KR20110129110A - Polyimide porous nanofiber web and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A polyimide porous nanofiber web and a method for fabricating the same are provided to ensure shape stability at high temperature and high humidity. CONSTITUTION: A polyimide porous nanofiber web has 50-99% of porosity and is formed in a fiber aggregate. The volume variation rate of an electrolyte film is less than 15% in case of applying an equation, volume variation rate(%) = [(Va - Vb)/Vb]x100. The electrolyte film is fabricated by immersing hydrocarbon ion conductor in the porous nanofiber web. The polyimide porous nanofiber web comprises fiber(4) with 0.01-5 um of average diameter.

Description

폴리이미드 다공성 나노섬유 웹 및 그 제조방법{Polyimide porous nanofiber web and Method for manufacturing the same}Polyimide porous nanofiber web and method for manufacturing the same

본 발명은 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 연료전지용 전해질막 또는 이차전지용 분리막 등에 사용 가능한 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polyimide porous nanofiber web and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a polyimide porous nanofiber web and a method for manufacturing the same, which can be used in an electrolyte membrane for a fuel cell or a separator for a secondary battery.

다공성 나노섬유 웹은 표면적이 넓고 다공성이 우수하기 때문에 다양한 용도로 이용할 수 있는데, 예를 들면, 정수용 필터, 공기 정화용 필터, 복합재료, 및 전지용 분리막 등에 이용할 수 있다. 특히, 이러한 다공성 나노섬유 웹은 자동차용 연료전지의 전해질막에 유용하게 적용할 수 있다. Porous nanofiber webs have a wide surface area and excellent porosity, and thus can be used for various purposes. For example, the porous nanofiber webs can be used for water purification filters, air purification filters, composite materials, and battery separators. In particular, such a porous nanofiber web can be usefully applied to the electrolyte membrane of a fuel cell for automobiles.

연료전지는 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로서 높은 에너지 효율성과 오염물 배출이 적은 친환경적인 특징으로 인해 차세대 에너지원으로 각광받고 있다. 이러한 연료전지는 일반적으로 전해질막을 사이에 두고 그 양쪽에 산화극(anode)과 환원극(cathode)이 각각 형성된 구조를 이루고 있다.A fuel cell is a battery that converts chemical energy generated by oxidation of a fuel into electrical energy directly, and has been in the spotlight as a next-generation energy source due to its high energy efficiency and eco-friendly features with low emission of pollutants. Such a fuel cell generally has a structure in which an anode and a cathode are formed on both sides of an electrolyte membrane.

자동차용 연료전지의 대표적인 예로는 수소가스를 연료로 사용하는 수소 이온 교환막 연료전지를 들 수 있다. 이러한 수소 이온 교환막 연료전지에 사용되는 전해질막은 산화극에서 생성된 수소 이온이 환원극으로 전달되는 통로이므로 기본적으로 수소 이온의 전도도가 우수해야 한다. 또한, 전해질막은 산화극에 공급되는 수소가스와 환원극에 공급되는 산소를 분리하는 분리능이 우수해야 하고, 그 외에도 기계적 강도, 형태안정성, 내화학성 등이 우수해야 하며, 고전류밀도에서 저항손실이 작아야 하는 등의 특성이 요구된다. 특히, 자동차용 연료전지는 고온에서 장시간 사용할 경우 전해질막이 파열되지 않도록 내열성이 우수해야 한다.Representative examples of automotive fuel cells include a hydrogen ion exchange membrane fuel cell using hydrogen gas as a fuel. Since the electrolyte membrane used in the hydrogen ion exchange membrane fuel cell is a passage through which hydrogen ions generated from the anode are transferred to the cathode, the conductivity of the hydrogen ions should be excellent. In addition, the electrolyte membrane must have excellent separation ability to separate hydrogen gas supplied to the anode and oxygen supplied to the cathode, and also have excellent mechanical strength, shape stability, and chemical resistance, and have low resistance loss at high current density. Such characteristics are required. In particular, the fuel cell for automobiles should be excellent in heat resistance so as not to rupture the electrolyte membrane when used for a long time at high temperature.

현재 사용되고 있는 연료전지용 전해질막으로는 불소계 수지로서 퍼플루오로설폰산 수지(나피온, Nafion, 상품명)(이하 '나피온 수지'라 한다)가 있다. 그러나, 나피온 수지는 기계적 강도가 약하여 장시간 사용하면 핀홀이 발생하고 그로 인해 에너지 전환효율이 떨어지는 문제가 있다. 기계적 강도를 보강하기 위해서 나피온 수지의 막두께를 증가시켜 사용하는 시도가 있지만, 이 경우는 저항손실이 증가되고 또한 고가의 재료를 사용함에 따라 경제성이 떨어지는 문제가 있다.As an electrolyte membrane for fuel cells currently used, a perfluorosulfonic acid resin (Nafion, Nafion, trade name) (hereinafter referred to as 'nafion resin') is a fluorine resin. However, Nafion resins have a weak mechanical strength, so that when used for a long time, pinholes are generated, thereby lowering energy conversion efficiency. Attempts have been made to increase the film thickness of Nafion resin in order to reinforce mechanical strength. However, in this case, the resistance loss is increased, and there is a problem in that the economy is inferior as expensive materials are used.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서, 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌 수지(테프론, Teflon, 상품명)(이하 '테프론 수지'라 한다)에 이온전도체로 나피온 수지를 함침시킴으로써 기계적 강도를 향상시킨 전해질막이 제안된 바 있다. 이 경우는 나피온 수지가 단독으로 이루어진 전해질막에 비해 기계적 강도가 상대적으로 우수하나, 이온 전도도가 다소 떨어지는 문제가 있다. 또한, 테프론 수지는 접착성이 매우 낮기 때문에 연료전지 운전 중 온도 또는 습도 등의 작동 조건 변화에 따라 테프론 수지와 나피온 수지 사이의 접착성이 저하됨에 따라 수소와 산소의 분리능이 감소하는 단점이 있다. 더불어, 나피온 수지뿐만 아니라 다공성 테프론 수지의 가격이 고가이기 때문에 대량 생산시 경제성이 떨어지는 문제가 있다.In order to solve such a problem, an electrolyte membrane having improved mechanical strength by impregnating a porous polytetrafluoroethylene resin (Teflon, Teflon, trade name) (hereinafter referred to as 'Teflon resin') with an ion conductor as an ion conductor has been proposed. There is a bar. In this case, the mechanical strength is relatively higher than that of the electrolyte membrane composed of Nafion resin alone, but there is a problem that the ionic conductivity is somewhat reduced. In addition, since the Teflon resin is very low adhesion, there is a disadvantage in that the separation between hydrogen and oxygen decreases as the adhesion between the Teflon resin and the Nafion resin decreases with the change of operating conditions such as temperature or humidity during fuel cell operation. . In addition, since the price of not only Nafion resin but also porous Teflon resin is expensive, there is a problem in that economic feasibility in mass production.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서, 테프론 수지 대신에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리비닐리덴플루오라이드와 같은 범용의 탄화수소계 수지를 사용하고 이온전도체로서 나피온 수지 대신에 술폰산기를 포함하는 저가의 탄화수소계 수지를 사용함으로써 생산단가를 줄일 수 있는 전해질막이 제안된 바 있다.In order to solve this problem, general-purpose hydrocarbon resins such as polyethylene, polypropylene, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride are used instead of teflon resin, and sulfonic acid groups are used instead of Nafion resin as an ion conductor. An electrolyte membrane has been proposed to reduce the production cost by using a low-cost hydrocarbon resin.

