KR102523868B1 - 강화복합 이온교환막 제조방법 및 강화복합 이온교환막 - Google Patents

강화복합 이온교환막 제조방법 및 강화복합 이온교환막 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보강재시트에 이온교환막을 형성하는 연속제조방법에 관한 것이며, 특히, 건조과정에서 이온교환막의 변형을 방지하는 기술에 대한 것이다. 구체적으로 강화복합 이온교환막 제조방법에 있어서, 제1롤러(121)에 감겨진 보강재시트(110)가 길이방향으로 연속 이송되는 이송단계(S100); 이송단계 중, 이온교환솔루션(10)이 보강재시트 일면에 위치하는 안착단계(S400); 안착단계 후, 이송중인 이온교환솔루션이 건조되어 이온교환막(30)을 형성하는 건조단계(S500);를 포함하는 시계열적 절차로 이루어진다.

Description

강화복합 이온교환막 제조방법 및 강화복합 이온교환막 {Reinforced ion exchange membrane and manufacturing method there of}
본 발명은 보강재시트에 이온교환막을 형성하는 연속제조방법에 대한 것이며, 특히, 건조과정에서 이온교환막의 변형을 방지하는 기술에 대한 것이다.
특허문헌 001은 카테콜(catechol) 및 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 개질용 혼합용액과 폴리테트라플루오로에틸렌을 반응시켜 친수성으로 개질된 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하고, 개질된 폴리테트라플루오로에틸렌에 탄화수소계 고분자를 도포함으로써, 기계적 특성이 우수하고, 치수안정성이 향상되며, 이온 전도도 감소가 방지될 수 있는 연료 전지용 이온 교환 멤브레인을 제시하고 있다.
특허문헌 002는 카복실산, 인산 또는 설폰산 그룹을 함유하고 용매 속에서 가용성인 중합체성 양이온 교환제를 포함하고, H2 및 O2로부터의 물의 형성을 촉매화하는 미분된 금속이 멤브레인의 한 면 이상에 도포되어 있는 멤브레인을 포함하는 멤브레인/전극 복합재(membrane/electrode composite)에 관한 것으로서, 멤브레인의 금속 피복부는 다공성이지만 독립 공극을 전혀 함유하지 않으며 금속 또한 공극 속에 존재할 수 있음을 제시하고 있다.
특허문헌 003은 양이온-교환 멤브레인을 제조하는 방법에 관한 것이다. 설폰산 그룹을 보유하는 유기중합체와 미분산된 촉매 물질 입자를 액상 속에 도입시키고 생성된 현탁액을 사용하여 양이온 교환 물질로 제조된 막의 한면 이상을 피복키는 것으로서, 물질을 용매 속에 용해시키고, 형성된 용액 속에 작게 분산된 전기 도전성 촉매 물질을 현탁시키고, 현탁액으로, 설폰산 그룹을 보유하는 양이온 교환제를 함유하는 박을 피복시키고, 여전히 용매를 함유하는 피복물을 멤브레인을 피복하여 생성되는 필름에 공극이 형성되도록 용매와는 혼화성이지만 용해된 양이온 교환 물질이 불용성인 액체로 처리함을 제시하고 있다.
특허문헌 004는 수처리용 이온교환막 특히 ED(Electrodialysis) 및 RED(Reverse electrodialysis)용 이온교환막에 관한 것이며, 특히 제조단가는 낮으면서 기계적 특성과 화학적 안정성이 우수한 유무기 복합 미세다공성 다공성 지지체를 이용한 이온교환막(membrane)에 관한 것이다. 전기투석용 시스템 제조시 양극과 음극을 서로 격리하기 위한 전해질 막을 제조하는데 있어서, 다공성 지지체의 모재(母材)인 폴리올레핀; 폴리올레핀 멤브레인을 분산매로하여 폴리올레핀 멤브레인 내에 균일하게 분산되는 표면처리 나노입자 무기필러(inorganic filler); 나노입자 무기필러가 균일 분산된 1축 또는 2축 연신한 필름(film) 형태의 다공성 베이스 멤브레인 내에 상기 양이온전도체가 균일 함침된 수처리용 이온교환막을 제시하고 있다.
