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KR101885246B1 - 이온 교환체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이온 교환 필터 장치와 전기 탈이온 장치 - Google Patents

이온 교환체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이온 교환 필터 장치와 전기 탈이온 장치 Download PDF

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KR101885246B1
KR101885246B1 KR1020120036319A KR20120036319A KR101885246B1 KR 101885246 B1 KR101885246 B1 KR 101885246B1 KR 1020120036319 A KR1020120036319 A KR 1020120036319A KR 20120036319 A KR20120036319 A KR 20120036319A KR 101885246 B1 KR101885246 B1 KR 101885246B1
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김현석
정준선
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삼성전자주식회사
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Abstract

연속기포(open cell) 구조를 가지는 고분자 지지체; 및 상기 연속기포 구조를 가지는 지지체에 충전된 미세다공성 고분자 매트릭스를 포함하고, 상기 미세다공성 고분자 매트릭스는 적어도 하나의 이온 교환 작용기(ion exchange functional group)와 적어도 하나의 가교결합(cross-linking) 작용기를 가지는 모노머와 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제를 중합한 이온 전도성 고분자를 포함하는 이온 교환체(ion exchanger)가 제공된다.

Description

이온 교환체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이온 교환 필터 장치와 전기 탈이온 장치{ION EXCHANGER, METHOD OF MANUFACTURING SAME, AND ION EXCHANGE FILTER DEVICE AND ELECTRODEIONIZATION DEVICE INCLUDING THE SAME}
이온 교환체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이온 교환 필터 장치와 전기 탈이온 장치에 관한 것이다.
이온 교환막을 이용하여 양이온과 음이온을 선택적으로 투과시키는 분리기술로 전기투석(ED, electro-dialysis) 공정과 전기 탈이온(EDI, electro-deionization) 공정이 있다. 원수의 이온농도에 따라 이온농도가 높을 때는 전기투석 공정이 이용되며, 이온농도가 낮을 때는 전기 탈이온 공정을 이용한다. 　　낮은 이온 농도를 처리하는 전기 탈이온 공정에서 높게 발생할 수 있는 전기저항을 줄이고 농도 분극 현상에 의해 발생된 수소 이온과 수산화 이온을 감소시키기 위하여 이온전달을 촉진시킬 수 있는 이온 교환 수지를 사용한다.
이온 교환 수지는 작은 구슬(bead) 모양으로 되어 있어 취급이 용이하지 않으며, 중력 때문에 운전 중에 이온 교환 수지가 일부 쏠리는 현상이 발생하여 유속감소, 유효반응면적의 감소 등으로 인한 제거효율 감소가 일어날 수 있다. 또한 이온 교환 수지의 충전 밀도에 따라 처리효율에 미치는 영향이 달라질 수 있어 일정한 밀도로 설치하는 것이 중요하나, 일정한 밀도로 설치가 불가능하다.
이온 교환 수지의 단점을 해결하기 위하여 다양한 이온 전도성 스페이서 개발이 이루어지고 있다. 이온 전도성 스페이서의 예로 이온 교환 섬유가 제안되고 있다. 이온 교환 섬유는, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌-폴리에틸렌 공중합체 등 폴리올레핀계 고분자 기재에 UV, 플라즈마 등 다양한 조사원을 사용하여 고분자 기재 내에 라디칼을 생성시키고, 이러한 라디칼을 기점으로 중합성 단량체가 접촉되는 경우 새로운 중합반응이 일어나면서 가지형의 공중합체가 형성됨으로써 제조될 수 있다. 이러한 이온 교환 섬유는 무게가 가볍고, 필터 제조가 간편하고 이온 교환 수지에 비하여 이온 교환 속도가 빠른 장점을 가지고 있다. 이온 교환 섬유가 전기 탈이온 장치에 이용될 경우에는 높은 투과계수를 얻을 수 있고 시간에 따른 반응효율의 감소 등을 해결할 수 있다. 그러나 이온 교환 섬유는 섬유자체의 부피가 크고 낮은 충전 밀도(낮은 이온 교환용량)를 보여 사용에 한계가 있다.
