[go: up one dir, main page]

KR102402635B1 - Non-woven Fabric Support for Ion Exchange Membrane and Method for Manufacturing The Same - Google Patents

Non-woven Fabric Support for Ion Exchange Membrane and Method for Manufacturing The Same Download PDF

Info

Publication number
KR102402635B1
KR102402635B1 KR1020160082244A KR20160082244A KR102402635B1 KR 102402635 B1 KR102402635 B1 KR 102402635B1 KR 1020160082244 A KR1020160082244 A KR 1020160082244A KR 20160082244 A KR20160082244 A KR 20160082244A KR 102402635 B1 KR102402635 B1 KR 102402635B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ion exchange
exchange membrane
woven fabric
polyphenylene sulfide
fabric support
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.)
Active
Application number
KR1020160082244A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102402635B9 (en
KR20180003006A (en
Inventor
이민호
김진일
서혁진
Original Assignee
코오롱인더스트리 주식회사
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코오롱인더스트리 주식회사 filed Critical 코오롱인더스트리 주식회사
Priority to KR1020160082244A priority Critical patent/KR102402635B1/en
Publication of KR20180003006A publication Critical patent/KR20180003006A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102402635B1 publication Critical patent/KR102402635B1/en
Publication of KR102402635B9 publication Critical patent/KR102402635B9/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/08Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating
    • D04H3/14Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating with bonds between thermoplastic yarns or filaments produced by welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10Supported membranes; Membrane supports
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/78Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling
    • B29C48/86Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling at the nozzle zone
    • B29C48/865Heating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G75/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing sulfur with or without nitrogen, oxygen, or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G75/02Polythioethers
    • C08G75/0204Polyarylenethioethers
    • C08G75/0209Polyarylenethioethers derived from monomers containing one aromatic ring
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/58Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
    • D01F6/76Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from other polycondensation products
    • D01F6/765Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from other polycondensation products from polyarylene sulfides
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/005Synthetic yarns or filaments
    • D04H3/009Condensation or reaction polymers
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/08Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating
    • D04H3/16Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating with bonds between thermoplastic filaments produced in association with filament formation, e.g. immediately following extrusion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS) 수지를 주성분으로 포함하며 우수한 인장강도를 갖는 초박형 이온교환막용 부직포 지지체 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 초박형 이온교환막용 부직포 지지체는, 0.1 내지 7 ㎛의 평균직경을 가지며 폴리페닐렌 설파이드를 포함하는 다수의 섬유들을 포함하고, 20 내지 30 ㎛의 두께, 5 내지 10 ㎛의 평균 공경, 50 내지 90%의 공극률, 20 내지 50 cm3/cm2/S의 공기투과도, 및 5 내지 50 MPa의 인장강도를 갖는다.Disclosed are a non-woven fabric support for an ultra-thin ion exchange membrane comprising a polyphenylene sulfide (PPS) resin as a main component and having excellent tensile strength, and a method for manufacturing the same. The nonwoven fabric support for an ultra-thin ion exchange membrane of the present invention has an average diameter of 0.1 to 7 μm and includes a plurality of fibers including polyphenylene sulfide, a thickness of 20 to 30 μm, an average pore diameter of 5 to 10 μm, 50 It has a porosity of from to 90%, an air permeability of from 20 to 50 cm 3 /cm 2 /S, and a tensile strength of from 5 to 50 MPa.

Description

이온교환막용 부직포 지지체 및 그 제조방법{Non-woven Fabric Support for Ion Exchange Membrane and Method for Manufacturing The Same}Non-woven Fabric Support for Ion Exchange Membrane and Method for Manufacturing The Same

본 발명은 이온교환막용 부직포 지지체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS) 수지를 주성분으로 포함하며 우수한 인장강도를 갖는 초박형 이온교환막용 부직포 지지체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nonwoven fabric support for an ion exchange membrane and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an ultra-thin nonwoven fabric support for an ion exchange membrane comprising a polyphenylene sulfide (PPS) resin as a main component and having excellent tensile strength, and its manufacturing method It relates to a manufacturing method.

재충전 가능한 전지(rechargeable battery)는 단순하고 효율적인 전기 저장 방법을 제공하므로 이를 소형화하여 이동성을 높여 간헐적 보조 전원이나 랩탑, 태블릿 PC, 휴대전화 등의 소형가전의 전원으로 활용하고자 하는 노력이 지속되고 있다. Rechargeable batteries provide a simple and efficient method of storing electricity, so efforts are being made to miniaturize them and increase their mobility to use them as an intermittent auxiliary power source or as a power source for small household appliances such as laptops, tablet PCs, and mobile phones.

그 중 레독스 플로우 전지(RFB; Redox Flow Battery)는 전해질의 전기 화학적인 가역 반응에 의한 충전과 방전을 반복하여 에너지를 장기간 저장하여 사용할 수 있는 2차 전지이다. 전지의 용량과 출력 특성을 각각 좌우하는 스택과 전해질 탱크가 서로 독립적으로 구성되어 있어 전지 설계가 자유로우며 설치 공간제약도 적다. Among them, a redox flow battery (RFB) is a secondary battery that can store and use energy for a long period of time by repeating charging and discharging by an electrochemical reversible reaction of an electrolyte. The stack and the electrolyte tank, which determine the capacity and output characteristics of the battery, are configured independently of each other, so the battery design is free and the installation space is small.

상기 레독스 플로우 전지는 일반적으로 두 개의 분리된 전해질로 구성된다. 하나는 음성 전극 반응에서 전기 활성 물질을 저장하며 다른 하나는 양성전극 반응에 사용된다. 실제 레독스 플로우 전지에서 전해질 반응은 양극과 음극에서 서로 상이하며 전해질액 흐름 현상이 존재하므로 양극 쪽과 음극 쪽에서 압력차가 발생한다. 상기 양 전극에서의 압력차를 극복하고 충전과 방전을 반복하여도 우수한 전지 성능을 나타내기 위해서는 물리적, 화학적 내구성이 향상된 이온교환막을 필요로 하며, 상기 레독스 플로우 전지에서 상기 이온교환막은 시스템 중 약 10% 수준에 이르는 가격을 차지하고 있는 핵심 소재이다. The redox flow battery is generally composed of two separate electrolytes. One stores the electroactive material in the negative electrode reaction and the other is used in the positive electrode reaction. In an actual redox flow battery, the electrolyte reaction is different between the positive electrode and the negative electrode, and since the electrolyte flow phenomenon exists, a pressure difference occurs between the positive electrode and the negative electrode. An ion exchange membrane with improved physical and chemical durability is required to overcome the pressure difference at both electrodes and to exhibit excellent battery performance even after repeated charging and discharging, and in the redox flow battery, the ion exchange membrane is about It is a core material that accounts for 10% of the price.

이처럼, 상기 레독스 플로우 전지에서 상기 이온교환막은 전지 수명과 가격을 결정하는 핵심 부품으로 상기 레독스 플로우 전지의 상용화를 위해서는 상기 이온교환막의 이온의 선택 투과성이 높아서 바나듐 이온의 크로스오버(crossover)가 낮아야 하고, 전기적 저항이 작아서 이온 전도도가 높아야 하고, 기계적 및 화학적으로 안정하여 내구성이 높으면서도 가격이 저렴해야 한다. As such, in the redox flow battery, the ion exchange membrane is a key component that determines the battery life and price. For the commercialization of the redox flow battery, the selective permeability of the ion exchange membrane is high, so that the crossover of vanadium ions is It should be low, electrical resistance should be small, ionic conductivity should be high, and mechanical and chemical stability should be high durability and low price.