KR 10-2019-0021975 A (2019년03월06일) KR 10-0389150 B1 (2003년06월14일) KR 10-0426161 B1 (2004년03월25일) KR 10-1875812 B1 (2018년07월02일)
본 발명은 보강재시트에 이온교환막을 형성하는 연속제조방법에 대한 것이며, 특히, 건조과정에서 이온교환막의 변형방지를 목적으로 한다.
종래발명들의 문제점을 해결하기 위한 강화복합 이온교환막 제조방법에 관한 발명이며, 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 있어서, 제1롤러(121)에 감겨진 보강재시트(110)가 길이방향으로 연속 이송되는 이송단계(S100); 상기 이송단계 중, 이온교환솔루션(10)이 상기 보강재시트 일면에 위치하는 안착단계(S400); 상기 안착단계 후, 이송중인 이온교환솔루션이 건조되어 이온교환막(30)을 형성하는 건조단계(S500);를 포함하는 시계열적 단계로 구성된다.
본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 관한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 안착단계 전, 이온교환솔루션을 형성하는 물질형성단계(S200);를 포함하는 단계로 이루어진다.
본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 관한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 안착단계는 이온교환솔루션이 보강재시트 일면에 진입되는 진입단계(S430); 상기 진입단계 후, 이온교환솔루션이 일정한 두께로 형성되는 캐스팅단계(S440);를 포함하는 단계로 이루어진다.
본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 관한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 이송단계 중, 보강재시트의 장력을 일정하게 유지하는 장력유지단계(S120);를 포함하는 단계로 이루어진다.
본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 관한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 이송단계 중, 보강재시트 이송속도를 설정된 속도로 유지하는 속도제어단계(S130);를 포함하는 단계로 이루어진다.
본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 관한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 건조단계 중, 보강재시트의 폭방향 장력을 유지하는 폭장력유지단계(S600);를 포함하는 단계로 이루어진다.
본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 관한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 건조단계 중, 건조온도를 제어하는 온습도제어단계(S510);를 포함하는 시계열적 단계로 구성된다.
본 발명은 강화복합 이온교환막에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 제조방법에 의해 제작된 강화복합 이온교환막을 제시한다.
본 발명은 보강재시트에 의해 이온교환막의 강성을 향상시키는 효과를 가진다.
본 발명은 이온교환막의 연속자동생산의 효과를 가진다.
본 발명은 이온교환막의 건조과정 중 수축에 의한 변형방지의 효과를 가진다.
도 1은 본 발명 강화복합 이온교환막 제조단계 순서도.
도 2는 본 발명 강화복합 이온교환막 제조장치 개념도.
도 3은 본 발명 강화복합 이온교환막 제조장치의 속도조절 및 장력조절 개념도.
도 4 내지 도 5는 본 발명 강화복합 이온교환막 제조장치의 밸트이용 폭장력제어장치의 개념도.
도 6은 본 발명 강화복합 이온교환막 제조장치의 체인 및 클램프 이용 폭장력제어장치의 개념도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
아래의 실시예에서 인용하는 번호는 인용대상에만 한정되지 않으며, 모든 실시예에 적용될 수 있다. 실시예에서 제시한 구성과 동일한 목적 및 효과를 발휘하는 대상은 균등한 치환대상에 해당된다. 실시예에서 제시한 상위개념은 기재하지 않은 하위개념 대상을 포함한다.
(실시예 1-1) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 구체적으로 제1롤러(121)에 감겨진 보강재시트(110)가 길이방향으로 연속 이송되는 이송단계(S100); 상기 이송단계 중, 이온교환솔루션(10)이 상기 보강재시트 일면에 위치하는 안착단계(S400); 상기 안착단계 후, 이송중인 이온교환솔루션이 건조되어 이온교환막(30)을 형성하는 건조단계(S500);를 포함하는 시계열적 단계로 구성된다.
(실시예 1-2) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 건조단계 후, 보강재시트와 건조된 이온교환솔루션이 제2롤러(122)에 감겨지는 감김단계(S700);를 포함한다.
본 발명은 연속으로 이송되는 보강재시트(110) 표면에 이온교환솔루션(10)을 위치시키며, 건조기(700)를 통과하여 강화복합이온교환막을 형성한다.
본 발명은 연속생산을 특징으로 하며, 보강재 시트는 제1롤러(121) 및 제2롤러(122)에 감겨진다. 제1롤러는 말려진 보강재시트를 풀며, 제2롤러는 완성된 강화복합이온교환막을 감게 된다.
