KR100542295B1 - Preparation method of polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane - Google Patents
Preparation method of polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane Download PDFInfo
- Publication number
- KR100542295B1 KR100542295B1 KR1020030032614A KR20030032614A KR100542295B1 KR 100542295 B1 KR100542295 B1 KR 100542295B1 KR 1020030032614 A KR1020030032614 A KR 1020030032614A KR 20030032614 A KR20030032614 A KR 20030032614A KR 100542295 B1 KR100542295 B1 KR 100542295B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- exchange membrane
- anion exchange
- monomer
- polyethylene
- chloride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
- C08J5/2206—Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
- C08J5/2218—Synthetic macromolecular compounds
- C08J5/2231—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
- C08J5/2243—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions involving unsaturated carbon-to-carbon bonds obtained by introduction of active groups capable of ion-exchange into compounds of the type C08J5/2231
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/46—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation
- C08F2/48—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by ultraviolet or visible light
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
- C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
- C08J2323/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C08J2323/06—Polyethene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2207/00—Properties characterising the ingredient of the composition
- C08L2207/06—Properties of polyethylene
- C08L2207/066—LDPE (radical process)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C08L23/06—Polyethene
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Abstract
본 발명은 폴리에틸렌/폴리비닐벤질 클로라이드 음이온교환막의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지지체로서 모노머흡수성과 광가교성의 성질을 동시에 나타내는 비다공성 저밀도폴리에틸렌 필름을 사용하여 비닐벤질 클로라이드와 팽윤촉진 모노머, 디비닐벤젠 및 광개시제를 흡수시킨 후, 자외선을 조사하여 중합하고 4급 아민화반응을 통하여 음이온이온기를 도입하여 음이온교환막을 제조함으로써, 기존의 페이스트(patse) 공정의 생략 및 열중합공정을 대체하여 경제적이며 지지체로 비다공성 저밀도폴리에틸렌 필름을 사용하여 선택투과성을 높일 수 있어 균질한 폴리에틸렌/폴리비닐벤질 클로라이드 음이온교환막을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane, and more particularly, vinylbenzyl chloride and swelling-promoting monomer, using a non-porous low density polyethylene film which simultaneously exhibits monomer absorbency and photocrosslinkability as a support. After absorbing divinylbenzene and photoinitiator, polymerizing by irradiation with ultraviolet rays and introducing an anion ion group through quaternary amination reaction to produce an anion exchange membrane, eliminating the conventional paste process and replacing the thermal polymerization process The present invention relates to a method for producing a homogeneous polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane by using a non-porous low density polyethylene film as a support and increasing the permeability.
음이온교환막, 비닐벤질 클로라이드, 모노머흡수법, 자외선중합법, 저밀도폴리에틸렌, 광개시제Anion exchange membrane, vinyl benzyl chloride, monomer absorption method, UV polymerization method, low density polyethylene, photoinitiator
Description
도 1은 본 발명의 폴리에틸렌/폴리비닐벤질 클로라이드 음이온교환막의 제조공정도이다.1 is a manufacturing process chart of the polyethylene / polyvinyl benzyl chloride anion exchange membrane of the present invention.
도 2는 본 발명의 폴리에틸렌/폴리비닐벤질 클로라이드 음이온교환막의 자외선 조사시간에 따른 중합량의 변화 그래프이다.2 is a graph showing the change in polymerization amount according to the UV irradiation time of the polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane of the present invention.
도 3은 본 발명의 폴리에틸렌/폴리비닐벤질 클로라이드 음이온교환막의 스티렌 함량에 따른 막저항과 이온교환용량 변화 그래프이다.3 is a graph showing the change in membrane resistance and ion exchange capacity according to the styrene content of the polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane of the present invention.
도 4는 본 발명의 폴리에틸렌/폴리비닐벤질 클로라이드 음이온교환막의 전류-전압특성곡선이다.4 is a current-voltage characteristic curve of the polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane of the present invention.
도 5는 본 발명의 폴리에틸렌/폴리비닐벤질 클로라이드 음이온교환막의 크로노포텐트리 특성을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the chronopotentry characteristics of the polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane of the present invention.
본 발명은 폴리에틸렌/폴리비닐벤질 클로라이드 음이온교환막의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지지체로서 모노머흡수성과 광가교성의 성질을 동시에 나타내는 비다공성 저밀도폴리에틸렌 필름을 사용하여 비닐벤질 클로라이드와 팽윤촉진 모노머, 디비닐벤젠 및 광개시제를 흡수시킨 후, 자외선을 조사하여 중합하고 4급 아민화반응을 통하여 음이온이온기를 도입하여 음이온교환막을 제조함으로써, 기존의 페이스트(patse) 공정의 생략 및 열중합공정을 대체하여 경제적이며 지지체로 비다공성 저밀도폴리에틸렌 필름을 사용하여 선택투과성을 높일 수 있어 균질한 폴리에틸렌/폴리비닐벤질 클로라이드 음이온교환막을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane, and more particularly, vinylbenzyl chloride and swelling-promoting monomer, using a non-porous low density polyethylene film which simultaneously exhibits monomer absorbency and photocrosslinkability as a support. After absorbing divinylbenzene and photoinitiator, polymerizing by irradiation with ultraviolet rays and introducing an anion ion group through quaternary amination reaction to produce an anion exchange membrane, eliminating the conventional paste process and replacing the thermal polymerization process The present invention relates to a method for producing a homogeneous polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane by using a non-porous low density polyethylene film as a support and increasing the permeability.
이온교환막은 고분자 분리막의 한 종류로서 막에 도입된 이온교환기(ion-exchangeable group) 종에 따라 음이온 혹은 양이온을 선택적으로 분리할 수 있다. 상업용으로 사용되고 있는 양이온교환막의 경우, 이온교환기로서는 크게 강산성인 술폰산 그룹(-SO3
-)과 약산성인 카르복실산 그룹(-COO-)으로 대별되어지며, 음이온교환막의 경우에 있어서는 주로 강염기성인 4차암모늄 그룹(-N+R3)을 이온교환기로 갖게 된다. 이러한 이온교환막을 이용한 분리공정은 증류 또는 화학적인 처리를 이용한 분리방법에 비하여 비교적 고순도의 분리정제가 가능하고, 에너지의 소비가 적으며 장치가 간단하여 설비투자비가 적을 뿐만 아니라, 연속공정이 가능하여 시간당 처리능력이 우수하다는 점에서 각종 산업분야의 분리정제공정으로서 주목받고 있다. 현재 이온교환막을 산업분야에 적용한 예로서는 탈염 및 정제를 위한 전기투석공정(electrodialysis)과 물분해 전기투석공정(water-splitting electrodialysis) 그리고 산세폐액에서 산을 회수하는 확산투석(diffusion dialysis) 및 초순수 생산을 위한 전기탈염공정(electrodeionization) 등을 들 수가 있다. 특히 최근에 걸쳐서는 이온교환막이 고분자 전해질 연료전지로서 우수한 성능을 나타낼 수 있는 가능성을 시사함에 따라 이온교환막에 대한 관심이 증가되고 있다. 일반적으로 상용막의 경우에는 높은 이온선택투과성(> 0.95∼0.98), 낮은 전기적 저항(< 1.0∼4.0 Ω·㎠), 적절한 함수율, 높은 기계적 강도 및 화학적 내성을 갖고 있어야 한다. An ion exchange membrane is a kind of polymer separation membrane that can selectively separate anions or cations depending on the species of ion-exchangeable groups introduced into the membrane. For the cation exchange membranes used as commercial, large adult strong acid sulfonic acid group as the ion exchange group (-SO 3 -) and the weak acid is a carboxylic acid group (-COO -) becomes is divided into, mainly in the case of strong base
기존의 상용막들 예를 들면, NEOSEPTA등록상표(Tokuyama Co. Ltd., Japan), SELEMION등록상표(Asahi Glass Company, Japan) 등은 기본소재로 비닐벤질 클로라이드-디비닐벤젠의 공중합물 또는 비닐벤질 클로라이드-부타디엔의 공중합물을 벌크중합법, 라텍스법, 페이스트법의 제조공정법을 이용하여 이온교환막을 제조하였다. 이러한 방법들을 이용한 이온교환막은 비교적 좋은 전기화학적 특성을 갖고 있다. 그러나 이들의 제조공정은 공정상의 복잡성으로 인하여 제조단가의 상승을 초래하고 있다. Existing commercial membranes such as NEOSEPTA® trademark (Tokuyama Co. Ltd., Japan), SELEMION® trademark (Asahi Glass Company, Japan), etc., are copolymers of vinylbenzyl chloride-divinylbenzene or vinylbenzyl as a base material. The copolymer of chloride-butadiene was prepared by using a bulk polymerization method, a latex method, or a paste method. Ion-exchange membranes using these methods have relatively good electrochemical properties. However, these manufacturing processes cause an increase in manufacturing cost due to the complexity of the process.