현재 이온교환막으로 상용화된 고분자 전해질 막은 수십 년 동안 사용되었을 뿐 아니라 꾸준히 연구되고 있는 분야로서, 최근에도 직접메탄올 연료전지(DMFC; direct methanol fuel cell)나 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC;polymer electrolyte membrane fuel cell, proton exchange membrane fuel cell), 레독스 플로우 전지, 수처리 장치(Water purification) 등에 사용되는 이온을 전달하는 매개체로서 이온교환막에 대한 수많은 연구가 활발히 진행되고 있다. Polymer electrolyte membranes, which are currently commercialized as ion exchange membranes, have been used for several decades and are being continuously studied. Recently, direct methanol fuel cell (DMFC) or polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) Cell, proton exchange membrane fuel cell), a redox flow battery, a number of studies on the ion exchange membrane as a medium for transferring ions used in water purification, etc. are being actively conducted.

이온교환막으로 널리 사용되는 물질로서는 미국 듀퐁사의 과불화 술폰산기 함유 고분자인 나피온(Nafion)™ 계열의 물질이 있다. 이 물질로 제조된 막은 포화 수분 함량일 때, 상온에서 0.08 S/㎝의 이온 전도성과 우수한 기계적 강도 및 내화학성을 가지며, 자동차용 연료전지에 이용될 만큼 전해질막으로서 안정적인 성능을 가지고 있다. As a material widely used as an ion exchange membrane, there is a material of the Nafion™ series, which is a polymer containing a perfluorinated sulfonic acid group from DuPont, USA. The membrane made of this material has an ionic conductivity of 0.08 S/cm at room temperature, excellent mechanical strength and chemical resistance at a saturated moisture content, and has stable performance as an electrolyte membrane enough to be used in fuel cells for automobiles.

또한, 이와 유사한 형태의 상용막으로는 아사히 케미칼스(Asahi Chemicals)사의 아시플렉스-에스(Aciplex-S)막, 다우케미칼스(Dow Chemicals)사의 다우(Dow)막, 아사히 글래스(Asahi Glass)사의 플레미온(Flemion)막, 고어 & 어쏘시에이트(Gore & Associate)사의 고어셀렉트(GoreSelcet)막 등이 있으며, 캐나다의 발라드 파워 시스템(Ballard Power System)사에서 알파 또는 베타 형태로 과불소화된 고분자가 개발 연구 중에 있다.In addition, commercially available membranes of a similar type include Aciplex-S membranes manufactured by Asahi Chemicals, Dow membranes manufactured by Dow Chemicals, and Asahi Glass Ltd. There are Flemion membrane, Gore & Associate's GoreSelect membrane, etc., and a polymer perfluorinated in alpha or beta form by Ballard Power System of Canada. It is under development research.

그러나, 상기 막들은 가격이 고가이며 합성 방법이 까다로워 대량생산의 어려움이 있을 뿐만 아니라, 레독스 플로우 전지와 같은 전기에너지 저장 시스템에서 크로스오버 현상, 높은 온도나 낮은 온도에서 낮은 이온 전도도를 갖는 등의 이온교환막으로서 효율성이 크게 떨어지는 단점을 가지고 있다.However, the membranes are expensive and have difficulty in mass production due to a complicated synthesis method, crossover phenomenon in electrical energy storage systems such as redox flow batteries, and have low ionic conductivity at high or low temperatures. As an ion exchange membrane, it has a disadvantage that the efficiency is greatly reduced.

한편, 이온교환막의 기계적 강도 및 치수안정성을 증대시키기 위해서 폴리이미드를 전기 방사하여 다공성 지지체를 이용하는 것이 제안된 바 있다. 그러나, 전기 방사로 제조된 폴리이미드 다공성 지지체는 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태이기 때문에 이온전도체가 함침될 수 있어 이온교환막용 지지체로 이용이 가능하나 생산성이 낮고 기계적 강도가 약하다는 문제점이 있다.On the other hand, in order to increase the mechanical strength and dimensional stability of the ion exchange membrane, it has been proposed to use a porous support by electrospinning polyimide. However, since the polyimide porous support prepared by electrospinning is in the form of a nonwoven fabric including a large number of pores, it can be impregnated with an ion conductor, so it can be used as a support for an ion exchange membrane, but there are problems in that productivity is low and mechanical strength is weak.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0128814호는 내열성, 내약품성, 난연성 및 절연성이 우수하고 매우 가혹한 환경에서도 사용될 수 있는 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 수지를 원료로 이용하여 스펀본드 공법에 의해 장섬유 부직포를 제조하는 방법을 소개하였다. 그러나, 이렇게 제조된 부직포는 인장강도가 약하고, 단위면적당 중량이 200g/m2이상으로 고중량이며, 부직포의 두께가 300㎛ 이상으로 높기 때문에 이온교환막의 지지체로 적용이 불가능하다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0128814 discloses a long fiber by spunbond method using polyphenylene sulfide (PPS) resin as a raw material that has excellent heat resistance, chemical resistance, flame retardancy and insulation, and can be used in very harsh environments. A method for manufacturing a nonwoven fabric was introduced. However, the nonwoven fabric prepared in this way has weak tensile strength, has a high weight of 200 g/m 2 or more in weight per unit area, and has a high thickness of 300 μm or more, so it cannot be applied as a support for an ion exchange membrane.

따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 이온교환막용 부직포 지지체 및 그 제조방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention relates to a nonwoven fabric support for an ion exchange membrane that can prevent problems due to the limitations and disadvantages of the related art, and a method for manufacturing the same.

본 발명의 일 관점은, PPS 수지를 주성분으로 포함하며 우수한 인장강도를 갖는 초박형 이온교환막용 부직포 지지체를 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a non-woven fabric support for an ultra-thin ion exchange membrane comprising a PPS resin as a main component and having excellent tensile strength.

본 발명의 다른 관점은, PPS 수지를 주성분으로 포함하며 우수한 인장강도를 갖는 초박형 이온교환막용 부직포 지지체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a method for manufacturing a non-woven fabric support for an ultra-thin ion exchange membrane comprising a PPS resin as a main component and having excellent tensile strength.

위에서 언급된 본 발명의 관점 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.In addition to the above-mentioned aspects of the present invention, other features and advantages of the present invention will be described below or will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from such description.

위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 0.1 내지 7 ㎛의 평균직경을 가지며 폴리페닐렌 설파이드를 포함하는 다수의 섬유들을 포함하고, 20 내지 30 ㎛의 두께, 5 내지 10 ㎛의 평균 공경, 50 내지 90%의 공극률, 20 내지 50 cm3/cm2/S의 공기투과도, 및 5 내지 50 MPa의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 이온교환막용 부직포 지지체가 제공된다.According to one aspect of the present invention as described above, it has an average diameter of 0.1 to 7 μm and includes a plurality of fibers including polyphenylene sulfide, a thickness of 20 to 30 μm, an average pore diameter of 5 to 10 μm, 50 to A porosity of 90%, an air permeability of 20 to 50 cm 3 /cm 2 /S, and a tensile strength of 5 to 50 MPa, the nonwoven support for an ion exchange membrane is provided.

