KR102241065B1 - An anion-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 연속상 매트릭스 및 상기 매트릭스 중에서 가교된 불연속상 실란 변성 폴리올레핀을 포함하는 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체의 기공에 함침되거나 표면에 도포된 음이온 전도성 물질;을 포함하는 음이온 교환막 및 그 제조방법을 제공한다.An embodiment of the present invention is a continuous phase 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 discontinuous silane-modified polyolefin in the matrix; And an anion conductive material impregnated into the pores of the porous support or applied to the surface thereof.

Description

음이온 교환막 및 그 제조방법{AN ANION-EXCHANGE MEMBRANE AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Anion exchange membrane and its manufacturing method {AN ANION-EXCHANGE MEMBRANE AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 음이온 교환막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, CDI(Capacitive Deionization), ED(Electrodialysis), RED(Reverse Electrodialysis), 수전해(Water Electrolysis) 등에 적용될 수 있는 음이온 교환막 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an anion exchange membrane and a method of manufacturing the same, and more specifically, an anion exchange membrane applicable to CDI (Capacitive Deionization), ED (Electrodialysis), RED (Reverse Electrodialysis), Water Electrolysis, etc. It's about the method.

이온 교환막은 연료전지, 레독스 흐름 전지, 수처리, 해수의 담수화 등의 여러 분야에서 활용되고 있다. 이온 교환막은 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 이온 교환막은 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 이온 교환막이 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 expanding.

이러한 이온 교환막은 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 이온 교환막은 우수한 기계적 강도와 내구성이 요구된다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 보편적으로 사용되는 방법은 무기물을 첨가하여 하이브리드 복합막을 제조하는 방법, 촉매 혼합물을 가열 압착하는 핫프레스법, 경화제를 첨가하는 방법 등이 있다.These ion exchange membranes must have high selectivity and require low permeability of solvents 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 this demand include a method of preparing a hybrid composite film 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.

하이브리드 복합막은 막의 스웰링 현상이 계속된다면 막의 첨가물과 고분자 막 간의 틈이 생기게 되어 정상적인 이온 교환능력을 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 이온 교환막의 개발이 요구되고 있다.The hybrid composite membrane has a disadvantage in that if the swelling phenomenon of the membrane continues, a gap is created between the additives 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 that the curing agent is eluted over time. Due to the above-described problems, there is still a need to develop an ion exchange membrane having high durability and excellent mechanical properties.

현재 상용화된 음이온 교환막은 아사히글라스(Asahi Glass)사의 SelemionTM AMV, 아스톰(Astom)사의 NeoseptaTM AMX 등을 들 수 있다.Currently commercialized anion exchange membranes include Asahi Glass's Selemion TM AMV, Astom's Neosepta TM AMX, and the like.

그러나 상용화된 음이온 교환막의 경우 유기물에 의한 막 오염과 무기물의 스케일링에 취약하며, 특히, 유기물에 의한 막 오염은 이동도가 낮은 막 오염 물질이 음이온 교환막을 통과하면서 발생하게 된다. 이를 해결하기 위해, 분자량이 비교적 큰 유기물질의 투과도를 높일 수 있도록 가교도를 낮추는 방법이 있으나, 이 경우 막의 기계적 강도 및 화학적 안정성이 낮아지는 문제가 있다.However, in the case of a commercially available anion exchange membrane, it is vulnerable to membrane contamination by organic matter and scaling of inorganic matter. In particular, membrane contamination by organic matter occurs when membrane contaminants with low mobility pass through the anion exchange membrane. To solve this problem, there is a method of lowering the degree of crosslinking so as to increase the permeability of an organic material having a relatively large molecular weight, but in this case, there is a problem that the mechanical strength and chemical stability of the membrane are lowered.

또한, 상용화된 음이온 교환막의 경우 이온 교환 용량과 전기적 물성이 우수한 반면에, 가격이 비싸고 내구성이 낮은 문제가 있다.In addition, in the case of a commercially available anion exchange membrane, while excellent ion exchange capacity and electrical properties, there is a problem that the price is expensive and durability is low.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기계적 물성과 이온 교환능이 우수하면서도 이를 균일하게 구현할 수 있고, 알콕시비닐실란의 용출 및 폐기에 따라 제조 단가가 상승하는 문제를 해결하여 경제성이 우수한 음이온 교환막 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 anion exchange membrane with excellent economical efficiency and a manufacturing method thereof.

본 발명의 일 측면은, 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 음이온 전도성 물질;을 포함하는 음이온 교환막을 제공한다.One aspect of the present invention is a continuous phase 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 discontinuous silane-modified polyolefin in the matrix; And an anion conductive material impregnated in the pores of the porous support or applied to the surface thereof.

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 음이온 전도성 물질은 아민화된 고분자(aminated polymer)일 수 있다.In one embodiment, the anion conductive material may be an aminated polymer.

일 실시예에 있어서, 상기 아민화된 고분자는 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있다.In one embodiment, the aminated polymer may have a structure represented by Formula 1 below.

<화학식 1><Formula 1>

Figure 112019031676153-pat00001
Figure 112019031676153-pat00001

상기 식에서, Y는 공유결합(-), -CO-, -SO2-, 또는 -O-이고, Z 및 D는 각각 공유결합(-), -O-, 또는 -S-이고, C는 공유결합(-), -C(CH3)2-, 또는 -C(CF3)2-이고, R1은 H, 또는 -CH2N+R2R3R4이고, R2, R3, R4는 각각 -CH3, -CH2CH3, -(CH2)2CH3, -CH2NH2, -(CH2)2NH2, 또는 -(CH2)3NH(CH3)Cl이고, x, y는 각각 임의의 반복단위이고, x/(x+y)는 0.001~1이다.In the above formula, Y is a covalent bond (-), -CO-, -SO 2 -, or -O-, Z and D are each covalent bond (-), -O-, or -S-, and C is covalent A bond (-), -C(CH 3 ) 2 -, or -C(CF 3 ) 2 -, and R 1 is H, or -CH 2 N + R 2 R 3 R 4 , and R 2 , R 3 , R 4 is -CH 3 , -CH 2 CH 3 , -(CH 2 ) 2 CH 3 , -CH 2 NH 2 , -(CH 2 ) 2 NH 2 , or -(CH 2 ) 3 NH(CH 3 ) Cl, x and y are each arbitrary repeating unit, and x/(x+y) is 0.001 to 1.

일 실시예에 있어서, 상기 아민화된 고분자는 aminated PAES(polyaryleneether sulfone), aminated PEK(polyether keton), aminated PEEK(polyetherether ketone), aminated PS(polysulfone), aminated PES(polyether sulfone), aminated PPO(polyphenylene oxide), aminated PPS(polyphenylene sulfide) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.In one embodiment, the aminated polymer is aminated PAES (polyaryleneether sulfone), aminated PEK (polyether keton), aminated PEEK (polyetherether ketone), aminated PS (polysulfone), aminated PES (polyether sulfone), aminated PPO (polyphenylene). oxide), aminated polyphenylene sulfide (PPS), and a combination of two or more of them.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 지지체는 무기필러를 더 포함할 수 있고, 상기 다공성 지지체 중 상기 무기필러의 함량은 10~70중량%일 수 있다.In one embodiment, the porous support may further include an inorganic filler, and the content of the inorganic filler in the porous support may be 10 to 70% by weight.

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 음이온 전도성 물질 및 용매를 포함하는 용액에 함침하는 단계;를 포함하는 음이온 교환막의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention is, (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 a solution containing an anion conductive material and a solvent.

일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계 이전에, 상기 다공성 지지체를 브롬 기체 존재하에서 플라즈마 처리하고, 아민기를 함유하는 화합물로 이분자성 친핵성 치환반응(SN2 반응)시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, prior to step (c), plasma treatment of the porous support in the presence of bromine gas, and dimolecular nucleophilic substitution reaction (S N 2 reaction) with a compound containing an amine group; further comprising can do.