벌크중합에 있어서는 비닐벤질 클로라이드-디비닐벤젠 단독으로 중합시키는 경우, 취성이 증가하여 기계적 특성이 저하되어지기 때문에 가소제를 사용하여야 하며, 더욱이 얇은 막을 얻기 위해서는 일정한 용기가 필요하므로 전체적인 막의 제조단가를 상승시키는 요인이 된다. In the case of bulk polymerization, when polymerizing with vinylbenzyl chloride-divinylbenzene alone, a plasticizer should be used because brittleness is increased and mechanical properties are deteriorated. Moreover, in order to obtain a thin film, a uniform container is required, which increases the overall cost of manufacturing the film. It becomes a factor.
라텍스법은 비닐벤질 클로라이드-부타디엔 공중합체의 라텍스를 지지체에 침적하여 건조한 후, 산화가교법을 이용 가교를 통하여 기본막으로 한다. 그 후, 4급 아민화반응을 통하여 이온교환기가 도입되는데, 이 방법은 비닐벤질 클로라이드-부타디엔 공중합체의 라텍스에 잔존해 있는 유화제의 영향으로 막의 기계적인 물성 및 전기화학적 특성의 성능저하를 초래할 가능성이 매우 높다. In the latex method, a latex of vinyl benzyl chloride-butadiene copolymer is dipped on a support and dried to form a base film through crosslinking using an oxidative crosslinking method. Thereafter, an ion exchange group is introduced through a quaternary amination reaction, and this method is likely to cause deterioration of the mechanical and electrochemical properties of the membrane under the influence of the emulsifier remaining in the latex of the vinylbenzyl chloride-butadiene copolymer. This is very high.
한편, 페이스트법은 이온교환막의 제조공법으로 현재까지 가장 널리 이용되고 있는 방법이다. 페이스트법은 상기 언급한 벌크중합법 또는 라텍스법에 의하여 얻어진 막 보다는 기계적 성질과 전기화학적 특성이 우수하기는 하나, 페이스트를 얻기 위해 비닐벤질 클로라이드-디비닐벤젠 모노머 이외에도 분말이 필요하게 되고, 보다 향상된 기계적인 물성을 얻기 위해서는 가소제 및 고무가 첨가되어야 한다. 이러한 제조공정상의 복잡성은 막의 제조단가를 상승하게 하는 요인으로 작용하게 된다. On the other hand, the paste method is the most widely used method up to now as a manufacturing method of the ion exchange membrane. Although the paste method has better mechanical and electrochemical properties than the films obtained by the above-mentioned bulk polymerization method or latex method, powder is required in addition to the vinylbenzyl chloride-divinylbenzene monomer to obtain a paste. In order to obtain mechanical properties, a plasticizer and rubber must be added. This complexity in the manufacturing process acts as a factor to increase the manufacturing cost of the film.
본 발명자들은 이러한 단점을 극복하고자 양이온교환막에 있어서는 최근 개시제를 포함하는 모노머용액을 제조한 후, 다공성 필름에 흡착시켜 소정의 온도에서 중합하며 반응을 시간에 따라 막구조를 제어함으로써 원하는 선택성과 기계적인 물성을 제어할 수 있는 새로운 개념의 모노머흡수법을 개발한 바 있다(대한민국 특허출원 제2001-75488호). 상기 특허는 기존의 페이스트법에 비하여 비교적 간단한 제조공정으로 이온교환막을 제조할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 막의 용질에 대한 선택성을 향상시키기 위해서는 화학적 가교제를 첨가해야하며, 더욱이 중 합은 열중합법을 사용하기 때문에 다소 제조과정의 불편성을 초래하므로 개선의 역지가 있다.In order to overcome these disadvantages, the present inventors prepared a monomer solution containing an initiator recently in a cation exchange membrane, and then adsorbed to a porous film to polymerize at a predetermined temperature and react the reaction with time to control the membrane structure to obtain desired selectivity and mechanical properties. A new concept of monomer absorption method has been developed to control physical properties (Korean Patent Application No. 2001-75488). The patent has the advantage that the ion exchange membrane can be prepared by a relatively simple manufacturing process compared to the conventional paste method, but in order to improve the selectivity to the solute of the membrane, a chemical crosslinking agent must be added, and further, the polymerization uses a thermal polymerization method. Since there is some inconvenience in the manufacturing process, there is a station of improvement.
이에, 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 비닐벤질 클로라이드와 팽윤촉진 모노머, 디비닐벤젠 및 광개시제를 포함하는 중합용 용액을 비다공성 저밀도폴리에틸렌 필름에 흡수시키고 상온에서 자외선을 조사시켜 광중합시키고, 즉 중합과정 중 가교체의 형성을 유도한 후, 4급 아민화반응을 통해 음이온교환기로 아민그룹을 도입시키면 가교결합의 증진으로 선택투과성을 향상시킴을 알게되어 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the inventors of the present invention absorb the solution for polymerization containing vinylbenzyl chloride, swelling accelerator monomer, divinylbenzene and photoinitiator in a nonporous low density polyethylene film and irradiate ultraviolet rays at room temperature to solve the above problems. In other words, after inducing the formation of a crosslinked product during the polymerization process, the introduction of an amine group into the anion exchanger through a quaternary amination reaction was found to improve the permeability by improving the crosslinking to complete the present invention.
