (inner diameter 58mm, L/D=56). After discharging from the twin-screw extruder to a T-die having a width of 300 mm under conditions of 160°C and a screw rotation speed of 40 rpm, passing through a casting roll having a temperature of 40°C and rolling at 115°C to obtain a base sheet having a thickness of 500 μm . Was prepared. If some defects occurred in the manufacturing process of the base sheet, it was discarded, and a base sheet having a normal appearance was selected and used.

상기 베이스 시트를 115℃인 롤 연신기에서 세로방향(MD) 3.5배 연신하고, 115℃인 텐터 연신기에서 가로방향(TD)으로 3.5배 연신하여 연신 필름을 제조하였다. 상기 연신 필름을 25℃인 디클로로메탄 침출조에 함침하여 1분간 파라핀오일을 추출, 제거하였다. 파라핀오일이 제거된 필름을 5분간 50℃의 조건에서 건조하고, 상기 필름을 90℃, 습도 95%인 항온항습조에서 24시간 동안 가교시켰다. 이후, 110℃에서 30분간 열처리하여 다공성 지지체를 제조하였다.The base sheet was stretched 3.5 times in the longitudinal direction (MD) in a roll stretching machine at 115°C, and stretched 3.5 times in the transverse direction (TD) in a tenter stretching machine at 115°C to prepare a stretched film. The stretched film was impregnated in a dichloromethane leaching tank at 25° C. to extract and remove paraffin oil for 1 minute. The film from which the paraffin oil was removed was dried at 50° C. for 5 minutes, and the film was crosslinked for 24 hours in a constant temperature and humidity tank at 90° C. and 95% humidity. Thereafter, heat treatment was performed at 110° C. for 30 minutes to prepare a porous support.

비교제조예 4Comparative Production Example 4

연신된 필름을 항온항습조에서 가교시키지 않고, 비등수가 담지된 가교조에 투입, 연속식으로 통과시켜 가교시킨 것을 제외하면 상기 제조예 1-1과 동일한 방법으로 다공성 지지체를 제조하였다.A porous support was prepared in the same manner as in Preparation Example 1-1, except that the stretched film was not crosslinked in a constant temperature and humidity tank, but was added to a crosslinking tank loaded with boiling water and passed through in a continuous manner.

비교제조예 5Comparative Production Example 5

연신된 필름을 항온항습조에서 가교시키지 않고, 80℃로 가열된 온수가 담지된 가교조에 투입, 연속식으로 통과시켜 가교시킨 것을 제외하면 상기 제조예 1-1과 동일한 방법으로 다공성 지지체를 제조하였다.A porous support was prepared in the same manner as in Preparation Example 1-1, except that the stretched film was not crosslinked in a constant temperature and humidity tank, but was added to a crosslinking tank supported by hot water heated to 80°C and passed through in a continuous manner. .

실험예 1Experimental Example 1

본 발명에서 측정한 물성 각각에 대한 시험방법은 하기와 같다. 온도에 대한 별도의 언급이 없는 경우, 상온(25℃)에서 측정하였다.The test method for each of the physical properties measured in the present invention is as follows. If there is no separate mention of the temperature, it was measured at room temperature (25 ℃).

-두께(μm): 미세 두께 측정기를 이용하여 지지체 시편의 두께를 측정하였다. -Thickness ( μm ): The thickness of the support specimen was measured using a fine thickness meter.

-기공률(%): ASTM F316-03에 의거하여, PMI 社의 Capillary Porometer를 사용하여 반경이 25mm인 지지체 시편의 기공률을 측정하였다.-Porosity (%): According to ASTM F316-03, the porosity of a support specimen having a radius of 25 mm was measured using a Capillary Porometer of PMI.

-통기도(Gurley, sec/100ml): 아사히 세이코 社의 걸리 측정기(Densometer) EGO2-5 모델을 이용하여 측정압력0.025MPa에서 100ml의 공기가 직경29.8mm인 지지체 시편을 통과하는 시간을 측정하였다.-Permeability (Gurley, sec/100ml): Using the Asahi Seiko's Densometer EGO2-5 model, the time for 100ml of air to pass through a support specimen with a diameter of 29.8mm at a measurement pressure of 0.025MPa was measured.

-가교도(겔 분율, %): 지지체 시편 100mg(W0)을 1,2,4-트리클로로벤젠에 침지한 후 130℃에서 2시간 동안 열처리하였다. 상기 시편을 분리한 후 50℃에서 24시간 동안 건조한 후, 건조된 시편의 중량(W)을 측정하고 하기 계산식을 사용하여 가교도를 계산하였다.-Crosslinking degree (gel fraction, %): 100mg (W 0 ) of the support specimen was immersed in 1,2,4-trichlorobenzene and then heat-treated at 130°C for 2 hours. After separating the specimen and drying it at 50° C. for 24 hours, the weight (W) of the dried specimen was measured and the degree of crosslinking was calculated using the following calculation formula.

Figure 112018095929647-pat00001
Figure 112018095929647-pat00001

-인장강도(kgf/cm2): 인장강도 측정기를 이용하여 크기가 20×200mm인 지지체 시편에 응력을 가하여 시편의 파단이 발생할 때까지 가해진 응력을 측정하였다.-Tensile strength (kgf/cm 2 ): The applied stress was measured until fracture of the specimen occurred by applying stress to a support specimen having a size of 20 × 200 mm using a tensile strength meter.

-인장신율(%): 인장강도 측정기를 이용하여 크기가 20×200mm인 지지체 시편에 응력을 가하여 시편의 파단이 발생할 때까지 늘어난 최대 길이를 측정하고 하기 계산식을 사용하여 인장신율을 계산하였다.-Tensile elongation (%): Using a tensile strength meter, a stress was applied to a support specimen having a size of 20 × 200 mm, and the maximum length extended until fracture of the specimen occurred was measured, and the tensile elongation was calculated using the following calculation formula.