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

본 발명의 일 측면에 따른 음이온 교환막 및 그 제조방법은, 음이온 교환막의 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.An anion exchange membrane according to an aspect of the present invention and a method of manufacturing the same, in the manufacture of a support of the anion exchange membrane, use a polyolefin having completed silane modification without separately performing a silane modification reaction of the polyolefin, which is a weight average molecular weight within a certain range. Eggplants can be uniformly implemented while having excellent mechanical properties by mixing them with polyolefins in a certain ratio, and can maximize productivity and economy by solving the problem of increasing the manufacturing cost according to the elution and disposal of alkoxyvinylsilane.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 음이온 교환막의 지지체를 상기 다공성 지지체를 브롬 기체 존재하에서 플라즈마 처리하고, 아민기를 함유하는 화합물로 이분자성 친핵성 치환반응(SN2 반응)시켜 지지체의 표면 및 내부 기공의 표면을 친수화함으로써 상기 지지체에 함침된 음이온 전도성 물질과의 결합력 및 그에 따른 음이온 교환막의 내구성과 이온 전도성을 향상시킬 수 있다.According to another aspect of the present invention, the support of the anion exchange membrane is plasma-treated with the porous support in the presence of bromine gas, and a dimolecular nucleophilic substitution reaction (S N 2 reaction) with a compound containing an amine group is performed to obtain the surface and interior of the support. By hydrophilizing the surface of the pores, it is possible to improve the bonding strength with the anion conductive material impregnated in the support, and thus durability and ionic conductivity of the anion 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 1는 본 발명의 일 실시예(제조예 1-1)에 따른 다공성 지지체의 단면 SEM 이미지이고;
도 2는 본 발명의 일 비교예(비교예 1)에 따른 음이온 교환막의 단면 SEM 이미지이고;
도 3은 본 발명의 일 실시예(실시예 1)에 따른 음이온 교환막의 단면 SEM 이미지이고;
도 4는 본 발명의 일 실시예(제조예 1-9)에 따른 다공성 지지체의 단면 SEM 이미지이다.
1 is a cross-sectional SEM image of a porous support according to an embodiment (Preparation Example 1-1) of the present invention;
2 is a cross-sectional SEM image of an anion exchange membrane according to a comparative example (Comparative Example 1) of the present invention;
3 is a cross-sectional SEM image of an anion exchange membrane according to an embodiment (Example 1) of the present invention;
4 is a cross-sectional SEM image of a porous support according to an embodiment (Preparation Example 1-9) 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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in a number of different forms, and therefore is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

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" with 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, this means that other components may be further provided, not excluding other components, unless specifically stated to the contrary.

음이온 교환막Anion exchange membrane

본 발명의 일 측면은, 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 음이온 전도성 물질;을 포함하는 음이온 교환막을 제공한다.One aspect of the present invention is a continuous phase 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 discontinuous silane-modified polyolefin in the matrix; And an anion conductive material impregnated in the pores of the porous support or applied to the surface thereof.

상기 지지체는 내부에 기공이 형성된, 다공막의 일종일 수 있다. 상기 음이온 전도성 물질은 상기 지지체 내부의 기공 중 적어도 일부에 함침될 수 있고, 추가로 상기 지지체 표면의 적어도 일부에 코팅될 수 있다. 상기 기공 내부의 음이온 전도성 물질 및 지지체 표면의 음이온 전도성 물질은 상호 연결되어 있을 수 있다.The support may be a kind of porous membrane having pores formed therein. The anion conductive material 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 anion conductive material inside the pores and the anion conductive material 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 including 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 음이온 교환막의 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 anion 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 areas of the support, the required level of mechanical properties cannot be realized. 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 to extremely lower the dispersibility of the silane-modified polyolefin, and in some cases, the polyolefin and the silane Phase separation or delamination 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 the 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, trimethoxyvinylsilane, triethoxyvinylsilane, triacetoxyvinylsilane, and a combination of two or more thereof. It may be methoxyvinylsilane, but is not limited thereto.

상기 지지체는 무기필러를 더 포함할 수 있다. 상기 무기필러는 실리카(SiO2), 이산화티탄(TiO2), 알루미나(Al2O3), 제올라이트(zeolite), AlOOH, 바륨타이타네이트(BaTiO2), 탈크(Talk), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 탄산칼슘(CaCO3) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으며, 바람직하게는, 10~1,000nm 또는 10~600nm의 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 silica (SiO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zeolite, AlOOH, barium titanate (BaTiO 2 ), talc (Talk), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), and may be one selected from the group consisting of a combination of two or more of them, and preferably, spherical nanoparticles having an average particle size of 10 to 1,000 nm or 10 to 600 nm, Preferably, the surface may be a hydrophobic or hydrophilic nanoparticle. 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 reduced, and if it exceeds 70% by weight, the flexibility and workability of the support may be reduced.

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 made 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 50~300sec/100ml, 바람직하게는, 125~300sec/100ml; (ii) 천공강도 15~65gf/μm, 바람직하게는, 21.5~65gf/μm; (iii) 세로방향(MD) 인장강도 500~3,000kgf/cm2 , 바람직하게는, 700~2,000kgf/cm2; (iv) 가로방향(TD) 인장강도 500~2,500kgf/cm2, 바람직하게는, 700~2,000kgf/cm2; (v) 세로방향(MD) 인장신율 40% 이상, 바람직하게는, 40~80%; (vi) 가로방향(TD) 인장신율 40% 이상, 바람직하게는, 40~55%; (vii) 120℃에서 세로방향(MD) 열수축률 20% 이하, 바람직하게는, 10% 이하; (viii) 120℃에서 가로방향(TD) 열수축률 20% 이하, 바람직하게는, 15% 이하; (ix) 멜트다운온도 170~250℃, 바람직하게는, 200~250℃, 더 바람직하게는, 225~250℃.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 50-300sec/100ml, preferably 125-300sec/100ml; (ii) puncture strength of 15 to 65 gf/μm, preferably, 21.5 to 65 gf/μm; (iii) longitudinal direction (MD) tensile strength 500-3,000kgf/cm 2 , preferably 700-2,000kgf/cm 2 ; (iv) Transverse direction (TD) tensile strength 500-2,500kgf/cm 2 , preferably 700-2,000kgf/cm 2 ; (v) tensile elongation in the longitudinal direction (MD) of 40% or more, preferably, 40 to 80%; (vi) transverse direction (TD) tensile elongation of 40% or more, preferably, 40 to 55%; (vii) 20% or less, preferably 10% or less, in the longitudinal direction (MD) at 120°C; (viii) 20% or less, preferably 15% or less, of heat shrinkage in the transverse direction (TD) at 120°C; (ix) Meltdown temperature 170 to 250°C, preferably 200 to 250°C, more preferably 225 to 250°C.

상기 지지체는 친수화, 술폰화 처리되어 우수한 이온 전도성을 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 음이온 전도성 물질과의 높은 친화도(affinity)로 인해 상기 음이온 전도성 물질과 용이하게 결합될 수 있고, 그 결합력 또한 강화될 수 있어 상기 음이온 교환막의 내구성이 현저히 향상될 수 있고, 상기 지지체 및 음이온 전도성 물질에 포함된 친수성기의 소실이 최소화되므로 이온 전도성 또한 향상될 수 있다. The hydrophilized support has a hydrophilicity of the -SO 3 group generated on its surface and the surface of the inner pores, so it is easy with the anion conductive material due to high affinity with the anion conductive material, which is essentially hydrophilic. It can be combined together, and its bonding strength can also be strengthened, so that the durability of the anion exchange membrane can be remarkably improved, and since the loss of hydrophilic groups included in the support and the anion conductive material is minimized, ion conductivity can also be improved.

상기 음이온 전도성 물질은 아민화된 고분자(또는, 아민화 고분자, aminated polymer)일 수 있고, 바람직하게는, 상기 아민화된 고분자의 아민화도는 40~70%일 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어, "아민화도(degree of amination)"는 상기 아민화된 고분자를 이루는 복수의 단량체의 총 몰 수를 m, 상기 아민화된 고분자 중 하나 이상의 아민기가 치환된 단량체의 몰 수를 n이라 할 때, 식 n/m으로 산출될 수 있고, 예를 들어, n/m이 1이면 아민화도는 100%일 수 있다.The anionic conductive material may be an aminated polymer (or an aminated polymer), and preferably, the amination degree of the aminated polymer may be 40 to 70%. As used herein, the term "degree of amination" refers to the total number of moles of a plurality of monomers constituting the aminated polymer, m, and the number of moles of a monomer substituted with at least one amine group in the aminated polymer. When is n, it can be calculated by the formula n/m. For example, if n/m is 1, the amination degree may be 100%.

일반적으로, 음이온 전도성 물질, 특히, 음이온 전도성 고분자의 아민화도가 높을수록, 고분자의 이온 전도성이 증가하는 반면에, 친수성이 과도하게 높아져 물에 용해되거나 심하게 팽윤되는 현상이 발생한다. 반대로, 아민화도가 낮은 경우에는, 소수성이 강해서 내수성, 내구성이 향상되는 반면에, 이온 전도성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 상기 음이온 전도성 물질의 아민화도를 40~70%의 범위로 조절함으로써, 이온 전도성과 내수성, 내구성을 균형적으로 구현할 수 있다.In general, the higher the amination degree of the anionic conductive material, particularly the anionic conductive polymer, the higher the ionic conductivity of the polymer, while the hydrophilicity is excessively high, resulting in a phenomenon in which it is dissolved in water or severely swelled. Conversely, when the degree of amination is low, the hydrophobicity is strong, so that water resistance and durability are improved, while there is a problem that ionic conductivity is lowered. Therefore, by controlling the amination degree of the anion conductive material in the range of 40 to 70%, ion conductivity, water resistance, and durability can be implemented in a balanced manner.