상기 섬유들의 평균직경이 0.5 내지 5 ㎛인 것이 바람직할 수 있고, 1 내지 3 ㎛인 것이 더욱 바람직할 수 있다.The average diameter of the fibers may be preferably 0.5 to 5 μm, more preferably 1 to 3 μm.

상기 폴리페닐렌 설파이드는 반복단위로서 p-페닐렌 설파이드 및 m-페닐렌 설파이드를 포함하되, 상기 p-페닐렌 설파이드를 95 몰% 이상 포함할 수 있다.The polyphenylene sulfide may include p-phenylene sulfide and m-phenylene sulfide as repeating units, and may include 95 mol% or more of the p-phenylene sulfide.

상기 이온교환막용 부직포 지지체는 22 내지 28 ㎛의 두께를 갖는 것이 바람직할 수 있다.The nonwoven support for the ion exchange membrane may preferably have a thickness of 22 to 28 μm.

본 발명의 다른 관점에 따라, 폴리페닐렌 설파이드 수지를 용융시키는 단계; 상기 용융된 폴리페닐렌 설파이드 수지를 압출하는 단계; 상기 압출되는 폴리페닐렌 설파이드 수지에 공기를 0.5 내지 1.5 kgf/cm2의 압력으로 분사함으로써 상기 폴리페닐레 설파이드 수지를 구금 홀을 통해 0.08 내지 0.2 g/min/hole의 단공토출량으로 토출시키는 단계; 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지가 토출되면서 형성되는 섬유를 수집하여 웹을 형성하는 단계; 및 40 내지 150 ℃로 가열된 롤을 이용하여 10 내지 50 kgf/cm2의 압력으로 상기 웹을 열압착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이온교환막용 부직포 지지체의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, the method comprising: melting a polyphenylene sulfide resin; extruding the molten polyphenylene sulfide resin; discharging the polyphenylene sulfide resin at a single hole discharge rate of 0.08 to 0.2 g/min/hole through the nozzle hole by spraying air to the extruded polyphenylene sulfide resin at a pressure of 0.5 to 1.5 kgf/cm 2 ; forming a web by collecting fibers formed while the polyphenylene sulfide resin is discharged; and thermocompression bonding the web at a pressure of 10 to 50 kgf/cm 2 using a roll heated to 40 to 150° C. A method for producing a nonwoven support for an ion exchange membrane is provided.

상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는 280 내지 290 ℃의 융점을 가질 수 있다.The polyphenylene sulfide resin may have a melting point of 280 to 290 °C.

ASTM D1238에 따라 300℃에서 측정된 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지의 용융지수(MI)가 100 내지 2000 g/10min일 수 있다.The melt index (MI) of the polyphenylene sulfide resin measured at 300° C. according to ASTM D1238 may be 100 to 2000 g/10 min.

상기 구금 홀을 통해 토출될 때까지 상기 용융된 폴리페닐렌 설파이드 수지가 290 내지 320 ℃로 유지될 수 있다.The molten polyphenylene sulfide resin may be maintained at 290 to 320° C. until it is discharged through the nozzle hole.

상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는 상기 구금 홀을 통해 4,000 내지 21,000 m/min의 방사속도로 토출될 수 있다.The polyphenylene sulfide resin may be discharged through the nozzle hole at a spinning speed of 4,000 to 21,000 m/min.

상기 열압착 단계에서 상기 웹에 가해지는 Nip 압력은 22 내지 145 kgf/cm일 수 있다.Nip pressure applied to the web in the thermocompression bonding step may be 22 to 145 kgf / cm.

위와 같은 본 발명에 대한 일반적 서술은 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.The above general description of the present invention is only for illustrating or explaining the present invention, and does not limit the scope of the present invention.

본 발명의 이온교환막 부직포 지지체는 내약품 특성이 우수한 PPS를 주성분으로 하며, 용융방사법에 따라 제조됨으로써 전기방사법에 비해 생산성과 기계적 강도가 우수한 장점이 있고, 스펀본드법에 비해 균제성과 다공성이 우수하고 더 얇은 두께를 갖는 부직포를 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다.The ion exchange membrane nonwoven support of the present invention has PPS as a main component, which has excellent chemical resistance, and is manufactured according to the melt spinning method, thereby having superior productivity and mechanical strength compared to the electrospinning method, and has excellent uniformity and porosity compared to the spunbonding method. There is an advantage in that a nonwoven fabric having a thinner thickness can be easily manufactured.

첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온교환막용 부직포 지지체 제조장치를 개략적으로 보여주고,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 이온교환막용 부직포 지지체의 평면 및 단면을 각각 보여주는 SEM 사진이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are intended to aid the understanding of the present invention and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention, and together with the description, explain the principles of the invention.
1 schematically shows an apparatus for manufacturing a nonwoven fabric support for an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention,
2a and 2b are SEM photographs each showing the plane and cross-section of the nonwoven fabric support for an ion exchange membrane prepared according to Example 1 of the present invention.

이하에서는 첨부된 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이온교환막용 부직포 지지체의 제조방법을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a nonwoven fabric support for an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온교환막용 부직포 지지체 제조장치(100)를 예시한다.1 illustrates an apparatus 100 for manufacturing a nonwoven fabric support for an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention.

먼저, 폴리프로필렌 설파이드(PPS) 수지가 투입부(111)를 통해 압출기(extruder)(110)로 투입된 후 그 안에서 용융된다. 용융된 PPS 수지는 상기 압출기(100) 내의 스크루(112)에 의해 구금(120) 측으로 압출된다.First, a polypropylene sulfide (PPS) resin is introduced into the extruder 110 through the input unit 111 and then melted therein. The molten PPS resin is extruded toward the nozzle 120 by the screw 112 in the extruder 100 .

상기 PPS 수지에 주성분으로서 포함되는 PPS는 반복단위로서 p-페닐렌 설파이드 및 m-페닐렌 설파이드를 포함하되, 상기 p-페닐렌 설파이드를 95 몰% 이상 포함할 수 있다. m-페닐렌 설파이드가 많을 경우 PPS 수지의 용융 온도가 내려가서 경제성과 작업성이 용이해지는 장점이 있기는 하지만, p-페닐렌 설파이드 단위가 95 몰% 이상이 함유되어 있는 것이 내열특성 관점에서 바람직하다.The PPS included as a main component in the PPS resin may include p-phenylene sulfide and m-phenylene sulfide as repeating units, and may contain 95 mol% or more of the p-phenylene sulfide. When there is a lot of m-phenylene sulfide, the melting temperature of the PPS resin is lowered, which makes economical efficiency and workability easier. do.

상기 PPS 수지는 280 내지 290 ℃의 융점을 가질 수 있으며, ASTM D1238에 따라 300℃에서 측정된 상기 PPS 수지의 용융지수(MI)는 100 내지 2000 g/10min, 더욱 바람직하게는 600 내지 1400 g/10min 일 수 있다. The PPS resin may have a melting point of 280 to 290 °C, and the melt index (MI) of the PPS resin measured at 300 °C according to ASTM D1238 is 100 to 2000 g/10min, more preferably 600 to 1400 g/ It can be 10min.