상기 이온교환솔루션은 양이온교환막 또는 음이온교환막을 형성한다. 이온교환솔루션은 이송중인 보강재시트에 안착되며, 보장재시트의 내부 및 표면에 침투 된다. 이온교환솔루션이 침투된 보강재시트는 건조기를 통과하며, 건조된다. 따라서, 이온방형성을 가지며, 내부에 보강재가 삽입되는 강화복합 이온교환막을 확보할 수 있다.
(실시예 1-3) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 안착단계 전, 보강재시트의 잔류응력을 제거하는 응력제거단계(S300);를 포함한다.
본 발명은 제1롤러에 감겨진 보강재시트의 잔류응력 제거에 대한 것이다. 상기 제1롤러는 원통형상을 형성하며, 제1롤러의 외주연에는 보강재시트를 연속 적층하여 보관한다. 즉, 보관과정 중, 보강재 시트는 일방향으로 휘어지려는 잔류응력을 내재하게 된다. 따라서 응력제거단계를 통해 보강재시트의 잔류응력을 제거해야 된다.
상기 응력제거단계는 응력제거부(130)를 통해 이루어진다. 응력제거부는 응력이완롤러(131)를 형성한다. 상기 응력이완롤러는 제1롤러의 보강재시트 감김방향과 반대방향으로 변형을 유도한다.
응력완화롤러 외경은 제1롤러 외경보다 작은 치수로 형성됨이 바람직하다. 또한 응력완화롤러는 일정한 롤러온도를 유지하는 가열장치(133) 및/또는 롤러의 외면에 수분을 분사하는 가습장치(134)를 형성할 수도 있다. 상기 가열장치 및 가습장치는 급속한 응력완화 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 1-4) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 보강재시트는 폴리머로 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 1-5) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-4에 있어서, 상기 보강재시트 재질은 폴리에스테르, 폴리아마이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플로르에틸렌, 폴리에테르에테르케톤, 폴리 페닐렌셀파이드 중 선택된 어느 하나로로 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 1-6) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 보강재시트는 직포, 부직포 또는 함침기재 중 선택된 어느 하나로 형성됨을 포함한다.
(실시예 1-7) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 보강재시트는 다공성(microporous mesh)으로 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 1-8) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-7에 있어서, 상기 보강재시트의 두께는 3μm 내지 700μm인것;을 포함한다.
본 발명은 다공성 보강재시트의 재질 및 특성을 제시하고 있다. 보강재시트는 폴리머로 형성되므로 이온교환솔루션과 일체성을 형성할 수 있으며, 보강재시트는 다공성 이므로 이온교환솔루션이 내외부에 용이하게 침투될 수 있다.
(실시예 2-1) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 안착단계 전, 이온교환솔루션을 형성하는 물질형성단계(S200);를 포함하는 단계로 이루어진다.
(실시예 2-2) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 물질형성단계는 이온교환폴리머, 이온교환수지분말, 폴리머용질, 용매, 이온교환용액을 하나 또는 2개이상 혼합하는 혼합단계(S210);를 포함한다.
(실시예 2-3) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 혼합단계 중, 첨가물을 추가로 혼합되는 첨가단계(S220);를 포함한다.
상기 첨가물은 실란화합물을 포함한다. 구체적으로 비닐계실란(vinyltrimethoxy silane등), 아미노계실간(3-aminopropyltrimethoxysilane 등), 폴리머실란(polydimethylsiloxane hydroxyl 등) 에폭시계실란, 이소시아네이트계실란 등으로 형성됨이 바람직하다. 실란이 포함된 첨가물은 이온교환막을 유연하게 하며, 유연한 멤브레인은 적층 안전성을 확보할 수 있다. 본 발명의 이온교환멤브레인은 복수의 층이 적층되어 정수장치 등에 활용될 수 있으며, 적층 과정에서 파손되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 용매는 양쪽성용매를 포함한다. 상기 용매는 NMP, DMF, DMAc, DMSO, chloroform, chlorobenzene, methylene chloride, water, alcohol 중 선택된 어느 하나 또는 2개 이상의 조합으로 형성된다.