Figure 112018095929647-pat00002
Figure 112018095929647-pat00002

(상기 계산식에서, l 1은 신장 전 시편의 가로 또는 세로방향 길이이고, l 2는 파단 직전 시편의 가로 또는 세로방향 길이이다.)(In the above calculation formula, l 1 is the length in the horizontal or vertical direction of the specimen before stretching, and l 2 is the length in the horizontal or vertical direction of the specimen just before fracture.)

-천공강도(gf): KATO TECH 社의 천공강도 측정기 KES-G5 모델을 이용하여 크기가 100×50mm인 지지체 시편에 지름 0.5mm의 스틱(Stick)으로 0.05cm/sec의 속도로 힘을 가하여 상기 시편이 뚫리는 시점에 가해진 힘을 측정하였다.-Punching strength (gf): Using a KES-G5 model of a punching strength measuring instrument from KATO TECH, a force is applied to a support specimen of 100 × 50 mm at a speed of 0.05 cm/sec with a stick having a diameter of 0.5 mm. The force applied at the time the specimen was pierced was measured.

-멜트다운온도(℃): 열기계분석기(Thermomechanical analysis)를 이용하여 지지체 시편에 0.01N의 힘을 가한 후 5℃/분의 속도로 승온시켜 상기 시편의 변형 정도를 측정하였다. 상기 시편이 파단되는 온도를 멜트다운온도로 하였다.-Meltdown temperature (°C): After applying a force of 0.01N to the support specimen using a thermomechanical analysis, the temperature was raised at a rate of 5°C/min to measure the degree of deformation of the specimen. The temperature at which the specimen breaks was taken as the meltdown temperature.

-열수축률(%): 120℃의 오븐에서 1시간 동안 크기가 200×200mm인 지지체 시편을 A4 종이 사이에 넣어 방치한 후, 상온 냉각시켜 시편의 가로 및 세로방향의 수축된 길이를 측정하고 하기 계산식을 사용하여 열수축률을 계산하였다.-Heat shrinkage rate (%): After placing a 200×200mm support specimen between A4 paper for 1 hour in an oven at 120°C, cooling it at room temperature, and measuring the contracted length of the specimen in the horizontal and vertical directions. Heat shrinkage was calculated using the formula.

Figure 112018095929647-pat00003
Figure 112018095929647-pat00003

(상기 계산식에서, l 3은 수축 전 시편의 가로 또는 세로방향 길이이고, l 4는 수축 후 시편의 가로 또는 세로방향 길이이다.)(In the above calculation formula, l 3 is the length in the horizontal or vertical direction of the specimen before shrinkage, and l 4 is the length in the horizontal or vertical direction of the specimen after shrinking.)

상기 제조예에 따라 제조된 다공성 지지체를 SEM으로 촬영하여 도 1에 나타내었다.The porous support prepared according to the above Preparation Example was photographed by SEM and shown in FIG. 1.

상기 제조예 및 비교제조예에 따라 제조된 지지체의 물성을 측정하고 그 결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.The physical properties of the support prepared according to Preparation Example and Comparative Preparation Example were measured, and the results are shown in Tables 1 and 2 below.

구분division 제조예 1-2 (가교 전)Preparation Example 1-2 (before crosslinking) 제조예 1-2 (가교 후)Preparation Example 1-2 (after crosslinking) 두께(μm)Thickness( μm ) 99 9.69.6 기공률(%)Porosity (%) 5050 5252 통기도(sec/100ml)Air permeability (sec/100ml) 124124 129129 MD인장강도(kgf/cm2)MD tensile strength (kgf/cm 2 ) 1,4001,400 1,5901,590 MD인장신율(%)MD tensile elongation (%) 8585 6060 TD인장강도(kgf/cm2)TD tensile strength (kgf/cm 2 ) 955955 1,0901,090 TD인장신율(%)TD tensile elongation (%) 6060 5555 MD열수축률(%)MD heat contraction rate (%) 1111 55 TD열수축률(%)TD heat contraction rate (%) 1717 1010 천공강도(gf)Drilling strength (gf) 190190 230230 멜트다운온도(℃)Meltdown temperature (℃) 150150 210210

구분division 제조예 1-1Manufacturing Example 1-1 제조예 1-2Preparation Example 1-2 비교제조예 1Comparative Production Example 1 비교제조예 2Comparative Production Example 2 비교제조예 3Comparative Production Example 3 두께(μm)Thickness( μm ) 9.49.4 9.69.6 2525 14.314.3 2626 기공률(%)Porosity (%) 5050 5252 4343 3333 4242 MD인장강도(kgf/cm2)MD tensile strength (kgf/cm 2 ) 1,5201,520 1,5901,590 779779 1,3501,350 2,1372,137 MD인장신율(%)MD tensile elongation (%) 6767 6060 173173 210210 4747 TD인장강도(kgf/cm2)TD tensile strength (kgf/cm 2 ) 1,0201,020 1,0901,090 543543 12801280 1,7931,793 TD인장신율(%)TD tensile elongation (%) 5252 5555 159159 183183 3333 MD열수축률(%)MD heat contraction rate (%) 77 55 1212 1111 1717 TD열수축률(%)TD heat contraction rate (%) 1111 1010 1414 1313 1919 천공강도(gf)Drilling strength (gf) 210210 230230 150150 480480 350350 멜트다운온도(℃)Meltdown temperature (℃) 205205 210210 177177 190190 185185

실험예 2Experimental Example 2

상기 제조예 1-2, 비교제조예 1 및 2의 디클로로메탄 침출조에서 추출 후 재생된 파라핀오일을 유도결합형플라즈마발광분석(Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy, ICP)하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The paraffin oil regenerated after extraction in the dichloromethane leaching tanks of Preparation Example 1-2 and Comparative Preparation Examples 1 and 2 was subjected to inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP), and the results are shown in Table 3 below. Indicated.