상기 PPS 수지의 용융지수(MI)가 2,000 g/10min을 초과하면 용융된 PPS 수지의 흐름성이 좋아져서 방사에는 용이하지만 과도하게 연신된 섬유들이 절단되어 비사(fly) 현상이 발생될 수 있어서 미세먼지를 양산하는 부작용을 초래할 위험이 크다. When the melt index (MI) of the PPS resin exceeds 2,000 g/10min, the flowability of the molten PPS resin is improved, making it easy to spin, but excessively stretched fibers may be cut and a fly phenomenon may occur. There is a high risk of causing the side effect of producing dust.

반면, 상기 PPS 수지의 용융지수(MI)가 100 g/10min 미만이며, 압출기(110) 및 구금(120)을 포함하는 방사설비의 내부 압력이 과도하게 상승함으로써 구금 홀(121)의 손상을 유발하게 되며, 궁극적으로 극세 섬유 제조가 어려울 수 있다. On the other hand, the melt index (MI) of the PPS resin is less than 100 g/10min, and the internal pressure of the spinning facility including the extruder 110 and the nozzle 120 increases excessively, thereby causing damage to the detention hole 121 and ultimately, it may be difficult to manufacture microfibers.

이어서, 공기 매니폴드(130)로부터 제공되는 공기를 상기 압출되는 PPS 수지에 분사함으로써 상기 PPS 수지를 구금 홀(121)을 통해 토출시킨다.Then, the PPS resin is discharged through the nozzle hole 121 by spraying the air provided from the air manifold 130 to the extruded PPS resin.

본 발명에 의하면, 0.1 내지 7 ㎛의 작은 평균직경을 갖는 단섬유들로 이루어진 초박형 부직포를 제조하기 위하여, 상기 PPS 수지에 공기를 0.5 내지 1.5 kgf/cm2의 압력으로 분사함으로써 상기 PPS 수지가 0.08 내지 0.2 g/min/hole, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.15 g/min/hole의 단공토출량으로 상기 구금 홀(121)을 통해 토출되도록 한다. 특히, 상기 단공토출량이 0.2 g/min/hole을 초과하면 부직포를 구성하는 섬유들의 평균직경이 7㎛를 초과하게 되어 30㎛ 이하의 두께를 갖는 초박형 부직포 제조가 어려울 수 있다.According to the present invention, in order to produce an ultra-thin nonwoven fabric made of short fibers having a small average diameter of 0.1 to 7 μm, the PPS resin is 0.08 by spraying air to the PPS resin at a pressure of 0.5 to 1.5 kgf/cm 2 . to 0.2 g/min/hole, more preferably 0.1 to 0.15 g/min/hole, so that it is discharged through the nozzle hole 121. In particular, when the single hole discharge amount exceeds 0.2 g/min/hole, the average diameter of fibers constituting the nonwoven fabric exceeds 7 μm, so it may be difficult to manufacture an ultra-thin nonwoven fabric having a thickness of 30 μm or less.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구금 홀(121)을 통해 토출될 때까지 상기 용융된 PPS 수지가 290 내지 320 ℃로 유지되도록 할 수 있다(즉, 290 내지 320 ℃의 방사 온도).According to an embodiment of the present invention, the molten PPS resin may be maintained at 290 to 320 °C until discharged through the nozzle hole 121 (that is, a radiation temperature of 290 to 320 °C).

상기 방사 온도가 290℃ 미만일 경우, 용융된 PPS 수지가 원활하게 방사구금을 통과하지 못하고 압출기(110) 및 구금(120)을 포함하는 방사설비의 내부 압력이 과도하게 상승함으로써 구금 홀(121)의 손상을 유발하게 된다. 또한, 충분한 연신이 확보되지 못함에 따라 7㎛ 이하의 평균직경을 갖는 섬유를 얻을 수 없게 되고, 컬렉터(140) 상에 적층된 단섬유들 간의 결합력이 약해져 기계적 강도가 저하된다. 낮은 기계적 강도를 갖는 부직포는 이온교환막용 지지체로서 사용될 수 없다. 특히, 충분히 결합되지 못한 단섬유들로 구성된 웹에 대해서는 본 발명의 열압착 공정을 수행할 수 없다.When the spinning temperature is less than 290 ° C, the molten PPS resin does not smoothly pass through the spinneret, and the internal pressure of the spinning facility including the extruder 110 and the spinneret 120 rises excessively. will cause damage. In addition, since sufficient elongation is not ensured, fibers having an average diameter of 7 μm or less cannot be obtained, and the bonding force between the short fibers stacked on the collector 140 is weakened, thereby reducing mechanical strength. A nonwoven fabric having a low mechanical strength cannot be used as a support for an ion exchange membrane. In particular, the thermocompression bonding process of the present invention cannot be performed on a web composed of short fibers that are not sufficiently bonded.

반면, 상기 방사 온도가 320℃를 초과할 경우, 과도한 온도로 인해 과도하게 연신된 섬유들이 절단되어 비사(fly) 현상이 발생될 수 있어서 미세먼지를 양산하는 부작용을 만들 수 있다. 또한, 과도한 열에너지를 받은 PPS 섬유들이 공기에 의한 연신 과정 중에 충분한 결정 형성이 이루어지지 못하기 때문에 결정화도가 낮아지게 되고, 후속적으로 수행되는 본 발명의 열압착 공정시 열수축과 주름이 야기되어 이온교환막용 지지체로서 사용될 수 없게 된다. 또한, 컬렉터(140) 상에서 적층된 단섬유들 간의 결합력이 너무 강해지고 이에 따라 적정 평균공경(예를 들어, 5 내지 10 ㎛)을 확보할 수 없게 되어 공극률이 급격하게 감소하게 된다. 부직포의 지나치게 낮은 공극률(예를 들어, 50% 미만의 공극률)은 이온교환막 제조 시 충분한 양의 이온전도체가 상기 부직포에 함침되는 것을 어렵게 만들 수 있다. On the other hand, when the spinning temperature exceeds 320° C., excessively stretched fibers may be cut due to the excessive temperature and a fly phenomenon may occur, which may create a side effect of mass-producing fine dust. In addition, since the PPS fibers that have received excessive thermal energy do not form sufficient crystals during the stretching process with air, the crystallinity is lowered, and heat shrinkage and wrinkles are caused during the thermocompression bonding process of the present invention that is subsequently performed, so that the ion exchange membrane It cannot be used as a support for the In addition, the bonding force between the short fibers stacked on the collector 140 becomes too strong, and accordingly, an appropriate average pore diameter (eg, 5 to 10 μm) cannot be secured, so that the porosity is rapidly reduced. An excessively low porosity of the nonwoven fabric (eg, less than 50% porosity) may make it difficult to impregnate the nonwoven fabric with a sufficient amount of an ion conductor when manufacturing an ion exchange membrane.

본 발명에 의하면, 0.1 내지 7 ㎛의 작은 평균직경을 갖는 단섬유들로 이루어진 초박형 부직포를 제조하기 위하여, 상기 PPS 수지가 상기 구금 홀(121)을 통해 4,000 내지 21,000 m/min의 방사속도로 토출된다. 상기 방사속도(m/min)는 아래의 식1에 의해 산출될 수 있다. According to the present invention, in order to produce an ultra-thin nonwoven fabric made of short fibers having a small average diameter of 0.1 to 7 μm, the PPS resin is discharged through the detention hole 121 at a spinning speed of 4,000 to 21,000 m/min. do. The spinning speed (m/min) can be calculated by Equation 1 below.