이러한 이온 교환 섬유의 단점을 보완하기 위하여 이온 교환 섬유에 높은 이온 교환용량을 지닌 이온 교환 수지 입자를 용제형 접합제를 사용하여 결합한 복합필터가 제안되었다. 예를 들어 망상 폴리우레탄 폼으로 만들어지는 골격기재에 아크릴계, 우레탄계, 초산비닐계 등의 접착제를 함침시키고 이온 교환 수지를 상기 골격기재에 부착하여 이온 교환 필터 장치를 제조하는 방법이 있다. 그러나 이온 교환 수지 입자를 접합제가 감싸고 있어 이온 교환 용량이 감소하고, 접합제의 사용으로 인하여 제조공정이 복잡한 문제점이 있다.
또한 망상 폴리우레탄 폼 등의 골격 기재에 이온 교환 작용기를 도입하는 시도가 있으나 이온 교환 용량이 작다는 문제가 있다.
본 발명의 일 구현예는 접합제를 사용하지 않으면서도 고밀도 충전이 가능하여 이온 교환 용량이 높을 뿐만 아니라 높은 여과계수를 가지는 이온 교환체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 이온 교환체의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 이온 교환체를 포함하는 이온 교환 필터 장치 및 전기 탈이온 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 연속기포(open cell) 구조를 가지는 고분자 지지체; 및 상기 연속기포 구조를 가지는 지지체에 충전된 미세다공성 고분자 매트릭스를 포함하고, 상기 미세다공성 고분자 매트릭스는 적어도 하나의 이온 교환 작용기(ion exchange functional group)와 적어도 하나의 가교결합(cross-linking) 작용기를 가지는 모노머와 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제를 중합한 이온 전도성 고분자를 포함하는 이온 교환체(ion exchanger)를 제공한다.
상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 약 70% 이상의 기공도(porosity)를 가질 수 있다.
상기 연속기포 고분자 지지체는 약 45 ppi(pixels per inch) 이상의 기포(cell) 크기를 가질 수 있다.
상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리비닐클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리우레아, 폴리에테르, 폴리이소시아누레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 이온 교환체 총량에 대하여 약 3 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 포함될 수 있다.
상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 이온 교환 작용기를 더 포함할 수 있다.
상기 이온 교환 작용기는 술폰산기(sulfonic acid group, 인산기(phosphoric acid group), 카르복실산기(carboxylic acid group), 이미노디아세트산기(imino diacetic acid group), 인산에스테르기(phosphoric ester group) 등의 양이온 교환 작용기; 4급 암모늄기, 3급 아미노기, 1급 아미노기, 이민기, 3급 술포늄기, 포스포늄기, 피리딜기, 카바졸릴기, 이미다졸릴기 등의 음이온 교환 작용기; 베타인(betaine), 술포베타인(sulfobetaine) 등의 양쪽성(amphoteric) 이온 교환 작용기 등이 있을 수 있다.
상기 가교결합 작용기는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알키닐기, 할로겐, -ROR'(여기에서 R은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고 R'은 수소 또는 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임), 아실 할라이드기(-RC(=O)X, 여기에서 R은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고 X는 할로겐임), -RC(=O)OR'(여기에서 R은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고, R'은 수소 또는 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임), 이소시아네이트기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기, 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기, 아크릴아미도기, 메타크릴아미도기, 티올기 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
상기 모노머는 α-할로겐화 비닐 술폰산, α,β,β'-할로겐화 비닐 술폰산, 메타크릴산, 아크릴산, 스티렌 술폰산, 비닐 술폰산, 말레인산, 이타콘산, 스티렌포스폰산, 무수 말레산, 비닐 인산, 이들의 염, 이들의 에스테르 및 이들의 조합에서 선택되는 양이온 교환 작용기를 가지는 모노머; 또는 비닐 피리딘, 메틸 비닐 피리딘, 에틸 비닐 피리딘, 비닐 피롤리돈, 비닐 카바졸, 비닐 이미다졸, 아미노 스티렌, 알킬아미노 스티렌, 디알킬아미노 스티렌, 트리알킬 아미노스티렌, 메틸비닐 케톤, 클로로메틸스티렌, 아크릴산아미드, 메타크릴산아미드 및 이들의 조합에서 선택되는 음이온 교환 작용기를 가지는 모노머일 수 있다.
