KR20210014904A - Release film for electrolyte membrane and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전해질막을 제조하기 위한 이형지, 이의 제조방법 및 상기 이형지를 이용하여 전해질막을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a release paper for manufacturing an electrolyte membrane, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing an electrolyte membrane using the release paper.
연료전지(fuel cell)는 수소 혹은 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융 탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리형 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다.A fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen and oxygen contained in hydrogen or hydrocarbon-based substances such as methanol, ethanol, and natural gas into electrical energy. Fuel cells are classified into phosphoric acid type fuel cells, molten carbonate type fuel cells, solid oxide type fuel cells, polymer electrolyte type or alkaline type fuel cells, etc., depending on the type of electrolyte used. Each of these fuel cells basically operates on the same principle, but the types of fuels used, operating temperatures, catalysts, electrolytes, etc. are different from each other.
이러한 연료전지에서 전기를 실질적으로 발생시키는 연료전지 스택은 일반적으로 전극막 접합체(MEA: membrane electrode assembly)와 세퍼레이터(separator, 또는 bipolar plate)로 이루어진 단위 셀이 수 내지 수십 개로 적층된 구조를 가진다. 전극막 접합체는 전해질막과, 전해질막의 양면에 부착된 애노드 전극(일명, 연료극 또는 산화전극)과 캐소드 전극(일명, 공기극 또는 환원전극)을 포함할 수 있다.A fuel cell stack that substantially generates electricity in such a fuel cell generally has a structure in which several to tens of unit cells composed of a membrane electrode assembly (MEA) and a separator (or bipolar plate) are stacked. The electrode membrane assembly may include an electrolyte membrane, an anode electrode (called a fuel electrode or an anode) and a cathode electrode (called a cathode or a cathode) attached to both surfaces of the electrolyte membrane.
한편, 전극 사이에 구비되는 전해질막은 고분자 용액을 시트 물질에 코팅한 후 건조한 뒤 박리하여 얻어질 수 있다. 이 때, 시트 물질은 고분자 용액이 건조될 때 물리 화학적 반응이 없어야 하고, 시트로부터 전해질막을 박리할 때 시트 물질로부터 분리가 잘되어야 한다. 다만, 건조되어 형성된 전해질막을 시트로부터 박리할 경우 시트 물질인 이형제가 묻어 나오는 문제점이 있었다.Meanwhile, the electrolyte membrane provided between the electrodes can be obtained by coating a polymer solution on a sheet material, drying, and then peeling. At this time, the sheet material should not have a physicochemical reaction when the polymer solution is dried, and should be well separated from the sheet material when the electrolyte membrane is peeled from the sheet. However, when the dried electrolyte membrane is peeled from the sheet, there is a problem that a release agent, which is a sheet material, comes out.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 구체적인 목적은 다음과 같다.The present invention is to solve the above problems, the specific purpose is as follows.
본 발명은 전해질막의 박리를 원활하게 하는 이형지를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a release paper that facilitates peeling of an electrolyte membrane.
또한, 본 발명은 상기 전해질막의 박리를 원활하게 하는 이형지를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a release paper that facilitates peeling of the electrolyte membrane.
또한, 본 발명은 이형지에 포함된 이형제층의 조성 성분에 따라 박리 계면이 달라지는 전해질막을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an electrolyte membrane in which a peeling interface is different depending on the composition component of a release agent layer included in a release paper.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above. The object of the present invention will become more apparent from the following description, and will be realized by the means described in the claims and combinations thereof.
본 발명의 일 실시예에 따른 이형지는 시트층; 및 상기 시트층 상에 구비되고 산화방지제를 포함하는 이형제층을 포함한다.Release paper according to an embodiment of the present invention sheet layer; And a release agent layer provided on the sheet layer and including an antioxidant.
상기 시트층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate; PEN), 폴리이미드(Polyimide; PI), 폴리옥시메틸렌(Polyoxymethylene; POM) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있다.The sheet layer is selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polyoxymethylene (POM), and combinations thereof. Can include.
상기 이형제층은 고분자 용액을 더 포함할 수 있다.The release agent layer may further include a polymer solution.
상기 고분자 용액은 퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA), 알코올계 및 물을 포함할 수 있다.The polymer solution may include perfluorosulfonic acid (PFSA), alcohol-based, and water.
상기 알코올계는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The alcohol system may be selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, and combinations thereof.
상기 산화방지제는 세륨(Ce)염, 세륨(Ce)산화물, 망간(Mn)염, 망간(Mn)산화물, 바나듐(V)염, 바나듐(V)산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The antioxidant may be selected from the group consisting of cerium (Ce) salt, cerium (Ce) oxide, manganese (Mn) salt, manganese (Mn) oxide, vanadium (V) salt, vanadium (V) oxide, and combinations thereof. have.
상기 이형제층은 PFSA 100중량부 및 상기 산화방지제 5~20중량부를 포함할 수 있다.The release agent layer may include 100 parts by weight of PFSA and 5 to 20 parts by weight of the antioxidant.