* 식1: 방사 속도 = 9,000×단공토출량(g/min/hole)/평균섬도(De)* Equation 1: Spinning speed = 9,000 × single hole discharge (g/min/hole)/average fineness (De)

상기 방사속도가 4,000 m/min 미만일 경우, PPS 섬유가 충분히 연신되지 못하기 때문에 7㎛ 이하의 작은 평균직경을 갖지 못하게 되어 30㎛ 이하의 두께를 갖는 초박형 지지체 제조가 어려울 수 있다는 문제점이 있으며, 결정화도가 과도하게 낮아져서 후속적으로 수행되는 열압착 공정에서 열수축과 주름이 야기되어 향후 이온교환막용 지지체로서 사용될 수 없게 된다.When the spinning speed is less than 4,000 m/min, the PPS fiber cannot be sufficiently drawn, so it cannot have a small average diameter of 7 μm or less, so it may be difficult to manufacture an ultra-thin support having a thickness of 30 μm or less, and the crystallinity is excessively low, heat shrinkage and wrinkles are caused in the subsequent thermocompression bonding process, so that it cannot be used as a support for an ion exchange membrane in the future.

반면, 상기 방사속도가 21,000 m/min을 초과할 경우, 과도하게 연신된 섬유들이 절단되어 비사(fly) 현상이 야기됨으로써 미세먼지를 양산하는 부작용을 초래할 수 있다.On the other hand, when the spinning speed exceeds 21,000 m/min, excessively stretched fibers are cut to cause a fly phenomenon, which may cause a side effect of mass-producing fine dust.

상기 폴리페닐렌 설파이드 수지가 구금 홀(121)로부터 토출되면서 형성되는 섬유들이 컬렉터(140) 상에 수집 및 적층됨으로써 웹이 형성된다.The fibers formed while the polyphenylene sulfide resin is discharged from the nozzle hole 121 are collected and laminated on the collector 140 to form a web.

본 발명에 의하면, PPS 극세섬유로 형성된 부직포의 기계적 강도를 증가시키고 30㎛ 이하의 두께를 갖는 초박형 이온교환막용 지지체를 제조하기 위하여, 상기 웹을 열압착한다.According to the present invention, in order to increase the mechanical strength of the nonwoven fabric formed of the PPS microfibers and to prepare a support for an ultra-thin ion exchange membrane having a thickness of 30 μm or less, the web is thermocompression bonded.

본 발명에 의하면, 상기 웹은 40 내지 150 ℃로 가열된 롤에 의해 10 내지 50 kgf/cm2의 압력으로 열압착된다. 이때, 상기 웹에 가해지는 Nip 압력은 22 내지 145 kgf/cm일 수 있다.According to the present invention, the web is thermocompression-bonded at a pressure of 10 to 50 kgf/cm 2 by a roll heated to 40 to 150 °C. At this time, the Nip pressure applied to the web may be 22 to 145 kgf / cm.

40℃ 미만으로 가열된 롤에 의해 압착 공정이 수행될 경우, 이온교환막 제조를 위하여 이온전도체 함침 공정 및 건조 공정을 수행할 때 부직포 지지체의 열수축이 크게 발생하는 문제가 있다.When the compression process is performed by a roll heated to less than 40° C., there is a problem in that heat shrinkage of the non-woven fabric support is greatly generated when the ion conductor impregnation process and the drying process are performed for manufacturing the ion exchange membrane.

반면, 150℃를 초과하는 온도로 가열된 롤에 의해 압착 공정이 수행될 경우, 멜트블로운 방식으로 제조됨으로써 상대적으로 낮은 결정화도를 갖는 웹이 과도하게 열수축되고 다량의 주름이 발생되어, 이렇게 생산된 부직포는 이온교환막용 지지체로서 사용될 수 없다.On the other hand, when the pressing process is performed by a roll heated to a temperature exceeding 150° C., the web having a relatively low crystallinity by being manufactured in a melt-blown method is excessively heat-shrinked and a large amount of wrinkles are generated. Nonwoven fabrics cannot be used as supports for ion exchange membranes.

한편, 10 kgf/cm2 미만의 롤 압력(또는 22 kgf/cm 미만의 Nip 압력)으로 상기 웹을 압착할 경우 30㎛ 이하의 두께를 갖는 초박형 부직포 지지체 제조가 어려워질 수 있다 On the other hand, when the web is compressed with a roll pressure of less than 10 kgf/cm 2 (or a nip pressure of less than 22 kgf/cm), it may be difficult to manufacture an ultra-thin nonwoven support having a thickness of 30 μm or less.

반면, 50 kgf/cm2를 초과하는 롤 압력(또는 145 kgf/cm를 초과하는 Nip 압력)으로 상기 웹을 압착할 경우, 거대 기공이 발생하게 되는데, 이렇게 제조된 지지체에 이온전도체를 함침시키는 공정을 거치더라도 상기 거대 기공은 결점으로 작용한다.On the other hand, when the web is compressed with a roll pressure exceeding 50 kgf/cm 2 (or a Nip pressure exceeding 145 kgf/cm), macropores are generated. Even after passing through, the large pores act as a defect.

위에서 설명한 방법을 통해 제조된 본 발명의 이온교환막용 부직포 지지체는 0.1 내지 7 ㎛, 바람직하게는 0.5 내지 5 ㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 ㎛의 평균직경을 갖는 다수의 PPS 섬유들을 포함한다.The nonwoven fabric support for an ion exchange membrane of the present invention prepared through the method described above includes a plurality of PPS fibers having an average diameter of 0.1 to 7 μm, preferably 0.5 to 5 μm, and more preferably 1 to 3 μm.

전술한 바와 같이, 상기 PPS는 반복단위로서 p-페닐렌 설파이드 및 m-페닐렌 설파이드를 포함하되, 상기 p-페닐렌 설파이드를 95 몰% 이상 포함할 수 있다.As described above, the PPS includes p-phenylene sulfide and m-phenylene sulfide as repeating units, and may include 95 mol% or more of p-phenylene sulfide.

본 발명의 부직포 지지체는 20 내지 30 ㎛, 더욱 바람직하게는 22 내지 28 ㎛의 두께를 갖는다. 부직포 지지체의 두께가 20 ㎛ 미만이면, 후술하는 범위의 인장강도를 확보할 수 없다. 반면, 부직포 지지체의 두께가 30 ㎛를 초과하면, 이온교환막용 지지체로서 부적합하다.The nonwoven support of the present invention has a thickness of 20 to 30 μm, more preferably 22 to 28 μm. If the thickness of the nonwoven support is less than 20 μm, the tensile strength in the range to be described later cannot be secured. On the other hand, if the thickness of the nonwoven support exceeds 30 μm, it is not suitable as a support for an ion exchange membrane.

본 발명의 부직포 지지체는 5 내지 10 ㎛의 평균 공경, 50 내지 90%의 공극률, 20 내지 50 cm3/cm2/S의 공기투과도, 및 5 내지 50 MPa의 인장강도를 갖는다.The nonwoven support of the present invention has an average pore diameter of 5 to 10 μm, a porosity of 50 to 90%, an air permeability of 20 to 50 cm 3 /cm 2 /S, and a tensile strength of 5 to 50 MPa.