따라서, 본 발명은 기존의 페이스트법 및 모노머흡수법 비해 제조공정이 간단하여 제조단가를 절감할 수 있고, 상용막에 비하여 전기화학적 특성 및 기계적 성능이 우수한 폴리에틸렌/폴리비닐벤질 클로라이드 음이온교환막의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Therefore, the present invention is a simple manufacturing process compared to the conventional paste method and the monomer absorption method can reduce the manufacturing cost, and the production method of polyethylene / polyvinyl benzyl chloride anion exchange membrane excellent electrochemical properties and mechanical performance compared to commercial membranes The purpose is to provide.
본 발명은 비닐벤질 클로라이드, 팽윤촉진 모노머, 디비닐벤젠 및 광개시제를 포함하는 중합용 용액을 비다공성 저밀도폴리에틸렌 필름에 흡수시키고 상온에서 자외선을 조사시켜 광중합시킨 후, 4급 아민화반응을 통해 음이온교환기로 아민그룹을 도입시키는 폴리에틸렌/폴리비닐벤질 클로라이드 음이온교환막의 제조방법 을 그 특징으로 한다.The present invention absorbs a solution for polymerization comprising vinyl benzyl chloride, a swelling accelerator monomer, divinylbenzene and a photoinitiator in a non-porous low density polyethylene film, and photopolymerizes by irradiating ultraviolet light at room temperature, and then through a quaternary amination reaction The method for producing polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane into which an amine group is introduced is characterized.
이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail as follows.
본 발명의 음이온 교환막의 제조방법은 모노머흡수법과 마찬가지로 비닐벤질 클로라이드를 비다공 필름의 지지체에 흡수시켜 지지필름의 자유체적에 존재하는 모노머를 중합시기는 점에 있어서는 동일하나, 기존의 모노머흡수법과는 달리 개시제로서 열중합개시제를 대신한 광개시제를 사용하며 지지체에 비닐벤질 클로라이드의 흡수촉진과 더불어 균질한 막을 제조하기 위해 팽윤촉진 모노머를 사용한다. 이와 같이 본 발명은 모노머와 광개시제가 흡수되어진 필름에 자외선을 조사시켜, 자유체적에 존재하는 모노머를 중합시킴을 특징으로 한다. 이 때 중합거동은 기존의 모노머흡수법과는 달리, 비다공성 필름 상에 모노머의 중합체의 형성이외에도 그라프팅된 모노머의 중합체의 형성, 필름분자사이의 가교체 및 그라프팅된 중합분자사이의 가교체가 형성되어진다. 따라서 기존의 페이스트법이나 모노머흡수법에서는 화학적 가교제의 첨가만을 통해 선택투과성의 향상을 꾀하는데 반하여, 본 발명에서는 중합과정 중 가교화반응이 진행됨으로써 보다 선택투과성을 향상시킬 수 있음을 특징으로 한다. 더욱이 이때 사용되는 비다공성 지지체로서는 기계적강도를 증진시키기 위해 기존의 광분해성 PVC를 대신한 광가교형 고분자인 저밀도폴리에틸렌을 사용함을 특징으로 한다. 이후 이온교환기를 도입하는 제조공정은 기존의 동일한 4급 아민화반응을 통하여 행한다.The production method of the anion exchange membrane of the present invention is the same as the monomer absorption method in that the vinyl benzyl chloride is absorbed in the support of the non-porous film to polymerize the monomer present in the free volume of the support film, but is different from the conventional monomer absorption method. Alternatively, photoinitiators are used in place of thermal initiators as initiators, and swelling-promoting monomers are used to prepare homogeneous membranes with the promotion of the absorption of vinylbenzyl chloride on the support. As described above, the present invention is characterized in that the monomer and the photoinitiator are irradiated with ultraviolet light to polymerize the monomer present in the free volume. At this time, the polymerization behavior is different from the conventional monomer absorption method, in addition to the formation of the polymer of the monomer on the non-porous film, the formation of the polymer of the grafted monomer, the cross-linking between the film molecules and the cross-linking between the grafted polymer molecules It is done. Therefore, the conventional paste method and monomer absorption method to improve the selective permeability through the addition of a chemical crosslinking agent, in the present invention is characterized in that the selective permeability can be further improved by the crosslinking reaction during the polymerization process. Furthermore, the non-porous support used at this time is characterized by using a low density polyethylene, which is a photocrosslinkable polymer instead of the conventional photodegradable PVC, in order to enhance mechanical strength. Thereafter, the production process of introducing the ion exchanger is performed through the same quaternary amination reaction.
종래의 페이스트법은 이온교환기를 도입할 수 있는 모노머(F-monomer), 가교제, 개시제, 가소제를 폴리비닐클로라이드(PVC) 분말과 함께 혼합하여 페이스트화 하고 이 페이스트를 PVC 천 위에 함침시킨 후, 소정의 온도에서 공중합시켜 이온교환기를 도입하였다[Y. Mizutani, J. Membr. Sci., Vol. 49, pp121∼144, 1990]. 이러한 제조방법으로 제조된 대표적 제품으로서, 세계적으로 많은 시장을 점유하고 있는 Neosepta등록상표 이온교환막(Tokuyama Co. Ltd.)은 비교적 그 성능이 우수하다고 보고되어 있다. 그러나, 모노머 및 PVC 분말이 함유된 페이스트를 제조함에 있어 아무리 잘 혼합한다 할지라도 중합 후 제조된 고분자막은 균일한 상을 형성할 수 없는 것이다. 또한, 페이스트법에 의해 기계적 강도가 우수한 고분자막을 제조하기 위해서는 폐이스트 중에 가소제를 필수성분으로 첨가해야 하고, 또 PVC 망사천에 페이스트를 함침하여 고분자막으로 성형하여야 하는 등 그 제조공정이 복잡하고 제조 단가가 상승하게 된다. In the conventional paste method, a monomer (F-monomer), a crosslinking agent, an initiator, and a plasticizer capable of introducing an ion exchange group are mixed together with a polyvinyl chloride (PVC) powder to form a paste, and the paste is impregnated on a PVC cloth, and then The ion exchange group was introduced by copolymerization at a temperature of [Y. Mizutani, J. Membr. Sci., Vol. 49, pp 121-144, 1990. As a representative product manufactured by such a manufacturing method, Neosepta registered ion exchange membrane (Tokuyama Co. Ltd.), which occupies many markets worldwide, is reported to have relatively excellent performance. However, no matter how well mixed in preparing the paste containing the monomer and the PVC powder, the polymer film prepared after the polymerization cannot form a uniform phase. In addition, in order to manufacture a polymer film having excellent mechanical strength by the paste method, a plasticizer should be added as an essential ingredient in waste yeast, and the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is required, such as impregnating a paste into a PVC mesh cloth and forming a polymer film. Will rise.
한편, 최근에 보고되고 있는 모노머흡수법은 페이스트를 사용하지 않는 장점을 가지고 있어 제조공정이 간단하여 제조원가를 절감시킬 수 있는 장점을 가지고 있으나, 투과선택성을 향상시키기 위해서는 화학적인 가교제(eg, DVB)를 첨가해 오고 있다. On the other hand, the recently reported monomer absorption method has the advantage of not using a paste, the manufacturing process is simple and has the advantage of reducing the manufacturing cost, but in order to improve the permeation selectivity chemical crosslinking agent (eg, DVB) Has been added.