상기 용매는 이온교환솔루션 형성에 있어서 혼합의 효과를 높이는 목적으로 사용된다. 본 발명의 NMP, DMAc, DMF 또는 DMSO는 높은 소수성 및 친수성을 가지므로 어떠한 폴리머와도 용이하게 용해되는 효과를 가진다. 따라서, 어떠한 용질도 완전한 용융을 가능하게 하며, 혼합과정 중 균질상태의 용액을 확보할 수 있다.
본 발명의 이온교환수지분말은 양이온수지분말 또는 음이온수지분말로 형성된다. 상기 이온교환수지분말은 고분자로 형성되며, 양이온 또는 음이온을 교환하는 기능기를 가지며, 용매에 용이하게 용해되어야 한다. 구체적으로 이오노머로, 폴리스티렌, 폴리술폰, 폴리이서술폰, 폴리아미드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리글리시딜메타크릴레이트 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 이온교환폴리머 또는 용액은 PS(polystyrene), PES(poly ether sulfone), PPO(poly phenylene oxide), PEEK(Poly eher ether ketone), PEKK(polyether-ketone-ketone), PFSA(Perfluorosulfonic acids), PVC(Polyvinyl Chloride), PE(Polyethylene)를 기본 골격으로 하여 제조된 이온교환체(Ionomer) 중 선택된 어느 하나 이상으로 형성되는 것;을 포함한다.
상기 이온교환솔루션은 3 내지 50 중량%의 이온교환폴리머(Ionomer), 50 내지 97 중량 %의 용매로 형성될 수 있다.
상기 이온교환솔루션은 3 내지 50 중량%의 이온교환폴리머(Ionomer), 50 내지 97 중량 %의 용매 및 0.01 내지 5중량%의 첨가재로 형성될 수 있다.
상기 이온교환솔루션은 5-60 중량%의 이온교환용액, 10-70 중량%의 이온교환수지분말, 5-60 중량%의 폴리머용질, 1-20중량%의 첨가제로 형성될 수 있다.
상기 폴리머용질은 아크릴계 폴리머(polyacrylate 등), 아세테이트계 폴리머(Ethylene vinyl acetate 등), 올레핀계 폴리머(polyethylene 등) 및 플루오르 올레핀계 폴리머(polyvinylidenefluoride 등) 중 선택된 어느 하나로 형성된다.
(실시예 3-1) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 안착단계는 이온교환솔루션이 보강재시트 일면에 진입되는 진입단계(S430); 상기 진입단계 후, 이온교환솔루션이 일정한 두께로 형성되는 캐스팅단계(S440);를 포함하는 단계로 이루어진다.
(실시예 3-2) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 3-1에 있어서, 상기 안착단계 중, 이온교환솔류션 량을 일정하게 유지하는 용량제어단계(S410);를 포함한다.
본 발명은 이온교환솔루션이 혼합된 상태로 보강재시트 일면에 안착되고, 일정한 두께로 형성되는 과정을 구체화 한다.
이온교환솔루션은 공급호퍼(311)를 통해 공급되며, 공급호퍼는 정량공급장치(312)를 장착하며, 상기 정량공급장치는 이온교환솔루션의 공급속도 또는 호퍼의 개구 크기를 제어한다.
상기 정량공급장치의 작동은 보강재시트 이송속도감지센서(320)와 연동되며, 공급제어장치(330)가 정량공급장치를 제어한다. 상기 공급호퍼의 개구는 보강재시트 폭방향으로 길게 형성된다.
(실시예 3-3) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 3-1에 있어서, 상기 안착단계 중, 보강재시트 타면을 지지하는 지지단계(S420);를 포함한다.
(실시예 3-4) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 3-1에 있어서, 상기 캐스팅단계 중, 이온교환솔루션 두께를 일정하게 유지하는 두께제어단계(S450);를 포함한다.
본 발명은 보강재시트 표면에 안착되는 이온교한물질의 안정적 착상을 구체화 한다. 보강재시트는 다공성이며, 2개의 롤러(제1롤러, 제2롤러) 사이에서 처짐이 발생된다. 또한 보강재시트 일면에 이온교환솔루션이 안착되면 처짐이 증가된다. 이는 정확한 착상을 불가능하게 한다. 이를 방지하고자, 보강재시트 타면에는 판상형태의 지지대(340)를 설치하며, 상기 지지대는 보강재시트의 처짐을 방지한다.