상기 아민화된 고분자는 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있다.The aminated polymer may have a structure represented by Formula 1 below.

<화학식 1><Formula 1>

Figure 112019031676153-pat00002
Figure 112019031676153-pat00002

상기 식에서, Y는 공유결합(-), -CO-, -SO2-, 또는 -O-이고, Z 및 D는 각각 공유결합(-), -O-, 또는 -S-이고, C는 공유결합(-), -C(CH3)2-, 또는 -C(CF3)2-이고, R1은 H, 또는 -CH2N+R2R3R4이고, R2, R3, R4는 각각 -CH3, -CH2CH3, -(CH2)2CH3, -CH2NH2, -(CH2)2NH2, 또는 -(CH2)3NH(CH3)Cl이고, x, y는 각각 임의의 반복단위이고, x/(x+y)는 0.001~1이다.In the above formula, Y is a covalent bond (-), -CO-, -SO 2 -, or -O-, Z and D are each covalent bond (-), -O-, or -S-, and C is covalent A bond (-), -C(CH 3 ) 2 -, or -C(CF 3 ) 2 -, and R 1 is H, or -CH 2 N + R 2 R 3 R 4 , and R 2 , R 3 , R 4 is -CH 3 , -CH 2 CH 3 , -(CH 2 ) 2 CH 3 , -CH 2 NH 2 , -(CH 2 ) 2 NH 2 , or -(CH 2 ) 3 NH(CH 3 ) Cl, x and y are each arbitrary repeating unit, and x/(x+y) is 0.001 to 1.

예를 들어, 상기 아민화된 고분자는 aminated PAES(polyaryleneether sulfone), aminated PEK(polyether keton), aminated PEEK(polyetherether ketone), aminated PS(polysulfone), aminated PES(polyether sulfone), aminated PPO(polyphenylene oxide), aminated PPS(polyphenylene sulfide) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the aminated polymer is aminated PAES (polyaryleneether sulfone), aminated PEK (polyether keton), aminated PEEK (polyetherether ketone), aminated PS (polysulfone), aminated PES (polyether sulfone), aminated PPO (polyphenylene oxide). , aminated PPS (polyphenylene sulfide), and may be one selected from the group consisting of a combination of two or more of them, but is not limited thereto.

음이온 교환막의 제조방법Method of manufacturing anion 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 음이온 전도성 물질 및 용매를 포함하는 용액에 함침하는 단계;를 포함하는 음이온 교환막의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention is, (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 a solution containing an anion conductive material and a solvent.

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 polyolefin and silane-modified polyolefin having a weight average molecular weight (M w ) of 250,000 to 450,000 is put 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 part 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 the 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, trimethoxyvinylsilane, triethoxyvinylsilane, triacetoxyvinylsilane, and a combination of two or more thereof. It may be methoxyvinylsilane, but is not limited thereto.

상기 조성물은 기공형성제 60~80중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 기공형성제는 열유도 상분리(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 utilizing thermally induced phase separation to form pores.

상기 습식법은 상기 기공형성제를 포함하는 지지체를 용매가 담지된 추출조에 침지시키는 것일 수 있다. 추출 온도는 15~80℃바람직하게는, 25~40℃일 수 있고, 추출 시간은 0.1~60분, 바람직하게는, 1~20분일 수 있다.The wet method may be to immerse the support including the pore-forming agent in an extraction tank supported with a solvent. 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 a combination of two or more thereof may be one selected from the group consisting of, preferably, paraffin oil, more preferably, a kinematic viscosity at 40° C. of 50 to 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 조합으로 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 combination of two or more of them, and 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 caprylate, 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 added in the production of a silane-modified polyolefin, or a solution or dispersion of a crosslinking catalyst is applied 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-forming agent and introducing it through a side feeder of the extruder, the crosslinking catalyst is 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 the 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 다공성 지지체에 포함된 실란 변성 폴리올레핀을 가교시킬 수 있다. 상기 가교는 상기 다공성 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 porous support may be crosslinked. The crosslinking may be achieved by placing the porous 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). Since it is made in a moisture environment that is difficult to increase above a certain 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 be greater than 100°C, preferably, at least 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 다공성 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 다공성 지지체가 상기 가교조를 통과할 때 상기 다공성 지지체의 표면부(스킨층)와 접촉하므로, 상기 다공성 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), contains a silane-modified polyolefin distributed in the center (center layer) of the porous support in step (b). While it can be crosslinked effectively, 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 porous support when the porous support passes through the crosslinking tank, so that it is distributed on the surface portion (skin layer) of the porous support. It is possible to further accelerate the crosslinking reaction of the silane-modified polyolefin. The types and effects of the crosslinking catalyst are the same as described above.

상기 (c) 단계 이전에, 상기 다공성 지지체를 브롬 기체 존재하에서 플라즈마 처리하고, 아민기를 함유하는 화합물로 이분자성 친핵성 치환반응(SN2 반응)시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.Prior to the step (c), plasma treatment of the porous support in the presence of bromine gas, and dimolecular nucleophilic substitution reaction (S N 2 reaction) with a compound containing an amine group; may be further included.

상기 플라즈마 처리 및 이분자성 친핵성 치환반응을 통해 후술할 음이온 교환막 제조 시 상기 다공성 지지체의 표면 및 내부 기공의 표면을 친수화하여, 즉, 상기 다공성 지지체의 표면 및 내부 기공의 표면이 양의 전하를 띄도록 하여 음이온 전도성 물질과의 결합력을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 음이온 교환막의 내구성, 특히, 장기 내구성과 이온 전도성을 현저히 향상시킬 수 있다.When preparing an anion exchange membrane to be described later through the plasma treatment and dimolecular nucleophilic substitution reaction, the surface of the porous support and the surfaces of the internal pores are hydrophilized, that is, the surfaces of the porous support and the surfaces of the internal pores have a positive charge. By making it stand out, it is possible to improve the bonding strength with the anion conductive material, and accordingly, the durability of the anion exchange membrane, in particular, long-term durability and ion conductivity can be remarkably improved.

종래 다공성 지지체의 표면을 친수화하고 일정 수준의 이온 전도성을 구현하기 위해 다공성 지지체를 반응용액 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 porous support and realize a certain level of ion conductivity, a wet process in which the porous support is immersed in a reaction solution for a certain period of time to sulfonate was mainly used, but in this case, the wet process is plasma treatment. Since the plasma treatment is performed separately from the plasma treatment, such as preceding or 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 공정 기체는 브롬 기체를 포함하므로, 상기 다공성 지지체를 반응용액 등에 침지하는 등의 습식 공정없이 상기 플라즈마 처리라는 단일의 건식 공정(dry process)을 통해 상기 다공성 지지체의 표면과 내부 기공의 표면에 브롬 작용기를 생성하여, 즉, 브롬화 및 이분자성 친핵성 치환반응하여 상기 다공성 지지체의 친수성과 이온 전도성을 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 bromine gas, the porous support is formed through a single dry process called plasma treatment without a wet process such as immersing the porous support in a reaction solution. It is possible to maximize the hydrophilicity and ionic conductivity of the porous support by generating bromine functional groups on the surface and on the surface of the inner pores, that is, by bromination and dimolecular nucleophilic substitution reactions, simplifying the conventional complex process, and environmental It is also advantageous from the side.

상기 플라즈마 처리는 0.5~90분, 바람직하게는, 0.5~20분 간 수행될 수 있다. 상기 플라즈마 처리가 0.5분 미만으로 수행되면 상기 다공성 지지체가 필요한 수준으로 친수화, 브롬화될 수 없고, 90분 초과로 수행되면 친수화도, 브롬화도가 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 porous support cannot be hydrophilized or brominated to a required level, and if the plasma treatment is performed for more than 90 minutes, the hydrophilicity and bromination degree converge to a certain level, resulting in a decrease in process efficiency.

상기 플라즈마 처리 후, 상기 다공성 지지체를 아민기를 함유하는 화합물, 예를 들어, 1-(2-아미노에틸)피페라진(1-(2-Aminoethyl)Piperazine)으로 이분자성 친핵성 치환반응(SN2 반응)시킴으로써, 상기 다공성 지지체의 표면 및 내부 기공의 표면이 양의 전하를 띄도록 하여 음이온 전도성 물질과의 결합력을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 음이온 교환막의 내구성, 특히, 장기 내구성과 이온 전도성을 현저히 향상시킬 수 있다. After the plasma treatment, the porous support is subjected to a bimolecular nucleophilic substitution reaction (S N 2) with a compound containing an amine group, for example, 1-(2-aminoethyl)piperazine (1-(2-Aminoethyl)Piperazine). Reaction), so that the surface of the porous support and the surface of the inner pores have a positive charge, thereby improving the bonding strength with the anion conductive material, thereby significantly improving the durability of the anion exchange membrane, particularly, long-term durability and ion conductivity. Can be improved.