상기 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제는 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 방향족 화합물, 지환족(alicyclic) 화합물 또는 지방족 화합물일 수 있다.
상기 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제는 m-디비닐 벤젠, 디비닐톨루엔, 디비닐크실렌, p-디비닐 벤젠, o-디비닐 벤젠, 디비닐 술폰, 부타디엔, 클로로프렌, 이소프렌, 트리비닐 벤젠, 디비닐 나프탈렌, 디알릴 아민, 트리아릴아민, 디비닐 피리딘, 디비닐디페닐 에테르, 디비닐디페닐설폰 등의 디비닐계 화합물; 알킬렌 디아크릴레이트, 알킬렌 디메타크릴레이트 등의 (메트)아크릴레이트 화합물; 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
상기 모노머와 가교제는 약 1:0.5 내지 약 1:20의 중량비로 사용될 수 있다.
상기 미세다공성 고분자 매트릭스는 약 2nm 내지 약 100nm의 평균 기공 크기를 가질 수 있다.
상기 이온 교환체는 약 100m2/g 내지 약 1000m2/g의 비표면적을 가질 수 있다.
상기 이온 교환체는 약 5 내지 약 25 L/hr·m·atm의 여과계수를 가질 수 있다.
상기 이온 교환체는 약 2500 내지 약 15000 μS/cm의 전기전도도를 가질 수 있다.
상기 이온 교환체는 약 80% 내지 약 99%의 기공도를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체를 준비하는 단계; 적어도 하나의 이온 교환 작용기와 적어도 하나의 가교결합 작용기를 가지는 모노머, 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제, 중합개시제 및 용매를 포함하는 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체를 상기 조성물에 침지한 후 모노머와 가교제의 중합을 실시한 후 용매를 제거하는 단계를 포함하는 이온 교환체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 구현예에 따르면, 상기 이온 교환체를 포함하는 이온 교환 필터 장치를 제공한다.
본 발명의 또다른 구현예에 따르면, 상기 이온 교환체를 포함하는 전기 탈이온 장치를 제공한다.
상기 이온 교환체는 접합제를 사용하지 않으면서도 고농도의 이온 교환 작용기를 가지는 이온 전도성 고분자를 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체에 고정시킴으로써 고밀도 충전이 가능하여 이온 교환 용량이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 이온 교환 필터 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 탈이온 장치의 개략도이다.
도 3은 실시예 1에서 제조한 이온 교환체의 주사현미경 사진(SEM)이다.
도 4는 비교예 1에 따른 이온 교환체의 광학사진이다.
도 5는 실시예 1과 비교예 1 내지 3에 따른 이온 교환체의 여과계수(permeability coefficient)를 보여주는 그래프이다.
도 6은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 3에 따른 이온 교환체의 이온 교환 성능(경도성 이온 제거율)을 보여주는 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 구현예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 구현예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 기술하는 구현예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 개략도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 연속기포(open cell) 고분자 지지체; 및 상기 연속기포 지지체에 충전된 미세다공성 고분자 매트릭스를 포함하고, 상기 미세다공성 고분자 매트릭스는 적어도 하나의 이온 교환 작용기(ion exchange functional group)와 적어도 하나의 가교결합(cross-linking) 작용기를 가지는 모노머와 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제를 중합한 이온 전도성 고분자를 포함하는 이온 교환체(ion exchanger)를 제공한다.