상기 이형제층은 두께가 0.02~0.5μm일 수 있다.The release agent layer may have a thickness of 0.02 to 0.5 μm.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이형지의 제조방법은 시트층 및 이형제를 준비하는 단계, 상기 시트층 위에 이형제를 코팅하는 단계 및 상기 코팅된 이형제를 건조하는 단계를 포함한다.In addition, a method of manufacturing a release paper according to an embodiment of the present invention includes preparing a sheet layer and a release agent, coating a release agent on the sheet layer, and drying the coated release agent.
상기 이형제는 고분자 용액 및 산화방지제를 포함할 수 있다.The release agent may include a polymer solution and an antioxidant.
상기 고분자 용액은 퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA) 10~30중량%, 용매 70~90중량%를 포함할 수 있다.The polymer solution may contain 10 to 30% by weight of perfluorosulfonic acid (PFSA) and 70 to 90% by weight of a solvent.
상기 용매는 알코올계 20~40중량%, 물 60~80중량%를 포함할 수 있다.The solvent may contain 20 to 40% by weight of alcohol and 60 to 80% by weight of water.
상기 건조는 자연 건조 또는 건조 후 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.The drying may include natural drying or heat treatment after drying.
상기 건조 후 열처리하는 단계에서, 상기 건조는 온도가 60~120℃이고, 열처리는 온도가 190~210℃일 수 있다.In the step of heat treatment after drying, the drying may have a temperature of 60 to 120°C, and the heat treatment may have a temperature of 190 to 210°C.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질막의 제조방법은 상기 방법으로 제조된 이형지 및 전해질막 용액을 준비하는 단계, 상기 이형지 위에 전해질막 용액을 코팅하는 단계, 상기 코팅된 전해질막 용액을 건조 및 열처리 하는 단계 및 상기 전해질막을 박리하는 단계를 포함한다.In addition, a method of manufacturing an electrolyte membrane according to an embodiment of the present invention includes preparing a release paper and an electrolyte membrane solution prepared by the above method, coating an electrolyte membrane solution on the release paper, drying the coated electrolyte membrane solution, and And performing heat treatment and peeling the electrolyte membrane.
상기 건조는 온도가 60~120℃이고, 열처리는 온도가 120~200℃일 수 있다.The drying may be performed at a temperature of 60 to 120°C, and the heat treatment may be performed at a temperature of 120 to 200°C.
상기 박리는 전해질막 또는 이형제층이 포함된 전해질막이 박리될 수 있다.In the peeling, the electrolyte membrane or the electrolyte membrane including the release agent layer may be peeled off.
상기 전해질막의 박리는 퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA) 10~30중량%, 알코올계35~54중량% 및 물 28~45중량%이 포함되는 고분자 용액을 이용하여 준비된 이형지에서 전해질막이 박리될 수 있다.The electrolyte membrane is peeled off from a release paper prepared using a polymer solution containing 10 to 30% by weight of perfluorosulfonic acid (PFSA), 35 to 54% by weight of alcohol, and 28 to 45% by weight of water. It can be peeled off.
상기 이형제층이 포함된 전해질막의 박리는 PFSA 10~30중량%, 알코올계14~36중량% 및 물 42~72중량%이 포함되는 고분자 용액을 이용하여 준비된 이형지에서 이형제층이 포함된 전해질막이 박리될 수 있다.The electrolyte membrane including the release agent layer is peeled off from the release paper prepared by using a polymer solution containing 10 to 30% by weight of PFSA, 14 to 36% by weight of alcohol, and 42 to 72% by weight of water. Can be.
본 발명은 이형제층에 포함된 고분자 용액의 성분 중량%의 조절을 통해 전해질막만을 원활하게 박리할 수 있어 전해질막의 오염도를 낮출 수 있다. 또한, 이형제층이 묻어나오더라도 이형제층에 산화방지제가 포함되어 있으므로 전해질막을 원활하게 박리할 수 있는 동시에 전해질막의 내화학성, 내열성과 같은 내구성을 증가시킬 수 있다.According to the present invention, only the electrolyte membrane can be smoothly peeled by adjusting the weight% of the component of the polymer solution contained in the release agent layer, thereby reducing the degree of contamination of the electrolyte membrane. In addition, even if the release agent layer is buried, since the release agent layer contains an antioxidant, the electrolyte membrane can be removed smoothly, and durability such as chemical resistance and heat resistance of the electrolyte membrane can be increased.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.
도 1은 본 발명에 따른 이형지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이형지의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전해질막의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이형지에 전해질막이 코팅된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명인 실시예 1에 따른 이형지에 전해질막을 코팅한 후, 전해질막만이 박리된 것을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명인 실시예 2에 따른 이형지에 전해질막을 코팅한 후, 이형제층이 포함된 전해질막이 박리된 것을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a release paper according to the present invention.
2 is a flowchart showing a method of manufacturing a release paper according to the present invention.
3 is a flow chart showing a method of manufacturing an electrolyte membrane according to the present invention.
4 is a cross-sectional view schematically showing a state in which an electrolyte membrane is coated on a release paper according to the present invention.