구분division Si 함량 (mg/kg)Si content (mg/kg) Sn 함량 (mg/kg)Sn content (mg/kg) 비고Remark 제조예 1-2Preparation Example 1-2 55 33 측정오차 이내Within measurement error 비교제조예 1Comparative Production Example 1 4~54~5 1~21~2 측정오차 이내Within measurement error 비교제조예 2Comparative Production Example 2 220220 77 --

상기 표 3을 참고하면, 실란 변성 폴리올레핀을 사용한 제조예 및 비교제조예 1에서는 파라핀오일 1kg 당 Si 함량이 5mg 이하로 측정오차 이내에 해당하나, 트리메톡시비닐실란을 사용한 비교제조예 2는 파라핀오일 1kg 당 220mg의 Si이 검출되었다. 또한, 비교제조예 2의 파라핀오일을 추가 분석한 결과, 트리메톡시비닐실란의 그라프트 과정에서 폴리에틸렌 외에 파라핀오일에 다수의 실란이 그라프트되었음을 확인할 수 있었다. 상기 실란이 변성 파라핀오일은 재생이 불가능하여 전량 폐기하였다.Referring to Table 3, in Preparation Example and Comparative Preparation Example 1 using silane-modified polyolefin, the Si content per 1 kg of paraffin oil is 5 mg or less, which is within the measurement error, but Comparative Preparation Example 2 using trimethoxyvinylsilane is paraffin oil. 220 mg of Si was detected per 1 kg. In addition, as a result of additional analysis of the paraffin oil of Comparative Preparation Example 2, it was confirmed that a number of silanes were grafted to paraffin oil other than polyethylene during the grafting process of trimethoxyvinylsilane. The silane-modified paraffin oil was completely discarded because it was not regenerated.

실험예 3Experimental Example 3

제조예 및 비교제조예에 따라 제조된 다공성 지지체를 가로방향(TD)으로 3등분하여 각 부분에서 지지체 시편을 추출하여 가교도, 천공강도 및 멜트다운온도를 측정하여 하기 표 4에 나타내었다. 하기 표 4에서, L은 일 측의 지지체, R은 타 측의 지지체, M은 중앙 측의 지지체의 시편에서 측정된 값을 의미한다. 최대 차이는 M 값과 L 또는 R 값과의 차이 중 큰 값이다.The porous support prepared according to Preparation Example and Comparative Preparation Example was divided into three portions in the transverse direction (TD), and the support specimen was extracted from each portion, and the degree of crosslinking, the puncture strength, and the meltdown temperature were measured, and are shown in Table 4 below. In Table 4 below, L denotes a value measured on a specimen of the support on one side, R on the other side, and M on the center side. The maximum difference is the greater of the difference between the M value and the L or R value.

구분division 제조예 1-2Preparation Example 1-2 제조예 1-4Manufacturing Example 1-4 비교제조예 2Comparative Production Example 2 비교제조예 3Comparative Production Example 3 L천공강도(gf)L punching strength (gf) 250250 240240 490490 230230 M천공강도(gf)M Drilling strength (gf) 230230 220220 450450 410410 R천공강도(gf)R punching strength (gf) 220220 230230 470470 490490 최대 차이(gf)Maximum difference (gf) 3030 2020 4040 260260 L멜트다운온도(℃)L Melt down temperature (℃) 211211 224224 193193 212212 M멜트다운온도(℃)M meltdown temperature (℃) 208208 215215 179179 157157 R멜트다운온도(℃)R meltdown temperature (℃) 207207 219219 187187 149149 최대 차이(℃)Maximum difference (℃) 44 99 1414 6363

실험예 4Experimental Example 4

제조예 및 비교제조예에 따른 가교 시, 가교 시간에 따른 지지체의 겔 분율을 측정하여 가교 방법 및 조건에 따른 반응속도를 평가하였고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.When crosslinking according to Preparation Examples and Comparative Preparation Examples, the gel fraction of the support according to the crosslinking time was measured to evaluate the reaction rate according to the crosslinking method and conditions, and the results are shown in Table 5 below.

가교시간Crosslinking time 제조예 1-5Manufacturing Example 1-5 제조예 1-6Preparation Example 1-6 비교제조예4Comparative Production Example 4 제조예 1-7Manufacturing Example 1-7 제조예 1-8Manufacturing Example 1-8 비교제조예5Comparative Production Example 5 22 3030 3434 00 -- -- -- 55 4242 6969 44 55 2020 00 1010 5555 7070 1212 1212 4848 00 1515 6565 -- 2525 2020 6161 55 3030 7070 -- 5050 4242 -- 66 4545 -- -- 7070 -- -- -- 6060 -- -- -- 6060 -- 1111

상기 표 5를 참고하면, 프로필렌글리콜(끓는점: 188.2℃)이 담지된 가교조에서 연속식으로 가교 반응이 이루어진 제조예 1-5, 1-6의 경우, 비교제조예 4에 비해 약 70%의 가교도를 달성하는데 소요된 시간이 최대 1/3 이하로 단축되었고, 프로필렌글리콜에 비해 끓는점이 더 높은 에틸렌글리콜(끓는점: 197.3℃)이 담지된 가교조에서 연속식으로 가교 반응이 이루어진 제조예 1-7, 1-8의 경우, 비교제조예 5에 비해 약 60%의 가교도를 달성하는데 소요된 시간이 최대 1/10 이하로 단축되었다.Referring to Table 5, in the case of Preparation Examples 1-5 and 1-6, in which the crosslinking reaction was performed continuously in a crosslinking tank in which propylene glycol (boiling point: 188.2°C) was supported, about 70% of Comparative Preparation Example 4 Preparation Example 1 in which the time required to achieve the degree of crosslinking was reduced to a maximum of 1/3 or less, and a crosslinking reaction was carried out in a continuous manner in a crosslinking tank carrying ethylene glycol (boiling point: 197.3°C) having a higher boiling point than propylene glycol. In the cases 7, 1-8, the time required to achieve a degree of crosslinking of about 60% was reduced to a maximum of 1/10 or less compared to Comparative Preparation Example 5.