평균 공경이 5㎛ 미만이면, 이온교환막 제조 시 부직포 지지체로 이온전도체가 함침되기 어렵다. 반면, 평균 공경이 10㎛를 초과할 경우 이온전도체가 효과적으로 기공을 막을 수 없게 되어 결점으로 작용한다.If the average pore diameter is less than 5㎛, it is difficult to impregnate the ion conductor into the nonwoven fabric support during the manufacture of the ion exchange membrane. On the other hand, when the average pore diameter exceeds 10 μm, the ion conductor cannot effectively block the pores, which acts as a defect.

공극률이 50% 미만이거나 공기투과도가 20 cm3/cm2/S 미만이면, 이온전도체의 함침량이 적어져서 이온교환막으로서의 역할을 효과적으로 수행할 수 없다. 반면, 공극률이 90%를 초과하거나 공기투과도가 50 cm3/cm2/S를 초과하면, 부직포 지지체가 기계적 물성이 감소하여 취급의 용이성이 나빠진다.If the porosity is less than 50% or the air permeability is less than 20 cm 3 /cm 2 /S, the amount of impregnation of the ion conductor is decreased, and thus the role of the ion exchange membrane cannot be effectively performed. On the other hand, when the porosity exceeds 90% or the air permeability exceeds 50 cm 3 /cm 2 /S, the mechanical properties of the nonwoven support are reduced, and thus ease of handling is deteriorated.

이하, 구체적 실시예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로 이것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안된다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through specific examples. However, the following examples are only for helping the understanding of the present invention, and the scope of the present invention should not be limited thereto.

실시예Example 1 One

도 1에 예시된 장치를 이용하여 PPS 웹을 제조하였다. 구체적으로, p-페닐렌설파이드 반복단위가 95몰% 이상 함유되어 있고 융점이 283.7℃, 용융지수가 900 g/10min인 PPS 수지(SK Chemical社)를 300℃에서 용융시켜 도프를 제조하고, 압출되는 도프에 0.8 kgf/cm2의 압력으로 공기를 분사함으로써 상기 도프를 0.1 g/min/hole의 단공토출량 및 12,663 m/min의 방사속도로 구금 홀(직경: 0.25mm)로부터 토출시켰다. 상기 도프가 토출되면서 형성된 단섬유들이 컬렉터 상에 수집 및 적층됨으로써 80㎛의 평균 두께를 갖는 웹이 형성되었다. 상기 구금 홀로부터 컬렉터까지의 거리는 70mm로 고정되었다. A PPS web was prepared using the apparatus illustrated in FIG. 1 . Specifically, a dope is prepared by melting a PPS resin (SK Chemical) having a p-phenylene sulfide repeating unit of 95 mol% or more, a melting point of 283.7° C. and a melt index of 900 g/10 min at 300° C., and extrusion By spraying air at a pressure of 0.8 kgf/cm 2 to the dope, the dope was discharged from the detention hole (diameter: 0.25 mm) at a single hole discharge rate of 0.1 g/min/hole and a spinning speed of 12,663 m/min. The short fibers formed while the dope was discharged were collected and stacked on a collector to form a web having an average thickness of 80 μm. The distance from the nozzle hole to the collector was fixed at 70 mm.

이어서, 70℃로 가열된 상·하 캘린더 롤을 이용하여 상기 웹을 50 kgf/cm2의 롤 압력(Nip 압력: 145 kgf/cm)으로 열압착하여 20 g/㎡의 단위면적당 중량 및 23㎛ 두께를 갖는 부직포 지지체를 완성하였다. 도 2a 및 2b는 각각 상기 부직포 지지체의 평면 및 단면의 SEM 사진들이다.Then, the web was thermocompressed with a roll pressure of 50 kgf/cm 2 (Nip pressure: 145 kgf/cm) using upper and lower calender rolls heated to 70° C., and the weight per unit area of 20 g/m 2 and 23 μm A nonwoven support having a thickness was completed. 2A and 2B are SEM photographs of a plane and a cross-section of the nonwoven support, respectively.

실시예Example 2 2

공기 압력이 0.8 kgf/cm2이었고 방사속도가 17,450 m/min이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 20 g/㎡의 단위면적당 중량 및 25㎛ 두께를 갖는 부직포 지지체를 완성하였다.Using the same method as in Example 1, except that the air pressure was 0.8 kgf/cm 2 and the spinning speed was 17,450 m/min, a nonwoven support having a weight per unit area of 20 g/m 2 and a thickness of 25 μm was completed.

실시예Example 3 3

공기 압력이 1.3 kgf/cm2이었고, 단공토출량이 0.125 g/min/hole이었으며, 방사속도가 20,033 m/min이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 20 g/㎡의 단위면적당 중량 및 26㎛ 두께를 갖는 부직포 지지체를 완성하였다.Weight per unit area of 20 g/m 2 using the same method as in Example 1 except that the air pressure was 1.3 kgf/cm 2 , the single hole discharge rate was 0.125 g/min/hole, and the spinning speed was 20,033 m/min and a nonwoven support having a thickness of 26 μm was completed.

비교예comparative example 1 One

공기 압력이 1.2 kgf/cm2이었고, 단공토출량이 0.125 g/min/hole이었고, 방사속도가 18,462 m/min이었으며, 25℃로 가열된 상·하 캘린더 롤을 이용하여 20 kgf/cm2의 롤 압력(Nip 압력: 20 kgf/cm)으로 열압착하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 20 g/㎡의 단위면적당 중량 및 43㎛ 두께를 갖는 부직포 지지체를 완성하였다.The air pressure was 1.2 kgf/cm 2 , the single hole discharge rate was 0.125 g/min/hole, the spinning speed was 18,462 m/min, and a roll of 20 kgf/cm 2 using the upper and lower calender rolls heated to 25° C. A nonwoven support having a weight per unit area of 20 g/m 2 and a thickness of 43 μm was completed in the same manner as in Example 1, except that pressure (Nip pressure: 20 kgf/cm) was used for thermocompression bonding.

비교예comparative example 2 2

공기 압력이 0.4 kgf/cm2이었고, 단공토출량이 0.25 g/min/hole이었으며, 방사속도가 3,995 m/min이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 20 g/㎡의 단위면적당 중량 및 23㎛ 두께를 갖는 부직포 지지체를 완성하였다.Weight per unit area of 20 g/m 2 using the same method as in Example 1 except that the air pressure was 0.4 kgf/cm 2 , the single hole discharge rate was 0.25 g/min/hole, and the spinning speed was 3,995 m/min and a nonwoven support having a thickness of 23 μm was completed.

실시예들 및 비교예들에 의해 각각 제조된 부직포 지지체들의 강도를 아래의 방법에 의해 각각 측정하였고, 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.The strength of each of the nonwoven supports prepared by Examples and Comparative Examples was measured by the following method, and the results are shown in Table 1 below.

평균 섬유 average fiber 직경diameter (㎛) (μm)

20개 이상의 측정시료를 채취한 후, 전자주사현미경(SEM) 및 이미지 분석기(Image-Pro Plus의 소프트웨어에 JVC Digital Camera KY-F70B를 사용)를 이용하여 섬유 직경을 측정하였고, 측정된 직경들의 평균을 산출하였다.After collecting more than 20 measurement samples, the fiber diameter was measured using a scanning electron microscope (SEM) and an image analyzer (using JVC Digital Camera KY-F70B for Image-Pro Plus software), and the average of the measured diameters was measured. was calculated.