그러나, 이 경우 생산단가를 줄일 수 있어 경제성을 향상시킬 수는 있으나, 탄화수소계 수지가 유기용매에 용해되거나, 내열성이 떨어짐에 따라 내구성이 보장될 수 없다는 문제가 있다. However, in this case, although the production cost can be reduced, the economical efficiency can be improved, but there is a problem that durability can not be guaranteed as the hydrocarbon-based resin is dissolved in the organic solvent or the heat resistance is poor.

또한, 일반적 방법으로 제조된 부직포 또는 통상의 분리막 제조 방법에 의해 제조된 필름 형태의 탄화수소계 막은 박막화가 곤란하고 다공도가 떨어지며 공경의 조절이 용이치 않은 문제가 있다.In addition, the non-woven fabric prepared by the general method or a hydrocarbon-based membrane in the form of a film prepared by a conventional separation membrane manufacturing method has a problem that it is difficult to thin film, the porosity is poor, and the pore size is not easy to control.

특히, 탄화수소계 이온 전도체가 함침된 막은 고온 및 고습의 환경에서 형태가 쉽게 변화되어 성능이 저하되거나 심할 경우 파열되어 폭발하는 문제가 있다. In particular, the membrane impregnated with a hydrocarbon-based ion conductor is easily changed in shape in a high temperature and high humidity environment, there is a problem that the performance is degraded or bursts when severe.

본 발명은 박막 및 공경의 조절이 용이하고 다공도 및 내열성이 우수하며 고온 및 고습의 환경에서 형태안정성이 우수하고 통상의 유기용매에 비용해성을 갖는 섬유 집합체 형태로 이루어짐에 따라, 연료전지용 전해질막 또는 이차전지용 분리막 등의 다양한 분야에 이용할 수 있는 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is easy to control the thin film and pore size, excellent porosity and heat resistance, excellent in form stability in the environment of high temperature and high humidity, and in the form of a fiber aggregate having a non-soluble to a conventional organic solvent, fuel cell electrolyte membrane or An object of the present invention is to provide a polyimide porous nanofiber web and a method of manufacturing the same that can be used in various fields such as secondary battery separators.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면으로서, 본 발명은 다공성 나노섬유 웹에 있어서, 상기 다공성 나노섬유 웹은 다공도가 50 내지 99 %이고, 섬유 집합체 형태를 이루고 있고; 상기 다공성 나노섬유 웹에 탄화수소계 이온 전도체가 함침되어 제조된 전해질막의 부피 변화율이 아래의 식에 의해 측정될 경우 15 % 이하인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹을 제공한다.As an aspect of the present invention for achieving the above object, the present invention is a porous nanofiber web, the porous nanofiber web has a porosity of 50 to 99%, and forms a fiber aggregate form; It provides a polyimide porous nanofiber web, characterized in that the volume change rate of the electrolyte membrane prepared by impregnating the hydrocarbon-based ion conductor in the porous nanofiber web is 15% or less when measured by the following equation.

상기 부피 변화율(%) = [(Va - Vb)/Vb]×100(단, 상기 Vb는 고습 처리 전 상기 전해질막의 부피이고, Va는 80 ℃의 온도 및 90 %의 상대습도에서 조건에서 4 시간 동안 고습 처리 후 상기 전해질막의 부피이다)(%) = [(Va-Vb) / Vb] x 100 (wherein Vb is the volume of the electrolyte membrane before the high humidity treatment, Va is 4 hours under conditions at a temperature of 80 ℃ and 90% relative humidity) Volume of the electrolyte membrane after high humidity treatment for a while)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면으로서, 본 발명은 폴리이미드 전구체(precusor)를 유기용매에 녹여 방사용액을 제조하는 공정; 상기 방사용액을 전기방사하여 0.01 내지 5 ㎛의 평균 직경을 갖는 섬유로 이루어진 폴리이미드 전구체 나노섬유 웹을 제조하는 공정; 및 상기 폴리이미드 전구체 나노섬유 웹을 200 내지 400 ℃의 온도에서 이미드화시켜 폴리이미드 나노섬유 웹을 제조하는 공정을 포함하는 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹의 제조방법을 제공한다.As another aspect of the present invention for achieving the above object, the present invention comprises the steps of preparing a spinning solution by dissolving a polyimide precursor (precusor) in an organic solvent; Electrospinning the spinning solution to prepare a polyimide precursor nanofiber web made of fibers having an average diameter of 0.01 to 5 μm; And it provides a method for producing a polyimide porous nanofiber web comprising the step of producing a polyimide nanofiber web by imidating the polyimide precursor nanofiber web at a temperature of 200 to 400 ℃.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.

첫째, 본 발명에 따른 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 박막화가 용이하고 공경을 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.First, the polyimide porous nanofiber web according to the present invention has an effect of easily thinning and easily adjusting the pore size.