본 발명은 상기 페이스트법 및 모노머흡수법을 개선하여 비닐벤질 클로라이드와 팽윤촉진 모노머 및 광개시제를 비다공성 저밀도폴리에틸렌 필름에 흡수시키고 일정시간에 걸쳐서 자외선을 조사하여 중합시켜 중합과정중 가교체의 형성을 유도한 후, 4급 아민화반응을 통해 음이온교환기로 강알칼리인 4급 아민그룹(-N+R3)을 도입시킨 고 투과선택성을 갖는 음이온교환막의 제조에 관한 것이다.The present invention improves the paste method and the monomer absorption method to absorb the vinylbenzyl chloride, the swelling-promoting monomer and the photoinitiator in a non-porous low density polyethylene film and irradiate ultraviolet rays over a period of time to induce the formation of a crosslinked product during the polymerization process. Then, the present invention relates to the preparation of an anion exchange membrane having high permeation selectivity by introducing a strong alkali quaternary amine group (-N + R 3 ) as an anion exchanger through a quaternary amination reaction.
특히, 본 발명은 페이스트를 이용하지 않고 지지체로 기존의 광분해형 비다공성 PVC 필름을 대체하여 모노머흡수성과 광(光)가교성의 성질을 동시에 갖는 비다공성 저밀도폴리에틸렌 필름을 사용함으로써, 기존의 모노머흡수법과 달리 중합과정 중 화학적 가교체의 형성을 유도하여 투과선택성을 높일 수 있는 균질한 음이온교환막을 제조할 수 있다. 이때, 화학적 가교는 저밀도 폴리에틸렌 분자와 분자사이, 저밀도폴리에틸렌 분자와 그라프팅된 폴리머 분자사이, 또는 그라프팅된 폴리머 분자들 사이에서 발생한다.In particular, the present invention uses a non-porous low-density polyethylene film having both monomer absorption and photocrosslinkability properties by replacing a conventional photodegradable non-porous PVC film as a support without using a paste. Alternatively, a homogeneous anion exchange membrane can be prepared that induces formation of a chemical crosslinked product during the polymerization process, thereby increasing permeation selectivity. In this case, chemical crosslinking occurs between low density polyethylene molecules and molecules, between low density polyethylene molecules and grafted polymer molecules, or between grafted polymer molecules.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 제조방법은 도 1에 나타낸 제조공정도에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of the present invention as described above will be described in more detail based on the manufacturing process diagram shown in FIG.
먼저, 중합용 용액을 제조한다. 이온교환기를 도입할 수 있는 모노머(F-monomer)로 사용되는 비닐벤질 클로라이드(F-모노머)는 중합억제제를 다량함유하고 있어 이를 제거하기 위해 중합억제제 분리용 컬럼을 이용하였다. 또한, 지지체의 팽윤촉진 모노머인 스티렌과 화학가교제 디비닐벤젠도 중합억제제 분리용 컬럼을 통하여, 중합억제제를 제거하였다. 그리고 광개시제는 별도의 정제 없이 사용하였고 그 밖의 시약 또한 별도의 정제 없이 사용하였다.First, a solution for polymerization is prepared. Vinyl benzyl chloride (F-monomer), which is used as a monomer capable of introducing an ion exchanger (F-monomer), contains a large amount of a polymerization inhibitor, and a polymerization inhibitor separation column was used to remove it. In addition, styrene and the chemical crosslinker divinylbenzene, which are swelling accelerator monomers of the support, were also removed through the polymerization inhibitor separation column. Photoinitiators were used without further purification and other reagents were also used without further purification.
중합용 용액은 비닐벤질 클로라이드 70 ∼ 95 중량%와 팽윤촉진 모노머 5 ∼ 30 중량% 및 디비닐벤젠 0 ∼ 5 중량%가 함유되어 있고, 상기한 모노머 100 중량부에 대하여 광개시제가 1 ∼ 10 중량부 함유되어 있다.The polymerization solution contains 70 to 95% by weight of vinylbenzyl chloride, 5 to 30% by weight of swelling accelerator monomer and 0 to 5% by weight of divinylbenzene, and 1 to 10 parts by weight of photoinitiator based on 100 parts by weight of the monomer described above. It is contained.
상기 중합용 용액에 비다공성 저밀도폴리에틸렌 필름을 침적하여 팽윤시킨다. 지지체로 사용된 비다공성 저밀도폴리에틸렌 필름은 비다공성의 것으로 비 닐모노머에 팽윤되어짐과 동시에 자외선에 분해되지 않는 특성을 갖는다. 만일 저밀도폴리에틸렌 필름이 다공성이라면 핀홀의 발생이 우려되고 이온의 투과선택도의 감소가 야기될 수 있으므로 비다공성의 것을 사용한다. 기존의 비다공성 PVC 필름을 지지체로 사용하는 경우에는 비닐모노머에 팽윤하는 성질은 가지고 있으나 자외선 조사시 분해가 발생되어 기계적인 물성이 떨어진다. 따라서, 본 발명은 비닐모노머에 팽윤적이고 자외선 조사시 가교결합을 유도할 수 있는 비다공성 저밀도폴리에틸렌을 지지체로 사용하는데 그 특징이 있다. A nonporous low density polyethylene film is deposited and swelled in the polymerization solution. The nonporous low density polyethylene film used as the support is nonporous and has the property of being swollen to the vinyl monomer and not decomposed by ultraviolet rays. If the low density polyethylene film is porous, a nonporous material is used because pinholes may be concerned and a decrease in permeation selectivity of ions may be caused. In the case of using the existing non-porous PVC film as a support, it has the property of swelling in the vinyl monomer, but decomposes when irradiated with ultraviolet rays, resulting in poor mechanical properties. Therefore, the present invention is characterized by using a non-porous low density polyethylene as a support that swells in vinyl monomer and can induce crosslinking upon ultraviolet irradiation.
특히, 본 발명은 상기 중합용 용액에 지지체의 팽윤을 더욱 촉진시켜 모노머의 수착을 유도하기 위해 팽윤촉진 모노머를 사용하는데 또 다른 특징이 있다. 이때 사용되어지는 팽윤촉진 모노머로는 스티렌, 2-비닐 피리듐 또는 4-비닐 피리듐 등을 사용할 수 있으며, 그 함량이 5 중량% 미만이면 비닐벤질 클로라이드가 지지체로의 수착이 저하되어 지지체의 표면에만 비닐벤질 클로라이드가 수착되어져 균일한 막을 얻을 수 없으며, 30 중량%를 초과하면 상대적으로 비닐벤질 클로라이드의 함량이 줄어 이온교환능의 저하와 더불어 막저항의 증가를 초래하는 문제가 있다. In particular, the present invention has another feature of using a swelling-promoting monomer to further promote swelling of the support in the polymerization solution to induce sorption of the monomer. In this case, swelling promoting monomers may be used such as styrene, 2-vinyl pyridium or 4-vinyl pyridium, and if the content is less than 5% by weight, vinylbenzyl chloride has a lower sorption to the support and thus the surface of the support. Only vinylbenzyl chloride can be sorbed so that a uniform membrane cannot be obtained. If the content exceeds 30% by weight, the content of vinylbenzyl chloride is relatively decreased, resulting in a decrease in ion exchange capacity and an increase in membrane resistance.