상기 (c) 단계에서는 상기 다공성 지지체를 음이온 전도성 물질 및 용매를 포함하는 용액에 함침 및/또는 코팅하여 상기 다공성 지지체의 기공에 상기 음이온 전도성 물질을 충진시킬 수 있고, 필요에 따라, 상기 다공성 지지체의 표면에도 상기 음이온 전도성 물질이 일정 두께로 코팅될 수 있다. 상기 (c) 단계에 따라 상기 음이온 전도성 물질이 충전 및/또는 코팅된 상기 음이온 교환막의 두께는 30~200μm일 수 있다.In the step (c), the porous support may be impregnated and/or coated with a solution containing an anionic conductive material and a solvent to fill the pores of the porous support with the anionic conductive material. The anion conductive material may be coated with a predetermined thickness on the surface as well. According to step (c), the thickness of the anion exchange membrane filled and/or coated with the anion conductive material may be 30 to 200 μm.

상기 함침 및/또는 코팅은, (i) 친수화된 상기 다공성 지지체를 상기 용액이 채워진 함침조에 일정 시간 동안 함침시키는 방식, (ii) 친수화된 상기 다공성 지지체를 상기 용액을 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 may include (i) impregnating the hydrophilized porous support into an impregnation bath filled with the solution for a predetermined period of time, (ii) a coating device for delivering the hydrophilized porous support to the solution, For example, it may be made in a method of coating with a roll coater, a bar coater, or the like, or a method in which (i) and (ii) are combined.

특히, 상기 (c) 단계가 상기 (ii) 중 롤 코터를 이용하는 방식으로 이루어지는 경우, 상기 롤 코터는 친수화된 상기 다공성 지지체의 일 면에 상기 용액을 전달하는 제1 롤 및 친수화된 상기 다공성 지지체의 타 면에 접촉하여 상기 다공성 지지체를 지지, 이송하면서 내부에 미리 정해진 구조, 형태의 흡입수단이 실장되어 상기 제1 롤로부터 전달된 상기 용액이 상기 다공성 지지체의 기공에 원활하게, 빈 공간없이 채워질 수 있도록 하는 제2 롤을 포함할 수 있다. 또한, 코팅에 필요한 양을 초과하여 전달된 상기 용액은 상기 제2 롤의 내부에 실장된 상기 흡입수단에 의해 흡입된 다음 상기 제1 롤에 상기 용액을 공급하는 수단으로 이송되어 상기 용액이 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 for transferring the solution to one side of the hydrophilized porous support and the hydrophilized porosity. A suction means of a predetermined structure and shape is mounted therein while contacting the other surface of the support to support and transport the porous support, so that the solution delivered from the first roll smoothly fits into the pores of the porous support without empty space. It may include a second roll that allows it to be filled. In addition, the solution 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 solution to the first roll so that the solution is reused. can do.

상기 용액 중 상기 음이온 전도성 물질의 함량은 10~60중량%일 수 있다. 상기 음이온 전도성 물질의 함량이 10중량% 미만이면 이온 교환막의 이온 전도성이 저하될 수 있고, 60중량% 초과이면 이온 전도성이 더 이상 향상되지 않기 때문에 불필요한 원료를 소진하게 되어 경제성 측면에서 불리하다.The content of the anion conductive material in the solution may be 10 to 60% by weight. If the content of the anion conductive material is less than 10% by weight, the ion conductivity of the ion exchange membrane may decrease, and if the content of the anion conductive material 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 음이온 전도성 물질은 아민화된 고분자일 수 있다. 상기 아민화된 고분자의 종류 및 작용효과에 대해서는 전술한 것과 같다.The anion conductive material may be an aminated polymer. The kinds and effects of the aminated polymer are the same as described above.

상기 용액의 용매는 에스테르계, 에테르계, 알코올계, 케톤계, 아마이드계, 술폰계, 카보네이트계, 지방족 탄화수소계, 방향족 탄화수소계, 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 아마이드계 용매일 수 있으며, 더 바람직하게는 N-메틸-2-피롤리돈일 수 있다.The solvent of the 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 combinations of two or more of them, 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.As the ether solvent, 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 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, and tetramethylene sulfone, 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 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 실시예의 실란 변성 폴리에틸렌으로는 TSC社의 SH-100X 및 MCPP社의 XHE740N을 각각 또는 혼용하여 사용하였고, 비교예의 실란 변성 폴리에틸렌으로는 미츠비시화학社의 링크론 HF-700N를 사용하였다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail. As the silane-modified polyethylene of the example, SH-100X of TSC and XHE740N of MCPP were used, respectively, or mixed, and as the silane-modified polyethylene of the comparative example, Linkron HF-700N of Mitsubishi Chemical Corporation was used.

재조예 1-1Preparation Example 1-1

중량평균분자량(Mw)이 350,000이고 분자량분포(Mw/Mn)가 5인 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene, HDPE) 25중량부, 실란 변성 폴리에틸렌 0.5중량부, 및 40℃에서의 동점도가 70 cSt인 파라핀오일 74.5중량부를 혼합하여 2축 압출기(내경 58 mm, L/D=56, Twin screw extruder)에 투입하였다. 상기 혼합물을 200℃, 스크류 회전속도 40 rpm의 조건에서 상기 2축 압출기로부터 폭이 300 mm인 T다이(T-die)로 토출시켰다. 이후 온도가 40℃인 캐스팅 롤(Casting roll)을 통과시켜 두께가 800 μm인 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, 제거하여 다공막을 제조하였다. 상기 다공막을 50℃의 조건에서 건조하였다. 이후, 상기 다공막을 텐터 연신기에서 125℃로 가열한 후, 가로방향(TD)으로 1.45배 연신 후 이완시켜 연신 전 대비 1.25배가 되도록 열고정시켰다. 상기 다공막을 85℃, 습도 85%인 항온항습조에서 72시간 동안 가교시켜 다공성 지지체를 제조하였다.25 parts by weight of high density polyethylene (HDPE) having a weight average molecular weight (M w ) of 350,000 and a molecular weight distribution (M w /M n ) of 5, 0.5 parts by weight of silane-modified polyethylene, and a kinematic viscosity of 70 at 40°C. 74.5 parts by weight of cSt paraffin oil was mixed and put into a twin screw extruder (internal diameter 58 mm, L/D=56, Twin screw extruder). The mixture was discharged 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. Thereafter, a base sheet having a thickness of 800 μm was prepared by 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 roll stretching machine at 110° C., and stretched 7 times in the transverse direction (TD) in a tenter stretching machine at 125° 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 to prepare a porous membrane. The porous membrane was dried at 50°C. Thereafter, the porous membrane was heated to 125° C. in a tenter stretching machine, stretched by 1.45 times in the transverse direction (TD), and then relaxed to heat-set to 1.25 times compared to before stretching. The porous membrane 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 350,000이고 분자량분포(Mw/Mn)가 5인 고밀도 폴리에틸렌 29.5중량부, 실란 변성 고밀도 폴리에틸렌 0.5중량부, 및 40℃에서의 동점도가 70 cSt인 파라핀오일 70중량부를 혼합하여 2축 압출기(내경 58 mm, L/D=56)에 투입하였다. 가교 촉매인 디부틸틴디라우레이트를 상기 파라핀오일 중 일부에 사전 분산시키고, 상기 2축 압출기를 통과하는 혼합물의 총 중량을 기준으로 0.5중량%가 되도록 상기 2축 압출기의 사이드인젝터를 통해 투입하였다. 상기 혼합물을 200℃, 스크류 회전속도 40 rpm의 조건에서 상기 2축 압출기로부터 폭이 300 mm인 T다이로 토출시켰다. 이후, 온도가 40℃인 캐스팅 롤을 통과시켜 두께가 800 μm인 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, 제거하여 다공막을 제조하였다. 상기 다공막을 5분간 50℃의 조건에서 건조하였다. 이후, 상기 다공막을 텐터 연신기에서 125℃로 가열한 후, 가로방향(TD)으로 1.45배 연신 후 1.25배로 이완시켰다. 상기 다공막을 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 and a molecular weight distribution (M w /M n ) of 5, 0.5 parts by weight of silane-modified high-density polyethylene, and 70 parts by weight of paraffin oil having a kinematic viscosity of 70 cSt at 40°C The parts were mixed and put into a twin screw extruder (inner diameter 58 mm, L/D=56). Dibutyltindilaurate, which is a crosslinking catalyst, was pre-dispersed in some of the paraffin oil, and added through the side injector of the twin screw extruder so that it became 0.5% by weight based on the total weight of the mixture passing through the twin screw extruder. The mixture was discharged 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. Thereafter, a base sheet having a thickness of 800 μm was prepared by 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 roll stretching machine at 110° C., and stretched 7 times in the transverse direction (TD) in a tenter stretching machine at 125° 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 to prepare a porous membrane. The porous membrane was dried at 50° C. for 5 minutes. Thereafter, the porous membrane was heated to 125° C. in a tenter stretching machine, stretched by 1.45 times in the transverse direction (TD), and then relaxed by 1.25 times. The porous membrane 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 350,000이고 분자량분포(Mw/Mn)가 5인 고밀도 폴리에틸렌을 중량평균분자량(Mw)이 250,000이고 분자량분포(Mw/Mn)가 6인 고밀도 폴리에틸렌으로 대체한 것을 제외하면 상기 제조예 1-1과 동일한 방법으로 다공성 지지체를 제조하였다.A high-density polyethylene having a weight average molecular weight (M w ) of 350,000 and a molecular weight distribution (M w /M n ) of 5 to a high-density polyethylene having a weight average molecular weight (M w ) of 250,000 and a molecular weight distribution (M w /M n ) of 6 Except for the replacement, a porous support was prepared in the same manner as in Preparation Example 1-1.