제조예 2Manufacturing Example 2

상기 제조예 1-1 내지 1-8의 다공성 지지체의 표면을 개질하기 위해 진공 플라즈마로 처리하였다. 플라즈마 처리 전, 상기 다공성 지지체를 평탄하게 편 상태로 유지할 수 있는 틀에 끼우고 지지체 상의 불순물을 제거하기 위해 질소로 퍼지(purge)하였다.In order to modify the surface of the porous support of Preparation Examples 1-1 to 1-8, it was treated with vacuum plasma. Before plasma treatment, the porous support was inserted into a frame capable of maintaining a flat state and purged with nitrogen to remove impurities on the support.

진공 플라즈마 처리를 위한 장치의 챔버 크기는 폭 150mm, 깊이 200mm, 높이 120mm이고, 플라즈마를 발생시키는 용도의 평면 전극이 윗면으로부터 25mm 떨어진 위치에 챔버 상면과 평행하게 장착된 것을 사용하였다. 상기 평면 전극으로부터 20mm 떨어진 위치에 상기 다공성 지지체를 상기 평면 전극과 평행하게 위치시키고 챔버 내부의 압력이 0.1torr가 될 때까지 진공 조건을 조성하였다.The chamber size of the apparatus for vacuum plasma treatment is 150mm in width, 200mm in depth, and 120mm in height, and a planar electrode for generating plasma is installed in parallel with the upper surface of the chamber at a location 25mm away from the upper surface. The porous support was placed in parallel with the planar electrode at a position 20 mm away from the planar electrode, and a vacuum condition was created until the pressure inside the chamber became 0.1 torr.

하기 표 6에 따른 조성을 가지는 기체를 100sccm의 유량으로 챔버 내부로 유입시키면서 2분 간 챔버 내부 압력을 0.5torr로 유지하여 퍼지하였다. 또한, 주파수 50KHz인 고주파 전원을 100W의 출력으로 인가하여 하기 표 6에 따른 시간 동안 상기 다공성 지지체를 처리하였다. 처리 후, 챔버 내부로의 기체 유입을 차단하고 압력을 0.5torr로 유지한 상태에서, 공기로 2분 간 퍼지하고 진공 조건을 해소하여 챔버를 개방하였다.The gas having the composition according to Table 6 was introduced into the chamber at a flow rate of 100 sccm, and the pressure inside the chamber was maintained at 0.5 torr for 2 minutes to purify. In addition, by applying a high-frequency power having a frequency of 50KHz at an output of 100W, the porous support was treated for the time according to Table 6 below. After the treatment, gas inflow into the chamber was blocked and the pressure was maintained at 0.5 torr, purged with air for 2 minutes, and the vacuum condition was released to open the chamber.

상기 다공성 지지체의 상, 하면을 뒤집어 챔버 내부에 상기와 같은 방식으로 위치시키고, 동일한 과정을 반복하여 상기 다공성 지지체의 양면, 즉, 상면과 하면이 고르게 처리되도록 하였다.The upper and lower surfaces of the porous support were turned over and placed in the chamber in the same manner as described above, and the same process was repeated to ensure that both surfaces of the porous support, that is, the upper and lower surfaces, were evenly treated.

표면 처리된 상기 다공성 지지체의 표면에서 2차 증류수 물방울의 접촉각을 측정하여 상기 다공성 지지체의 친수성 특성 변화를 평가하였고, 흐름 전위 방법을 이용하여 상기 다공성 지지체 표면의 제타전위(zeta potential)를 측정하여 상기 다공성 지지체의 하전 특성을 평가하였다. 상기 제조예 1-1에서 제조된 지지체의 친수화 개질 후 측정, 평가 결과를 대표적으로 하기 표 6에 나타내었다.By measuring the contact angle of the second distilled water droplet on the surface of the surface-treated porous support, the change in the hydrophilic properties of the porous support was evaluated, and the zeta potential of the surface of the porous support was measured using a flow potential method. The charging properties of the porous support were evaluated. The measurement and evaluation results after the hydrophilic modification of the support prepared in Preparation Example 1-1 are typically shown in Table 6 below.

구분division AA BB CC DD EE FF GG 기체 조성
(O2 : SO2, vol%)
Gas composition
(O 2 : SO 2 , vol%)
50 : 5050: 50 20 : 8020: 80 20 : 8020: 80 20 : 8020: 80 20 : 8020: 80 -- 공기air
플라즈마 처리시간(분)Plasma treatment time (min) 120120 120120 9090 6060 3030 -- 120120 접촉각(도, ˚)Contact angle (degree, ˚) 33 00 00 44 1313 110110 9999 제타전위(mV)Zeta potential (mV) -9-9 -25-25 -22-22 -17-17 -10-10 -2-2 -3-3

상기 표 6을 참고하면, 플라즈마 표면 처리를 거치지 않은 다공성 지지체는(F) 소수성이 매우 강하고 표면이 실란에 의해 약하게 하전된 반면에, 산소와 이산화황이 일정 비율로 혼합된 가스를 공정 기체로 하여 플라즈마 표면 처리된 다공성 지지체(A~E)는 그 표면이 음전하를 띠고 친수성이 현저히 강화되었다.Referring to Table 6, the porous support that has not undergone plasma surface treatment (F) has very strong hydrophobicity and the surface is weakly charged by silane, while plasma is formed using a gas in which oxygen and sulfur dioxide are mixed in a certain ratio as a process gas. The surface-treated porous scaffolds (A to E) had a negative charge and remarkably enhanced hydrophilicity.

또한, F의 플라즈마 표면 처리되지 않은 지지체와 A의 플라즈마 표면처리된 지지체를 증류수에 침지했을 때, F의 지지체는 기공으로 물이 침투하지 못하고 표면이 공기와 접촉하려는 성질로 인해 물에 뜨며 기공과 폴리에틸렌 소재 사이의 굴절율 차이로 인한 광산란에 의해 불투명한 반면에, A의 지지체는 기공 내부로 물이 침투하여 물 속에 양호하게 침지될 수 있고, 기공을 채우는 물과 폴리에틸렌 소재 사이의 완화된 굴절율 차이로 인해 투명하게 보이게 된다.In addition, when the non-plasma surface-treated support of F and the plasma surface-treated support of A are immersed in distilled water, the support of F floats in water due to the property that water does not penetrate into the pores and the surface is in contact with air. While it is opaque by light scattering due to the difference in refractive index between the polyethylene materials, the support of A can be well immersed in the water by infiltrating water into the pores, and due to the moderate difference in refractive index between the water filling the pores and the polyethylene material. This makes it appear transparent.

또한, A, B를 통해, 공정 기체 중 이산화황의 비율이 산소에 비해 큰 경우 다공성 지지체의 표면이 더 효과적으로 친수성 개질됨을 알 수 있다.In addition, from A and B, it can be seen that when the ratio of sulfur dioxide in the process gas is larger than that of oxygen, the surface of the porous support is more effectively hydrophilically modified.

제조예 3-1Manufacturing Example 3-1

기계적 교반기, 가스 주입구, 냉각기를 구비한 5구 5L 반응기에 폴리술폰 354.4g(0.8mol) 및 디클로로에탄 3,900ml를 투입하고 질소 분위기 하에서 12시간 이상 상온에서 교반시켰다.Polysulfone 354.4 g (0.8 mol) and dichloroethane 3,900 ml were added to a 5-neck 5 L reactor equipped with a mechanical stirrer, a gas inlet, and a cooler, and stirred at room temperature for 12 hours or more under a nitrogen atmosphere.

용해가 완료되면 적하 깔때기를 이용하여 클로로트리메틸실란 259.3ml(2mol)를 투입한 후 클로로술폰산 134.4ml(2mol) 및 디클로로에탄 100ml를 혼합하여 천천히 투입하였다. 투입을 완료한 후 6시간 동안 반응시켰다.When the dissolution was complete, 259.3 ml (2 mol) of chlorotrimethylsilane was added using a dropping funnel, and 134.4 ml (2 mol) of chlorosulfonic acid and 100 ml of dichloroethane were mixed and slowly added. After the addition was completed, it was reacted for 6 hours.

반응 종료 후 생성물을 메탄올에 천천히 투입하여 침전시킨 후 2~3회 세척하여 잔류하는 디클로로에탄을 제거한 다음, NaCl 수용액에 넣어 염의 형태로 Na+ 이온 전환시킨 후, 분쇄 및 세척하였다.After the reaction was completed, the product was slowly added to methanol to precipitate, washed 2 to 3 times to remove residual dichloroethane, and then added to an aqueous NaCl solution to convert Na + ions in the form of a salt, followed by pulverization and washing.

기계적 교반기를 사용하여 10N NaOH 수용액을 이용하여 생성물을 중화시킨 후, 물로 세척하고 여과하였으며, 80℃ 진공 오븐에서 24시간 이상 감압 건조하여 술폰화도가 80%인 술폰화 폴리술폰을 수득하였다. 상기 술폰화 폴리술폰을 NMP에 30~60중량%의 농도로 60℃에서 2시간 동안 용해시켜 전해액을 제조하였다.The product was neutralized using a 10N NaOH aqueous solution using a mechanical stirrer, washed with water, filtered, and dried under reduced pressure in a vacuum oven at 80° C. for 24 hours to obtain a sulfonated polysulfone having a degree of sulfonation of 80%. The sulfonated polysulfone was dissolved in NMP at a concentration of 30 to 60% by weight at 60° C. for 2 hours to prepare an electrolyte.

제조예 3-2Manufacturing Example 3-2

기계적 교반기, 가스 주입구, 냉각기를 구비한 5구 150ml 반응기에 불소계 이오노머인 퍼플루오로술폰산 20g, 물 30ml 및 알코올 70ml를 투입하고 질소 분위기 하에서 2시간 이상 상온에서 교반시켰다. 교반 후 NMP 10ml를 추가로 투입하여 30분 이상 교반하여 전해액을 제조하였다.To a 5-neck 150 ml reactor equipped with a mechanical stirrer, a gas inlet, and a cooler, 20 g of perfluorosulfonic acid, 30 ml of water, and 70 ml of alcohol were added to the reactor, followed by stirring at room temperature for at least 2 hours under a nitrogen atmosphere. After stirring, 10 ml of NMP was additionally added and stirred for at least 30 minutes to prepare an electrolyte.

실시예 1Example 1

제조예 2의 과정을 거친 다공성 지지체를 상기 제조예 3-1의 전해액에 함침하여 이온교환막을 제조하였다.The porous support that went through the process of Preparation Example 2 was impregnated with the electrolyte solution of Preparation Example 3-1 to prepare an ion exchange membrane.

상기 실시예에 따라 제조된 이온교환막을 SEM으로 촬영하여 도 2에 나타내었다.The ion exchange membrane prepared according to the above example was photographed by SEM and shown in FIG. 2.

제조된 막의 성능과 내구성을 정량화하기 위해 함침에 의해 이온교환막이 제조된 직후와 증류수에 보관하여 2일 경과 후, 0.5N 농도의 염화나트륨 수용액에서 양이온 이동수를 각각 측정하였고, 대표적으로 상기 제조예 1-1의 지지체를 기반으로 제조된 이온교환막의 물성을 하기 표 7에 기재하였다.In order to quantify the performance and durability of the prepared membrane, the cation transfer water was measured in 0.5N sodium chloride aqueous solution, respectively, immediately after the ion exchange membrane was prepared by impregnation and after 2 days of storage in distilled water, and representatively, Preparation Example 1- The physical properties of the ion exchange membrane prepared based on the support of 1 are shown in Table 7 below.