5 is a cross-sectional view showing that only the electrolyte membrane is peeled off after coating the electrolyte membrane on the release paper according to Example 1 of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing that the electrolyte membrane including the release agent layer is peeled off after coating the electrolyte membrane on a release paper according to Example 2 of the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance the possibility of being added. Further, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above", but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when a part such as a layer, a film, a region, or a plate is said to be "under" another part, this includes not only the case where the other part is "directly below", but also the case where there is another part in the middle.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values, and/or expressions expressing quantities of ingredients, reaction conditions, polymer compositions, and formulations used herein are those that occur in obtaining these values, among other things essentially. Since they are approximations that reflect the various uncertainties of the measurement, it should be understood as being modified in all cases by the term "about". In addition, when numerical ranges are disclosed herein, these ranges are continuous and, unless otherwise indicated, include all values from the minimum value of this range to the maximum value including the maximum value. Furthermore, when this range refers to an integer, all integers from the minimum value to the maximum value including the maximum value are included, unless otherwise indicated.
도 1은 본 발명에 따른 이형지(1)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 이를 참조하면, 상기 이형지는 시트층(10) 및 상기 시트층 상에 구비되는 이형제층(20)을 포함한다. 1 is a cross-sectional view schematically showing a
시트층Sheet layer
본 발명의 일 실시예에 따른 시트층(10)은 후술할 이형제층(20)이 시트층 상에 구비될 수 있으면 특별히 제한되지 않는다.The
본 발명에 따른 시트층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate; PEN), 폴리이미드(Polyimide; PI), 폴리옥시메틸렌(Polyoxymethylene; POM) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 바람직하게는 폴리이미드(Polyimide; PI)일 수 있다.The sheet layer according to the present invention is a group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polyoxymethylene (POM), and combinations thereof It may be selected from, and preferably may be polyimide (PI).
이형제층Release agent layer
본 발명의 일시예에 따른 이형제층(20)은 시트층 상에 구비되어, 고분자 용액 및 산화방지제를 포함한다.The
본 발명에 따른 고분자 용액은 퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA), 알코올계 및 물을 포함할 수 있다.The polymer solution according to the present invention may include perfluorosulfonic acid (PFSA), alcohol-based, and water.
구체적으로, 본 발명에 따른 고분자 용액에서 계면활성제, 폴리비닐리덴 이플루오라이드(Polyvinylidene difluoride; PVDF), 퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성일 수 있고, 바람직하게는 PVDF일 수 있다.Specifically, it may be a composition selected from the group consisting of surfactants, polyvinylidene difluoride (PVDF), perfluorosulfonic acid (PFSA), and combinations thereof in the polymer solution according to the present invention. There may be, preferably PVDF.
또한, 본 발명에 따른 알코올계는 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 바람직하게는 프로판올 일 수 있다.In addition, the alcohol system according to the present invention may be selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, and combinations thereof, and preferably propanol.
또한, 본 발명에 따른 산화방지제는 세륨(Ce)염, 세륨(Ce)산화물, 망간(Mn)염, 망간(Mn)산화물, 바나듐(V)염, 바나듐(V)산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있고, 바람직하게는 세륨 계열인 세륨(Ce)염 또는 세륨(Ce)산화물일 수 있다.In addition, the antioxidant according to the present invention is composed of cerium (Ce) salt, cerium (Ce) oxide, manganese (Mn) salt, manganese (Mn) oxide, vanadium (V) salt, vanadium (V) oxide, and combinations thereof. It may be selected from the group, preferably a cerium-based cerium (Ce) salt or a cerium (Ce) oxide.
본 발명에 따른 이형제층에 포함되는 산화방지제는 PFSA의 당량에 따라 조성이 달라질 수 있다. 바람직하게는, PFSA 100중량부에 대하여 산화방지제 5~20중량부를 포함할 수 있다. 산화방지제 중량부가 5미만이면 이형제의 역할 수행을 못하는 단점이 있고, 20을 초과하면 전해질막 이형시 전해질막 표면에 산화방지제가 다량으로 이동하게 될 경우 전해질막의 이온전도성을 감소시켜 연료전지의 성능을 감소시키는 단점이 있다.The composition of the antioxidant contained in the release agent layer according to the present invention may vary depending on the equivalent amount of PFSA. Preferably, it may contain 5 to 20 parts by weight of an antioxidant based on 100 parts by weight of PFSA. If the weight of the antioxidant is less than 5, it has a disadvantage that it cannot perform the role of the release agent.If it exceeds 20, the ionic conductivity of the electrolyte membrane decreases when a large amount of the antioxidant moves to the surface of the electrolyte membrane during the release of the electrolyte membrane, thereby reducing the performance of the fuel cell. There is a drawback of reducing it.
또한, 본 발명에 따른 이형제층은 첨가제를 첨가하여 추후 전해질층에 이형제층이 포함되어 박리되는 경우 전해질층에 여러 성능을 부여할 수 있다. 예를 들어, 친수성 역할을 하는 필러를 첨가하여 전해질층에 친수성을 증가시킬 수 있다.In addition, when the release agent layer according to the present invention is peeled off after the release agent layer is included in the electrolyte layer by adding an additive, various properties may be imparted to the electrolyte layer. For example, it is possible to increase the hydrophilicity in the electrolyte layer by adding a filler that has a hydrophilic role.
본 발명에 따른 이형제층은 시트층 상에 두께가 얇게 코팅될 수 있고, 바람직하게는 두께가 0.02~0.5μm로 코팅 될 수 있다. 0.02μm 미만이면 이형제의 역할 수행을 못하는 문제점이 있고, 0.5μm를 초과하면 전해질막 이형시 전해질막 표면에 산화방지제가 다량으로 이동하게 될 경우 전해질막의 이온전도성을 감소시켜 연료전지의 성능을 감소시키는 문제점이 있다.The release agent layer according to the present invention may be coated with a thin thickness on the sheet layer, and preferably may be coated with a thickness of 0.02 to 0.5 μm. If it is less than 0.02μm, there is a problem that the role of the release agent cannot be performed, and if it exceeds 0.5μm, when a large amount of antioxidant moves to the surface of the electrolyte membrane when the electrolyte membrane is released, the ionic conductivity of the electrolyte membrane decreases, thereby reducing the performance of the fuel cell. There is a problem.
도 2는 본 발명에 따른 이형지(1) 제조방법을 도시한 흐름도이다. 이를 참고하면, 시트층 및 이형제를 준비하는 단계(S10), 상기 시트층 위에 이형제를 코팅하는 단계(S20) 및 상기 코팅된 이형제를 건조하는 단계(S30)를 포함한다. Figure 2 is a flow chart showing a release paper (1) manufacturing method according to the present invention . Referring to this, it includes preparing a sheet layer and a release agent (S10), coating a release agent on the sheet layer (S20), and drying the coated release agent (S30).
상기 시트층 및 이형제를 준비하는 단계(S10)는 이형지의 기본적인 재료들을 준비하는 단계이다. 시트층은 상기 기재한 시트층의 재료로 준비하는 것이 바람직하다. 또한, 이형제를 준비하는 단계는 상기 기재한 이형제층에 포함되는 재료를 준비하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 본 발명에 따른 이형제층에 포함되는 이형제는 고분자 용액 및 산화방지제가 포함되고, 상기 고분자용액은 퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA), 알코올계 및 물을 포함한다. 상기 알코올계는 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 바람직하게는, 프로판올 일 수 있다. 산화방지제는 세륨(Ce)염, 세륨(Ce)산화물, 망간(Mn)염, 망간(Mn)산화물, 바나듐(V)염, 바나듐(V)산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있고, 바람직하게는, 세륨 계열인 세륨(Ce)염 또는 세륨(Ce)산화물일 수 있다. Preparing the sheet layer and the release agent (S10) is a step of preparing basic materials for release paper. The sheet layer is preferably prepared from the material of the sheet layer described above. In addition, the step of preparing a release agent is preferably to prepare a material included in the release agent layer described above. Specifically, the release agent included in the release agent layer according to the present invention includes a polymer solution and an antioxidant, and the polymer solution includes perfluorosulfonic acid (PFSA), alcohol and water. The alcohol system may be selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, and combinations thereof, and preferably, propanol. The antioxidant may be selected from the group consisting of cerium (Ce) salt, cerium (Ce) oxide, manganese (Mn) salt, manganese (Mn) oxide, vanadium (V) salt, vanadium (V) oxide, and combinations thereof. And, preferably, it may be a cerium-based cerium (Ce) salt or cerium (Ce) oxide.
이 때, 물이 많을 경우 추후 이형제를 건조할 때 시트층으로부터 들뜨는 문제가 발생할 수 있으므로 물과 알코올계의 비율을 조정하는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명에 따른 고분자 용액은 퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA) 10~30중량% 및 용매 70~90중량%을 포함하는 것이 바람직하다. PFSA 10중량%미만이면 이형제 필름 형성이 어려운 점이 있고, 30중량%를 초과하면 이형제의 점도도가 높아 박막 형성이 어려운 단점이 있다. 또한, 상기 용매는 70~90중량% 중에서 알코올계 20~40중량%, 물 60~80중량%를 포함할 수 있다. 이 때, 알코올계 20중량%미만이면 이형제 필름 형성이 어려운 점이 있고, 40중량%를 초과하면 이형제의 점도가 높아 박막 형성이 어려운 단점이 있다. 또한, 물 60중량% 미만이면 이형제의 점도가 박막 형성이 어려운 단점이 있고, 80중량%를 초과하면 이형제의 필름형성이 어려운 단점이 있다.At this time, if there is a lot of water, it is important to adjust the ratio of water and alcohol because it may cause a problem to be lifted from the sheet layer when the release agent is dried later. Therefore, the polymer solution according to the present invention preferably contains 10 to 30% by weight of perfluorosulfonic acid (PFSA) and 70 to 90% by weight of a solvent. If it is less than 10% by weight of PFSA, it is difficult to form a release agent film, and if it exceeds 30% by weight, it is difficult to form a thin film because the viscosity of the release agent is high. In addition, the solvent may include 20 to 40% by weight of alcohol and 60 to 80% by weight of water in 70 to 90% by weight. In this case, if the amount is less than 20% by weight of alcohol, it is difficult to form a release agent film, and if it exceeds 40% by weight, the viscosity of the release agent is high, making it difficult to form a thin film. In addition, if the water is less than 60% by weight, the viscosity of the release agent is difficult to form a thin film, and if it exceeds 80% by weight, it is difficult to form a film of the release agent.
상기 이형제를 코팅하는 단계(S20)는 본 발명에 따라 준비한 시트층에 본 발명에 따라 준비한 이형제를 코팅하는 단계이다. 상기 코팅은 그라비아 코팅, 스핀 코팅, 바 코팅, 스프레이 코팅 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 바람직하게는 스핀 코팅 일 수 있다. The step of coating the release agent (S20) is a step of coating the release agent prepared according to the present invention on the sheet layer prepared according to the present invention. The coating may be selected from the group consisting of gravure coating, spin coating, bar coating, spray coating, and combinations thereof, preferably spin coating.
상기 코팅된 이형제를 건조하는 단계(S30)는 코팅된 이형제를 건조하여 이형제층을 형성시키면서 이형지를 제조하는 단계이다. The step of drying the coated release agent (S30) is a step of preparing a release paper while drying the coated release agent to form a release agent layer.
구체적으로, 본 발명에 따른, 이형제를 제조하는 방법에서의 건조는 자연 건조 또는 건조 후 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 자연 건조는 상온(23~27℃)에서 진행될 수 있다. 또한, 건조 후 열처리하는 단계는 건조는 온도가 60~120℃이고, 열처리는 온도가 190~210℃일 수 있다. 건조 온도가 60℃미만이면 용매의 휘발이 용이하지 못한 단점이 있고 120℃를 초과하면 용매의 급한 휘발로 불안정한 표면이 형성될 수 있는 단점이 있다. 또한, 열처리 온도가 120℃미만이면 전해질막의 모폴로지 형성이 불안할 수 있는 단점이 있고, 210℃를 초과하면 PFSA의 물리적 열화가 발생하는 단점이 있다.Specifically, drying in the method of manufacturing a release agent according to the present invention may include natural drying or heat treatment after drying. The natural drying may be performed at room temperature (23 ~ 27 ℃). In addition, in the step of heat treatment after drying, the drying temperature may be 60 to 120°C, and the heat treatment may be 190 to 210°C. If the drying temperature is less than 60°C, there is a disadvantage in that volatilization of the solvent is not easy, and when the drying temperature exceeds 120°C, an unstable surface may be formed due to rapid volatilization of the solvent. In addition, when the heat treatment temperature is less than 120°C, there is a disadvantage in that the formation of the morphology of the electrolyte membrane may be unstable, and when it exceeds 210°C, physical deterioration of the PFSA occurs.
본 발명의 특징은 상기 이형제에 포함된 고분자 용액이 상기 전체 고분자 용액 중량% 중 퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA) 10~30중량%, 알코올계 35~54중량% 및 물 28~45중량%으로 포함되어 상기 조건으로 건조 후 열처리하여 이형지를 제조하는 경우, 상기 이형지를 이용하여 전해질 막을 제조 했을 때 전해질 막만 박리 시킬 수 있어 전해질막의 오염도를 낮출 수 있다.A feature of the present invention is that the polymer solution contained in the release agent is 10 to 30% by weight of perfluorosulfonic acid (PFSA), 35 to 54% by weight of alcohol, and 28 to 45% by weight of the total polymer solution. In the case of manufacturing a release paper by heat treatment after drying under the above conditions, only the electrolyte membrane can be peeled off when the electrolyte membrane is manufactured using the release paper, thereby reducing the degree of contamination of the electrolyte membrane.
또한, 상기 이형제에 포함된 고분자 용액이 상기 전체 고분자 용액 중량% 중 PFSA 10~30중량%, 알코올계 14~36중량% 및 물 42~72중량으로 포함되어 상기 조건으로 자연 건조하여 이형지를 제조하는 경우, 상기 이형지를 이용하여 전해질 막을 제조 했을 때 산화방지제 등이 포함된 이형제층이 포함된 전해질 막을 박리 시킬 수 있어 전해질막을 원활하게 박리할 수 있는 동시에 전해질막의 내화학성, 내열성과 같은 내구성을 증가시킬 수 있다.In addition, the polymer solution contained in the release agent is contained in 10 to 30% by weight of PFSA, 14 to 36% by weight of alcohol, and 42 to 72% by weight of water, among the total polymer solution weight%, and naturally dried under the above conditions to prepare a release paper. In this case, when the electrolyte membrane is manufactured using the release paper, the electrolyte membrane including the release agent layer containing antioxidants, etc. can be peeled off, so that the electrolyte membrane can be removed smoothly and at the same time, the durability such as chemical resistance and heat resistance of the electrolyte membrane can be increased. I can.
도 3는 본 발명에 따른 전해질막(30) 제조방법을 도시한 흐름도이다. 이를 참고하면, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 이형지 및 전해질막 용액을 준비하는 단계(S40), 상기 이형지 위에 전해질막 용액을 코팅하는 단계(S50), 상기 코팅된 전해질막 용액을 건조 및 열처리 하는 단계(S60) 및 상기 전해질막을 박리하는 단계(S70)를 포함한다. 3 is a flow chart showing a method of manufacturing an
본 발명에 따른 이형지는 상기 기재한 제조방법에 따라 준비한다. 본 발명에 따른 전해질막 용액은 막-전극 접합체(MEA)에 사용되는 전해질 막을 제조하기 위한 통상의 재료를 포함하는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 나피온(Nafion) 등일 수 있다. 또한, 상기 이형지 위에 전해질막 용액을 코팅하는 것은 전해질 막을 제조하기 위한 통상의 방법으로 코팅하는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에 따라 코팅된 전해질막 용액을 건조 및 열처리 하는 단계는 건조 온도가 60~120℃이고, 열처리 온도가 120~200℃일 수 있다. 건조 온도가 60℃ 미만이면 용매의 휘발이 용이하지 못한 단점이 있고, 120℃를 초과하면 용매의 급한 휘발로 불안정한 표면이 형성될 수 있는 단점이 있다. 또한, 열처리 온도가 120℃ 미만 시 전해질막의 모폴로지 형성이 불안할 수 있는 단점이 있고, 200℃초과 시 PFSA의 물리적 열화가 발생하는 단점이 있다.The release paper according to the present invention is prepared according to the manufacturing method described above. The electrolyte membrane solution according to the present invention is not particularly limited as long as it includes a conventional material for manufacturing an electrolyte membrane used in a membrane-electrode assembly (MEA), and may be, for example, Nafion. In addition, coating the electrolyte membrane solution on the release paper is not particularly limited as long as it is coated by a conventional method for preparing an electrolyte membrane. In the drying and heat treatment of the electrolyte membrane solution coated according to the present invention, the drying temperature may be 60 to 120°C, and the heat treatment temperature may be 120 to 200°C. When the drying temperature is less than 60° C., there is a disadvantage that volatilization of the solvent is not easy, and when it exceeds 120° C., an unstable surface may be formed due to rapid volatilization of the solvent. In addition, when the heat treatment temperature is less than 120°C, the formation of the morphology of the electrolyte membrane may be unstable, and when the heat treatment temperature exceeds 200°C, physical deterioration of the PFSA occurs.
본 발명에 따른 전해질막을 박리하는 것은 도 4와 같이 전해질막이 이형지 상에 구비된 상태에서 진행된다. 이 때, 이형지에 포함된 고분자 용액의 조성비율 및 건조 과정에 따라 그 박리 계면이 달라질 수 있다. Separating the electrolyte membrane according to the present invention is performed while the electrolyte membrane is provided on the release paper as shown in FIG. 4. At this time, the peeling interface may vary depending on the composition ratio of the polymer solution contained in the release paper and the drying process.
구체적으로, 고분자 용액이 상기 전체 고분자 용액 중량% 중 퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA) 10~30중량%, 알코올계 35~54중량% 및 물 28~45중량%으로 포함되고, 본 발명에 따른 이형지 제조방법에서의 조건으로 건조 후 열처리하여 이형지를 제조하는 경우, 상기 이형지를 이용하여 전해질 막을 제조 했을 때 도 5에 나타난 바와 같이 전해질 막만 박리 시킬 수 있어 전해질막의 오염도를 낮출 수 있다.Specifically, the polymer solution is included in 10 to 30% by weight of perfluorosulfonic acid (PFSA), 35 to 54% by weight of alcohol, and 28 to 45% by weight of water, among the total polymer solution weight%, In the case of manufacturing a release paper by heat treatment after drying under the conditions of the release paper manufacturing method according to the present invention, when the electrolyte membrane is manufactured using the release paper, only the electrolyte membrane can be peeled off as shown in FIG.
또한, 고분자 용액이 상기 전체 고분자 용액 중량% 중 PFSA 10~30중량%, 알코올계 14~36중량% 및 물 42~72중량%으로 포함되고, 본 발명에 따른 이형지 제조방법에서의 조건으로 자연 건조하여 이형지를 제조하는 경우, 상기 이형지를 이용하여 전해질 막을 제조 했을 때 도 6에 나타난 바와 같이 산화방지제 등이 포함된 이형제층이 포함된 전해질 막을 박리 시킬 수 있어 전해질막을 원활하게 박리할 수 있는 동시에 전해질막의 내화학성, 내열성과 같은 내구성을 증가시킬 수 있다.In addition, the polymer solution is contained in 10 to 30% by weight of PFSA, 14 to 36% by weight of alcohol and 42 to 72% by weight of water, and naturally dried under the conditions in the release paper production method according to the present invention. In the case of manufacturing the release paper, as shown in FIG. 6, when the electrolyte membrane is manufactured using the release paper, the electrolyte membrane including the release agent layer containing an antioxidant, etc. can be peeled off, so that the electrolyte membrane can be removed smoothly and at the same time, the electrolyte. It can increase the durability such as chemical resistance and heat resistance of the membrane.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples. The following examples are only examples to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예 1Example 1
(S10) 시트층을 폴리이미드(Polyimide: PI)로 준비하였고, 이형제로는 산화방지제 CeO2 0.5g; 고분자 용액으로는 퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA) 5g, 알코올계 프로판올(n-Propanol; NPA) 8g, 물 12g으로써, PFSA 20중량%, 알코올계 32중량%, 물 48중량%을 준비하였다.(S10) The sheet layer was prepared with polyimide (PI), and as a release agent, 0.5 g of an antioxidant CeO 2 ; As the polymer solution, 5 g of perfluorosulfonic acid (PFSA), 8 g of alcohol-based propanol (NPA), and 12 g of water,
(S20, S30) 상기 준비한 이형제를 시트층에 스핀 코팅 방법으로 코팅하였다. 그 후, 자연 건조는 실온(25℃)으로 처리하여 이형지를 제조하였다.(S20, S30) The prepared release agent was coated on the sheet layer by spin coating. Thereafter, natural drying was performed at room temperature (25°C) to prepare a release paper.
실시예 2Example 2
실시예 1과 비교했을 때, 이형제로는 산화방지제로 0.5g; 고분자 용액으로 퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA) 5g, 알코올계로 10g, 물 10g으로 PFSA 20중량%, 알코올계 40중량%, 물 40중량%을 준비한 것; 및 As compared with Example 1, the release agent was 0.5 g as an antioxidant; 5 g of perfluorosulfonic acid (PFSA) as a polymer solution, 10 g of alcohol-based, 10 g of water, 20% by weight of PFSA, 40% by weight of alcohol, and 40% by weight of water were prepared; And
자연 건조 대신 건조 후 열처리를 건조 온도 60℃ 및 열처리 온도 120℃로 처리한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 이형지를 제조하였다.A release paper was prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment after drying instead of natural drying was performed at a drying temperature of 60°C and a heat treatment temperature of 120°C.
실험예 - 고분자 용액의 조성에 따른 전해질막 박리 계면 변화Experimental Example-Electrolyte membrane separation interface change according to the composition of polymer solution
상기 실시예 1 및 실시예 2에 따라 이형지를 준비하고, 각각의 이형지에 전해질막 용액인 PFSA 분산액으로 코팅하고 이를 60℃로 건조하고, 120℃로 열처리하였다. 그 후 박리했을 때의 계면결과는 다음과 같다.Release papers were prepared according to Examples 1 and 2, and each of the release papers was coated with an electrolyte membrane solution PFSA dispersion, dried at 60°C, and heat treated at 120°C. The interface result when peeled after that is as follows.
구체적으로 실시예 1의 경우, 도 5에 나타난 바와 같이, 전해질막과 이형제층의 계면에서 전해질막이 박리되었는 바, 전해질 막만 박리시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.Specifically, in the case of Example 1, as shown in FIG. 5, the electrolyte membrane was peeled at the interface between the electrolyte membrane and the release agent layer, and it was confirmed that only the electrolyte membrane could be peeled off.
또한, 실시예 2의 경우, 도 6에 나타난 바와 같이, 이형제층과 시트층의 계면에서 전해질막이 박리되었는 바, 산화방지제 등이 포함된 이형제층이 포함된 전해질막을 박리 시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.In addition, in the case of Example 2, as shown in FIG. 6, the electrolyte membrane was peeled at the interface between the release agent layer and the sheet layer, and it was confirmed that the electrolyte membrane including the release agent layer containing an antioxidant, etc. could be peeled off. .
즉, 본 발명은 고분자 용액에 포함된 용매(알코올계:물)의 비율 변경 및 건조 조건에 따라 제조된 이형지를 통하여 전해질막을 박리하는 경우, 전해질막만을 원활하게 박리할 수 있어 전해질막의 오염도를 낮출 수 있고, 또한, 이형제층이 묻어나오더라도 이형제층에 산화방지제가 포함되어 있으므로 전해질막을 원활하게 박리할 수 있는 동시에 전해질막의 내화학성, 내열성과 같은 내구성을 증가시킬 수 있다는 특징이 있다.That is, in the present invention, when the electrolyte membrane is peeled through a release paper prepared according to a change in the ratio of the solvent (alcohol-based: water) contained in the polymer solution and drying conditions, only the electrolyte membrane can be removed smoothly, thereby reducing the degree of contamination of the electrolyte membrane. In addition, even if the releasing agent layer is stained, since the releasing agent layer contains an antioxidant, the electrolyte membrane can be removed smoothly and durability such as chemical resistance and heat resistance of the electrolyte membrane can be increased.
1 : 이형지
10 : 시트층 20 : 이형제층 30 : 전해질막1: Hyungji Lee
DESCRIPTION OF
Claims (19)
상기 시트층 상에 구비되고, 산화방지제를 포함하는 이형제층을 포함하는 이형지.Sheet layer; And
A release paper provided on the sheet layer and comprising a release agent layer containing an antioxidant.
상기 시트층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate; PEN), 폴리이미드(Polyimide; PI), 폴리옥시메틸렌(Polyoxymethylene; POM) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인 이형지.The method of claim 1,
The sheet layer is selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polyoxymethylene (POM), and combinations thereof. The release paper that includes.
상기 이형제층은 고분자 용액을 더 포함하는 것인 이형지.The method of claim 1,
The release agent layer is a release paper that further comprises a polymer solution.
상기 고분자 용액은 퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA), 알코올계 및 물을 포함하는 것인 이형지.The method of claim 3,
The polymer solution is a release paper containing perfluorosulfonic acid (PFSA), alcohol-based and water.