상기 두께제어단계는 보강재시트에 착상된 이온교환솔루션의 균일두께를 형성하기 위함이다. 구체적으로 코마코트(351) 또는 블레이드(352)는 일정한 두께로 이온교환솔루션을 캐스팅한다. 두께제어기(353)는 콤마코트 및 블레이드의 작동을 제어한다. 두께제어기는 두께측정센서(354)의 신호에 따라 작동된다.
(실시예 4-1) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 이송단계 중, 보강재시트의 장력을 일정하게 유지하는 장력유지단계(S120);를 포함하는 단계로 이루어진다.
(실시예 4-2) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 4-1에 있어서, 상기 장력유지단계는 보강재 시트의 장력을 계측하는 장력계측단계(S121); 상기 장력계측단계 중, 제1롤러 및/또는 제2롤러의 속도 또는 간격를 제어하는 장력조절단계(S122);를 포함한다.
본 발명은 보강재시트의 길이방향 장력을 균일하게 유지하기 위함이다. 이를 위해, 보강재시트의 장력은 실시간으로 계측되며, 장력조절장치(400)는 실시간으로 장력을 균일하게 형성한다.
보강재시트는 앞에서 제시한 안착단계, 캐스팅단계, 건조단계에 의해 늘어날 수 있다. 보강재시트의 신장은 이온교환막의 두께에 영향을 미치며, 이는 품질의 안전성을 저해하는 요인이 된다. 따라서, 길이방향 장력을 균일하게 유지해야 된다.
장력이 변화되는 이유는 다음과 같다. 2개의 롤러 사이에 위치한 보강재시트는 풀림과 감김을 연속으로 발생시킨다. 시간이 경과될수록 제1롤러는 보강재시트를 배출하며, 제2롤러는 보강재시트를 감게 된다. 즉, 제1롤러 및 제2롤러의 총두께는 시간에 따라 변화되며, 제1, 2롤러가 동일한 각속도로 회전할 경우, 두께변화에 따라 이송속도가 상이하게 되며, 이는 장력의 변동을 발생시킨다.
이를 해결하기 위해, 상기 장력조절장치는 이송속도감지센서의 신호를 계측하며, 제2롤러의 구동각속도를 제어한다. 동시에 제1롤러의 구동각속도를 제어해야 된다. 또한 정확성을 확보하기 위해, 보강재시트의 장력을 연동하여 측정함이 바람직하다.
구체적으로 장력조절장치는 장력제어기(410)로 구성되며, 상기 장력제어기는 제2롤러의 구동모터(420)의 회전속도를 제어한다. 또한 제1롤러의 회전속도를 제어할 수 있다. 보강재 시트의 장력은 장력센서(430)에 의해 이루어진다. 상기 장력센서는 보강재시트 일면을 일정한 힘으로 부분 가압하여 처짐량을 측정할 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 장력제어기는 제1롤러축 또는 제2롤러축의 간격을 가변시켜 장력을 유지할 수 있으며, 상기 제1, 2롤러축은 장력유지스프링(440)에 의해 일정한 장력을 유지할 수 있다.
(실시예 5-1) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 이송단계 중, 보강재시트 이송속도를 설정된 속도로 유지하는 속도제어단계(S130);를 포함하는 단계로 이루어진다.
(실시예 5-2) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 5-1에 있어서, 상기 속도유지단계 중, 보강재시트의 이송속도를 계측하는 속도계측단계(S131); 상기 이송속도 계측단계 후, 제2롤러의 구동모터의 회전속도를 제어하는 속도가변단계(S132);를 포함한다.
본 발명은 보강재시트 이송속도 제어단계를 구체화 한다. 보강재시트의 속도는 속도제어기에 의해 이루어지며, 설정된 속도로 구동된다. 속도제어기(510)는 제2롤러의 구동속도를 제어하며, 속도제어기는 공급제어장치 및 장력제어장치와 연동된다. 따라서 보강재시트의 이송속도 가변에 따라 이온교환솔루션공급량 및 장력이 가변되어야 한다.
속도계측단계는 앞서서 제시한 이송속도감지센서를 이용한다. 상기 이송속도감지센서는 복수로 형성되어 센서의 이상에 대한 정상상태를 판단할 수 있다.
(실시예 6-1) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 건조단계 중, 보강재시트의 폭방향 장력을 유지하는 폭장력유지단계(S600);를 포함하는 단계로 이루어진다.