또한, 본 발명에서 모노머로 사용하는 비닐벤질 클로라이드의 함량이 70 중량% 미만이면 이온교환능의 저하를 초래하며, 95 중량%를 초과하면 균일한 막을 얻을 수 없는 문제가 있다. In addition, when the content of vinyl benzyl chloride used as a monomer in the present invention is less than 70% by weight, the ion exchange capacity is lowered. If the content is more than 95% by weight, a uniform membrane cannot be obtained.
그리고, 디비닐벤젠은 가교보조제 역할을 하는 모노머로 사용되며 그 함량이 5 중량%를 초과하면 취성의 증가로 인한 기계적성질의 저하를 초래한다. In addition, divinylbenzene is used as a monomer that serves as a crosslinking aid, and if the content exceeds 5% by weight, it causes a decrease in mechanical properties due to an increase in brittleness.
상기 광개시제는 1,2-디페닐 에탄디온(1,2-diphenyl ethanedione), 벤조페논(Benzophenone), 벤질디메틸케탈(Benzyl dimethyl ketal), 하이드록시디메틸아세토페논(Hydroxy dimethyl acetophenone) 또는 α-하이드록시사이클로헥실페닐메타논(α-hydroxycyclohexyl phenyl methaneone) 등을 사용할 수 있으며, 그 사용량이 1 중량부 미만이면 분자량은 증가시킬 수 있으나, 중합속도가 매우 늦어져 장시간의 자외선 조사가 필요함에 따라, 과도한 가교반응의 진행으로 기계적 물성의 저하(취성의 증가)를 초래하며, 10 중량부를 초과하면 중합속도는 증가하나, 잔존해있는 광개시제의 영향과 더불어 저분자량의 형성 혹은 지지체의 광분해 효과의 가속으로 인하여 기계적 물성의 저하와 전기화학적 성질의 저하를 초래한다. The photoinitiator is 1,2-diphenyl ethanedione, 1,2-diphenyl ethanedione, benzophenone, benzyl dimethyl ketal, hydroxydimethylacetophenone, or α-hydroxy Cyclohexyl phenylmethanone (α-hydroxycyclohexyl phenyl methaneone) and the like can be used, if the amount is less than 1 part by weight, the molecular weight can be increased, but the polymerization rate is very slow and requires a long time ultraviolet irradiation, excessive crosslinking As the reaction proceeds, mechanical properties decrease (increase brittleness). If the content exceeds 10 parts by weight, the polymerization rate increases, but the mechanical effect is due to the formation of low molecular weight or acceleration of the photodegradation effect of the support with the influence of the remaining photoinitiator. It leads to deterioration of physical properties and electrochemical properties.
이후 모노머와 개시제가 충분히 비다공성 저밀도폴리에틸렌에 수착하여 평형상태에 도달 할 수 있도록 0.5 ∼ 수 시간 이상, 바람직하기로는 4 ∼ 8 시간 상온에서 방치한다. 수착되어 평형에 도달한 비다공성 저밀도폴리에틸렌은 팽윤과 더불어 유연성이 증가한다. 이를 자외선을 차단하지 않는 사각 유리판에 위치시키고 또 다른 유리판을 이용하여 덮는다. 그리고 중합시 모노머의 유출을 방지하기 위해 테잎으로 두 유리판을 밀봉(sealing)한다. 이를 400 W의 수은 자외선등(파장 150 ∼ 400 nm)이 부착되어 있는 자외선 중합장치에 위치시킨다. 이때 자외선등으로 부터의 거리는 10 ∼ 50 cm를 유지시킨다. 이때 거리를 10 cm 미만으로 하면 자외선등으로 부터의 발열로 인하여 시료의 변형이 발생하며, 50 cm를 초과하면 시료 단위면적당의 조사량의 감소로 인하여 흡착된 모노머가 저밀도폴리에틸렌 상에서 중합이 발생하지 않는다. 한편 자외선등에서 발생하는 열의 영향을 최소화하고 부반응의 억제를 위해 질소기체로 퍼징하여 중합장치의 온도를 상온으로 유지한다. 또한, 자외선의 조사시간은 10 ∼ 60분, 바람직하기로는 20 ∼ 50분로 한다. 만약 자외선 조사시간이 10분 미만이면 중합이 불완전하게 형성되며, 60분을 초과하면 과도한 중합체의 형성으로 기계적인 강도의 저하를 초래한다. 이렇게 제조된 기저막(base membrane)은 다소 미반응 모노머를 함유하고 있으며 이는 막의 기계적인 강도와 형태(morphology)를 결정하는 주요인자로 작용한다. 이 미반응 모노머를 제거하기 위하여 하루동안 상온에서 방치하여 미반응 모노머를 증발시킨다. Thereafter, the monomer and the initiator are left at 0.5 to several hours or more, preferably 4 to 8 hours at room temperature, so that the monomer and the initiator are sufficiently sorbed to the nonporous low density polyethylene to reach an equilibrium state. Nonporous low density polyethylene that is sorbed to equilibrium increases flexibility with swelling. It is placed on a square glass plate that does not block ultraviolet rays and is covered with another glass plate. Then, the two glass plates are sealed with a tape to prevent leakage of the monomer during polymerization. This is placed in an ultraviolet polymerization apparatus to which a 400 W mercury ultraviolet light (wavelength: 150 to 400 nm) is attached. At this time, the distance from the ultraviolet light is maintained at 10 to 50 cm. At this time, if the distance is less than 10 cm, the sample is deformed due to heat generation from ultraviolet light. If the distance is more than 50 cm, the adsorbed monomers do not polymerize on the low density polyethylene due to a decrease in the amount of irradiation per unit area of the sample. Meanwhile, the temperature of the polymerization apparatus is maintained at room temperature by purging with nitrogen gas to minimize the influence of heat generated from ultraviolet light and to suppress side reactions. The irradiation time of ultraviolet rays is 10 to 60 minutes, preferably 20 to 50 minutes. If the UV irradiation time is less than 10 minutes, the polymerization is incompletely formed, and if it exceeds 60 minutes, excessive polymer formation leads to a decrease in mechanical strength. The base membrane thus prepared contains somewhat unreacted monomers, which acts as a major factor in determining the mechanical strength and morphology of the membrane. To remove this unreacted monomer, it is left at room temperature for one day to evaporate the unreacted monomer.
이후, 기저막에 4급 아민화반응을 통하여 음이온교환기를 도입한다. 상기 음이온교환기로는 트리메틸아민(Trimethyl amine), 트리에틸아민(Triethyl amine), 디에틸페닐아민(Diethyl phenyl amine), 디페닐에틸아민(Diphenyl ethyl amine) 등과 같은 3급 아민이 선택된다. 반응 시간은 30 ∼ 120분이며, 반응온도는 40 ∼ 60 ℃, 바람직하게는 50 ℃이다. 이렇게 제조한 막은 부반응물질이 함유되어 있으므로, 0.5M HCl수용액과 0.5M 암모늄 클로라이드에 반복적으로 수차례에 걸쳐 세척한 후, 다시 초순수에 세척하고,0.5N NaCl수용액에 보관한다. Thereafter, an anion exchange group is introduced to the base membrane through a quaternary amination reaction. As the anion exchanger, tertiary amines such as trimethyl amine, triethyl amine, diethyl phenyl amine and diphenyl ethyl amine are selected. The reaction time is 30 to 120 minutes, and the reaction temperature is 40 to 60 ° C, preferably 50 ° C. The membrane thus prepared contains side reactions, which is repeatedly washed several times in 0.5M HCl solution and 0.5M ammonium chloride, and then again in ultrapure water and stored in 0.5N NaCl solution.