상기 미세다공성 고분자 매트릭스는 연속기포 지지체 내에서 모노머와 가교제의 화학반응으로 가교결합에 의하여 이온 전도성 고분자를 제조함으로써 접합제 없이 연속기포 지지체에 고정된 미세다공성 고분자 매트릭스를 제공할 수 있다. 이로써 이온 전도성 고분자의 고밀도 충전이 가능하다.
상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 연속기포를 가짐으로써 각 기포의 내부에 충전되어 있는 이온 전도성 고분자간의 접촉이 용이하여 이온 교환 작용기 간의 이온 전도성을 원활하게 할 수 있다. 또한 이온 전도성 고분자가 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체에 균일하게 분포될 수 있으며 전기 전도성이 우수하여 전기 탈이온 장치에 유용하게 사용될 수 있다.
상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 약 70% 이상, 구체적으로 약 80% 내지 약 98%의 기공도(porosity)를 가질 수 있다. 상기 범위의 기공도를 가지는 경우 이온 교환체의 물 투과도를 확보하면서 고분자의 이온 교환 작용기 간의 연결이 잘 이루어져 이온 전도성을 원할하게 유지할 수 있다.
상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 약 45 ppi 이상, 바람직하게는 약 45 ppi 내지 약 100 ppi의 기포(cell) 크기를 가질 수 있다. 이 경우 미세다공성 고분자 매트릭스에 대한 지지체 역할을 충분히 할 수 있다.
상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리비닐클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리우레아, 폴리에테르, 폴리이소시아누레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀의 구체적인 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리 스티렌, 이들의 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 이온 교환 작용기를 더 포함할 수 있다. 상기 이온 교환 작용기는 UV 또는 플라즈마로 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체를 처리한 다음 이온 교환 작용기를 가지는 모노머를 중합하여 도입될 수 있다. 이온 교환 작용기를 가지는 모노머는 상기 이온 전도성 고분자 제조시 사용되는 모노머가 사용될 수 있다.
상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 이온 교환체 총량에 대하여 약 1 내지 약 50 중량%, 구체적으로 약 3 내지 약 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 이온 교환체의 이온 교환 작용기의 균일한 분포 및 이온 교환 용량을 우수하게 조절할 수 있다.
상기 이온 교환 작용기는 술폰산기(sulfonic acid group, 인산기(phosphoric acid group), 카르복실산기(carboxylic acid group), 이미노디아세트산기(imino diacetic acid group), 인산에스테르기(phosphoric ester group) 등의 양이온 교환 작용기; 4급 암모늄기, 3급 아미노기, 1급 아미노기, 이민기, 3급 술포늄기, 포스포늄기, 피리딜기, 카바졸릴기, 이미다졸릴기 등의 음이온 교환 작용기; 베타인(betaine), 술포베타인(sulfobetaine) 등의 양쪽성(amphoteric) 이온 교환 작용기 등이 있을 수 있다.
상기 가교결합 작용기는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알케닐기, 예를 들어 비닐기, 알릴기, 부테닐기 등, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알키닐기, 할로겐(-F, -Cl, -Br, 또는 -I), -ROR'(여기에서 R은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고 R'은 수소 또는 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임), 아실 할라이드기(-RC(=O)X, 여기에서 R은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고 X는 할로겐임), -RC(=O)OR'(여기에서 R은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고, R'은 수소 또는 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임), 이소시아네이트기, 이소시아누레이트기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기, 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기, 아크릴아미도기, 메타크릴아미도기, 티올기 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
상기 "치환된"이란 작용기중의 수소가 플루오로기, C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기(CnF2n +1), C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, C3 내지 C30의 사이클로알콕시기, C2 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시알킬기, C4 내지 C30의 사이클로알콕시알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 작용기로 치환되는 것을 의미한다.