구분division AA BB FF GG 증류수 보관 2일 경과 후 박리 유무Exfoliation after 2 days of storage in distilled water 미발생Not occurring 미발생Not occurring 발생Occur 발생Occur 제조 직후 양이온 이동수Cation transfer water immediately after preparation 0.950.95 0.940.94 0.950.95 0.950.95 증류수 보관 2일 경과 후 양이온 이동수Cation transfer water after 2 days of storage of distilled water 0.940.94 0.940.94 0.620.62 0.590.59

상기 표 7를 참고하면, 플라즈마 표면처리를 거치지 않았거나 공기를 공정 기체로 사용하여 플라즈마 표면처리한 기재 다공막에 고분자 전해질을 함침시켜 이온교환막을 제조한 경우(F, G), 증류수 보관 2일 경과 후 고분자 전해질과 기재 다공막 사이의 박리 현상이 관찰되었다. 또한, F, G의 경우, 이온교환막이 제조된 직후 측정된 양이온 이동수가 0.95에 이르지만 증류수에 보관 2일 경과 후 0.62 미만으로 현저히 감소하여 이온교환막으로서의 내구성이 낮은 것으로 나타났다.반면, 산소와 이산화황이 일정 비율로 혼합된 가스를 공정 기체로 하여 플라즈마 표면처리된 기재 다공막(A, B)에 고분자 전해질을 함침시켜 제조한 이온교환막의 경우, 2일 이상 증류수에 보관하여도 박리 현상이 관찰되지 않았으며 양이온 이동수의 변화가 거의 없이 0.94 이상으로 유지되었다.Referring to Table 7 above, when an ion exchange membrane is prepared by impregnating a polymer electrolyte into a porous membrane of a substrate that has not undergone plasma surface treatment or is treated with air using air as a process gas (F, G), distilled water is stored for 2 days. After lapse, a peeling phenomenon between the polymer electrolyte and the porous substrate film was observed. In addition, in the case of F and G, the number of cation transfers measured immediately after the ion exchange membrane was prepared reached 0.95, but after 2 days of storage in distilled water, it decreased significantly to less than 0.62, indicating that the durability as an ion exchange membrane was low. On the other hand, oxygen and sulfur dioxide were found to have low durability. In the case of the ion exchange membrane manufactured by impregnating the porous membrane (A, B) of the substrate with plasma surface treatment with the gas mixed in a certain ratio as the process gas, no peeling phenomenon was observed even when stored in distilled water for 2 days or longer. It was maintained above 0.94 with little change in the number of cation transfers.

실시예 2Example 2

제조예 2의 과정을 거친 다공성 지지체를 상기 제조예 3-2의 전해액에 함침하여 이온교환막을 제조하였다.The porous support that went through the process of Preparation Example 2 was impregnated with the electrolyte solution of Preparation Example 3-2 to prepare an ion exchange membrane.

제조된 막의 성능과 내구성을 아래의 방법으로 평가하였고, 그 결과는 하기 표 8과 같다.The performance and durability of the prepared membrane were evaluated by the following method, and the results are shown in Table 8 below.

-이온전환율(IEC, meq/g): 이온전환율을 통해 이온교환막 내의 이온교환기의 포함 정도를 알 수 있으며, 산-염기 적정법을 이용하여 측정하였다. 상기 이온교환막을 0.01N 염화나트륨 수용액에 24시간 동안 침적한 후 0.01N 수산화나트륨 용액을 이용하여 적정하였고, 하기 식을 이용하여 이온전환율을 계산하였다.-Ion conversion rate (IEC, meq/g): The degree of inclusion of ion exchange groups in the ion exchange membrane can be known through the ion conversion rate, and was measured using an acid-base titration method. The ion exchange membrane was immersed in a 0.01N sodium chloride aqueous solution for 24 hours, followed by titration using a 0.01N sodium hydroxide solution, and the ion conversion rate was calculated using the following equation.

Figure 112018095929647-pat00004
Figure 112018095929647-pat00004

상기 식에서, VNaOH는 적정에 사용된 수산화나트륨 수용액의 부피를, NNaOH는 수산화나트륨 수용액의 노르말 농도를, Wdry는 건조된 이온교환막의 중량이다.In the above formula, V NaOH is the volume of the aqueous sodium hydroxide solution used in the titration, N NaOH is the normal concentration of the sodium hydroxide aqueous solution, and W dry is the weight of the dried ion exchange membrane.

-물 흡수율(water uptake, %): 이온교환막의 물 흡수율을 측정하기 위해, 이온교환막을 탈이온수로 수차례 여러 번 세척하고, 세척된 이온교환막을 탈이온수에 24시간 동안 침지시킨 후 꺼내어 표면에 존재하는 물을 제거한 후 중량(Wwet)을 측정하였다. 이어서, 동일한 이온교환막을 다시 120℃의 감압건조기에서 24시간 동안 건조한 후 다시 중량(Wdry)을 측정하였고, 하기 식을 이용하여 물 흡수율을 계산하였다.-Water absorption rate (water uptake, %): To measure the water absorption rate of the ion exchange membrane, the ion exchange membrane was washed several times with deionized water, and the washed ion exchange membrane was immersed in deionized water for 24 hours. After removing the water present, the weight (W wet ) was measured. Subsequently, the same ion exchange membrane was dried again in a vacuum dryer at 120° C. for 24 hours, and then the weight (W dry ) was measured again, and the water absorption rate was calculated using the following equation.