(실시예 6-2) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 6-1에 있어서, 상기 폭장력유지단계 중, 보강재시트의 길이방향 이송속도와 동일속도로 구동되며, 보강재시트의 폭방향 양단면을 선택적으로 파지하는 파지단계(S610);를 포함한다.
본 발명은 건조단계 중, 보강재시트의 폭방향 수축 방지를 구체화 한다. 보강재시트 일면은 이온교환솔루션을 위치시키며, 건조기에 투입되어 건조된다. 건조과정중 이온교환솔루션은 이온교환막으로 변환되며, 이온교환솔루션의 상태변화에 의해 보강재시트의 폭이 수축된다.
이를 방지하고자, 보강재시트의 폭장력 유지단계가 요구된다. 폭장력을 유지는 파지장치(600)를 사용하며, 상기 파지장치는 보강재시트의 길이방향 이송속도와 동일속도로 연동되어야 한다. 따라서 제2롤러의 구동동력을 상기 파지장치에 연동하는 제1동력연동장치(610)를 요구한다. 상기 제1동력연동장치는 제1연동축(611)과 제1연동기어(612)의 조합으로 결합된다.
상기 파지장치는 건조기 내부 및/또는 외부에 걸쳐 형성되며, 무한궤도형태를 취한다. 하나의 실시예로서, 보강재시트 양측 모서리 부분에 각각 설치되며, 상하면에 위치하며, 벨트형태를 구현하는 밸트쌍(630)을 형성될 수 있다. 즉, 4개의 벨트가 무한궤도형태로 구동하며, 보강재시트 모서리 부분을 선택적으로 파지한다. 상기 벨트는 평밸트 또는 타이밍밸트 형태로 구현될 수 있다. 상기 밸트의 접촉면은 홈(631)과 돌기(632)를 형성하여, 보강재시트의 폭방향 수축에 따른 변위를 저지할 수 있다.
상기 벨트쌍은 2개의 밸트가 상호 접촉되며, 접촉면 사이에 보강재시트가 위치된다. 즉, 벨트쌍의 구동에 의해 보강재시트를 이송하며, 이송과정중 폭방향장력을 유지할 수 있다. 다만, 벨트는 2개의 풀리에 걸쳐지며, 풀리(693-a)와 풀리(693-b) 사이는 충분한 접촉력을 발생시킬 수 없다. 이를 구현하기 위해, 풀리와 풀리 사이에는 상호 대향되어 설치되며, 벨트를 가압하는 가압판(691)을 형성하며, 상기 가압판에 가압력을 부여하는 가압액츄에이터(692)를 형성한다. 상기 가압판은 밸트의 진입방향에 대하여 가압유도경사면을 형성한다.
또 다른 실시예로서, 보강재시트 양측 모서리 부분에 각각 설치되며, 보강재시트 측면에서 체인형태로 구동되는 체인(640)을 형성할 수 있다. 상기 체인은 복수의 링크로 이루어지며, 각각의 링크는 클램프(650)를 장착한다. 상기 클램프는 체인의 구동과정 중 선택적으로 보강재시트를 파지할 수 있다. 상기 클램프는 홈(661)과 돌기(662)를 형성하여, 보강재시트의 폭방향 수축에 따른 변위를 저지할 수 있다. 상기 클램프는 엑츄에이터(670)에 의해 선택적으로 작동된다. 상기 엑츄에이터는 마그네틱 또는 모터구동방식을 취할 수 있다.
2개의 밸트쌍 구동 및 2개의 체인구동은 동일속도로 구동되어야 한다. 따라서, 제2동력연동장치(680)에 의해 결합됨이 바람직하다. 상기 제2동력연동장치는 제2연동축(681)과 제2연동기어(682)의 조합으로 결합된다.
(실시예 7-1) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 건조단계 중, 건조온도를 제어하는 온습도제어단계(S510);를 포함하는 단계로 이루어진다.
(실시예 7-2) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 7-1에 있어서, 상기 온습도제어단계는 건조기 내부의 온도를 측정하는 온도측정단계(S511); 상기 온습도제어단계는 건조기 내부의 습도를 측정하는 습도측정단계(S512); 상기 온습도측정단계 중, 온도를 제어하는 온도제어단계(S513); 상기 온습도측정단계 중, 습도를 제어하는 습도제어단계(S514);를 포함한다.