상기 모노머는 α-할로겐화 비닐 술폰산, α,β,β'-할로겐화 비닐 술폰산, 메타크릴산, 아크릴산, 스티렌 술폰산, 비닐 술폰산, 말레인산, 이타콘산, 스티렌포스폰산(styrene phosphonic acid), 무수 말레산, 비닐 인산, 이들의 염, 이들의 에스테르 및 이들의 조합에서 선택되는 양이온 교환 작용기를 가지는 모노머; 또는 비닐 피리딘, 메틸 비닐 피리딘, 에틸 비닐 피리딘, 비닐 피롤리돈, 비닐 카바졸, 비닐 이미다졸, 아미노 스티렌, 알킬아미노 스티렌, 디알킬아미노 스티렌, 트리알킬아미노스티렌, 아크릴산아미드, 메타크릴산아미드 및 이들의 조합에서 선택되는 음이온 교환 작용기를 가지는 모노머일 수 있다. 여기에서 알킬은 C1 내지 C20의 알킬을 의미한다. 상기 "할로겐화"란 화합물 중에 수소가 할로겐(-F, -Cl, -Br 또는 -I)으로 치환되는 것을 의미한다.
상기 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제는 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 방향족 화합물, 지환족(alicyclic) 화합물 또는 지방족 화합물일 수 있다. 이들은 방향족 기, 지환족 기 또는 지방족 기에 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기가 결합되어 있는 화합물이다. 상기 방향족 기는 C6 내지 C30의 아릴렌기, N, O 또는 S의 헤테로원자를 포함하는 C2 내지 C30의 헤테로아릴렌기 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 상기 지환족 기로는 C3 내지 C30의 사이클로알킬렌기, N, O 또는 S의 헤테로원자를 포함하는 C2 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 상기 지방족 기는 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기, N, O 또는 S의 헤테로원자를 포함하는 C1 내지 C20의 헤테로알킬렌기, C2 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알케닐렌기, N, O 또는 S의 헤테로원자를 포함하는 C2 내지 C20의 헤테로알케닐렌기 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
상기 방향족 화합물 또는 지환족 화합물의 경우 방향족 기 또는 지환족 기에 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기가 결합되어 이들 가교결합 작용기 간의 자유회전(free rotation) 가능성이 적어 고분자 구조변화의 가능성이 작아진다. 이로써 미세다공성 고분자 매트릭스의 기공의 형상을 일정하게 유지할 수 있다.
상기 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제는 m-디비닐 벤젠, 디비닐톨루엔, 디비닐크실렌, p-디비닐 벤젠, o-디비닐 벤젠, 디비닐 술폰, 부타디엔, 클로로프렌, 이소프렌, 트리비닐 벤젠, 디비닐 나프탈렌, 디알릴 아민, 트리아릴아민, 디비닐 피리딘, 디비닐디페닐 에테르, 디비닐디페닐설폰 등의 디비닐계 화합물; 알킬렌 디아크릴레이트, 알킬렌 디메타크릴레이트 등의 아크릴레이트 화합물; 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 여기에서 아릴은 C6 내지 C12의 아릴을 의미하고, 알킬렌은 C1 내지 C20의 알킬렌을 의미한다.
상기 모노머와 가교제는 약 1:0.5 내지 약 1:20, 구체적으로 약 1:0.7 내지 약 1:4의 중량비로 사용될 수 있다. 상기 범위에서 이온 교환 작용기의 함량을 용이하게 조절할 수 있다.
상기 미세다공성 고분자 매트릭스는 약 2nm 내지 약 100nm, 구체적으로 약 5nm 내지 약 90nm, 보다 구체적으로 약 10nm 내지 약 80nm의 평균 기공 크기를 가지는 메조기공을 포함한다. 상기 범위의 평균 기공 크기를 가지는 메조기공이 형성되면 물투과성이 우수하면서 이온 교환 작용기 간의 접촉가능성이 더 증가될 수 있다. 이와 같이 물투과성이 우수하여 상기 이온 교환체는 약 5 내지 약 25 L/hr·m·atm, 구체적으로 약 10 내지 약 25 L/hr·m·atm의 여과계수를 가질 수 있다.