제조예 1-4Manufacturing Example 1-4

중량평균분자량(Mw)이 350,000이고 분자량분포(Mw/Mn)가 5인 고밀도 폴리에틸렌을 중량평균분자량(Mw)이 250,000이고 분자량분포(Mw/Mn)가 6인 고밀도 폴리에틸렌으로 대체한 것을 제외하면 상기 제조예 1-2와 동일한 방법으로 다공성 지지체를 제조하였다.A high-density polyethylene having a weight average molecular weight (M w ) of 350,000 and a molecular weight distribution (M w /M n ) of 5 to a high-density polyethylene having a weight average molecular weight (M w ) of 250,000 and a molecular weight distribution (M w /M n ) of 6 Except for the replacement, a porous support was prepared in the same manner as in Preparation Example 1-2.

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 in a continuous manner to crosslink. 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, but a solution of propylene glycol and dibutyltindilaurate in a weight ratio of 95:5 is added to a crosslinking tank heated to 160°C, and crosslinked by passing it continuously for 10 minutes. Except for the above, 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 thermo-hygrostat, and ethylene glycol was added to a crosslinking bath heated to 120°C and passed continuously for 60 minutes to crosslink. 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 of ethylene glycol and dibutyltindilaurate in a weight ratio of 90:10 is added to a crosslinking tank heated to 120℃ and passed through for 15 minutes in a continuous manner to crosslink. Except for the above, a porous support was prepared in the same manner as in Preparation Example 1-1.

제조예 1-9Manufacturing Example 1-9

에틸렌이 표면코팅된 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 nano-silica 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.Then, 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 being discharged 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 then passed 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 roll stretching machine at 110° C., and stretched 7 times in the transverse direction (TD) in a tenter stretching machine at 125° 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. 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 1-10Preparation Example 1-10

중량평균분자량(Mw)이 350,000이고 분자량분포(Mw/Mn)가 5인 고밀도 폴리에틸렌 28.5중량부, 실란 변성 폴리에틸렌 1.5중량부, 및 40℃에서의 동점도가 70 cSt인 파라핀오일 70중량부를 혼합하여 2축 압출기(내경 58 mm, L/D=56)에 투입하였다. 상기 혼합물을 210℃, 스크류 회전속도 45 rpm의 조건에서 상기 2축 압출기로부터 폭이 300 mm인 T다이로 토출시켰다. 이후 온도가 40℃인 캐스팅 롤을 통과시켜 두께가 800 μm인 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, 제거하여 다공막을 제조하였다. 상기 다공막을 50℃의 조건에서 건조하였다. 이후, 상기 다공막을 텐터 연신기에서 125℃로 가열한 후, 가로방향(TD)으로 1.45배 연신 후 이완시켜 연신 전 대비 1.25배가 되도록 열고정시켰다. 상기 다공막을 85℃, 습도 85%인 항온항습조에서 72시간 동안 가교시켜 다공성 지지체를 제조하였다.28.5 parts by weight of high-density polyethylene having a weight average molecular weight (M w ) of 350,000 and a molecular weight distribution (M w /M n ) of 5, 1.5 parts by weight of silane-modified polyethylene, and 70 parts by weight of paraffin oil having a kinematic viscosity of 70 cSt at 40°C It was mixed and put into a twin screw extruder (inner diameter 58 mm, L/D=56). The mixture was discharged from the twin-screw extruder to a T-die having a width of 300 mm under conditions of 210°C and a screw rotation speed of 45 rpm. Thereafter, a base sheet having a thickness of 800 μm was prepared by 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 roll stretching machine at 110° C., and stretched 7 times in the transverse direction (TD) in a tenter stretching machine at 125° 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 to prepare a porous membrane. The porous membrane was dried at 50°C. Thereafter, the porous membrane was heated to 125° C. in a tenter stretching machine, stretched by 1.45 times in the transverse direction (TD), and then relaxed to heat-set to 1.25 times compared to before stretching. The porous membrane was crosslinked for 72 hours in a constant temperature and humidity tank at 85° C. and 85% humidity to prepare a porous support.

비교제조예 1-1Comparative Production Example 1-1

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, 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 surfaces of the base sheet, a crosslinking reaction of silane was carried out in hot water at a temperature of 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 1-2Comparative Production Example 1-2

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 1-3Comparative Production Example 1-3

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, rolling at 115°C to obtain a base sheet having a thickness of 500 μm. Was prepared. When 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 115°C roll stretching machine, and stretched 3.5 times in the transverse direction (TD) in a 115°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, 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 1-4Comparative Production Example 1-4

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 1-5Comparative Production Example 1-5

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 Asahi Seiko's Densometer EGO2-5 model, the time for 100ml of air to pass through the 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 the specimen was separated and dried 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 112019031676153-pat00003
Figure 112019031676153-pat00003

-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 112019031676153-pat00004
Figure 112019031676153-pat00004

(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 elongation, 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 of KATO TECH, a force is applied to a support specimen of 100 × 50 mm in diameter with a stick of 0.5 mm at a speed of 0.05 cm/sec. 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 specimen was heated 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. The thermal contraction rate was calculated using the calculation formula.

Figure 112019031676153-pat00005
Figure 112019031676153-pat00005

(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 제조예 1-2에 따라 제조된 다공성 지지체를 SEM으로 촬영하여 도 1에 나타내었다. 또한, 상기 제조예 및 비교제조예에 따라 제조된 지지체의 물성을 측정하고 그 결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.The porous support prepared according to Preparation Example 1-2 was photographed by SEM and shown in FIG. 1. In addition, the physical properties of the support prepared according to the 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 제조예 1-10Preparation Example 1-10 비교제조예 1-1Comparative Production Example 1-1 비교제조예 1-2Comparative Production Example 1-2 비교제조예 1-3Comparative Production Example 1-3 두께(μm)Thickness( μm ) 9.49.4 9.69.6 9.49.4 2525 14.314.3 2626 기공률(%)Porosity (%) 5050 5252 4646 4343 3333 4242 MD인장강도(kgf/cm2)MD tensile strength (kgf/cm 2 ) 1,5201,520 1,5901,590 1,7401,740 779779 1,3501,350 2,1372,137 MD인장신율(%)MD tensile elongation (%) 6767 6060 5858 173173 210210 4747 TD인장강도(kgf/cm2)TD tensile strength (kgf/cm 2 ) 1,0201,020 1,0901,090 1,3501,350 543543 12801280 1,7931,793 TD인장신율(%)TD tensile elongation (%) 5252 5555 4848 159159 183183 3333 MD열수축률(%)MD heat contraction rate (%) 77 55 33 1212 1111 1717 TD열수축률(%)TD heat contraction rate (%) 1111 1010 77 1414 1313 1919 천공강도(gf)Drilling strength (gf) 210210 230230 360360 150150 480480 350350 멜트다운온도(℃)Meltdown temperature (℃) 205205 210210 225225 177177 190190 185185

실험예 2Experimental Example 2

상기 제조예 1-2, 비교제조예 1-1 및 1-2의 디클로로메탄 침출조에서 추출 후 재생된 파라핀오일을 유도결합형 플라즈마 발광분석(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 1-1 and 1-2 was subjected to inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP), and the results were obtained. It is shown in Table 3 below.