둘째, 본 발명에 따른 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 통상의 유기용매에 용해되지 않고 융점이 높기 때문에 내화학성 및 내열성이 우수한 효과가 있다.Second, since the polyimide porous nanofiber web according to the present invention has a high melting point without being dissolved in a conventional organic solvent, it has an excellent chemical resistance and heat resistance.

셋째, 본 발명에 따른 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 최적의 조건에서 이미드화됨에 따라 탄화수소계 이온 전도체가 함침될 경우 고온 및 고습의 환경에서 우수한 형태안정성을 갖는 효과가 있다.Third, the polyimide porous nanofiber web according to the present invention has an effect of having excellent morphological stability in an environment of high temperature and high humidity when the hydrocarbon-based ion conductor is impregnated as it is imidized under optimum conditions.

이와 같은 우수한 물성을 갖는 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 경량화, 고효율, 및 고안정성이 요구되는 연료전지용 전해질막 또는 이차전지용 분리막 등에 사용 가능하다.The polyimide porous nanofiber web having such excellent physical properties can be used for electrolyte membranes for fuel cells or secondary membranes for secondary batteries requiring lightweight, high efficiency, and high stability.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방사 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention encompasses all changes and modifications that come within the scope of the invention as defined in the appended claims and equivalents thereof.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a polyimide porous nanofiber web according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 90 % 이상의 이미드화율을 갖는 폴리이미드를 포함하여 이루어진다. 즉, 폴리이미드 전구체가 열처리와 같은 이미드화 공정을 통해 고리화반응이 일어남으로써 이미드기로 변화되는 것을 의미한다. 이와 같이, 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 90 % 이상의 이미드화율을 가짐에 따라, 우수한 내열성 및 내화학성을 가지게 된다. 만일, 상기 이미드화율이 90 % 미만일 경우, 유기용매에 대해 나노섬유 웹이 용해될 수 있기 때문에 장시간 요구 물성을 유지하기가 곤란할 수 있다.The polyimide porous nanofiber web of the present invention comprises a polyimide having an imidation ratio of at least 90%. That is, it means that the polyimide precursor is changed to the imide group by the cyclization reaction occurs through an imidization process such as heat treatment. As such, the polyimide porous nanofiber web has an imidation ratio of 90% or more, thereby having excellent heat resistance and chemical resistance. If the imidation ratio is less than 90%, it may be difficult to maintain the required physical properties for a long time because the nanofiber web may be dissolved in the organic solvent.

상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 전기방사시 원활하게 공정이 제어됨에 따라 요구되는 직경을 갖는 섬유(4)를 용이하게 얻을 수 있고, 이에 따라 50 % 이상의 다공도를 가질 수 있게 된다. 이와 같이 50 % 이상의 다공도를 가짐에 따라, 상기 다공성 나노섬유 웹은 비표면적이 커지기 때문에 이온 전도체가 용이하게 함침됨에 따라 이온 전도도가 우수하게 된다. 한편, 상기 다공성 나노섬유 웹은 99 % 이하의 다공도를 가질 수 있는데, 만일 상기 다공성 나노섬유 웹의 다공도가 99 %를 초과할 경우 형태 안정성이 저하됨으로써 후공정이 원활하게 진행되지 않을 수 있다. 상기 다공도는 아래의 식과 같이 전체부피 대비 공기부피의 비율에 의하여 계산하였다. 이때, 전체부피는 직사각형 형태의 샘플을 제조하여 가로, 세로, 두께를 측정하여 계산하였고, 공기부피는 샘플의 질량을 측정 후 밀도로부터 역산한 고분자 부피를 전체부피에서 빼서 얻을 수 있었다.The polyimide porous nanofiber web can easily obtain a fiber 4 having the required diameter as the process is smoothly controlled during electrospinning, and thus can have a porosity of 50% or more. As described above, as having a porosity of 50% or more, the porous nanofiber web has a large specific surface area, and thus the ion conductivity is easily impregnated as the ion conductor is easily impregnated. On the other hand, the porous nanofiber web may have a porosity of 99% or less. If the porosity of the porous nanofiber web exceeds 99%, the morphological stability may be lowered, and thus the subsequent process may not proceed smoothly. The porosity was calculated by the ratio of the air volume to the total volume as shown in the following equation. In this case, the total volume was calculated by measuring the width, length, and thickness of a sample in the form of a rectangular shape, the air volume was obtained by subtracting the volume of the polymer inverted from the density after measuring the mass of the sample from the total volume.

다공도(%) = (공기부피/전체부피)×100Porosity (%) = (air volume / total volume) × 100

상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 5 내지 40 ㎛의 평균 두께를 가질 수 있다. 상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹의 두께가 5 ㎛ 미만이면 기계적 강도 및 형태안정성이 현저히 떨어질 수 있고, 반면 상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹의 두께가 40 ㎛를 초과한다면 경량화 및 집적화가 떨어질 수 있다. The polyimide porous nanofiber web may have an average thickness of 5 to 40 μm. When the thickness of the polyimide porous nanofiber web is less than 5 μm, the mechanical strength and shape stability may be remarkably inferior, whereas when the thickness of the polyimide porous nanofiber web is more than 40 μm, the weight and integration may be reduced.

상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 0.01 내지 5 ㎛의 평균 직경을 갖는 섬유(4)를 포함하여 이루어질 수 있다.The polyimide porous nanofiber web may comprise fibers 4 having an average diameter of 0.01 to 5 μm.

상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹이 상술한 바와 같은 다공도와 두께를 가지기 위해서, 섬유 집합체를 이루고 있는 상기 섬유(4)는 0.01 내지 5 ㎛ 범위의 평균 직경을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 만일 상기 섬유(4)의 평균 직경이 0.01 ㎛ 미만일 경우 기계적 강도가 저하될 수 있고, 반면 상기 섬유(4)의 평균 직경이 5 ㎛를 초과할 경우 다공도가 현저히 떨어지고 두께가 두꺼워질 수 있다. In order for the polyimide porous nanofiber web to have the porosity and thickness as described above, it may be preferable that the fibers 4 constituting the fiber aggregate have an average diameter in the range of 0.01 to 5 μm. If the average diameter of the fiber 4 is less than 0.01 μm, the mechanical strength may be lowered. On the other hand, if the average diameter of the fiber 4 is more than 5 μm, the porosity may be significantly decreased and the thickness may be thick.