또한 이온 교환 작용기 간의 접촉가능성이 증가하여 약 2500 내지 약 15000 μS/cm, 구체적으로 약 2800 내지 약 15000 μS/cm의 전기전도도를 가질 수 있다. 상기 범위의 전기전도도를 가지는 경우 이온의 전달을 촉진할 수 있다.
상기 이온 교환체는 약 80% 내지 약 99%의 기공도, 구체적으로는 약 85% 내지 95%의 기공도를 가질 수 있다. 상기 범위의 기공도를 가지는 경우 이온 교환체의 물투과성과 여과계수를 우수하게 개선할 수 있다.
상기 이온 교환체는 약 100 m2/g 내지 약 1000 m2/g, 구체적으로 약 150 m2/g 내지 약 800 m2/g의 비표면적을 가질 수 있다. 상기 범위에서 높은 비표면적을 가지는 경우 이온 교환 작용기의 노출이 보다 많이 이루어져 이온 교환체의 이온 교환 용량이 증가될 수 있다.
상기 이온 교환체는 적어도 하나의 이온 교환 작용기와 적어도 하나의 가교결합 작용기를 가지는 모노머, 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제, 중합개시제 및 용매를 포함하는 조성물을 제조하고, 상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체를 상기 조성물에 침지한 후 모노머와 가교제의 중합을 실시한 후 용매를 제거하는 공정으로 제조될 수 있다.
상기 모노머, 가교제 및 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 상기 이온 교환체에서 설명한 바와 동일하다.
상기 중합개시제로는 열중합 개시제이면 특별히 한정되지 않고 사용가능하며, 구체적인 예로는 아조화합물 또는 과산화물 등이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 2,2'-아조비스이소부티로니트릴, 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드 등이 있다.
상기 용매로는 N,N-디메틸포름아미드, N-메틸피롤리돈, N,N-디메틸아미노프로필아민, 에틸렌옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 테트라히드로퓨란 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 용매 제거 공정은 초임계 건조, 동결건조, 상압 건조 등의 방법으로 실시할 수 있다.
상기 이온 교환체는 물 투과가 우수하여 물을 연수화하는 이온 교환 필터 장치, 전기 탈이온 장치 등에 사용될 수 있으며, 대기 오염물에서 유해물질 제거 또는 폐수중 중금속의 제거 또는 희귀 금속의 회수에도 사용될 수 있다.
이하에서 상기 이온 교환체를 포함하는 이온 교환 필터 장치에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 이온 교환 필터 장치(1)의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 이온 교환 필터 장치(1)는 케이스(2)에 충전된 이온 교환체(3)를 포함한다. 상기 이온 교환체(3)은 위에서 설명된 이온 교환체가 사용될 수 있다.
상기 이온 교환체를 포함하는 전기 탈이온 장치에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 탈이온 장치(10)의 개략도이다. 도 2를 참조하면, 음극(11)과 양극(13) 사이에 양이온 교환막(15)과 음이온 교환막(17)을 배치하고 음극(11)과 양이온 교환막(15) 사이에 농축실 겸 음극실(19)이 위치하고 양극(13)과 음이온 교환막(17) 사이에 농축실 겸 양극실(21)이 위치한다. 양이온 교환막(15)과 음이온 교환막(17) 사이에 탈염실(23)이 위치한다. 상기 농축실 겸 음극실(19) 및 상기 농축실 겸 양극실(21)에는 각각 양이온 교환체(25)가 충전되어 있다. 이러한 양이온 교환체(25)로는 상기에서 설명된 이온 전도체의 이온 교환 작용기가 양이온 교환 작용기인 이온 교환체가 사용될 수 있다. 상기 탈염실(23)에는 양이온 교환 작용기와 음이온 교환 작용기를 모두 가지는 이온 교환체(27)가 충전되어 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
실시예 1 내지 4: 이온 교환체의 제조
모노머로 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판설폰산)(2-acrylamido-2-methyl-1-propansulfonic acid), 가교제로 1,3,5-트리아크릴로일헥사히드로-1,3,5-트리아진(1,3,5-triacryloylhexahydro-1,3,5-triazine) 및　　라디칼 개시제로 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN)을 N,N-디메틸포름아미드 용매 1L에 넣어 용액을 제조한다. 상기 모노머와 가교제의 사용량은 표 1에 기재된 바와 같고 라디칼 개시제는 모노머와 가교제의 총량 100중량부에 대하여 2 중량부의 양으로 사용한다.