상기 알코올계는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 이형지.The method of claim 4,
The alcohol-based release paper is selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, and combinations thereof.
상기 산화방지제는 세륨(Ce)염, 세륨(Ce)산화물, 망간(Mn)염, 망간(Mn)산화물, 바나듐(V)염, 바나듐(V)산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 이형지.The method of claim 1,
The antioxidant is selected from the group consisting of cerium (Ce) salt, cerium (Ce) oxide, manganese (Mn) salt, manganese (Mn) oxide, vanadium (V) salt, vanadium (V) oxide, and combinations thereof Hyungji Lee.
상기 이형제층은 PFSA 100중량부 및 상기 산화방지제 5~20중량부를 포함하는 이형지.The method of claim 1,
The release agent layer is a release paper containing 100 parts by weight of PFSA and 5 to 20 parts by weight of the antioxidant.
상기 이형제층은 두께가 0.02~0.5μm인 것인 이형지.The method of claim 1,
The release agent layer is a release paper having a thickness of 0.02 ~ 0.5μm.
상기 시트층 위에 이형제를 코팅하는 단계;
상기 코팅된 이형제를 건조하는 단계를 포함하는 이형지의 제조방법.Preparing a sheet layer and a release agent;
Coating a release agent on the sheet layer;
Method of producing a release paper comprising the step of drying the coated release agent.
상기 이형제는 고분자 용액 및 산화방지제를 포함하는 것인 이형지의 제조방법.The method of claim 9,
The method of manufacturing a release paper containing the release agent and a polymer solution and an antioxidant.
상기 고분자 용액은
퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA) 10~30중량%;
용매 70~90중량%를 포함하는 것인 이형지의 제조방법.The method of claim 10,
The polymer solution is
10 to 30% by weight of perfluorosulfonic acid (PFSA);
A method for producing a release paper containing 70 to 90% by weight of a solvent.
상기 용매는
알코올계 20~40중량%;
물 80~60중량%를 포함하는 것인 이형지의 제조방법.The method of claim 11,
The solvent is
20 to 40% by weight of alcohol;
A method for producing a release paper containing 80-60% by weight of water.
상기 건조는 자연 건조 또는 건조 후 열처리하는 단계를 포함하는 것인 이형지의 제조방법.The method of claim 9,
The drying method for producing a release paper comprising the step of natural drying or heat treatment after drying.
상기 건조 후 열처리하는 단계에서,
상기 건조는 온도가 60~120℃이고, 열처리는 온도가 190~210℃인 것인 이형지의 제조방법.The method of claim 13,
In the step of heat treatment after drying,
The drying is a temperature of 60 ~ 120 ℃, heat treatment is a method of manufacturing a release paper that the temperature is 190 ~ 210 ℃.
상기 이형지 위에 전해질막 용액을 코팅하는 단계;
상기 코팅된 전해질막 용액을 건조 및 열처리 하는 단계; 및
상기 전해질막을 박리하는 단계를 포함하는 전해질막 제조방법.Preparing a release paper and an electrolyte membrane solution prepared by the manufacturing method of any one of claims 9 to 14;
Coating an electrolyte membrane solution on the release paper;
Drying and heat treating the coated electrolyte membrane solution; And
An electrolyte membrane manufacturing method comprising the step of peeling the electrolyte membrane.
상기 건조는 온도가 60~120℃이고, 열처리는 온도가 120~200℃인 것인 전해질막 제조방법.The method of claim 15,
The drying is performed at a temperature of 60 to 120°C, and the heat treatment is performed at a temperature of 120 to 200°C.
상기 박리는 전해질막 또는 이형제층이 포함된 전해질막이 박리되는 것인 전해질막 제조방법.The method of claim 15,
The peeling is a method of manufacturing an electrolyte membrane in which the electrolyte membrane or the electrolyte membrane including the release agent layer is peeled.
상기 전해질막의 박리는 퍼플루오로설포닉 산(perfluorosulfonic acid; PFSA) 10~30중량%; 알코올계 35~54중량% 및 물 28~45중량%이 포함되는 고분자 용액을 이용하여 준비된 이형지에서 전해질막이 박리되는 것인 전해질막 제조방법.The method of claim 17,
Peeling of the electrolyte membrane is 10 to 30% by weight of perfluorosulfonic acid (PFSA); An electrolyte membrane manufacturing method wherein the electrolyte membrane is peeled from a release paper prepared using a polymer solution containing 35 to 54% by weight of alcohol and 28 to 45% by weight of water.
상기 이형제층이 포함된 전해질막의 박리는 PFSA 10~30중량%; 알코올계 14~36중량% 및 물 42~72중량%이 포함되는 고분자 용액을 이용하여 준비된 이형지에서 이형제층이 포함된 전해질막이 박리되는 것인 전해질막 제조방법.The method of claim 17,
Peeling of the electrolyte membrane including the release agent layer is 10 to 30% by weight of PFSA; An electrolyte membrane manufacturing method in which the electrolyte membrane including the release agent layer is peeled from a release paper prepared using a polymer solution containing 14 to 36% by weight of alcohol and 42 to 72% by weight of water.
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