일반적인 이온교환막의 특성분석 방법인 이온교환능(ion exchange capacity), 전기적저항(electrical resistance) 등을 측정하였으며 FT-IR을 이용해 막이 성공적으로 제조되었음을 확인하였다. 또한 제조된 막의 이온선택성을 측정하기 위해 음이온(Cl-) 수송수(transport number), 전류-전압곡선(V-I curve), 크로노포텐티오메트리(Chronopotentiometry) 등을 측정하였다. The ion exchange capacity, electrical resistance, etc., which are typical methods for characterizing ion exchange membranes, were measured, and the membranes were successfully manufactured using FT-IR. In addition, anion (Cl − ) transport number, current-voltage curve (VI curve), chronopotentiometry, etc. were measured to measure ion selectivity of the prepared membrane.
상기와 같이 본 발명은 기존의 페이스트법과는 달리 페이스트를 사용하지 않고, 또한 기존의 모노머흡수법과는 달리 중합과정 중 화학적 가교결합의 형성을 통하여 고 투과선택성막의 특성을 나타내는 모노머흡수법과 자외선중합법을 조합한 음이온교환막의 제조방법이다. As described above, the present invention does not use a paste unlike the conventional paste method, and unlike the conventional monomer absorption method, the monomer absorption method and the ultraviolet polymerization method exhibiting the characteristics of the high permeability-selective membrane through the formation of chemical crosslinking during the polymerization process. It is a manufacturing method of the anion exchange membrane which combined these.
본 발명의 제조방법을 통하여 제조된 음이온교환막은 낮은 전기저항(< 1 Ωcm2) 및 높은 이온선택성(Cl- 이온에 대한 수송수 약 0.98 이상)을 나타냄과 동시에 우수한 기계적 물성을 나타냄으로써 기존의 상용 음이온교환막인 AMX 음이온교환막(Tokuyama Co. Ltd., Japan)과 대등하게 우수한 특성을 나타낸다.The anion exchange membrane prepared through the production method of the present invention exhibits low electrical resistance (<1 μm 2 ) and high ion selectivity (about 0.98 or more of transport water for Cl − ions) and exhibits excellent mechanical properties. It exhibits excellent properties on par with AMX anion exchange membrane (Tokuyama Co. Ltd., Japan) which is an anion exchange membrane.
이와 같은 본 발명은 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Such a present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited thereto.
실시예 1 ∼ 3Examples 1-3
다음 표 1에 나타낸 함량으로 비닐벤질 클로라이드, 디비닐벤젠, 팽윤 촉진모노머인 스티렌을 이용하여 중합용 용액을 제조하였다. 여기에 광개시제인 벤조페논(BP)를 상기 모노머 100 중량부에 대하여 6 중량부 첨가하였다. 이렇게 제조된 중합용 용액에 두께 약 60 ㎛의 비다공성 저밀도폴리에틸렌(LDPE)(530G 혹은 630G, 삼성종합화학)을 5시간에 걸쳐 침적시켰다. 이렇게 수착평형에 도달한 LDPE를 자외선을 투과 할 수 있는 유리판에 위치시키고 다시 그 위에 유리판을 덮었다. 그리고 중합과정중의 모노머의 손실을 억제하기 위해 두 유리판사이를 테잎을 이용하여 밀봉하였다. 이후 400W의 자외선 수은등(150 ∼ 400 nm)이 부착되어 있는 자외선 중합장치에 위치시켰다. 이때 자외선등과 유리판의 거리는 25 cm로 하였으며 질소를 퍼징하여 중합장치의 온도를 상온으로 유지시키고, 자외선은 10분에서 50분에 걸쳐 조사하여 각각의 시편을 제조한 후, 기저막으로 하였다.The polymerization solution was prepared using vinylbenzyl chloride, divinylbenzene, and swelling accelerator styrene in the amounts shown in Table 1 below. 6 parts by weight of benzophenone (BP), a photoinitiator, was added to 100 parts by weight of the monomer. A nonporous low density polyethylene (LDPE) (530G or 630G, Samsung General Chemicals) having a thickness of about 60 μm was deposited over the polymerization solution thus prepared over 5 hours. The LDPE that reached the sorption equilibrium was placed on a glass plate capable of transmitting ultraviolet rays, and then the glass plate was covered thereon. In order to suppress the loss of the monomer during the polymerization process, a tape was sealed between the two glass plates. It was then placed in an ultraviolet polymerization apparatus to which a 400W ultraviolet mercury lamp (150-400 nm) was attached. At this time, the distance between the UV lamp and the glass plate was 25 cm, and the temperature of the polymerization apparatus was maintained at room temperature by purging nitrogen, and the ultraviolet ray was irradiated for 10 to 50 minutes to prepare each specimen, and then the base film.
상기 조건에서 중합된 막에 음이온온교환기를 도입하기위해 반응온도는 50℃에서 10 중량%의 트리메틸아민수용액을 이용하여 4급 아민화반응을 60분에 걸쳐 행하였다. 이렇게 제조한막에 부반응물질을 함유하고 있으므로, 0.5M HCl수용액과 0.5M 암모늄 클로라이드에 반복적으로 수차례에 걸쳐 세척한 후, 다시 초순수에 세척하고,0.5N NaCl수용액에 보관하였다. 제조된 막의 특성을 다음과 같은 방법으로 분석하였으며, 분석 결과는 다음 표 1에 나타내었다.In order to introduce an anion exchanger into the polymerized membrane under the above conditions, the reaction temperature was performed at 50 ° C. using a 10% by weight aqueous trimethylamine solution for 60 minutes. Since the membrane prepared as described above contained a side reaction material, it was repeatedly washed several times in 0.5M HCl aqueous solution and 0.5M ammonium chloride, and then washed again in ultrapure water, and stored in 0.5N NaCl aqueous solution. The characteristics of the prepared membrane were analyzed by the following method, and the analysis results are shown in Table 1 below.
막의 특성분석은 참고문헌[J.-H., Choi, H.-J., Lee, and S.-H., Moon, J. Colloid & Interf. Sci., Vol. 238, p188, 2001; J.-H., Choi, S.-H., Kim, and S.-H., Moon, J. Colloid & Interf. Sci., Vol. 241, p120, 2001]을 근거로 실시하였다.Membrane characterization is described in J.-H., Choi, H.-J., Lee, and S.-H., Moon, J. Colloid & Interf. Sci., Vol. 238, p188, 2001; J.-H., Choi, S.-H., Kim, and S.-H., Moon, J. Colloid & Interf. Sci., Vol. 241, p120, 2001].
[막의 특성분석 방법][Measurement Method of Membrane]
(1) 이온교환능 : 1M HCl 수용액에 24 시간이상 함침시키고 막표면을 세척한 후 1M NaCl 수용액에 재함침하여 산염기 적정에 의해 막내부에 이온교환 되어진 수소이온의 양으로 결정하였다(meq./ g dry membrane).(1) Ion-exchange capacity: 1M HCl aqueous solution was impregnated for 24 hours or more, the membrane surface was washed, and then re-impregnated in 1M NaCl aqueous solution to determine the amount of hydrogen ions ion-exchanged inside the membrane by acidic titration (meq. g dry membrane).