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 1-1Comparative Production Example 1-1 4~54~5 1~21~2 측정오차 이내Within measurement error 비교제조예 1-2Comparative Production Example 1-2 220220 77 --

상기 표 3을 참고하면, 실란 변성 폴리올레핀을 사용한 제조예 및 비교제조예 1-1에서는 파라핀오일 1kg 당 Si 함량이 5mg 이하로 측정오차 이내에 해당하나, 트리메톡시비닐실란을 사용한 비교제조예 1-2는 파라핀오일 1kg 당 220mg의 Si이 검출되었다. 또한, 비교제조예 1-2의 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 using a silane-modified polyolefin and Comparative Preparation Example 1-1, the Si content per 1 kg of paraffin oil is 5 mg or less within the measurement error, but Comparative Preparation Example 1 using trimethoxyvinylsilane 2, 220 mg of Si was detected per 1 kg of paraffin oil. In addition, as a result of additional analysis of the paraffin oil of Comparative Preparation Example 1-2, 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 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 1-2Comparative Production Example 1-2 비교제조예 1-3Comparative Production Example 1-3 L천공강도(gf)L Drilling 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 meltdown 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 비교제조예
1-4
Comparative Production Example
1-4
제조예 1-7Manufacturing Example 1-7 제조예 1-8Manufacturing Example 1-8 비교제조예
1-5
Comparative Production Example
1-5
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 1-4에 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 1-5에 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 carried out continuously in a crosslinking tank carrying propylene glycol (boiling point: 188.2°C), about 70 compared to Comparative Preparation Example 1-4. The time required to achieve the degree of crosslinking of% was reduced to a maximum of 1/3 or less, and the crosslinking reaction was carried out in a continuous manner in a crosslinking tank in which ethylene glycol (boiling point: 197.3°C), which has a higher boiling point than propylene glycol, was supported. In the case of 1-7 and 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 1-5.

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 that can be kept flat and purged with nitrogen to remove impurities on the support.

진공 플라즈마 처리를 위한 장치의 챔버 크기는 폭 420mm, 깊이 430mm, 높이 270mm이고, 플라즈마를 발생시키는 용도의 평면 전극은 접지 전극과 교류 인가 전극이 교대로 6단으로 된 구조의 것을 사용하였다. 최하단 전극으로부터 2, 3, 4단의 전극에서 2mm 떨어진 지점에 다공성 지지체를 전극 판과 평행하게 위치시키고 챔버 내부의 압력이 0.1torr가 될 때까지 진공 조건을 조성하였다.The chamber size of the apparatus for vacuum plasma treatment is 420mm in width, 430mm in depth, and 270mm in height, and a planar electrode for generating plasma was used having a structure in which the ground electrode and the AC applying electrode alternately consist of six stages. The porous support was placed in parallel with the electrode plate at a point 2 mm away from the electrode at the 2nd, 3rd, and 4th stages from the lowermost electrode, and a vacuum condition was created until the pressure inside the chamber became 0.1 torr.

하기 표 6에 따른 조성을 가지는 브롬 기체(Br2, 공정 기체)를 30sccm의 유량으로 챔버 내부로 유입시키면서 2분 간 챔버 내부 압력을 0.2torr로 유지하여 퍼지하였다. 또한, 주파수 13.56KHz인 고주파 전원을 300W의 출력으로 인가하여 2분 간 챔버 내부에 플라즈마 조건이 조성되도록 하여 상기 다공성 지지체에 브롬 작용기가 부착되도록 하였다. A bromine gas (Br 2 , process gas) having a composition according to Table 6 below was introduced into the chamber at a flow rate of 30 sccm, and the pressure inside the chamber was maintained at 0.2 torr for 2 minutes and purged. In addition, a high-frequency power having a frequency of 13.56KHz was applied at an output of 300W to create a plasma condition inside the chamber for 2 minutes, so that a bromine functional group was attached to the porous support.

상기 다공성 지지체의 상, 하면을 뒤집어 챔버 내부에 상기와 같은 방식으로 위치시키고, 동일한 과정을 반복하여 상기 다공성 지지체의 양면, 즉, 상면과 하면이 고르게 플라즈마 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 with plasma.

플라즈마 처리된 다공성 지지체에 결합된 브롬 작용기를 아민기로 치환하기 위해 하기 표 6에 기재된 각각의 물질 및 온도, 대기압 조건에서 48시간 동안 SN2 반응(이분자성 친핵성 치환반응, Bimolecular Nucleophilic Substitution)시킨 후 에탄올 및 증류수로 세정하였다. 이후, 기능기의 안정적 이온화를 위해 20중량% 아이오딘화메틸(Iodomethane, CH3I), 80중량% n-부탄올(n-butanol, CH3(CH2)3OH) 용액에 35℃, 대기압에서 48시간 동안 반응시켜 아민기를 사가화(quaternization)시켰다.In order to replace the bromine functional group bonded to the plasma-treated porous support with an amine group, S N 2 reaction (bimolecular nucleophilic substitution reaction, Bimolecular Nucleophilic Substitution) was performed for 48 hours at each of the materials listed in Table 6 below, temperature, and atmospheric pressure conditions. Then, it was washed with ethanol and distilled water. Thereafter, for stable ionization of functional groups, 20 wt% methyl iodide (Iodomethane, CH 3 I), 80 wt% n-butanol (n-butanol, CH 3 (CH 2 ) 3 OH) solution at 35° C., atmospheric pressure The reaction was carried out at for 48 hours to quaternize the amine group.

실험예 5Experimental Example 5

제조예 1-1에서 제조된 다공성 지지체를 플라즈마 및 후처리로 표면을 개질하고, 개질된 표면의 하전 특성을 정량화하기 위해 흐름 전위 방법을 이용하여 표면의 제타전위(zeta potential, mV)를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.The surface of the porous support prepared in Preparation Example 1-1 was modified by plasma and post-treatment, and the zeta potential (mV) of the surface was measured using a flow potential method to quantify the charge characteristics of the modified surface. , The results are shown in Table 6 below.

구분division 비교제조예 2-1Comparative Production Example 2-1 비교제조예 2-2Comparative Production Example 2-2 제조예 2-1Manufacturing Example 2-1 제조예 2-2Manufacturing Example 2-2 공정 기체Process gas -- Br2 100%Br 2 100% Br2 100%Br 2 100% Br2 100%Br 2 100% SN2 반응물질S N 2 reactant -- -- 1-(2-Aminoethyl) Piperazine(C6H15N3)1-(2-Aminoethyl) Piperazine(C 6 H 15 N 3 ) 1-(2-Aminoethyl) Piperazine
(C6H15N3)
1-(2-Aminoethyl) Piperazine
(C 6 H 15 N 3 )
SN2 반응온도S N 2 reaction temperature -- -- 25℃25℃ 25℃25℃ 사가화 반응유무Presence or absence of sagaization reaction radish radish radish U 젖음성Wettability 불량Bad 불량Bad 양호Good 양호Good 제타전위(mV)Zeta potential (mV) 00 00 +24.25+24.25 +27.76+27.76

상기 표 6을 참고하면, 플라즈마 표면처리 및/또는 SN2 반응을 거치지 않은 다공성 지지체(비교제조예 2-1 및 2-2)는 소수성이 매우 강하고 표면이 전혀 하전되지 않은 반면에, 브롬 플라즈마 처리와 SN2 반응을 거친 제조예 2-1 및 2-2의 경우 표면이 양전하를 띄고 현저하게 친수성으로 전환됨을 알 수 있다.Referring to Table 6, the porous support (Comparative Preparation Examples 2-1 and 2-2) that did not undergo plasma surface treatment and/or SN 2 reaction was very hydrophobic and the surface was not charged at all, whereas bromine plasma In the case of Preparation Examples 2-1 and 2-2 subjected to treatment and S N 2 reaction, it can be seen that the surface has a positive charge and is remarkably converted to hydrophilicity.

특히, 사가화 반응을 거친 제조예 2-2의 다공성 지지체는 제타전위가 제조예 2-1에 비해 더 높고, 이를 통해 아민기의 사가화로 인한 안정적인 이온화가 가능해진 것을 확인할 수 있다.In particular, it can be seen that the zeta potential of the porous support of Preparation Example 2-2, which has undergone a tetravalent reaction, is higher than that of Preparation Example 2-1, and through this, stable ionization is possible due to the tetravalentization of the amine group.

제조예 3: aminated PAES(polyaryleneethersulfone) 제조Preparation Example 3: Preparation of aminated PAES (polyaryleneethersulfone)

100mL의 가지 달린 둥근 플라스크에 기체 투입구, 온도계, 딘-스탁 트랩, 냉각기 및 교반기를 설치하고, 질소 분위기에서 수 분 동안 공기 및 불순물을 제거한 후, 4,4'-디클로로디페닐술폰 3.4460g, 4,4'-바이페놀(BP) 3.7242g, 디술폰화디클로로디페닐술폰 3.9301g, K2CO3 3.1787g 및 NMP 44.4mL, 톨루엔 22.2mL (NMP/톨루엔=2/1, v/v)을 투입하고, 80℃이상에서 1시간 동안 교반시키면서 단량체를 용해시켰다.A gas inlet, thermometer, Dean-Stark trap, cooler and stirrer were installed in a 100 mL round flask, and after removing air and impurities for several minutes in a nitrogen atmosphere, 4,4'-dichlorodiphenylsulfone 3.4460 g, 4 ,4'-biphenol (BP) 3.7242 g, disulfonated dichlorodiphenyl sulfone 3.9301 g, K 2 CO 3 3.1787 g and NMP 44.4 mL, toluene 22.2 mL (NMP/toluene = 2/1, v/v) was added And, the monomer was dissolved while stirring at 80° C. or higher for 1 hour.

이후, 반응 용액의 온도를 160℃로 승온시킨 후, 4시간 동안 톨루엔으로 환류시키면서 반응 생성물인 물을 제거한 다음, 다시 190℃로 승온시켜 딘-스탁 트랩에서 잔류 톨루엔을 완전히 제거하고 24시간 동안 반응시켰다. 반응이 종료되면 NMP로 반응 용액을 희석시켜 여과한 후, 물에 부어 팽윤된 섬유(swollen fiber) 형태로 침전시키고 여과하였다. 이후, 얻어진 반응 생성물을 120℃의 감압 건조기에서 24시간 동안 건조시켜, 고분자 중합체를 수득하였다.Thereafter, after raising the temperature of the reaction solution to 160°C, refluxing with toluene for 4 hours to remove water as the reaction product, and then raising the temperature to 190°C to completely remove residual toluene in a Dean-Stark trap and react for 24 hours. Made it. When the reaction was completed, the reaction solution was diluted with NMP, filtered, poured into water, precipitated in the form of swollen fibers, and filtered. Thereafter, the obtained reaction product was dried in a vacuum dryer at 120° C. for 24 hours to obtain a polymer polymer.

수득된 중합체 100g을 기계식 교반기, 기체 투입구, 응축기 및 온도 설정을 위한 항온조를 설치한 후 1L 용량의 4구 플라스크에 투입하였다. 이후, 1,1,2,2,-테트라클로로에탄(TCE, 1,1,2,2-tetrachloroethane) 425.8mL에 대해 중합체가 12.8중량% 가 되도록 충분히 용해시켰다. 항온조를 40℃로 설정하여 반응 촉매 ZnCl2 8.233g을 넣고 30분 간 교반한 후 적하 깔대기를 통해 클로로메틸메틸에테르(CMME, chloromethylmethylether) 103.0mL를 투입하였다.100 g of the obtained polymer was added to a 1 L 4-neck flask after installing a mechanical stirrer, a gas inlet, a condenser, and a thermostat for temperature setting. Thereafter, 1,1,2,2,-tetrachloroethane (TCE, 1,1,2,2-tetrachloroethane) was sufficiently dissolved so that the polymer was 12.8% by weight based on 425.8 mL. The thermostat was set to 40°C, 8.233 g of the reaction catalyst ZnCl 2 was added, stirred for 30 minutes, and then 103.0 mL of chloromethylmethylether (CMME) was added through a dropping funnel.

상기 클로로메틸메틸에테르의 첨가량은 단위 몰 수당 반응하는 CMME의 몰 수의 5배로 산출하여 투입하였다.The amount of chloromethylmethyl ether added was calculated as 5 times the number of moles of CMME reacted per unit mole number and added.

기체 투입구를 통해 건조한 비활성 기체를 주입하면서 4시간 동안 격렬하게 반응시킨 후 생성물을 여과하여 과량의 메탄올에 침전시키고 침전된 클로로메틸화 폴리아릴렌에틸렌술폰을 분쇄하여 수차례 에탄올과 탈이온수에 세척하였다. 세척된 클로로메틸화 폴리아릴렌에틸렌술폰을 90℃의 진공오븐에서 12시간 이상 건조하였다.After vigorous reaction for 4 hours while injecting dry inert gas through the gas inlet, the product was filtered and precipitated in excess methanol, and the precipitated chloromethylated polyarylene ethylene sulfone was pulverized and washed several times with ethanol and deionized water. The washed chloromethylated polyarylene ethylene sulfone was dried in a vacuum oven at 90° C. for 12 hours or more.

제조된 클로로메틸화 폴리아릴렌에테르 술폰 200g을 기계식 교반기가 설치된 2L 용량의 4구 플라스크에 넣고 디메틸아세트아마이드(DMAc, N,N-dimethylacetamide) 1489.4mL에 12.5중량%로 용해하였다. 반응기에 적하 깔대기를 이용하여 트리메틸아민 366mL를 적하할 때 투입량은 클로로메틸화 폴리에테르술폰 반복 단위 몰 수당 반응하는 트리메틸아민(trimethylamine; TMA)의 몰 수의 4배 이상 투입하여 12시간 동안 반응시켜 음이온 전도성 물질 용액을 제조하였다.200 g of the prepared chloromethylated polyarylene ether sulfone was placed in a 2L 4-neck flask equipped with a mechanical stirrer and dissolved in 1489.4 mL of dimethylacetamide (DMAc, N,N-dimethylacetamide) at 12.5% by weight. When 366 mL of trimethylamine is added dropwise to the reactor using a dropping funnel, the input amount is 4 times the number of moles of trimethylamine (TMA) reacting per mole of chloromethylated polyethersulfone repeating units, and reacted for 12 hours to conduct anionic conductivity A material solution was prepared.

실시예 1Example 1

상기 제조예 1-1의 다공성 지지체를 상기 제조예 2-2에 따라 플라즈마 처리한 다음, 상기 제조예 3에서 제조된 음이온 전도성 물질 용액에 함침하여 음이온 교환막을 제조하였다.The porous support of Preparation Example 1-1 was subjected to plasma treatment according to Preparation Example 2-2, and then impregnated with the anion conductive material solution prepared in Preparation Example 3 to prepare an anion exchange membrane.

실시예 2Example 2

플라즈마 처리되지 않은 지지체를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 음이온 교환막을 제조하였다.An anion exchange membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that a support not subjected to plasma treatment was used.

비교예 1Comparative Example 1

상용화된 NeoseptaTM 음이온 교환막(AMX)을 탈이온수로 세척하여 음이온 교환막을 제조하였다.A commercially available Neosepta TM anion exchange membrane (AMX) was washed with deionized water to prepare an anion exchange membrane.

실험예 6Experimental Example 6

제조된 음이온 교환막의 성능과 내구성을 하기 방법으로 평가하였고, 그 결과는 하기 표 7과 같다.The performance and durability of the prepared anion exchange membrane were evaluated by the following method, and the results are shown in Table 7 below.

-이온전환율(IEC, meq/g): 이온 교환용량을 측정하기 위해 Mohr 적정법을 이용하여 시료를 NaCl용액에 침지시켜 제4급 암모늄기를 -N+(CH3)3Cl 형태로 완전히 치환시킨 후, 다시 0.5M Na2CO3 용액에 침지시켜 N+(CH3)3CO3 -로 치환하고, 이 용액에 5% 중크롬산칼륨 용액을 1~2방울 적가한 후 AgNO3로 적갈색 침전이 일어날 때까지 적가하여 소모된 AgNO3의 양을 구하여 하기 식에 의해 음이온 교환막의 이온 교환용량을 산출하였다.-Ion conversion rate (IEC, meq/g): After immersing the sample in NaCl solution using the Mohr titration method to measure the ion exchange capacity, the quaternary ammonium group is completely substituted in the form of -N + (CH 3 ) 3 Cl , When immersed in 0.5M Na 2 CO 3 solution again and replaced with N + (CH 3 ) 3 CO 3 - , and 1 to 2 drops of 5% potassium dichromate solution are added dropwise to this solution, when red-brown precipitation occurs with AgNO 3 To calculate the amount of AgNO 3 consumed by dropwise addition, the ion exchange capacity of the anion exchange membrane was calculated by the following equation.

Figure 112019031676153-pat00006
Figure 112019031676153-pat00006

여기서는 Wdry는 건조된 막의 중량, VAgNO3는 소모된 AgNO3의 부피, CAgNO3는 적정에 사용된 AgNO3 용액의 농도이다.Here, W dry is the weight of the dried film, V AgNO3 is the volume of AgNO 3 consumed, and C AgNO3 is the concentration of the AgNO 3 solution used in the titration.

-물 흡수율(water uptake, %): 음이온 교환막의 물 흡수율을 측정하기 위해, 음이온 교환막을 탈이온수로 수차례 세척하고, 세척된 음이온 교환막을 탈이온수에 24시간 동안 침지시킨 후 꺼내어 표면에 존재하는 물을 제거한 후 중량(Wwet)을 측정하였다. 이어서, 동일한 음이온 교환막을 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 anion exchange membrane, the anion exchange membrane was washed several times with deionized water, and the washed anion exchange membrane was immersed in deionized water for 24 hours. After removing the water, the weight (W wet ) was measured. Subsequently, the same anion 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 112019031676153-pat00007
Figure 112019031676153-pat00007

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

Figure 112019031676153-pat00008
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Figure 112019031676153-pat00009
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Figure 112019031676153-pat00010
Figure 112019031676153-pat00010

-막저항(Resistance, Ω.cm2): 실시예 및 비교예에서 제조된 음이온 교환막에 대해 측정장비(네오사이언스 VSP-300 Impedance/Gain-phase analyzer)를 이용하여 전기저항을 측정하였다. 전기저항은 교류 임피던스 측정법으로 측정되었다. 음이온 교환막을 2M NaCl 용액에 각각 충분히 침지시킨 후 클립 셀 (clip cell)을 사용하여 전기저항을 측정하였다.-Membrane resistance (Resistance, Ω.cm 2 ): For the anion exchange membranes prepared in Examples and Comparative Examples, electrical resistance was measured using a measuring equipment (Neoscience VSP-300 Impedance/Gain-phase analyzer). Electrical resistance was measured by the AC impedance measurement method. After the anion exchange membrane was sufficiently immersed in 2M NaCl solution, the electrical resistance was measured using a clip cell.

Resistance(Ω.cm2) = (r1 - r2) * SResistance(Ω.cm 2 ) = (r 1 -r 2 ) * S

여기서 r1은 측정저항 값이고 r2는 막이 없을 때의 저항값이다. S는 클립 셀의 면적(cm2)이다.Where r 1 is the measured resistance value and r 2 is the resistance value when there is no film. S is the area (cm 2 ) of the clip cell.

구분division 물 흡수율Water absorption rate 이온전환율Ion conversion rate 막 두께Film thickness 막 저항Membrane resistance ΔlΔl ΔtΔt ΔVΔV 실시예 1Example 1 10.1110.11 2.072.07 3030 1.621.62 1.171.17 1.871.87 4.254.25 실시예 2Example 2 20.2020.20 1.751.75 3030 4.554.55 2.172.17 2.242.24 6.146.14 비교예 1Comparative Example 1 24.5024.50 1.381.38 140140 3.243.24 4.544.54 4.604.60 14.4014.40

상기 표 7을 참고하면, 플라즈마 처리 여부에 관계없이 제조예 1-1의 다공성 지지체를 이용하여 얻어진 음이온 교환막의 경우, 비교예 1의 상용 음이온 교환막에 비해 물 흡수율, 이온전환율이 우수하고, 특히, 치수안정성이 크게 개선되었다.Referring to Table 7 above, in the case of the anion exchange membrane obtained using the porous support of Preparation Example 1-1 regardless of plasma treatment, the water absorption rate and the ion conversion rate were superior to that of the commercial anion exchange membrane of Comparative Example 1, and in particular, The dimensional stability has been greatly improved.

실시예 1, 2의 결과를 비교해보면, 플라즈마 처리된 다공성 지지체에 음이온 전도성 물질을 함침시켜 제조한 실시예1의 음이온 교환막은, 이온전환율이 약 2.0meq/g 이상으로 플라즈마 처리를 거치지 않은 다공성 지지체에 음이온 전도성 물질을 함침시켜 제조한 실시예 2의 음이온 교환막에 비해 높아 이온 교환능력이 우수할 뿐만 아니라, 치수안정성이 개선되었다.Comparing the results of Examples 1 and 2, the anion exchange membrane of Example 1, prepared by impregnating a plasma-treated porous support with an anion conductive material, has an ion conversion rate of about 2.0 meq/g or more, and a porous support not subjected to plasma treatment. Compared to the anion exchange membrane of Example 2, which was prepared by impregnating an anion conductive material, the ion exchange capacity was excellent, and the dimensional stability was improved.

또한, 도 3을 참고하면, 실시예 1의 음이온 교환막은 그 내부에서 음이온 전도성 물질의 함침이 균일하게 이루어지고, 이에 따라 물 흡수율 또한 15% 이하로 낮아 음이온 교환막으로서의 내구성도 우수함을 알 수 있다.In addition, referring to FIG. 3, it can be seen that the anion exchange membrane of Example 1 is uniformly impregnated with an anion conductive material therein, and accordingly, the water absorption rate is also lower than 15%, and durability as an anion exchange membrane is also excellent.

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.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that other specific forms can be easily modified without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and are 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 their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (10)

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 음이온 전도성 물질;을 포함하고,
상기 다공성 지지체 중 상기 실란 변성 폴리올레핀의 함량은 0.1~5중량%인, 음이온 교환막.
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; anion conductive material 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, an anion exchange membrane.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 실란은 알콕시기를 함유하는 비닐실란인, 음이온 교환막.
The method of claim 1,
The silane is a vinyl silane containing an alkoxy group, an anion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 음이온 전도성 물질은 아민화된 고분자(aminated polymer)인, 음이온 교환막.
The method of claim 1,
The anion conductive material is an aminated polymer, an anion exchange membrane.
제4항에 있어서,
상기 아민화된 고분자는 하기 화학식 1의 구조를 가지는, 음이온 교환막:
<화학식 1>
Figure 112019031676153-pat00011

상기 식에서,
Y는 공유결합(-), -CO-, -SO2-, 또는 -O-이고,
Z 및 D는 각각 공유결합(-), -O-, 또는 -S-이고,
C는 공유결합(-), -C(CH3)2-, 또는 -C(CF3)2-이고,
R1은 H, 또는 -CH2N+R2R3R4이고,
R2, R3, R4는 각각 -CH3, -CH2CH3, -(CH2)2CH3, -CH2NH2, -(CH2)2NH2, 또는 -(CH2)3NH(CH3)Cl이고,
x, y는 각각 임의의 반복단위이고,
x/(x+y)는 0.001~1이다.
The method of claim 4,
The aminated polymer has the structure of the following formula (1), anion exchange membrane:
<Formula 1>
Figure 112019031676153-pat00011

In the above formula,
Y is a covalent bond (-), -CO-, -SO 2 -, or -O-,
Z and D are each a covalent bond (-), -O-, or -S-,
C is a covalent bond (-), -C(CH 3 ) 2 -, or -C(CF 3 ) 2 -,
R 1 is H, or -CH 2 N + R 2 R 3 R 4 ,
R 2 , R 3 , R 4 are each -CH 3 , -CH 2 CH 3 , -(CH 2 ) 2 CH 3 , -CH 2 NH 2 , -(CH 2 ) 2 NH 2 , or -(CH 2 ) 3 NH(CH 3 )Cl,
x and y are each arbitrary repeating unit,
x/(x+y) is 0.001-1.
제4항에 있어서,
상기 아민화된 고분자는 aminated PAES(polyaryleneether sulfone), aminated PEK(polyether keton), aminated PEEK(polyetherether ketone), aminated PS(polysulfone), aminated PES(polyether sulfone), aminated PPO(polyphenylene oxide), aminated PPS(polyphenylene sulfide) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 음이온 교환막.
The method of claim 4,
The aminated polymer is aminated PAES (polyaryleneether sulfone), aminated PEK (polyether keton), aminated PEEK (polyetherether ketone), aminated PS (polysulfone), aminated PES (polyether sulfone), aminated PPO (polyphenylene oxide), aminated PPS ( polyphenylene sulfide) and one selected from the group consisting of a combination of two or more of them, an anion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 무기필러를 더 포함하고,
상기 다공성 지지체 중 상기 무기필러의 함량은 10~70중량%인, 음이온 교환막.
The method of claim 1,
The porous support further comprises an inorganic filler,
The content of the inorganic filler in the porous support is 10 to 70% by weight, anion 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 음이온 전도성 물질 및 용매를 포함하는 용액에 함침하는 단계;를 포함하고,
상기 (b) 단계의 생성물 중 상기 폴리올레핀 및 가교된 상기 실란 변성 폴리올레핀은 각각 연속상 및 불연속상을 구성하는, 음이온 교환막의 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 in a solution containing an anion conductive material and a solvent; Including,
In the product of step (b), the polyolefin and the crosslinked silane-modified polyolefin constitute a continuous phase and a discontinuous phase, respectively.
제8항에 있어서,
상기 (c) 단계 이전에,
상기 다공성 지지체를 브롬 기체 존재하에서 플라즈마 처리하고, 아민기를 함유하는 화합물로 이분자성 친핵성 치환반응(SN2 반응)시키는 단계;를 더 포함하는, 음이온 교환막의 제조방법.
The method of claim 8,
Before step (c),
Plasma treatment of the porous support in the presence of bromine gas, and dimolecular nucleophilic substitution reaction (S N 2 reaction) with a compound containing an amine group; further comprising, a method of manufacturing an anion exchange membrane.
제9항에 있어서,
상기 플라즈마 처리는 0.5~90분 간 수행되는, 음이온 교환막의 제조방법.
The method of claim 9,
The plasma treatment is performed for 0.5 to 90 minutes, the method of manufacturing an anion exchange membrane.
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