공기투과도 (air permeability ( cmcm 33 // cmcm 22 /S)/S)

공기투과도는 프라지어법(Frazier Machine Method, ASTM D 737 또는 KS K 0570)에 의 준하여 Textest Instruments (Model : FX-3300)를 사용하여 평가되었다. 공기투과도는 평가대상이 되는 시험편에 대해서 일정한 면적 및 일정 압력하에서 단위 면적당 수직으로 통과되는 공기의 양을 단위 시간(sec) 당 일정 면적(cm2)을 통과하는 공기량(cm3)을 측정하는 방법이 적용되었다.Air permeability was evaluated using Textest Instruments (Model: FX-3300) according to the Frazier Machine Method (ASTM D 737 or KS K 0570). Air permeability is the amount of air passing vertically per unit area under a certain area and under a certain pressure for the test piece to be evaluated. A method of measuring the amount of air passing through a certain area (cm 2 ) per unit time (sec) (cm 3 ) This was applied.

공극률 (porosity ( %% ))

Mercury porosimeter(모델 Autopore IV, Micromeritics Instrument Corp. 미국) 장비를 이용하여 부직포 지지체의 공극률을 측정하였다. 이때, 다공성 시료의 기공 크기 분포를 측정하는 가장 일반적인 방법 중 하나인 수은(Hg) 관입법이 적용되었다.The porosity of the nonwoven support was measured using a Mercury porosimeter (model Autopore IV, Micromeritics Instrument Corp. USA). At this time, the mercury (Hg) penetration method, which is one of the most common methods for measuring the pore size distribution of a porous sample, was applied.

평균 공경 (㎛)Average pore diameter (㎛)

Capillary Flow Porometer(Model : CFP-1100-AEL, 제조사: PMI) 장비를 이용하여 부직포 지지체의 평균 공경을 측정하였다. 측정기준은 ASTM F 316-03에 준하여 각 10개씩 측정되었다. 부직포 필터를 절단하여 지름이 1 inch인 원형 시편을 준비한 후 표면장력이 15.9 dyne/cm 인 Galwick 용액을 이용하여 부직포 지지체의 기공이 충분히 적셔지도록 투입하여 측정하였다.The average pore diameter of the nonwoven support was measured using a capillary flow porometer (Model: CFP-1100-AEL, manufacturer: PMI). According to ASTM F 316-03, the measurement standard was measured by 10 each. After cutting the nonwoven filter to prepare a circular specimen with a diameter of 1 inch, a Galwick solution with a surface tension of 15.9 dyne/cm was used to sufficiently wet the pores of the nonwoven support for measurement.

인장강도 (The tensile strength ( MPaMPa ))

인장강도는 정속인장식(Constant rate of extension: CRE, KS K 0521 또는 ASTM D 5035)) 방법에 의해 상부 클램프가 일정한 속도로 신장시킬 수 있도록 움직이고, 이 때 사용된 설비는 만능인장시험기(universal testing machine, Model : UTM-3365) 기기를 사용하여 부직포 지지체의 인장강도를 측정하였다.The tensile strength moves so that the upper clamp can be stretched at a constant speed by the constant rate of extension (CRE, KS K 0521 or ASTM D 5035) method, and the equipment used at this time is a universal testing machine (universal testing) machine, Model: UTM-3365) was used to measure the tensile strength of the nonwoven support.

실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 비교예1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 방사
조건
radiation
Condition
단공토출량
(g/min/hole)
single hole discharge
(g/min/hole)
0.100.10 0.100.10 0.1250.125 0.1250.125 0.250.25
공기 압력
(kgf/cm2)
air pressure
(kgf/cm 2 )
0.80.8 1.211.21 1.31.3 1.201.20 0.40.4
방사속도(m/min)Radiation speed (m/min) 12,66312,663 17,45017,450 20,03320,033 18,46218,462 3,9953,995 열압착thermocompression bonding 온도(℃)Temperature (℃) 7070 7070 7070 2525 7070 압력(kgf/cm2)Pressure (kgf/cm 2 ) 5050 5050 5050 2020 5050 부직포 지지체nonwoven support 단위면적당 중량
(g/m2)
Weight per unit area
(g/m 2 )
2020 2020 2020 2020 2020
두께(㎛)Thickness (㎛) 2323 2525 2626 4343 2323 평균 섬유 직경
(㎛)
average fiber diameter
(μm)
2.72.7 2.32.3 2.42.4 2.52.5 7.67.6
공기투과도(㎤/㎠/S)Air permeability (㎤/㎠/S) 27~4027-40 28~4128-41 26~3726-37 70~9070-90 65~8365-83 공극률(%)Porosity (%) 5858 6363 5454 5858 4646 평균공경(㎛)Average pore diameter (㎛) 8.38.3 9.89.8 8.58.5 14.514.5 12.512.5 인장강도 (MPa)Tensile strength (MPa) 2121 1717 1515 55 1818

110: 압출기 111: 투입부
120: 구금 121: 구금 홀
130: 공기 매니폴드 140: 컬렉터
110: extruder 111: input unit
120: detention 121: detention hall
130: air manifold 140: collector

Claims (10)

0.1 내지 7 ㎛의 평균직경을 가지며 폴리페닐렌 설파이드를 포함하는 다수의 섬유들을 포함하고,
20 내지 30 ㎛의 두께, 5 내지 10 ㎛의 평균 공경, 50 내지 90%의 공극률, 20 내지 50 cm3/cm2/S의 공기투과도, 및 5 내지 50 MPa의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는,
이온교환막용 부직포 지지체.
and a plurality of fibers having an average diameter of 0.1 to 7 μm and comprising polyphenylene sulfide,
A thickness of 20 to 30 μm, an average pore diameter of 5 to 10 μm, a porosity of 50 to 90%, an air permeability of 20 to 50 cm 3 /cm 2 /S, and a tensile strength of 5 to 50 MPa. ,
Non-woven fabric support for ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 섬유들의 평균직경은 0.5 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 하는,
이온교환막용 부직포 지지체.
The method of claim 1,
Characterized in that the average diameter of the fibers is 0.5 to 5 ㎛,
Non-woven fabric support for ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 섬유들의 평균직경은 1 내지 3 ㎛인 것을 특징으로 하는,
이온교환막용 부직포 지지체.
The method of claim 1,
Characterized in that the average diameter of the fibers is 1 to 3 μm,
Non-woven fabric support for ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 폴리페닐렌 설파이드는 반복단위로서 p-페닐렌 설파이드 및 m-페닐렌 설파이드를 포함하되, 상기 p-페닐렌 설파이드를 95 몰% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는,
이온교환막용 부직포 지지체.
The method of claim 1,
The polyphenylene sulfide comprises p-phenylene sulfide and m-phenylene sulfide as repeating units, characterized in that it contains 95 mol% or more of the p-phenylene sulfide,
Non-woven fabric support for ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 이온교환막용 부직포 지지체는 22 내지 28 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는,
이온교환막용 부직포 지지체.
The method of claim 1,
The non-woven fabric support for the ion exchange membrane is characterized in that it has a thickness of 22 to 28 ㎛,
Non-woven fabric support for ion exchange membrane.
폴리페닐렌 설파이드 수지를 용융시키는 단계;
상기 용융된 폴리페닐렌 설파이드 수지를 압출하는 단계;
상기 압출되는 폴리페닐렌 설파이드 수지에 공기를 0.5 내지 1.5 kgf/cm2의 압력으로 분사함으로써 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지를 구금 홀을 통해 0.08 내지 0.2 g/min/hole의 단공토출량으로 토출시키는 단계;
상기 폴리페닐렌 설파이드 수지가 토출되면서 형성되는 섬유를 수집하여 웹을 형성하는 단계; 및
40 내지 150 ℃로 가열된 롤을 이용하여 10 내지 50 kgf/cm2의 압력으로 상기 웹을 열압착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
이온교환막용 부직포 지지체의 제조방법.
melting the polyphenylene sulfide resin;
extruding the molten polyphenylene sulfide resin;
Discharging the polyphenylene sulfide resin at a single hole discharge rate of 0.08 to 0.2 g/min/hole through the nozzle hole by spraying air to the extruded polyphenylene sulfide resin at a pressure of 0.5 to 1.5 kgf/cm 2 ;
forming a web by collecting fibers formed while the polyphenylene sulfide resin is discharged; and
It characterized in that it comprises the step of thermocompression bonding the web at a pressure of 10 to 50 kgf / cm 2 using a roll heated to 40 to 150 ℃,
A method of manufacturing a non-woven fabric support for an ion exchange membrane.
제6항에 있어서,
상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는 280 내지 290 ℃의 융점을 가지며,
ASTM D1238에 따라 300℃에서 측정된 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지의 용융지수(MI)가 100 내지 2000 g/10min인 것을 특징으로 하는,
이온교환막용 부직포 지지체의 제조방법.
7. The method of claim 6,
The polyphenylene sulfide resin has a melting point of 280 to 290 ℃,
characterized in that the melt index (MI) of the polyphenylene sulfide resin measured at 300° C. according to ASTM D1238 is 100 to 2000 g/10min,
A method of manufacturing a non-woven fabric support for an ion exchange membrane.
제6항에 있어서,
상기 구금 홀을 통해 토출될 때까지 상기 용융된 폴리페닐렌 설파이드 수지가 290 내지 320 ℃로 유지되는 것을 특징으로 하는,
이온교환막용 부직포 지지체의 제조방법.
7. The method of claim 6,
Characterized in that the molten polyphenylene sulfide resin is maintained at 290 to 320 °C until discharged through the nozzle hole,
A method of manufacturing a non-woven fabric support for an ion exchange membrane.
제6항에 있어서,
상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는 상기 구금 홀을 통해 4,000 내지 21,000 m/min의 방사속도로 토출되는 것을 특징으로 하는,
이온교환막용 부직포 지지체의 제조방법.
7. The method of claim 6,
The polyphenylene sulfide resin is characterized in that it is discharged through the nozzle hole at a spinning speed of 4,000 to 21,000 m/min,
A method of manufacturing a non-woven fabric support for an ion exchange membrane.
제6항에 있어서,
상기 열압착 단계에서 상기 웹에 가해지는 Nip 압력은 22 내지 145 kgf/cm인 것을 특징으로 하는,
이온교환막용 부직포 지지체의 제조방법.
7. The method of claim 6,
Nip pressure applied to the web in the thermocompression bonding step is characterized in that 22 to 145 kgf / cm,
A method of manufacturing a non-woven fabric support for an ion exchange membrane.
KR1020160082244A 2016-06-30 2016-06-30 Non-woven Fabric Support for Ion Exchange Membrane and Method for Manufacturing The Same Active KR102402635B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160082244A KR102402635B1 (en) 2016-06-30 2016-06-30 Non-woven Fabric Support for Ion Exchange Membrane and Method for Manufacturing The Same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160082244A KR102402635B1 (en) 2016-06-30 2016-06-30 Non-woven Fabric Support for Ion Exchange Membrane and Method for Manufacturing The Same

Publications (3)

Publication Number Publication Date
KR20180003006A KR20180003006A (en) 2018-01-09
KR102402635B1 true KR102402635B1 (en) 2022-05-25
KR102402635B9 KR102402635B9 (en) 2023-05-11

Family

ID=61000291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160082244A Active KR102402635B1 (en) 2016-06-30 2016-06-30 Non-woven Fabric Support for Ion Exchange Membrane and Method for Manufacturing The Same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102402635B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020066815A1 (en) * 2018-09-27 2020-04-02 東レ株式会社 Copolymerized polyphenylene sulfide fibers
KR102655259B1 (en) * 2021-06-24 2024-04-09 경상국립대학교산학협력단 Anion exchange composite membrane, preparation method thereof and alkaline fuel cell comprising the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2859193B2 (en) * 1987-11-12 1999-02-17 旭化成工業株式会社 Polyphenylene sulfide nonwoven fabric, method for producing the same, and filter using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR102402635B9 (en) 2023-05-11
KR20180003006A (en) 2018-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9136034B2 (en) Polymer electrolyte membrane for a fuel cell, and method for preparing same
KR101301446B1 (en) Secondary battery fibrous separation membrane and method thereof
KR101407770B1 (en) Porous Nanoweb and Method for Manufacturing The Same
KR101374434B1 (en) Electrochemical double layer capacitors including improved nanofiber separators
KR101376362B1 (en) Polymer Electrolyte Membrane for Fuel Cell and Method of manufacturing the same
US9343721B2 (en) Separator for non-aqueous batteries and non-aqueous battery equipped with same, and process for manufacturing separator for non-aqueous batteries
US9716285B2 (en) Porous nano-fiber mats to reinforce proton conducting membranes for PEM applications
US20120102725A1 (en) Battery Separator
CN102140734B (en) Enhanced bi-component nanofiber porous membrane and preparation method thereof
KR102377721B1 (en) Porous composite separator and manufacturing method thereof
KR101164650B1 (en) Porous separators for secondary battery comprising cellulose nanofibrils and preparation method thereof
KR101664205B1 (en) Composite separator membranes for metal-air battery, method for manufacturing the same, and emetal-air battery including the same
CN103579558B (en) A kind of nickel-metal hydride battery diaphragm material and forming method thereof
KR101490890B1 (en) Separator for secondary battery and manufacturing method thereof
KR20180055277A (en) Membranes having porous ethylene-vinyl acetate copolymer layer and preparation method thereof
KR102402635B1 (en) Non-woven Fabric Support for Ion Exchange Membrane and Method for Manufacturing The Same
KR102237839B1 (en) Electrospun nanofibrous membrane and producing method therefor
KR20110129113A (en) Polyelectrolyte Nanofiber Web
KR101828283B1 (en) Porous composite separator, electrochemical device comprising the same, and method of preparing the separator
TWI549335B (en) Separator of lithium ion battery and manufacturing method thereof, and lithium ion battery
US12034180B1 (en) Multi layered nanostructured materials for ionic and electronic transport in chemical and electrochemical devices
KR102764482B1 (en) Preparation method of separator for redox-flow battery
KR20190023174A (en) Highly Porous Composite Membrane Consisting of Nanofibers for Ion Conductive Materials
KR20190018933A (en) Microporous separator using glass wool and prepatarion method thereof
Savariraj et al. Electrospun Composite Separator for Li-Ion Batteries: A Short Review

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20160630

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20201221

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20160630

Comment text: Patent Application

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20220418

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20220523

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20220523

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]
PG1701 Publication of correction

Patent event code: PG17011E01I

Patent event date: 20230502

Comment text: Request for Publication of Correction

Publication date: 20230511

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20250428

Start annual number: 4

End annual number: 4