(2) 전기적 저항 : 0.5M NaCl 수용액에서 LCZ 미터를 이용하여 측정되어진 임피던스값과 위상각을 이용하여 계산하였다.(2) Electrical resistance: Calculated by using impedance value and phase angle measured by LCZ meter in 0.5M NaCl aqueous solution.
(3) 수송수, V-I curve, chronopotentiometry: 양 전해액조를 갖는 구조의 셀(막 유효면적: 0.785 ㎠)을 이용하여 측정하였다. 수송수는 양 전해액조에 다른 농도의 NaCl 수용액(0.001M/0.005M NaCl)을 넣고 막의 양단에 고정된 Ag/AgCl 전극의 전압차를 측정하여 계산하였으며, V-I curve는 동일한 셀을 이용하여 전류밀도를 증가시키며 막 양단의 전압차를 측정하였으며 전해액으로 0.025M NaCl 수용액을 사용하였다.(3) Transport water, V-I curve, chronopotentiometry: It measured using the cell (film effective area: 0.785 cm <2>) of the structure which has both electrolyte tanks. The transport water was calculated by adding different concentrations of aqueous NaCl solution (0.001M / 0.005M NaCl) to both electrolyte baths and measuring the voltage difference between the Ag / AgCl electrodes fixed at both ends of the membrane.The VI curve was calculated using the same cell. The voltage difference across the membrane was measured while increasing, and 0.025M NaCl aqueous solution was used as the electrolyte.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 음이온교환막은 상용막 음이온교환막인 AMX(Tokuyama co., Japan)와 전기화학적 특성의 비교하여 볼 때, 전기화학적인 특성이 상업용막에 상당함을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, the anion exchange membrane according to the present invention is compared with the electrochemical characteristics of AMX (Tokuyama co., Japan) which is a commercial membrane anion exchange membrane, it is confirmed that the electrochemical characteristics are equivalent to commercial membranes Could.
또한, 도 2는 실시예 1 ∼ 3에 따르는 저밀도폴리에틸렌 상에서의 중합분율을 통한 중합거동을 보여 준다. 여기에서 중합분율은 지지체인 저밀도폴리에틸렌 1 중량부에 대하여 중합된 비닐벤질 클로라이드의 중량부로 평가되어지며 아래 의 식에 의하여 정의되어 진다.In addition, Figure 2 shows the polymerization behavior through the polymerization fraction on the low density polyethylene according to Examples 1 to 3. Herein, the polymerization fraction is evaluated by the weight part of vinylbenzyl chloride polymerized to 1 weight part of low density polyethylene as a support, and is defined by the following formula.
WG = [ Wm/ Wpe ]WG = [Wm / Wpe]
여기에서 WG : 중합분율, Wm : 중합된 모노머의 무게(중합후의 무게 - 중합전의 무게), Wpe: 저밀도폴리에틸렌의 무게(중합전의 무게)Where WG: polymerization fraction, Wm: weight of polymerized monomer (weight after polymerization-weight before polymerization), Wpe: weight of low density polyethylene (weight before polymerization)
그래프는 자외선 조사시간에 따라 중합분율이 증가되고 있으며, 이는 조사시간의 증가는 중합량을 증가시킬 수 있음을 보여주고 있다.The graph shows that the polymerization fraction increases with UV irradiation time, which shows that increasing the irradiation time can increase the amount of polymerization.
도 3은 실시예 1 ∼ 3에 따르는 스티렌의 함량을 함수로 한 이온교환용량과 막저항과의 관계를 보여준다. 스티렌 함량의 증가는 이온교환용량의 감소를 초래하기는 하나, 막저항을 감소 시켜줌으로써, 이온교환막으로서 유리함을 보여주고 있다. Figure 3 shows the relationship between the ion exchange capacity and the membrane resistance as a function of the styrene content according to Examples 1 to 3. Increasing the styrene content leads to a decrease in the ion exchange capacity, but it shows an advantage as an ion exchange membrane by reducing the membrane resistance.
도 4는 실시예 1 ∼ 3에 따르는 이온교환막의 전형적인 I-V특성을 보여준다. 스티렌 함량의 증가는 저항의 감소와 한계전류밀도의 상승을 유도하고 있다. 4 shows typical I-V characteristics of the ion exchange membranes according to Examples 1-3. An increase in styrene content leads to a decrease in resistance and an increase in the limit current density.
도 5는 실시예 1 ∼ 3에 따르는 이온교환막의 전형적인 크로노포텐트리특성을 보여준다. 스티렌 함량의 증가는 전이시간의 증가를 보여주고, 이는 막표면의 표면균일도의 향상을 의미한다. 즉 팽윤촉진 모노머의 첨가는 막의 균일성을 향상시킬 수 있음을 보여준다. 5 shows typical chronopotentry properties of the ion exchange membranes according to Examples 1-3. Increasing the styrene content shows an increase in the transition time, which means an improvement in the surface uniformity of the film surface. In other words, the addition of the swelling-promoting monomer can be shown to improve the uniformity of the film.