상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 상술한 바와 같은 범위의 이미드화율을 가지고 후술할 최적의 조건에서 이미드화됨에 따라, 400 ℃ 이상의 융점을 가질 수 있다. 만일, 상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹의 융점이 400 ℃ 미만일 경우 내열성이 떨어짐에 따라 고온에서 쉽게 변형될 수 있고, 이에 따라 이를 이용하여 제조한 연료전지 또는 이차전지는 성능이 저하될 수 있다. 또한, 상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹의 내열성이 떨어질 경우 이상 발열에 의해 형태가 변형되어 성능이 저하되고 심할 경우 파열되어 폭발하는 문제가 생길 수 있다.The polyimide porous nanofiber web may have a melting point of 400 ° C. or higher as it is imidized under optimum conditions to be described later with an imidization ratio in the range as described above. If the melting point of the polyimide porous nanofiber web is less than 400 ° C., the heat resistance may be easily deformed at high temperatures, and thus the fuel cell or the secondary battery manufactured using the polyimide porous nanofiber web may be degraded. In addition, when the heat resistance of the polyimide porous nanofiber web is lowered, the shape is deformed by abnormal heat generation, thereby degrading the performance and, in severe cases, may burst and explode.

이와 같이 높은 안정성이 요구되는 연료전지의 전해질막이나 이차전지의 분리막의 제조에 사용할 경우, 상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 400 ~ 800 ℃의 융점을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 만일, 상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹의 융점이 800 ℃를 초과할 경우 제조공정이 원활하게 진행되지 못하기 때문에 경제성이 떨어질 수 있다.When used in the manufacture of the electrolyte membrane of the fuel cell or the separator of the secondary battery that requires high stability as described above, it may be preferable that the polyimide porous nanofiber web has a melting point of 400 ~ 800 ℃. If the melting point of the polyimide porous nanofiber web exceeds 800 ℃, the manufacturing process may not proceed smoothly, it may be economical.

상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹이 연료전지용 전해질막 등에 이용될 경우 상기 연료전지는 고온 및 고습 환경에 노출되고, 이와 같은 환경에서 사용되는 전해질막은 우수한 형태안정성이 요구되고 있다. 즉, 전해질막이 고온 및 고습의 환경에서 형태안정성이 떨어질 경우 전해질막과 전극 사이의 계면이 분리됨으로써 발전 성능이 저하되는 문제가 일어날 수 있다.When the polyimide porous nanofiber web is used in an electrolyte membrane for a fuel cell, the fuel cell is exposed to a high temperature and high humidity environment, and the electrolyte membrane used in such an environment is required to have excellent shape stability. That is, when the electrolyte membrane is poor in shape stability in an environment of high temperature and high humidity, the interface between the electrolyte membrane and the electrode may be separated, thereby degrading power generation performance.

고온 및 고습의 환경에서 연료전지용 전해질막이 형태안정성이 있는지를 확인하기 위해 연료전지의 운전 환경과 유사한 환경에서의 부피 및 두께 변화율을 측정하여 형태안정성을 평가한다. 이러한 부피 변화율은 고온 및 고습의 환경에서 전해질막의 파손이나 층간 분리로 인한 성능 저하 및 안정성을 판단하는 기준이 될 수 있다. 한편, 두께 변화율은 수십 내지 수백 층 이상의 전해질막을 포함하여 구성된 연료전지 스텍의 내구성 및 안정성을 판단할 수 있는 기준이 될 수 있다.In order to confirm the stability of the electrolyte membrane for fuel cells under high temperature and high humidity, the shape stability is evaluated by measuring the rate of change of volume and thickness in an environment similar to that of the fuel cell. The volume change rate may be a criterion for determining performance degradation and stability due to breakage or separation of the electrolyte membrane in a high temperature and high humidity environment. Meanwhile, the thickness change rate may be a criterion for determining the durability and stability of the fuel cell stack including tens to hundreds of layers of electrolyte membranes.

이에 따라, 본 발명의 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹에 탄화수소계 이온 전도체를 함침시켜 제조된 전해질막은 15 % 이하의 부피 변화율을 갖는다. 상기 부피 변화율은 다음과 같은 식을 이용하여 측정할 수 있다.Accordingly, the electrolyte membrane prepared by impregnating the polyimide porous nanofiber web with a hydrocarbon-based ion conductor has a volume change rate of 15% or less. The volume change rate can be measured using the following equation.

상기 부피 변화율(%) = [(Va - Vb)/Vb]×100Volume change rate (%) = [(Va-Vb) / Vb] × 100

단, 상기 Vb는 고습 처리 전 전해질막의 부피이고, Va는 80 ℃의 온도 및 90 %의 상대습도에서 조건에서 4 시간 동안 고습 처리 후 전해질막의 부피이다.However, Vb is the volume of the electrolyte membrane before the high humidity treatment, and Va is the volume of the electrolyte membrane after the high humidity treatment for 4 hours under conditions at a temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 90%.

상기 부피 변화율을 보다 구체적으로 설명하면, 부피 변화율은 연료전지의 일반적인 운전 환경인 80℃의 온도 및 90 %의 상대습도가 유지된 항온항습기에 10㎝×10㎝로 절단된 전해질막을 넣어 4시간 동안 방치 후 변화된 막의 x, y, z 축 길이를 측정하여 구한 부피와 상술한 가습 처리 전에 측정한 부피를 상기 식에 적용하여 얻어진다.The volume change rate is described in more detail. The volume change rate is 4 hours in which the electrolyte membrane cut at 10 cm × 10 cm is placed in a constant temperature and humidity chamber maintained at a temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 90%, which is a general operating environment of a fuel cell. The volume obtained by measuring the x, y, z axis length of the changed film after standing and the volume measured before the humidification treatment described above are obtained by applying the above formula.

또한, 본 발명의 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹에 탄화수소계 이온 전도체를 함침시켜 제조된 전해질막은 8 % 이하의 두께 변화율을 갖는다. 상기 두께 변화율은 다음과 같은 식을 이용하여 측정할 수 있다.In addition, an electrolyte membrane prepared by impregnating a polyimide porous nanofiber web with a hydrocarbon-based ion conductor has a thickness change rate of 8% or less. The thickness change rate can be measured using the following equation.

상기 두께 변화율(%) = [(Ta - Tb)/Tb]×100% Change in thickness = [(Ta-Tb) / Tb] x 100

단, 상기 Tb는 고습 처리 전 전해질막의 두께이고, Ta는 80 ℃의 온도 및 90 %의 상대습도에서 조건에서 4 시간 동안 고습 처리 후 전해질막의 두께이다.However, Tb is the thickness of the electrolyte membrane before the high humidity treatment, and Ta is the thickness of the electrolyte membrane after the high humidity treatment for 4 hours under conditions at a temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 90%.

상기 두께 변화율을 보다 구체적으로 설명하면, 두께 변화율은 상술한 부피 변화율의 측정 조건과 동일한 고온 및 고습의 환경에서 처리한 후 처리 전후의 전해질막의 두께를 측정하여 상기 식에 적용하여 얻어진다.In more detail, the thickness change rate is obtained by applying to the above formula by measuring the thickness of the electrolyte membrane before and after the treatment after treating in the environment of high temperature and high humidity same as the measurement conditions of the volume change rate described above.

이와 같이, 고온 및 고습의 환경에서도 우수한 형태안정성을 가질 수 있는 전해질막은 높은 안정성이 요구되는 연료전지 등에 사용될 경우 고객으로부터 높은 신뢰도를 얻을 수 있다.As such, the electrolyte membrane, which may have excellent shape stability even in an environment of high temperature and high humidity, may obtain high reliability from customers when used in a fuel cell requiring high stability.

다음, 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹의 제조방법에 대해 살펴보자. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방사 장치의 개략도이다. Next, referring to FIG. 1, a method of manufacturing a polyimide porous nanofiber web according to an embodiment of the present invention will be described. 1 is a schematic diagram of an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention.

먼저, 폴리이미드 전구체(precusor)를 유기용매에 녹여 방사용액을 제조한다.First, a polyimide precursor (precusor) is dissolved in an organic solvent to prepare a spinning solution.

본 발명의 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 전기방사를 통해 제조되기 때문에 다공도가 높고 박막이 우수한 특성을 가질 수 있다. Since the polyimide porous nanofiber web of the present invention is produced through electrospinning, the porosity may be high and the thin film may have excellent characteristics.

한편, 유기용매에 비용해성을 갖는 다공성 나노섬유 웹은 전기방사 공정을 통해 직접 제조할 수 없다. 즉, 유기용매에 비용해성을 갖는 폴리이미드는 유기용매에 녹지 않기 때문에 방사용액을 제조하기가 곤란하기 때문이다. On the other hand, porous nanofiber webs that are insoluble in organic solvents cannot be directly manufactured through an electrospinning process. In other words, polyimide having insolubility in organic solvents is difficult to prepare a spinning solution because it does not dissolve in organic solvents.

따라서, 유기용매에 비용해성을 갖는 폴리이미드는 유기용매에 잘 녹는 폴리이미드 전구체를 이용하여 섬유 집합체를 제조한 후 이러한 섬유 집합체를 이미드화시켜 제조할 수 있다. Therefore, polyimide having insolubility in an organic solvent can be prepared by preparing a fiber assembly using a polyimide precursor that is well soluble in an organic solvent and then imidating the fiber assembly.

상기 폴리이미드 전구체로는 폴리아믹애시드(polyamic acid)를 사용할 수 있다. 상기 폴리아믹애시드는 디아민(diamine)을 용매에 혼합하고 이에 디언하이드라이드(dianhydride)를 첨가한 후 중합하여 제조될 수 있다. 한편, 상기 디언하이드라이드로는 PMDA(pyromellyrtic dianhydride), BTDA(Benzophenonetetracarboxylic dianhydride), ODPA(4,4′-oxydiphthalic anhydride), BPDA(biphenyltetracarboxylic dianhydride), 또는 SIDA(bis(3,4-dicarboxyphenyl) dimethylsilane dianhydride) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 디아민으로는 ODA(4,4′-oxydianiline), p-PDA(p-penylene diamine), 또는 o-PDA(openylene diamine) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 사용할 수 있다. As the polyimide precursor, polyamic acid may be used. The polyamic acid may be prepared by mixing diamine in a solvent, adding dianhydride thereto, and polymerizing the diamine. The dianhydride may be pyromellyrtic dianhydride (PMDA), benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA), ODPA (4,4′-oxydiphthalic anhydride), BPDA (biphenyltetracarboxylic dianhydride), or SIDA (bis (3,4-dicarboxyphenyl) dimethylsilane dianhydride It may be used to include at least one of). In addition, the diamine may be one containing at least one of ODA (4,4'-oxydianiline), p-PDA (p-penylene diamine), or o-PDA (openylene diamine).

상기 폴리아믹애시드를 용해시키는 용매로는 m-크레졸, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 아세톤, 디에틸아세테이트, 테트라하이드로퓨란(THF), 클로로포름, γ-부티로락톤 중 적어도 하나를 포함하는 용매를 사용할 수 있다.Solvents for dissolving the polyamic acid include m-cresol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetone, A solvent including at least one of diethyl acetate, tetrahydrofuran (THF), chloroform, and γ-butyrolactone may be used.

상기 방사용액은 5 내지 50 %의 농도를 가질 수 있다. 만일, 상기 방사용액의 농도가 5 % 미만일 경우 방사가 원활하게 진행되지 않기 때문에 섬유(4) 형성이 이루어지지 않거나 균일한 직경을 갖는 섬유(4)를 제조할 수 없고, 반면 상기 방사용액의 농도가 50 %를 초과할 경우 토출 압력이 급격히 증가함에 따라 방사가 이루어지지 않거나 공정성이 저하될 수 있다.The spinning solution may have a concentration of 5 to 50%. If the concentration of the spinning solution is less than 5%, since spinning does not proceed smoothly, the fiber 4 may not be formed or a fiber 4 having a uniform diameter may not be manufactured, whereas the concentration of the spinning solution is When 50% is exceeded, as the discharge pressure increases rapidly, spinning may not be performed or processability may decrease.