(실시예 7-3) 본 발명은 강화복합 이온교환막 제조방법에 대한 것이며, 실시예 7-1에 있어서, 상기 온습도제어단계는 복수의 구간으로 구분되는 다단온습도제어단계(S520);를 포함한다.
본 발명은 건조단계 중, 건조기 내부의 온도 및 습도를 제어하는 단계를 구체화 한다. 건조기 내부에는 온도계(711) 및 습도계(712)를 장착하며, 상기 온도계 및 습도계의 계측값을 측정하여, 가열기(721) 및 습도조절기(722)의 작동을 제어하는 온습도제어장치(730)를 장착한다.
상기 온습도제어장치는 실시간으로 작동됨이 바람직하다. 상기 건조기는 복수로 형성되며, 각각의 건조기는 설정된 온습도가 상이하여, 다단으로 온습도 제어를 가능하게 한다.
상기 가열기는 적외선가열기(741), 자외선가열기(742), 열풍가열기(743), 마이크로웨이브가열기(744) 중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 가열기는 습배출장치(751) 및/또는 건조공기 공급장치(752) 포함할 수 있다.
상기 다단온습도제어단계는 스탭, 직선형, 곡선형 중 선택된 어느 하나의 형태로 온도가 승강 및 하강한다. 상기 다단건조단계의 온도는 섭씨 30도 내지 150도의 범위로 형성된다.
건조시간은 이온교환솔루션의 두께 및 재질에 따라 상이하게 적용할 수 있다. 열풍가열기에 의한 건조는 가열된 건조공기를 이온교환솔루션의 일면 또는 양면에 적용시켜 건조시키는 특징을 가지며, 적외선 및 자외선 건조 또한 양면 또는 일면에 적외선 광원을 조사하여 건조시킬 수 있다. 마이크로웨이브 건조는 건조기 내부에 투입되는 전자파에 의해 건조시킨다.
상기 건조단계는 일회로 이루어질 수 있으며, 또는 다단과정으로 건조될 수 있다. 다단으로 건조될 경우, 온도는 단계적으로 승온되며, 최고의 설정온도에서 단계적으로 하강된다. 온도범위는 30도시 내지 150도시의 범위로 이루어진다. 30도는 완전한 성형을 불가능하게 하며, 150도 이상은 막손상을 유발한다.
또한 각각의 단계별로 시간을 차별화 하므로 이온교환솔루션의 종류 및 막의 두께에 대한 최적의 건조조건을 구현할 수 있다.
(실시예 8-1) 본 발명은 강화복합 이온교환막에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 실시예의 제조방법으로 제조된 강화복합 이온교환막을 제시한다.
본 발명은 강화복합 이온교환막에 대한 물건발명이며, 물건을 제조하는 방법에 얻어지는 효과에 의해 특정된 물건이다.
10 : 이온교환솔루션 30 : 이온교환막
110 : 보강재시트
121 : 제1롤러 122 : 제2롤러
130 : 응력제거부 131 : 응력이완롤러
133 : 가열장치 134 : 가습장치
311 : 공급호퍼 312 : 정량공급장치
320 : 이송속도감지센서 330 : 공급제어장치
340 : 지지대 351 : 코마코트
352 : 블레이드 353 : 두께제어기
354 : 두께측정센서
400 : 장력조절장치 410 : 장력제어기
420 : 구동모터 430 : 장력센서
440 : 장력유지스프링
510 : 속도제어기
600 : 파지장치 610 : 제1동력연동장치
611 : 제1연동축 612 : 제1연동기어
630 : 밸트쌍 631 : 홈
632 : 돌기 640 : 체인
650 : 클램프 661 : 홈
662 : 돌기 670 : 엑츄에이터
680 : 제2동력연동장치 681 : 제2연동축
682 : 제2연동기어 691 : 가압판
692 : 가압액츄에이터
693-a : 풀리 693-b : 풀리
711 : 온도계 712 : 습도계
721 : 가열기 722 : 습도조절기
730 : 온습도제어장치 741 : 적외선가열기
742 : 자외선가열기 743 : 열풍가열기
744 : 마이크로웨이브가열기 751 : 습배출장치
752 : 건조공기 공급장치

Claims (8)

  1. 강화복합 이온교환막 제조방법에 있어서,
    제1롤러(121)에 감겨진 보강재시트(110)가 길이방향으로 연속 이송되는 이송단계(S100);
    상기 이송단계 중, 이온교환솔루션(10)이 상기 보강재시트 일면에 위치하는 안착단계(S400);
    상기 안착단계 후, 이송중인 이온교환솔루션이 건조되어 이온교환막(30)을 형성하는 건조단계(S500);
    상기 건조단계 중, 보강재시트의 폭방향 장력을 유지하는 폭장력유지단계(S600);를 포함하고,
    상기 이송단계(S100) 중, 상기 보강재시트(110)의 장력을 일정하게 유지하는 장력유지단계(S120);를 포함하며,
    상기 장력유지단계(S120)는,
    상기 보강재 시트(110)의 장력을 계측하는 장력계측단계(S121);
    상기 장력계측단계(S121) 중, 제1롤러(121) 및/또는 제2롤러(122)의 속도 또는 간격을 장력조절장치(400)로 제어하는 장력조절단계(S122);를 포함하고,
    상기 장력조절장치(400)는 제1롤러(121) 및/또는 제2롤러(122)의 구동모터(420)의 회전속도를 제어하는 장력제어기(410)를 포함하며,
    상기 폭장력유지단계(S600)에서는 보강재시트 양측 모서리 부분의 상하면에 위치하며, 벨트형태를 구현하는 벨트쌍(630)을 형성한 파지장치(600)에 의해 상기 보강재시트(110)의 길이방향 이송속도와 동일속도로 구동되며, 상기 보강재시트(110)의 폭방향 양단면을 선택적으로 파지하는 파지단계(S610);를 포함하는 강화복합 이온교환막 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 안착단계 전, 이온교환솔루션을 형성하는 물질형성단계(S200);
    를 포함하는 강화복합 이온교환막 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 안착단계는 이온교환솔루션이 보강재시트 일면에 진입되는 진입단계(S430);
    상기 진입단계 후, 이온교환솔루션이 일정한 두께로 형성되는 캐스팅단계(S440);
    를 포함하는 강화복합 이온교환막 제조방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 이송단계 중, 보강재시트 이송속도를 설정된 속도로 유지하는 속도제어단계(S130);
    를 포함하는 강화복합 이온교환막 제조방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조단계 중, 건조온도를 제어하는 온습도제어단계(S510);
    를 포함하는 강화복합 이온교환막 제조방법.
  8. 강화복합 이온교환막에 있어서,
    청구항 1 내지 청구항 3, 청구항 5 및 청구항 7 중 어느 하나의 항의 제조방법으로 제조된 강화복합 이온교환막.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101806186B1 (ko) 2017-04-27 2018-01-10 주식회사 이노켐텍 이온교환전극 제조방법, 이온교환전극, 이온교환필터

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2203104A1 (en) 1994-10-20 1996-05-02 Petra Mertesdorf Metallized cation-exchange membrane
DE19616160A1 (de) 1996-04-24 1997-10-30 Hoechst Ag Verfahren zur Herstellung einer Kationenaustauschermembran
KR101875812B1 (ko) 2015-01-16 2018-07-09 더블유스코프코리아 주식회사 다공성베이스 멤브레인을 이용한 수처리용 이온교환막 및 이의 제조방법
KR101710933B1 (ko) * 2015-06-25 2017-02-28 광주과학기술원 이온 교환막의 제조장치 및 제조방법
KR102238221B1 (ko) 2017-08-24 2021-04-08 성균관대학교산학협력단 개질된 폴리테트라플루오로에틸렌, 이의 제조방법, 이를 이용한 이온 교환 멤브레인 및 이온 교환 멤브레인의 제조방법
KR102133787B1 (ko) * 2018-05-02 2020-07-15 도레이첨단소재 주식회사 표면 이온 교환 고분자 전해질이 제거된 세공충진 이온 교환 고분자 전해질 복합막 및 이의 제조방법
KR102285355B1 (ko) * 2019-01-31 2021-08-03 주식회사 이노켐텍 불균질막 제조방법 및 불균질막

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101806186B1 (ko) 2017-04-27 2018-01-10 주식회사 이노켐텍 이온교환전극 제조방법, 이온교환전극, 이온교환필터

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