Figure 112018095929647-pat00005
Figure 112018095929647-pat00005

-치수안정성(Δl, Δt, ΔV, %): 치수안정성은 물 흡수율의 측정방법과 동일하되, 중량 대신, 이온교환막의 길이, 두께, 부피변화를 측정하였고, 하기 식을 이용하여 치수변화율을 계산하였다.-Dimensional stability (Δl, Δt, ΔV, %): Dimensional stability is the same as the water absorption rate, but instead of weight, the length, thickness, and volume change of the ion exchange membrane were measured, and the dimensional change rate was calculated using the following equation. I did.

Figure 112018095929647-pat00006
Figure 112018095929647-pat00006

Figure 112018095929647-pat00007
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Figure 112018095929647-pat00008
Figure 112018095929647-pat00008

구분division IECIEC ΔlΔl ΔtΔt ΔVΔV 물 흡수율Water absorption rate AA 1.371.37 2.22.2 2.712.71 7.817.81 9.809.80 BB 1.321.32 2.02.0 2.112.11 5.225.22 7.517.51 FF 1.101.10 5.115.11 6.356.35 17.9317.93 11.9311.93

상기 표 8을 참고하면, 이산화황(SO2) 및 산소(O2)를 포함하는 혼합가스 존재 하에서 플라즈마 표면처리된 기재 다공막에 전해질을 함침시켜 제조된 이온교환막(A, B)은, 이온전환율이 약 1.1meq/g 이상으로 플라즈마 표면처리를 거치지 않은 기재 다공막에 전해질을 함침시켜 제조된 이온교환막(F)에 비해 높아 이온전도성이 우수할 뿐만 아니라, 길이변화율이 약 60~70% 감소하여 치수안정성이 향상되었으며, 물 흡수율 또한 10% 이하로 낮아 이온교환막으로서의 내구성이 우수한 것으로 나타났다.전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.Referring to Table 8, the ion exchange membranes (A, B) prepared by impregnating the electrolyte into the plasma surface-treated substrate porous membrane in the presence of a mixed gas containing sulfur dioxide (SO 2 ) and oxygen (O 2 ), the ion conversion rate This is higher than the ion exchange membrane (F) manufactured by impregnating the porous membrane with an electrolyte in the substrate porous membrane that has not undergone plasma surface treatment at a rate of about 1.1 meq/g or more, and has excellent ion conductivity and reduced the length change rate by about 60-70%. The dimensional stability was improved, and the water absorption rate was also lowered to 10% or less, indicating excellent durability as an ion exchange membrane. The foregoing description of the present invention is for illustration purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains the present invention. It will be understood that it can be easily transformed into other concrete forms without changing the technical idea or essential features of Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and the concept of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (24)

중량평균분자량(Mw)이 250,000~450,000인 폴리올레핀을 포함하는 연속상 매트릭스 및 상기 매트릭스 중에서 가교된 불연속상 실란 변성 폴리올레핀을 포함하는 다공성 지지체; 및
상기 다공성 지지체의 기공에 함침되거나 표면에 도포된 전해질;을 포함하고,
상기 다공성 지지체 중 상기 실란 변성 폴리올레핀의 함량은 0.1~5중량%인, 이온교환막.
A porous support comprising a continuous phase matrix comprising a polyolefin having a weight average molecular weight (M w ) of 250,000 to 450,000, and a discontinuous silane-modified polyolefin crosslinked in the matrix; And
Including; an electrolyte impregnated in the pores of the porous support or applied to the surface,
The content of the silane-modified polyolefin in the porous support is 0.1 to 5% by weight, ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 무기필러를 더 포함하는, 이온교환막.
The method of claim 1,
The porous support further comprises an inorganic filler, ion exchange membrane.
제2항에 있어서,
상기 다공성 지지체 중 상기 무기필러의 함량은 10~70중량%인, 이온교환막.
The method of claim 2,
The content of the inorganic filler in the porous support is 10 to 70% by weight, ion exchange membrane.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 실란은 알콕시기를 함유하는 비닐실란인, 이온교환막.
The method of claim 1,
The silane is a vinyl silane containing an alkoxy group, ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 하기 (i) 내지 (ix)의 조건 중 하나 이상을 만족하는, 이온교환막:
(i) 통기도 125~300sec/100ml;
(ii) 천공강도 200~400gf;
(iii) 세로방향(MD) 인장강도 1,500~3,000kgf/cm2;
(iv) 가로방향(TD) 인장강도 1,000~2,500kgf/cm2;
(v) 세로방향(MD) 인장신율 80% 이하;
(vi) 가로방향(TD) 인장신율 55% 이하;
(vii) 120℃에서 세로방향 열수축률 10% 이하;
(viii) 120℃에서 가로방향 열수축률 15% 이하;
(ix) 멜트다운온도 200~250℃.
The method of claim 1,
The porous support satisfies one or more of the following conditions (i) to (ix), ion exchange membrane:
(i) air permeability 125~300sec/100ml;
(ii) punching strength 200~400gf;
(iii) Tensile strength in the longitudinal direction (MD) 1,500~3,000kgf/cm 2 ;
(iv) Transverse direction (TD) tensile strength 1,000~2,500kgf/cm 2 ;
(v) 80% or less of tensile elongation in the longitudinal direction (MD);
(vi) 55% or less of tensile elongation in the transverse direction (TD);
(vii) 10% or less of longitudinal heat shrinkage at 120°C;
(viii) 15% or less in transverse direction heat shrinkage at 120°C;
(ix) Meltdown temperature 200~250℃.
제1항에 있어서,
상기 다공성 지지체의 평균 기공 크기는 20~2,000nm인, 이온교환막.
The method of claim 1,
The average pore size of the porous support is 20 ~ 2,000nm, ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 접촉각이 15˚ 이하인, 이온교환막.
The method of claim 1,
The porous support has a contact angle of 15˚ or less, an ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 다공성 지지체의 기공률은 30~90%인, 이온교환막.
The method of claim 1,
The porosity of the porous support is 30 to 90%, the ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 전해질은 술폰화 고분자, 불소계 화합물 또는 이들의 조합을 포함하는, 이온교환막.
The method of claim 1,
The electrolyte is an ion exchange membrane containing a sulfonated polymer, a fluorine-based compound, or a combination thereof.
제10항에 있어서,
상기 술폰화 고분자의 술폰화도가 60~90%인, 이온교환막.
The method of claim 10,
The sulfonation degree of the sulfonated polymer is 60 to 90%, the ion exchange membrane.
제10항에 있어서,
상기 술폰화 고분자가 폴리술폰 계열, 폴리(에테르술폰) 계열, 폴리(티오술폰) 계열, 폴리(에테르에테르케톤) 계열, 폴리이미드 계열, 폴리스티렌 계열, 폴리포스파젠 계열, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나의 술폰화 탄화수소계 고분자인, 이온교환막.
The method of claim 10,
The sulfonated polymer is a polysulfone series, a poly(ethersulfone) series, a poly(thiosulfone) series, a poly(etheretherketone) series, a polyimide series, a polystyrene series, a polyphosphazene series, and a mixture of two or more of them. One sulfonated hydrocarbon-based polymer selected from the group consisting of, the ion exchange membrane.
제10항에 있어서,
상기 불소계 화합물이 퍼플루오로술폰산, 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌 및 이들 중 2 이상의 공중합체 또는 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 이온교환막.
The method of claim 10,
The fluorine-based compound is perfluorosulfonic acid, poly(perfluorosulfonic acid), poly(perfluorocarboxylic acid), a copolymer of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing a sulfonic acid group, polytetrafluoroethylene, Polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, and one selected from the group consisting of two or more copolymers or combinations thereof, the ion exchange membrane.
(a) 중량평균분자량(Mw)이 250,000~450,000인 폴리올레핀 20~40중량부 및 실란 변성 폴리올레핀 0.1~10중량부를 포함하는 조성물을 가공하여 다공성 지지체를 제조하는 단계;
(b) 상기 다공성 지지체에 포함된 실란 변성 폴리올레핀을 가교시키는 단계; 및
(c) 상기 다공성 지지체를 전해질 및 용매를 포함하는 전해액에 함침하는 단계;를 포함하고,
상기 (b) 단계의 생성물 중 상기 폴리올레핀 및 가교된 상기 실란 변성 폴리올레핀은 각각 연속상 및 불연속상을 구성하는, 이온교환막의 제조방법.
(a) manufacturing a porous support by processing a composition comprising 20 to 40 parts by weight of a polyolefin having a weight average molecular weight (M w ) of 250,000 to 450,000 and 0.1 to 10 parts by weight of a silane-modified polyolefin;
(b) crosslinking the silane-modified polyolefin contained in the porous support; And
(c) impregnating the porous support into an electrolyte solution containing an electrolyte and a solvent; and,
In the product of the step (b), the polyolefin and the crosslinked silane-modified polyolefin constitute a continuous phase and a discontinuous phase, respectively.
제14항에 있어서,
상기 조성물은 가교 촉매를 더 포함하는, 이온교환막의 제조방법.
The method of claim 14,
The composition further comprises a crosslinking catalyst, a method for producing an ion exchange membrane.
제15항에 있어서,
상기 조성물 중 상기 가교 촉매의 함량은 0.01~5중량%인, 이온교환막의 제조방법.
The method of claim 15,
The content of the crosslinking catalyst in the composition is 0.01 to 5% by weight, the method for producing an ion exchange membrane.
제14항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 지지체를 끓는점이 100℃ 초과인 용액이 담지된 가교조에 투입하고 연속적으로 통과시키는, 이온교환막의 제조방법.
The method of claim 14,
In the step (b), the support is introduced into a crosslinking tank in which a solution having a boiling point exceeding 100°C is supported and continuously passed through the method for producing an ion exchange membrane.
제17항에 있어서,
상기 (b) 단계는 120℃ 이상의 온도에서 이루어지는, 이온교환막의 제조방법.
The method of claim 17,
The (b) step is made at a temperature of 120 ℃ or higher, the method of manufacturing an ion exchange membrane.
제17항에 있어서,
상기 용액은 가교 촉매를 더 포함하는, 이온교환막의 제조방법.
The method of claim 17,
The solution further comprises a crosslinking catalyst, the method of manufacturing an ion exchange membrane.
제17항에 있어서,
상기 용액 중 가교 촉매의 함량은 0.5~15중량%인, 이온교환막의 제조방법.
The method of claim 17,
The content of the crosslinking catalyst in the solution is 0.5 to 15% by weight, the method for producing an ion exchange membrane.
제14항에 있어서,
상기 (c) 단계 이전에,
이산화황(SO2) 및 산소(O2)를 포함하는 혼합가스 존재 하에서 지지체를 플라즈마 처리하는 단계;를 더 포함하는, 이온교환막의 제조방법.
The method of claim 14,
Before step (c),
Plasma treatment of the support in the presence of a mixed gas containing sulfur dioxide (SO 2 ) and oxygen (O 2 ); further comprising, a method of manufacturing an ion exchange membrane.
제21항에 있어서,
상기 혼합가스가 이산화황 50~90부피% 및 산소 10~50부피%를 포함하는, 이온교환막의 제조방법.
The method of claim 21,
The method for producing an ion exchange membrane, wherein the mixed gas contains 50 to 90% by volume of sulfur dioxide and 10 to 50% by volume of oxygen.
제21항에 있어서,
상기 플라즈마 처리가 0.5~90분 간 수행되는, 이온교환막의 제조방법.
The method of claim 21,
The plasma treatment is performed for 0.5 to 90 minutes, the method of manufacturing an ion exchange membrane.
제14항에 있어서,
상기 전해액 중 상기 전해질의 함량이 10~60중량%인, 이온교환막의 제조방법.
The method of claim 14,
A method of manufacturing an ion exchange membrane, wherein the content of the electrolyte in the electrolyte is 10 to 60% by weight.
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