이어서, 상기 방사용액을 도 1과 같은 전기방사 장치를 이용하여 0.01 내지 5 ㎛의 평균 직경을 갖는 섬유(4)로 이루어진 폴리이미드 전구체 나노섬유 웹을 제조한다. 즉, 방사용액이 보관된 용액 탱크에서 정량 펌프를 이용하여 방사부로 상기 방사용액을 일정량으로 공급하고, 상기 방사부의 노즐(2)을 통해 상기 방사용액을 토출 후 비산과 동시에 응고시켜 섬유(4)를 형성하고 형성된 섬유(4)를 컬렉터(5)에서 집속시켜 폴리이미드 전구체 나노섬유 웹을 제조할 수 있다.Subsequently, the spinning solution is prepared using the electrospinning apparatus as shown in FIG. 1 to prepare a polyimide precursor nanofiber web made of fibers 4 having an average diameter of 0.01 to 5 μm. That is, the spinning solution is supplied in a predetermined amount to the spinning unit by using a metering pump in the solution tank in which the spinning solution is stored, and the spinning solution is discharged through the nozzle 2 of the spinning unit and coagulated simultaneously with scattering to disperse the fibers (4). The polyimide precursor nanofiber web may be manufactured by forming a polyimide precursor and focusing the formed fibers 4 on the collector 5.

이때, 고전압 발생부(3)에 의해 인가된 상기 방사부와 컬렉터(5) 사이의 전기장의 세기는 3 ~ 80 ㎸ 일 수 있다. 만일, 상기 전기장의 세기가 3 ㎸ 미만일 경우 연속적으로 방사용액이 토출되지 않기 때문에 균일한 두께의 나노섬유 웹을 제조할 수 없고, 또한 방사된 후 형성된 섬유(4)가 컬렉터(5)에 원활하게 집속될 수 없기 때문에 나노섬유 웹의 제조가 곤란할 수 있다. 반면, 상기 전기장의 세기가 80 ㎸를 초과할 경우, 비산된 섬유(4)가 컬렉터(5)에 용매가 제거되지 않는 상태로 집속되기 때문에 나노 크기의 섬유로 이루어진 나노섬유 웹을 얻지 못할 수 있다.In this case, the intensity of the electric field between the radiator and the collector 5 applied by the high voltage generator 3 may be 3 to 80 kW. If the strength of the electric field is less than 3 kW, the spinning solution is not continuously discharged, and thus, the nanofiber web of uniform thickness cannot be manufactured, and the fiber 4 formed after spinning is smoothly applied to the collector 5. Fabrication of nanofiber webs can be difficult because they cannot be focused. On the other hand, when the strength of the electric field exceeds 80 kPa, the scattered fibers 4 may be concentrated in the state in which the solvent is not removed from the collector 5, so that a nanofiber web made of nano-sized fibers may not be obtained. .

이어서, 상기 폴리이미드 전구체 나노섬유 웹을 이미드화시켜 폴리이미드 나노섬유 웹을 제조한다. 상기 폴리이미드 나노섬유 웹의 제조는 열이미드화, 화학이미드화, 또는 열이미드화와 화학이미드화를 병용한 공정을 통해 수행될 수 있다.The polyimide precursor nanofiber web is then imidated to produce a polyimide nanofiber web. Production of the polyimide nanofiber web may be carried out through a process using heat imidization, chemical imidization, or a combination of heat imidization and chemical imidization.

상기 화학이미드 공정은 상기 폴리이미드 전구체 나노섬유 웹에 아세트산 무수물(acetic anhydride), 또는 피리딘(pyridine) 등과 같은 이미드화 촉매를 처리하는 공정을 통해 이루어질 수 있다. The chemical imide process may be performed by treating the polyimide precursor nanofiber web with an imidation catalyst such as acetic anhydride or pyridine.

또한, 상기 열이미드 공정은 폴리이미드 전구체 섬유 집합체(10)를 고온에서 열처리하는 공정을 통해 수행될 수 있다. 특히, 상기 열이미드 공정은 전구체가 용이하게 이미드화가 될 수 있는 이점이 있다. 상기 열처리 공정은 90 % 이상의 이미드화율 및 높은 융점을 갖는 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹을 얻기 위해서 200 ~ 400 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 만일, 상기 열처리 온도가 200 ℃ 미만일 경우, 이미드화가 원활하게 진행되지 않고 처리 시간이 길어지기 때문에 경제성이 떨어질 수 있다. 반면, 상기 열처리 온도가 400 ℃를 초과할 경우, 이미드화율이 크게 향상되지 않고 오히려 물성이 저하됨으로써 성능이 떨어질 수 있다. In addition, the thermal imide process may be performed through a process of heat-treating the polyimide precursor fiber assembly 10 at a high temperature. In particular, the thermal imide process has an advantage that the precursor can be easily imidized. The heat treatment process may be carried out at a temperature of 200 ~ 400 ℃ to obtain a polyimide porous nanofiber web having an imidation rate of 90% or more and a high melting point. If the heat treatment temperature is less than 200 ° C., since imidization does not proceed smoothly and the processing time is long, economic efficiency may be reduced. On the other hand, when the heat treatment temperature exceeds 400 ℃, the imidization rate is not greatly improved, but rather, the physical properties may be lowered, thereby degrading performance.

상기 이미드화 공정은 0.1 이하의 연신비 상태에서 수행될 수 있다. 즉, 균일하고 우수한 다공도를 갖는 나노섬유 웹을 얻기 위해서 상기 연신비는 0.1 이하로 설정하는 것이 바람직할 수 있다. 만일, 상기 연신비가 0.1를 초과할 경우 나노섬유 웹의 형태가 변형되어 균일한 두께를 얻을 수 없고 응집력이 저하됨에 따라 인장 강력이 떨어질 수 있다. 한편, 상기 연신비의 하한값은 원활한 공정과 다공도의 저하를 방지하고 적정한 두께를 유지하기 위해 연신하지 않은 상태이거나, + 0.1%의 과공급된 상태일 수 있다. The imidization process may be performed in a draw ratio of 0.1 or less. That is, it may be preferable to set the draw ratio to 0.1 or less in order to obtain a nanofiber web having uniform and excellent porosity. If the draw ratio is more than 0.1, the shape of the nanofiber web is deformed and a uniform thickness may not be obtained, and the tensile strength may be lowered as the cohesive force is lowered. On the other hand, the lower limit value of the draw ratio may be a state not stretched or over-supplied + 0.1% in order to prevent a smooth process and a decrease in porosity and to maintain an appropriate thickness.

이와 같은 이미드화 공정을 통해 상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 90 % 이상의 이미드화율을 가질 수 있다. 만일, 상기 폴리이미드의 이미드화율이 90 % 미만일 경우 내열성 및 내화학성이 떨어질 수 있기 때문에 이러한 특성이 요구되는 제품에 이용하기가 곤란할 수 있다.Through the imidization process, the polyimide porous nanofiber web may have an imidation ratio of 90% or more. If the imidation ratio of the polyimide is less than 90%, heat resistance and chemical resistance may be degraded, so it may be difficult to use in a product requiring such characteristics.

이하에서는 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명의 효과를 보다 구체적으로 살펴보도록 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서 본 발명의 권리범위를 제한하지는 않는다.Hereinafter, the effects of the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. These examples are merely to aid the understanding of the present invention and do not limit the scope of the present invention.

실시예Example 1 One

폴리아믹애시드를 디메틸포름아마이드 용매에 녹여 12 중량%의 방사용액을 제조한 후, 이를 정량펌프(1)를 통해 전기방사 장치에 설치된 노즐(2)을 통해 방사한 후 고전압 발생부(3)에 의해 전기장이 인가된 상태에서 비산 및 응고시켜 섬유(4)를 형성하고, 상기 형성된 섬유(4)들을 컬렉터(5)에 집속시켜 30 ㎛의 평균 두께를 갖는 폴리이미드 전구체 나노섬유 웹을 제조하였다. 이때, 인가된 전압은 15 ㎸, 방사거리는 15 ㎝이었다.After dissolving the polyamic acid in dimethylformamide solvent to prepare a 12 wt% spinning solution, it is spun through a metering pump (1) through a nozzle (2) installed in the electrospinning apparatus and then to the high voltage generator (3) By scattering and solidifying the electric field is applied to form a fiber (4), and the formed fibers (4) to focus on the collector (5) to prepare a polyimide precursor nanofiber web having an average thickness of 30 ㎛. At this time, the applied voltage was 15 kV and the spinning distance was 15 cm.

이어서, 상기 폴리이미드 전구체 나노섬유 웹을 200 ℃의 온도로 유지된 핫프레스로 30분 동안 열처리한 후 이미드화시켜 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹을 제조하였다. Subsequently, the polyimide precursor nanofiber web was heat-treated with a hot press maintained at a temperature of 200 ° C. for 30 minutes and then imidized to prepare a polyimide porous nanofiber web.

실시예Example 2 2

전술한 실시예 1에서, 상기 핫프레스의 온도가 400 ℃인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹을 제조하였다.
In Example 1 described above, a polyimide porous nanofiber web was prepared by the same method as Example 1 except that the temperature of the hot press is 400 ° C.

비교예Comparative example 1 One

설폰화 폴리이미드를 디메틸포름아미드에 녹여 12 중량%의 조성액을 준비하고 이를 필름화한 후 건조하여 30 ㎛의 평균 두께를 갖는 다공성 막을 제조하였다.The sulfonated polyimide was dissolved in dimethylformamide to prepare a 12% by weight of the composition, which was filmed and dried to prepare a porous membrane having an average thickness of 30 μm.

비교예Comparative example 2 2

시판 중인 30 ㎛의 두께를 갖는 ePTFE 다공성 필름(W.L.Gore, Teflon)을 다공성 막으로 이용하였다.A commercially available ePTFE porous film (W.L.Gore, Teflon) with a thickness of 30 μm was used as the porous membrane.

비교예Comparative example 3 3

전술한 실시예 1에서, 상기 핫프레스의 온도가 80 ℃인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹을 제조하였다.
In Example 1 described above, a polyimide porous nanofiber web was prepared by the same method as Example 1 except that the temperature of the hot press is 80 ° C.

실시예 및 비교예에 의해 제조된 다공성 나노섬유 웹 및 다공성 막들의 물성은 다음의 방법으로 측정하여 아래의 표 1 에 나타내었다.The physical properties of the porous nanofiber webs and porous membranes prepared by Examples and Comparative Examples are shown in Table 1 below, measured by the following method.

부피 변화율(%) 측정Volume change rate (%) measurement

상기 부피 변화율은 연료전지의 일반적인 운전 환경인 80℃의 온도 및 90 %의 상대습도가 유지된 항온항습기에 10㎝×10㎝로 절단된 전해질막을 넣어 4시간 동안 방치 후 변화된 막의 x, y, z 축 길이를 측정하여 구한 부피(Va)와 상기 가습 처리 전에 측정한 부피(Vb)를 다음과 같은 식에 적용하여 측정하였다.The rate of change of volume was changed into x, y, z after leaving the electrolyte membrane cut at 10 cm × 10 cm in a constant temperature and humidity chamber maintained at a temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 90%, which is a general operating environment of a fuel cell, for 4 hours. The volume (Va) obtained by measuring the shaft length and the volume (Vb) measured before the humidification treatment were measured by applying the following equation.

상기 부피 변화율(%) = [(Va - Vb)/Vb]×100Volume change rate (%) = [(Va-Vb) / Vb] × 100

이때, 전해질막은 설폰화 폴리이미드를 N-메틸-2-피롤리돈 용매에 녹여 이온 전도체 용액을 준비하고 준비된 이온 전도체 용액에 상기 다공성 나노섬유 웹 및 다공성 막을 2회 회에 걸쳐 20분 동안 함침한 후 감압 하에서 1시간 동안 방치한 후 80 ℃의 열풍에서 3시간 동안 건조하여 제조하였다.In this case, the electrolyte membrane was prepared by dissolving sulfonated polyimide in N-methyl-2-pyrrolidone solvent to prepare an ion conductor solution and impregnating the prepared ion conductor solution with the porous nanofiber web and the porous membrane twice for 20 minutes. After leaving for 1 hour under reduced pressure it was prepared by drying for 3 hours in a hot air of 80 ℃.

두께 변화율(%) 측정Thickness change rate (%) measurement

두께 변화율은 상술한 부피 변화율과 동일한 고온 및 고습의 조건에서 처리한 후 측정한 전해질막의 두께(Ta)와 상기 고온 및 고습 처리 전에 측정한 전해질막의 두께(Tb)를 아래의 식에 적용하여 측정하였다.The thickness change rate was measured by applying the thickness (Ta) of the electrolyte membrane measured after treatment under the same conditions of high temperature and high humidity as the volume change rate described above, and the thickness (Tb) of the electrolyte membrane measured before the high temperature and high humidity treatment to the following equation. .