상술한 바와 같이, 본 발명은 페이스트를 이용하지 않고 비다공성 저밀도폴리에틸렌 필름이 모노머 용액에 팽윤되는 성질을 이용함과 더불어 자외선가교형의 지지체를 이용한 자외선중합을 행함으로써 자연적인 화학가교형성을 통해 고 투과선택성을 나타내는 막 제조방법을 개발함으로써, 모노머흡수법에 비해 제조공정이 간단하여 제조단가를 절감할 수 있고, 상용막에 비하여 전기화학적 특성 및 기계적 성능이 우수한 장점을 가진다.As described above, the present invention utilizes the property that the non-porous low-density polyethylene film is swollen in the monomer solution without using a paste, and also performs ultraviolet polymerization using an ultraviolet crosslinked support to achieve high permeation through natural chemical crosslinking. By developing a membrane manufacturing method showing selectivity, the manufacturing process is simpler than the monomer absorption method, thereby reducing the manufacturing cost, and has the advantages of excellent electrochemical properties and mechanical performance compared to commercial membranes.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020030032614A KR100542295B1 (en) | 2003-05-22 | 2003-05-22 | Preparation method of polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020030032614A KR100542295B1 (en) | 2003-05-22 | 2003-05-22 | Preparation method of polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20040100316A KR20040100316A (en) | 2004-12-02 |
KR100542295B1 true KR100542295B1 (en) | 2006-01-11 |
Family
ID=37377723
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020030032614A Expired - Fee Related KR100542295B1 (en) | 2003-05-22 | 2003-05-22 | Preparation method of polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100542295B1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101102472B1 (en) * | 2009-05-14 | 2012-01-05 | 한국화학연구원 | Anion exchange composite membrane comprising a fabric as a support and a method of manufacturing the same |
KR101285086B1 (en) | 2012-02-24 | 2013-07-17 | 충남대학교산학협력단 | Anion exchange membrane for excellent selectivity for removal nitrate nitrogen and method for preparing the same |
KR101358808B1 (en) * | 2012-05-22 | 2014-02-07 | 한국원자력연구원 | Fabrication method for the anion-exchange membranes by radiation graft cross-linking of vinylbenzyl chloride / divinylbenzene mixture and subsequent quaternarization with tertiary amines |
KR20160060890A (en) | 2014-11-20 | 2016-05-31 | 한국화학연구원 | Vinylbenzene-styrene based anion exchange composite membranes with nitrile rubber and method for preparing the same |
KR20160060889A (en) | 2014-11-20 | 2016-05-31 | 한국화학연구원 | Styrene-tert-butyl styrene based cation exchange composite membranes with nitrile rubber and method for preparing the same |
KR20180025394A (en) | 2016-08-30 | 2018-03-09 | 한국화학연구원 | Vinylbenzene-styrene based anion exchange composite membranes with plasticizers and method for preparing the same |
US10543463B2 (en) | 2017-05-10 | 2020-01-28 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | Homogeneous cation-exchange composite membrane having excellent chemical resistance and method for producing the same |
US10561991B2 (en) | 2017-05-10 | 2020-02-18 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | Homogeneous anion-exchange composite membrane having excellent chemical resistance and method for producing the same |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101351280B1 (en) * | 2011-09-02 | 2014-01-22 | 충남대학교산학협력단 | Anion exchange membrane for redox flow battery and method for preparing the same |
CN105617893B (en) * | 2016-01-11 | 2019-02-22 | 杭州埃尔环保科技有限公司 | A kind of preparation method of amberplex |
KR101893461B1 (en) | 2016-11-21 | 2018-08-31 | 한국화학연구원 | solution for anion exchange membrane, its cross-linking reaction through coating and anion exchange membrane production method using the same |
CN114426680B (en) * | 2021-12-07 | 2024-03-22 | 北京东方雨虹防水技术股份有限公司 | Thermal response polyionic liquid hydrogel for desalting brine |
-
2003
- 2003-05-22 KR KR1020030032614A patent/KR100542295B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101102472B1 (en) * | 2009-05-14 | 2012-01-05 | 한국화학연구원 | Anion exchange composite membrane comprising a fabric as a support and a method of manufacturing the same |
KR101285086B1 (en) | 2012-02-24 | 2013-07-17 | 충남대학교산학협력단 | Anion exchange membrane for excellent selectivity for removal nitrate nitrogen and method for preparing the same |
KR101358808B1 (en) * | 2012-05-22 | 2014-02-07 | 한국원자력연구원 | Fabrication method for the anion-exchange membranes by radiation graft cross-linking of vinylbenzyl chloride / divinylbenzene mixture and subsequent quaternarization with tertiary amines |
KR20160060890A (en) | 2014-11-20 | 2016-05-31 | 한국화학연구원 | Vinylbenzene-styrene based anion exchange composite membranes with nitrile rubber and method for preparing the same |
KR20160060889A (en) | 2014-11-20 | 2016-05-31 | 한국화학연구원 | Styrene-tert-butyl styrene based cation exchange composite membranes with nitrile rubber and method for preparing the same |
KR20180025394A (en) | 2016-08-30 | 2018-03-09 | 한국화학연구원 | Vinylbenzene-styrene based anion exchange composite membranes with plasticizers and method for preparing the same |
KR101852061B1 (en) * | 2016-08-30 | 2018-06-12 | 한국화학연구원 | Vinylbenzene-styrene based anion exchange composite membranes with plasticizers and method for preparing the same |
US10543463B2 (en) | 2017-05-10 | 2020-01-28 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | Homogeneous cation-exchange composite membrane having excellent chemical resistance and method for producing the same |
US10561991B2 (en) | 2017-05-10 | 2020-02-18 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | Homogeneous anion-exchange composite membrane having excellent chemical resistance and method for producing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20040100316A (en) | 2004-12-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Golubenko et al. | Permselectivity and ion-conductivity of grafted cation-exchange membranes based on UV-oxidized polymethylpenten and sulfonated polystyrene | |
KR100999048B1 (en) | Method for preparing anion exchange composite membrane containing styrene-vinylbenzyl copolymer | |
CA1094982A (en) | Single film, high performance bipolar membrane | |
JP5948243B2 (en) | Ion exchange membrane | |
JP6293822B2 (en) | Anion exchange membrane and production method | |
US4216073A (en) | Ion exchange resin containing activated carbon | |
KR100542295B1 (en) | Preparation method of polyethylene / polyvinylbenzyl chloride anion exchange membrane | |
KR102170555B1 (en) | Anion-exchange membranes and preparation method thereof | |
KR101188267B1 (en) | Anion exchange composite membrane with olefin-based additives and method for preparing the same | |
JP6030692B2 (en) | Preparation of ionic membrane | |
KR101726658B1 (en) | Vinylbenzene-styrene based anion exchange composite membranes with nitrile rubber and method for preparing the same | |
US3240723A (en) | Battery separators containing sulfonamide groups | |
KR101394417B1 (en) | Fabrication method for the fuel cell membranes by using the carbon-based membranes prepared by radiation grafting of vinyl benzyl chloride based monomers | |
KR101815661B1 (en) | Pore-filled anion exchange composite membranes having excellent anti-fouling potential for negatively charged pollutants and method of preparing thereof | |
KR101102472B1 (en) | Anion exchange composite membrane comprising a fabric as a support and a method of manufacturing the same | |
KR100473351B1 (en) | Preparation method of Polyethylene/Polystyrene cation-exchange membrane | |
KR101800857B1 (en) | Vinylbenzyl-based and styrene-based anion exchange composite membrane having polyvinylidene fluoride and method of preparing thereof | |
Choi et al. | Preparation and characterization of LDPE/polyvinylbenzyl trimethyl ammonium salts anion-exchange membrane | |
KR101681637B1 (en) | Styrene-tert-butyl styrene based cation exchange composite membranes with nitrile rubber and method for preparing the same | |
US3749655A (en) | Ion exchange membranes having a macroporous surface area | |
KR20160127201A (en) | Anion-exchange membranes containing imidazolium polymer layer and the method of making it | |
KR102761467B1 (en) | Pore-filled electrolyte precursor composition with improved hydroxide ion conductivity and anion exchange composite membrane comprising the same | |
KR101568861B1 (en) | Manufacturing Method of Anion-Exchange Membrane | |
KR101190732B1 (en) | Cation exchange composite membranes with olefin-based additives and method for preparing the same | |
KR100447949B1 (en) | Preparation of PVC/Polystyren base cation-exchange membrane |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
PA0109 | Patent application |
St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109 |
|
PA0201 | Request for examination |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201 |
|
R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000 |
|
R17-X000 | Change to representative recorded |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R17-oth-X000 |
|
PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301 |
|
PG1501 | Laying open of application |
St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501 |
|
D13-X000 | Search requested |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000 |
|
D14-X000 | Search report completed |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000 |
|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902 |
|
P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701 |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002 Fee payment year number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration |
St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 4 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 6 |
|
PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20111219 Year of fee payment: 7 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121211 Year of fee payment: 8 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 8 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
PC1903 | Unpaid annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U13-oth-PC1903 Not in force date: 20140104 Payment event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE |
|
PC1903 | Unpaid annual fee |
St.27 status event code: N-4-6-H10-H13-oth-PC1903 Ip right cessation event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE Not in force date: 20140104 |
|
P22-X000 | Classification modified |
St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000 |
|
R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |
|
R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |