KR102282672B1 - 이온교환멤브레인 제조방법 및 이온교환멤브레인 - Google Patents

이온교환멤브레인 제조방법 및 이온교환멤브레인 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부에 보강재가 삽입된 불균질 이온교환멤브레인 제조방법 및 이온교환멤브레인에 대한 발명으로, 슬러리 상태의 이온교환솔루션를 준비하는 제1준비단계; 폴리머로 형성된 보강재를 준비하는 제2준비단계; 상기 제1준비단계 및 제2준비단계 후, 상기 보강재 내부 및 양측외부에 이온교환솔루션을 침투 시키는 침투단계; 상기 침투단계 후, 솔루션수용판의 두께를 일정하게 형성하는 정형단계; 상기 정형단계 후, 솔루션수용판을 건조하는 건조단계를 포함하는 시계열적 단계로 이루어지는 이온교환멤브레인 제조방법에 관한 것이다.

Description

이온교환멤브레인 제조방법 및 이온교환멤브레인 {Method for manufacturing ion exchange membranes and ion exchange membranes produced thereby}
본 발명은 내부에 보강재가 삽입된 불균질 이온교환멤브레인 제조방법 및 이온교환멤브레인에 대한 발명이다.
특허문헌 001은 카복실산, 인산 또는 설폰산 그룹을 함유하고 용매 속에서 가용성인 중합체성 양이온 교환제를 포함하고, H2 및 O2로부터의 물의 형성을 촉매화하는 미분된 금속이 멤브레인의 한 면 이상에 도포되어 있는 멤브레인을 포함하는 멤브레인/전극 복합재(membrane/electrode composite)에 관한 것으로서, 멤브레인의 금속 피복부는 다공성이지만 독립 공극을 전혀 함유하지 않으며 금속 또한 공극 속에 존재할 수 있음을 제시하고 있다.
특허문헌 002는 카테콜(catechol) 및 폴리에틸렌이민(PEI)을 포함하는 개질용 혼합용액과 폴리테트라플루오로에틸렌을 반응시켜 친수성으로 개질된 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하고, 개질된 폴리테트라플루오로에틸렌에 탄화수소계 고분자를 도포함으로써, 기계적 특성이 우수하고, 치수안정성이 향상되며, 이온 전도도 감소가 방지될 수 있는 연료 전지용 이온 교환 멤브레인을 제시하고 있다.
특허문헌 003은 수처리용 이온교환막 특히 ED(Electrodialysis) 및 RED(Reverse electrodialysis)용 이온교환막에 관한 것이며, 특히 제조단가는 낮으면서 기계적 특성과 화학적 안정성이 우수한 유무기 복합 미세다공성 다공성 지지체를 이용한 이온교환막(membrane)에 관한 것이다. 전기투석용 시스템 제조시 양극과 음극을 서로 격리하기 위한 전해질 막을 제조하는데 있어서, 다공성 지지체의 모재(母材)인 폴리올레핀; 폴리올레핀 멤브레인을 분산매로하여 폴리올레핀 멤브레인 내에 균일하게 분산되는 표면처리 나노입자 무기필러(inorganic filler); 나노입자 무기필러가 균일 분산된 1축 또는 2축 연신한 필름(film) 형태의 다공성 베이스 멤브레인 내에 상기 양이온전도체가 균일 함침된 수처리용 이온교환막을 제시하고 있다.
특허문헌 004는 양이온-교환 멤브레인을 제조하는 방법에 관한 것이다. 설폰산 그룹을 보유하는 유기중합체와 미분산된 촉매 물질 입자를 액상 속에 도입시키고 생성된 현탁액을 사용하여 양이온 교환 물질로 제조된 막의 한면 이상을 피복시키는 것으로서, 물질을 용매 속에 용해시키고, 형성된 용액 속에 작게 분산된 전기 도전성 촉매 물질을 현탁시키고, 현탁액으로, 설폰산 그룹을 보유하는 양이온 교환제를 함유하는 박을 피복시키고, 여전히 용매를 함유하는 피복물을 멤브레인을 피복하여 생성되는 필름에 공극이 형성되도록 용매와는 혼화성이지만 용해된 양이온 교환 물질이 불용성인 액체로 처리함을 제시하고 있다.
KR 10-0389150 B1 (2003년06월14일) KR 10-2019-0021975 A (2019년03월06일) KR 10-1875812 B1 (2018년07월02일) KR 10-0426161 B1 (2004년03월25일)
본 발명은 불균질이온교환멤브레인 내부에 보강재를 삽입하여 강도를 증대시키며, 실란계 첨가물에 의해 유연성이 내장된 불균질 이온교환멤브레인을 제조하는 것을 목적으로 한다.
종래발명들의 문제점을 해결하기 위한 이온교환멤브레인 제조방법 및 이온교환멤브레인에 관한 발명이며, 본 발명은 슬러리 상태의 이온교환솔루션(110)를 준비하는 제1준비단계(S110); 폴리머로 형성된 보강재(120)을 준비하는 제2준비단계(S120); 상기 제1준비단계 및 제2준비단계 후, 상기 보강재 내부 및 양측외부에 이온교환솔루션을 침투 시키는 침투단계(S200); 상기 침투단계 후, 솔루션수용판(130)의 두께를 일정하게 형성하는 정형단계(S300); 상기 정형단계 후, 솔루션수용판(130)을 건조하는 건조단계(S400);를 포함한다.
본 발명은 앞에서 제시한 발명에 있어서, 슬러리상태의 이온교환솔루션은, 이온교환수지분말(111), 폴리머용질(112), 용매(113), 이온교환용액(114), 첨가물(115)의 혼합으로 형성되는 것;을 포함한다.
본 발명은 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 폴리머용질은 아크릴계 폴리머(polyacrylate 등), 아세테이트계 폴리머(Ethylene vinyl acetate 등), 올레핀계 폴리머(polyethylene 등) 및 플루오르 올레핀계 폴리머(polyvinylidenefluoride 등) 중 선택된 어느 하나로 형성되는 것;을 포함한다.
본 발명은 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 정형 단계는 솔루션수용판 양면에 균일간격으로 형성된 간섭체(400)에 의해 선정된 두께로 정형한 것;을 포함한다.
본 발명은 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 건조 단계에 있어서, 솔루션수용판을 열풍에 의해 건조하는 열풍건조단계(S410); 및/또는 적외선건조단계(S420);를 포함한다.
본 발명은 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 건조 단계에 있어서, 복수의 단계로 다단 건조하는 것;을 포함한다.
본 발명은 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 건조 단계 중에 있어서, 건조 챔버(510)에서 발생된 습증기의 용매를 회수하는 용매회수단계(S440);를 포함한다.
본 발명은 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 상기 건조단계 후, 이온교환멤브레인의 내부 및 표면의 결함을 검사하는 검사단계(S700);를 포함한다.
본 발명은 앞에서 제시한 방법으로 제조된 이온교환멤브레인 제조방법을 이용하여 제조되는 이온교환멤브레인을 포함한다.
본 발명은 이온교환솔루션 형성과정 중 실란계 첨가물이 함유되므로 이온교환멤브레인이 유연성을 확보할 수 있으며, 이는 복수의 이온교환멤브레인 적층시 안정적인 적층 효과를 확보할 수 있다.
본 발명은 이온교환솔루션 및 보강재를 일체로 성형하므로 이온교환멤브레인의 강성을 증대시키는 효과를 가진다.
본 발명은 이온교환멤브레인의 두께측정 및 프레스롤러의 간격제어단계를 통해 균일두께의 이온교환멤브레인을 제조할 수 있다.
본 발명은 슬러리 성형단계 중, 양이온수지분말 및 음이온수지분말을 선택적으로 투입하므로, 선택적으로 원하는 극성의 이온교환솔루션을 확보하는 효과를 가진다.
본 발명은 간섭체에 의해 균일량의 이온교환솔루션을 보강재에 침투시키는 효과를 가진다.
본 발명은 열풍건조단계 및 적외선건조단계를 선택적으로 활용하므로, 이온교환솔루션의 종류 및 성형되는 이온교환멤브레인의 두께에 대하여 효과적인 건조조건을 확보할 수 있다.
본 발명은 다단으로 온도조건을 제공하여 건조하므로 건조효과를 높일 수 있다.
본 발명은 건조과정중 증발되는 용매를 액상으로 회수하므로 재활용 효과를 얻을 수 있으며, 이미 가열된 공기온도를 이용하므로 건조온도의 에너지 효과를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 이온교환멤브레인 제조순서도.
도 2는 본 발명의 이온교환멤브레인 제조순서 공정도.
도 3은 본 발명의 건조과정 온도제어 개념도.
도 4는 본 발명의 용매회수장치 개념도.
도 5는 본 발명의 정형장치 개념도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
아래의 실시예에서 인용하는 번호는 인용대상에만 한정되지 않으며, 모든 실시예에 적용될 수 있다. 실시예에서 제시한 구성과 동일한 목적 및 효과를 발휘하는 대상은 균등한 치환대상에 해당된다. 실시예에서 제시한 상위개념은 기재하지 않은 하위개념 대상을 포함한다.
(실시예 1-1) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 구체적으로 슬러리 상태의 이온교환솔루션(110)를 준비하는 제1준비단계(S110); 폴리머로 형성된 보강재(120)을 준비하는 제2준비단계(S120); 상기 제1준비단계 및 제2준비단계 후, 상기 보강재 내부 및 양측외부에 이온교환솔루션을 침투 시키는 침투단계(S200); 상기 침투단계 후, 솔루션수용판(130)의 두께를 일정하게 형성하는 정형단계(S300); 상기 정형단계 후, 솔루션수용판(130)을 건조하는 건조단계(S400);를 포함하는 구성으로 이루어진다.
(실시예 1-2) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 보강재는 폴리머로 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 1-3) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 보강재는 폴리에스테르(121) 또는 폴리아마이드(122)로 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 1-4) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 보강재는 직포, 부직포 또는 함침기재로 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 1-5) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-4에 있어서, 상기 보강재는 메시망으로 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 1-6) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 건조단계 후, 이온교환멤브레인의 양면을 제1롤러(211) 및 제2롤러(212)에 의해 선정된 균일두께로 형성하는 프레스단계(S600);를 포함한다.
(실시예 1-7) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-6에 있어서, 상기 프레스단계 전, 상기 제1롤러 및 제2롤러의 간격을 제어하는 간격제어단계(S520);를 포함한다.
(실시예 1-8) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-7에 있어서, 상기 간격제어단계 전, 두께측정기(213) 이온교환멤브레인의 두께를 측정하는 두께측정단계(S510);를 포함한다.
(실시예 1-9) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 침투단계 중, 보강재 일면과 접촉되는 가이드필름(140);을 포함한다.
본 발명(실시예 1-1 내지 실시예 1-8)은 불균질 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 발명이며, 특히, 이온교환멤브레인 내부에 보강재를 삽입하여, 이온교환멤브레인의 강성을 향상시키며, 후수되는 첨가물에 의해 유연성을 향상시켜, 완성된 멤브레인이 변형되는 것을 방지하고자 한다.
상기 보강재는 폴리머 소재로 형성되며, 폴리에스테르 또는 폴리아마이드로 형성됨이 바람직하다. 이온교환솔루션에 투입되는 이온교환수지분말에 따라 양이온교환멤브레인 또는 음이온교환멤브레인을 형성하며, 상기 방향성에 따라 친화성 소재로 형성하기 위함이다.
보강재가 삽입된 이온교환멤브레인은 높은 인장강도를 확보할 수 있으므로, 관리의 효율성 및 변형방지 효과를 얻을 수 있다. 상기 메시망의 두께는 5μm 내지 700μm로 형성되며, 메시망의 와이어 두께는 3μm내지 500μm인것;을 포함한다. 후술되는 이온교환수지분말, 폴리머용질, 용매, 이온교환용액, 첨가물이 일정한 비율로 혼합되어 이온교환솔루션을 형성하며, 이는 슬러리 상태로 준비된다.
슬러리를 준비하는 과정 중, 폴리머로 형성된 보강재를 준비하며, 앞에서 제시한 슬러리 및 보강재는 혼합되는 과정을 가진다. 혼합되는 과정 중, 보강재 내부 및 표면에 슬러리가 침투되는 단계를 수행한다. 슬러리가 침투된 보강재는 일정한 두께를 성형하기 위해 정형단계를 거치며, 일정한 두께의 솔루션수용판은 건조챔버를 통과하며, 건조된다. 따라서, 이온방형성을 가지며, 내부에 보강재가 삽입되는 이온교환멤브레인을 확보할 수 있다.
(실시예 2-1) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 이온교환솔루션은 이온교환수지분말(111), 폴리머용질(112), 용매(113), 이온교환용액(114) 의 혼합으로 형성되는 것;을 포함한다.
본 발명의 불균질막은 균질막에 비하여 저렴한 생산원가의 장점이 있으나, 낮은 함수율 및 높은 막저항 문제를 발생시킨다. 이를 극복하기 위해, 본 발명은 이온교환수지분말 이외에 추가로 폴리머용질을 혼합하여, 함수율 및 막저항의 단점을 극복할 수 있다. 또한 동시에 막의 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있다. 따라서, 낮은 생산원가에도 불구하고, 고품질의 막을 생산하는 효과를 가진다.
(실시예 2-2) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 이온교환솔루션에 첨가물이 혼합되는 것;을 포함하며, 상기 첨가물은 실란화합물로 형성되는 것;을 포함한다. 구체적으로 비닐계실란(vinyltrimethoxy silane등), 아미노계실란(3-aminopropyltrimethoxysilane 등), 폴리머실란(polydimethylsiloxane hydroxyl 등) 에폭시계실란, 이소시아네이트계실란 등으로 형성됨이 바람직하다. 실란이 포함된 첨가물은 이온교환멤브레인을 유연하게 하며, 유연한 멤브레인은 적층 안전성을 확보할 수 있다. 본 발명의 이온교환멤브레인은 복수의 층이 적층되어 정수장치 등에 활용될 수 있으며, 적층 과정에서 파손되는 것을 방지할 수 있다.
(실시예 2-3) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 용매는 양쪽성용매로 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 2-4) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 2-3에 있어서, 상기 용매는 NMP, DMF, DMAc, DMSO, chloroform, chlorobenzene, methylene chloride중 선택된 어느 하나 또는 2개 이상의 조합으로 형성되는 것;을 포함한다.
용매는 이온교환솔루션 형성에 있어서 혼합의 효과를 높이는 목적으로 사용된다. 본 발명(실시예 2-3. 실시예 2-4)의 NMP, DMAc, DMF 또는 DMSO는 높은 소수성 및 친수성을 가지므로 어떠한 폴리머와도 용이하게 용해되는 효과를 가진다. 따라서, 어떠한 용질도 완전한 용융을 가능하게 하며, 혼합과정 중 균질상태의 용액을 확보할 수 있다.
(실시예 2-5) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 이온교환수지분말(111)은 양이온수지분말(111a) 또는 음이온수지분말(111b)로 형성되는 것;을 포함한다.
본 발명의 이온교환수지분말은 고분자로 형성되며, 양이온 또는 음이온을 교환하는 기능기를 가지며, 용매에 용이하게 녹을 수 있어야 된다. 구체적으로 이오노머로, 폴리스티렌, 폴리술폰, 폴리이서술폰, 폴리아미드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리글리시딜메타크릴레이트 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
(실시예 2-6) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 이온교환용액은 PS(polystyrene), PES(poly ether sulfone), PPO(poly phenylene oxide), PEEK(Poly eher ether ketone), PEKK(polyether-ketone-ketone), PFSA(Perfluorosulfonic acids), PVC(Polyvinyl Chloride), PE(Polyethylene)를 기본 골격으로 하여 제조된 이온교환체 중 선택된 어느하나 이상으로 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 2-7) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 이온교환솔루션은 5-60 중량%의 이온교환용액으로 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 2-8) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 이온교환솔루션은 10-70 중량%의 이온교환수지분말으로 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 2-9) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 이온교환솔루션은 5-60 중량%의 폴리머용질로 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 2-10) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 이온교환솔루션은 1-20중량%의 첨가제로 형성되는 것;을 포함한다.
(실시예 3-1) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 폴리머용질은 아크릴계 폴리머(polyacrylate 등), 아세테이트계 폴리머(Ethylene vinyl acetate 등), 올레핀계 폴리머(polyethylene 등) 및 플루오르 올레핀계 폴리머(polyvinylidenefluoride 등) 중 선택된 어느 하나로 형성되는 것;을 포함한다.
폴리머 용질은 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 아크릴계 폴리머(polyacrylate 등), 아세테이트계 폴리머(Ethylene vinyl acetate 등), 올레핀계 폴리머(polyethylene 등) 및 플루오르 올레핀계 폴리머(polyvinylidenefluoride 등) 중 선택된 어느 하나로 형성되는 것이 좋다.
(실시예 4-1) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 정형단계는 솔루션수용판 양면에 균일간격으로 형성된 간섭체(400)에 의해 선정된 두께로 정형하는 것;을 포함한다.
(실시예 4-2) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 4-1에 있어서, 상기 간섭체는 솔루션수용판 양면에 배치되며, 솔루션수용판 이송속도와 동일한 원주속도로 회전하는 정형롤러(410);를 포함한다.
(실시예 4-3) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 4-1에 있어서, 상기 간섭체는 솔루션수용판 양면에 배치되며, 솔루션수용판 양측에 위치하는 스크레퍼(420);를 포함한다.
(실시예 4-4) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 4-1에 있어서, 상기 간섭체는 솔루션수용판 일면에 배치되며 솔루션수용판 이송속도와 동일한 원주속도로 회전하는 정형롤러(410), 솔루션수용판 타면에 배치되는 스크레퍼(420);를 포함한다.
(실시예 4-5) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 4-2내지 4-4에 있어서, 상기 정형롤러는 콤마코터(430)로 형성되는 것;을 포함한다.
본 발명(실시예 4-1 내지 4-5)은 보강재에 침지된 이온교환솔루션의 두께를 일정하게 하고자 함이며, 솔루션수용판의 양단 또는 일측에 간섭체를 접촉시켜, 일정한 두께를 제어한다.
솔루션수용판은 양측에 회전하는 롤러에 의해 두께를 설정할 수 있다. 또는 다른실시예로서, 일측 또는 양측에 스크래퍼를 장착하여, 스크래퍼에 의해 두께를 제어할 수 있다. 또는 다른 실시예로서, 롤러 및 스프래퍼의 복수조합으로 설정할 수 있다. 상기 롤러는 콤마코터를 사용함이 바람직하다.
(실시예 5-1) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 건조단계는 솔루션수용판을 열풍에 의해 건조하는 열풍건조단계(S410); 및/또는 적외선건조단계(S420);를 포함한다.
(실시예 6-1) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 5-1에 있어서, 상기 건조단계는 복수의 단계로 다단 건조하는 것; 를 포함한다.
(실시예 6-2) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 6-1에 있어서, 상기 다단건조단계는 스탭, 직선형, 곡선형 중 선택된 어느 하나의 형태로 온도가 승강 및 하강하는 것;을 포함한다.
(실시예 6-3) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 6-2에 있어서, 상기 다단건조단계 전, 온도조건을 사전 설정하는 온도설정단계(S430);를 포함한다.
(실시예 6-4) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 6-1에 있어서, 상기 다단건조단계의 온도는 섭씨 30도 내지 150도의 범위로 형성되는 것;을 포함한다.
본 발명(실시예 5-1 내지 6-4)은 이온교환솔루션 수용판을 건조시키는 건조단계에 대한 것이다. 이온교환솔루션수용판은 슬러리상태의 이온교환솔루션을 보강재 내부 및 표면에 수용된 상태이며, 건조에 의해 시트로 형성하는 단계이다. 건조단계에서 열풍에 의해 건조하거나, 또는 적외선으로 건조할 수 있다. 다른 실시예로서, 열풍건조 및 적외선건조를 동시에 적용할 수 있다.
건조시간은 이온교환솔루션 두께 및 재질에 따라 상이하게 적용할 수 있다. 열풍건조는 가열된 건조공기를 이온교환솔루션 일면 또는 양면에 적용시켜 건조시키는 특징을 가지며, 적외선 건조 또한 양면 또는 일면에 적외선 광원을 조사하여 건조시킬 수 있다.
상기 건조단계는 일회로 이루어질 수 있으며, 또는 다단과정으로 건조될 수 있다. 다단으로 건조될 경우, 온도는 단계적으로 승온되며, 최고의 설정온도에서 단계적으로 하강된다. 온도범위는 30도시 내지 150도시의 범위로 이루어진다. 30도는 완전한 성형을 불가능하게 하며, 150도 이상은 막손상을 유발한다. 또한 각각의 단계별로 시간을 차별화 하므로 이온교환솔루션의 종류 및 멤브레인의 두께에 대한 최적의 건조조건을 구현할 수 있다.
(실시예 7-1) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 건조단계 중, 건조챔버(510)에서 발생된 습증기의 용매를 회수하는 용매회수단계(S440);를 포함한다.
(실시예 7-2) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 7-1에 있어서, 상기 솔루션수용판을 수용하는 건조챔버(510); 상기 건조챔버 일측 및 타측을 연통하여 형성되는 순환튜브(520); 상기 순환튜브 중간에 위치하는 송풍팬(530); 상기 송풍팬 일측에 위치하며, 습증기를 응축하는 응축기(540); 상기 응축기와 연통되며, 응축된 용매를 포집하는 용매회수용기(550);를 포함한다.
본 발명(실시예 7-1 내지 7-2)의 실시예는 솔루션 형성시 투입되었던 용매를 회수하는 방법에 대한 것이다.
이온교환수지분말을 용해시켜 이온교환용액과 혼합하여 이온교환솔루션을 슬러리 상태로 제조하며, 건조단계에서 용매를 기화시킨다. 기화된 용매는 응축기에 의해 응축시켜, 용매를 회수하기 위한 단계이다.
구체적으로 건조챔버는 밀폐된 조건을 형성하며, 건조챔버는 순환튜브에 의해 일측과 타측을 연통한다. 송풍팬은 순환튜브 내부에서 공기를 유동한다. 즉, 순환튜브로 흡입되는 공기는 기체상태의 용매를 포함한다. 기체상태의 용매는 응축기에 의해 액체로 변환되며, 액체로 변환된 용매는 용매회수용기에 수용되어 재사용된다.
상기 순환투뷰의 내부에 가열히터(570)가 내장되며, 건조챔버로 공급되는 공기를 가열한다. 가열히터의 온도는 제1온도센서(571)에 의해 계측되며, 제어기(580)에 의해 가열히터의 작동량을 제어하게 된다. 건조챔버의 내부에는 적외선건조기(590)를 수용되며, 선택적으로 작동할 수 있다. 건조챔버 내부에는 제2온도센서(572)를 내장하며, 내부온도를 제어기에 의해 제어한다. 상기 가열히터 및 적외선 건조기의 위치는 필요에 따라 건조챔버 계통시스템 내부에 다양한 배치가 허용된다.
(실시예 8-1) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 건조단계 후, 이온교환멤브레인의 내부 및 표면의 결함을 검사하는 검사단계(S700);를 포함한다.
(실시예 8-2) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 7-1에 있어서, 상기 검사단계는 이온교환멤브레인 일측에 적외선 발진기(710)적외선 빛을 조사하는 조사단계(S710); 상기 조사단계 중, 이온교환멤브레인 일측 또는 타측에 위치하는 카메라(720)에 의해 촬영하는 촬영단계(S720);를 포함한다.
(실시예 8-3) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 7-2에 있어서, 촬영단계 후, 결함제어기(730)에 의해 결함의 위치 및 크기를 판단하는 결함판단단계(S730);를 포함한다.
(실시예 8-4) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 7-3에 있어서, 결함판단단계 후, 결함표시기(740)에 의해 멤브레인의 표면에 결함위치를 표시하는 결함표시단계(S740);를 포함한다.
본 발명(실시예 8-1 내지 8-4)은 이온교환멤브레인의 표면 또는 내부에 위치하는 홀, 표면흠집, 표면돌기 등의 결함을 판단하는 것에 대한 것이다.
이온교환멤브레인은 생산과정 중 결함이 발생될 수 있으며, 상기 결함은 이온교환멤브레인의 성능저하 문제를 발생시킨다. 따라서, 연속으로 생산되는 과정에서 자동으로 결함을 검측하며, 검측위치를 표시하는 기술이 요구된다.
이를 구현하기 위해, 이온교환멤브레인의 표면에 적외선으로 빛을 조사하며, 빛은 결함위치에서 굴곡 등에 의해 정상적인 표면과 명암의 차이를 발생시킨다. 이는 이온교환멤브레인의 표면을 관측하는 카메라에 의해 촬영되며, 카메라의 영상정보는 결함제어기에 의해 판독된다. 결함제어기는 결함의 종류 및 크기를 인식된 프로그램에 의해 판단하며, 판단결과는 결함제어기에 저장된다.
또한 다른 실시예로서, 관리자가 결함위치를 육안으로 확인하기 위해, 결함표기시에 의해 멤브레인 모서리에 인식표기를 한다. 마킹은 점 또는 선, 수치 등으로 표식할 수 있다.
다른 실시예에 의해 상기 검사단계는 건조챔버 내부에서 수행되거나, 건조챔버 외부에서 수행될 수 있다. 건조챔버 내부에서 수행될 경우, 건조기의 건조용 적외선발진기를 겸용으로 활용될 수 있다.
(실시예 9-1) 본 발명은 이온교환멤브레인 제조방법에 대한 것이며, 실시예 1-1 내지 7-1의 제조방법으로 제조되는 이온교환멤브레인을 포함한다.
110 : 이온교환솔루션 111 : 이온교환수지분말
111a : 양이온수지분말 111b : 음이온수지분말
121 : 폴리에스테르 122 : 폴리아마이드
112 : 폴리머용질 113 : 용매
114 : 이온교환용액 115 : 첨가물
120 : 보강재 130 : 솔루션수용판
140 : 가이드필름 211 : 제1롤러
212 : 제2롤러 213 : 두께측정기
400 : 간섭체
410 : 정형롤러 420: 스크래퍼
430 : 콤마코터 510 : 건조챔버
520 : 순환튜브 530 : 송풍팬
540 : 응축기 550 : 용매회수용기
570 : 가열히터 571 : 제1온도센서
572 : 제2온도센서 580 : 제어기
590 : 적외선건조기

Claims (9)

  1. 이온교환멤브레인 제조방법에 있어서,
    슬러리 상태의 이온교환솔루션(110)를 준비하는 제1준비단계(S110);
    폴리머로 형성된 보강재(120)을 준비하는 제2준비단계(S120);
    상기 제1준비단계 및 제2준비단계 후,
    상기 보강재 내부 및 양측외부에 이온교환솔루션을 침투 시키는 침투단계(S200);
    상기 침투단계 후, 보강재 내부 및 양측외부에 이온교환솔루션이 수용된 솔루션수용판(130)을 형성하고, 상기 솔루션수용판(130)의 두께를 일정하게 형성하는 정형단계(S300);
    상기 정형단계 후, 솔루션수용판(130)을 건조하는 건조단계(S400);
    상기 건조단계 중, 건조챔버(510)에서 발생된 습증기의 용매를 회수하는 용매회수단계(S440);
    상기 건조단계 후, 이온교환멤브레인의 양면을 제1롤러(211) 및 제2롤러(212)에 의해 선정된 균일두께로 형성하는 프레스단계(S600);
    상기 프레스단계 전, 상기 제1롤러(211) 및 제2롤러(212)의 간격을 제어하는
    간격제어단계(S520);
    상기 간격제어단계 전, 두께측정기(213) 이온교환멤브레인의 두께를
    측정하는 두께측정단계(S510);를 포함하되.
    이온교환솔루션은 이온교환수지분말(111), 폴리머용질(112), 용매(113), 이온교환용액(114), 첨가물(115)의 혼합으로 형성되며, 상기 이온교환솔루션은 10-70 중량%의 이온교환수지분말, 5-60중량%의 폴리머용질, 5-60중량%의 이온교환용액, 1-20중량%의 첨가제로 형성되며,
    상기 건조챔버의 일측 및 타측을 연통하여 형성되는 순환튜브(520);
    상기 순환튜브 중간에 위치하는 송풍팬(530);
    상기 송풍팬 일측에 위치하며, 습증기를 응축하는 응축기(540);
    상기 응축기와 연통되며, 응축된 용매를 포집하는 용매회수용기(550);
    를 포함하는 이온교환멤브레인 제조방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리머용질은 아크릴계 폴리머(polyacrylate), 아세테이트계 폴리머(Ethylene vinyl acetate), 올레핀계 폴리머(polyethylene) 및 플루오르
    올레핀계 폴리머(polyvinylidenefluoride) 중 선택된 어느 하나로 형성되는 이온교환멤브레인 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 정형단계는 솔루션수용판 양면에 균일간격으로 형성된 간섭체(400)에 의해 선정된 두께로 정형하는; 이온교환멤브레인 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조단계는 솔루션수용판을 열풍에 의해 건조하는 열풍건조단계(S410);
    및/또는 적외선건조단계(S420); 를 포함하는 이온교환멤브레인 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 건조단계는 복수의 단계로 다단 건조하는; 이온교환멤브레인 제조방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조단계 후, 이온교환멤브레인의 내부 및 표면의 결함을 검사하는 검사단계(S700);
    를 포함하는 이온교환멤브레인 제조방법.
  9. 청구항 1항, 청구항 3항 내지 청구항 6항 중 어느 하나의 항의 이온교환멤브레인 제조방법을 이용하여 제조되는 이온교환멤브레인.
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