상기 두께 변화율(%) = [(Ta - Tb)/Tb]×100% Change in thickness = [(Ta-Tb) / Tb] x 100

이때, 전해질막은 상술한 부피 변화율의 측정에 사용한 시료와 동일한 것이었다.At this time, the electrolyte membrane was the same as the sample used for the measurement of the volume change rate mentioned above.

구분division 나노섬유 웹 종류Nanofiber web type 열처리온도(℃)Heat treatment temperature (℃) 부피 변화율(%)Volume change rate (%) 두께 변화율(%)Thickness change rate (%) 실시예 1Example 1 PIPI 200200 13.213.2 6.66.6 실시예 2Example 2 PIPI 400400 12.912.9 5.95.9 비교예 1Comparative Example 1 S-PIS-PI -- 20.220.2 12.112.1 비교예 2Comparative Example 2 ePTFEePTFE -- 15.115.1 10.810.8 비교예 3Comparative Example 3 PIPI 8080 20.320.3 11.911.9

단, PI는 폴리이미드이고, S-PI는 설폰화 폴리이미드이다.With the proviso that PI is a polyimide and S-PI is a sulfonated polyimide.

1 : 정량펌프 2 : 노즐
3 : 고전압 발생부 4 : 섬유
5 : 컬렉터
1: metering pump 2: nozzle
3: high voltage generating unit 4: fiber
5: collector

Claims (8)

다공성 나노섬유 웹에 있어서,
상기 다공성 나노섬유 웹은 다공도가 50 내지 99 %이고, 섬유 집합체 형태를 이루고 있고;
상기 다공성 나노섬유 웹에 탄화수소계 이온 전도체가 함침되어 제조된 전해질막의 부피 변화율이 아래의 식에 의해 측정될 경우 15 % 이하인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹.
상기 부피 변화율(%) = [(Va - Vb)/Vb]×100(단, 상기 Vb는 고습 처리 전 상기 전해질막의 부피이고, Va는 80 ℃의 온도 및 90 %의 상대습도에서 조건에서 4 시간 동안 고습 처리 후 상기 전해질막의 부피이다)
In the porous nanofiber web,
The porous nanofiber web has a porosity of 50 to 99% and forms a fiber aggregate;
Polyimide porous nanofiber web, characterized in that the volume change rate of the electrolyte membrane prepared by impregnating the hydrocarbon-based ion conductor into the porous nanofiber web is measured by the following equation.
(%) = [(Va-Vb) / Vb] x 100 (wherein Vb is the volume of the electrolyte membrane before the high humidity treatment, Va is 4 hours under conditions at a temperature of 80 ℃ and 90% relative humidity) Volume of the electrolyte membrane after high humidity treatment for a while)
제1항에 있어서,
상기 다공성 나노섬유 웹에 탄화수소계 이온 전도체가 함침되어 제조된 전해질막의 두께 변화율이 아래의 식에 의해 측정될 경우 8 % 이하인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹.
상기 두께 변화율(%) = [(Ta - Tb)/Tb]×100(단, 상기 Tb는 고습 처리 전 상기 전해질막의 두께이고, Ta는 80 ℃의 온도 및 90 %의 상대습도에서 조건에서 4 시간 동안 고습 처리 후 전해질막의 두께이다)
The method of claim 1,
Polyimide porous nanofiber web, characterized in that the rate of change of the thickness of the electrolyte membrane prepared by impregnating the hydrocarbon-based ion conductor in the porous nanofiber web is 8% or less.
The thickness change rate (%) = [(Ta-Tb) / Tb] x 100 (wherein Tb is the thickness of the electrolyte membrane before the high humidity treatment, and Ta is 4 hours under conditions at a temperature of 80 ° C and a relative humidity of 90%). Is the thickness of the electrolyte membrane after high humidity treatment)
제1항에 있어서,
상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 400 ℃ 이상의 융점을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹.
The method of claim 1,
The polyimide porous nanofiber web has a melting point of 400 ℃ or more polyimide porous nanofiber web.
제1항에 있어서,
상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 0.01 내지 5 ㎛의 평균 직경을 갖는 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹.
The method of claim 1,
The polyimide porous nanofiber web is a polyimide porous nanofiber web, characterized in that consisting of fibers having an average diameter of 0.01 to 5 ㎛.
제1항에 있어서,
상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 5 내지 40 ㎛의 평균 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹.
The method of claim 1,
The polyimide porous nanofiber web has an average thickness of 5 to 40 ㎛ polyimide porous nanofiber web.
폴리이미드 전구체(precusor)를 유기용매에 녹여 방사용액을 제조하는 공정;
상기 방사용액을 전기방사하여 0.01 내지 5 ㎛의 평균 직경을 갖는 섬유로 이루어진 폴리이미드 전구체 나노섬유 웹을 제조하는 공정; 및
상기 폴리이미드 전구체 나노섬유 웹을 200 내지 400 ℃의 온도에서 이미드화시켜 폴리이미드 나노섬유 웹을 제조하는 공정을 포함하는 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹의 제조방법.
Preparing a spinning solution by dissolving a polyimide precursor (precusor) in an organic solvent;
Electrospinning the spinning solution to prepare a polyimide precursor nanofiber web made of fibers having an average diameter of 0.01 to 5 μm; And
Method of producing a polyimide porous nanofiber web comprising the step of producing a polyimide nanofiber web by imidating the polyimide precursor nanofiber web at a temperature of 200 to 400 ℃.
제6항에 있어서,
상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹을 제조하는 공정은 0.1 이하의 연신비에서 이미드화가 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹의 제조방법.
The method of claim 6,
The process for producing the polyimide porous nanofiber web is a method for producing a polyimide porous nanofiber web, characterized in that the imidation is made at a draw ratio of 0.1 or less.
제6항에 있어서,
상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹은 90 % 이상의 이미드화율을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹의 제조방법.
The method of claim 6,
The polyimide porous nanofiber web is a method for producing a polyimide porous nanofiber web, characterized in that it has an imidation ratio of 90% or more.
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