상기 용액에 연속기포 폴리우레탄 폼(제조사 SERIM TTC, SFRSH9-45CG)을 침지시킨 다음 상기 모노머와 가교제를 70 ℃ 오븐에서 4시간 중합시켜 이온 전도성 고분자를 제조한다. 제조된 이온 교환체를 탈이온수에 침지하여 용매를 제거한 후 40℃, 80기압(atm)에서 초임계 건조한다.
비교예 1: 이온 교환체의 제조
디이소시아네이트(MDI) 8 g과 폴리프로필렌 글리콜 10 g을 혼합하여 폴리우레탄 폼을 제조하면서 이온 교환 수지 입자(이온텍, TRILITE CMP28) 7g를 넣어 이온 교환체를 제조한다.
비교예 2
이온 교환 수지 입자(이온텍, TRILITE CMP28)를 이온 교환체로 사용한다.
비교예 3
양이온 교환 섬유(MION-K5, IMATEK&K)를 이온 교환체로 사용한다.
이온 교환체의 표면 특성
실시예 1에서 제조한 이온 교환체의 주사현미경 사진(SEM)을 도 3에 도시한다. 비교예 1에 따른 이온 교환체의 광학사진을 도 4에 도시한다. 도 3에서 이온 교환체에 메조포러스한 나노 기공이 형성되어 있음을 알 수 있다. 도 4에서 비교예 1에 따른 이온 교환체는 아이보리색이 폴리우레탄 폼을 보이는 것이고 갈색이 이온 교환 수지 입자를 나타낸다. 도 4에서 이온 교환 수지 입자가 불균일하게 분포하고 이온 교환 수지 입자가 서로 연결되지 않음을 확인할 수 있다.
전기전도도 측정
상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 비교예 3의 이온교환체의 전기전도도를 측정하여 하기 표 1에 기재한다. 비교예 2는 이온 교환 수지 입자여서 전기전도도 측정장치에 삽입하여 측정하는 것이 불가능하다. 상기 전기전도도는 다음과 같이 측정한다: 먼저 NaCl 21.8 ppm(50.0μS/cm) 용액에 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 및 비교예 3의 이온 교환체를 평형상태에 도달할 때까지 담근다. 상기 이온 교환체들을 SUS 전극 사이에 연결하여 교류 전원을 연결하여 저항을 측정한다. 하기 수학식 1을 이용하여 전기전도도를 계산한다.
[수학식 1]
Figure 112012027861371-pat00001
상기 수학식 2에서, R은 저항(Ω),
Figure 112012027861371-pat00002
은 전극의 거리(cm), A는 전극의 면적(cm2), 그리고
Figure 112012027861371-pat00003
는 전기전도도(μS/cm)를 나타낸다.
모노머:가교제의 중량비 전기전도도(μS/cm)
실시예 1 5:5 10460
실시예 2 3.32:6.68 7687
실시예 3 2.5:7.5 5011
실시예 4 2:8 4307
비교예 1 - 56
비교예 3 - 408
표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 이온 교환체는 비교예 1 및 비교예 3에 따른 이온 교환체에 비하여 높은 전기전도도를 나타낸다. 이는 실시예 1 내지 4의 이온 교환체가 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체 내에 균일하게 분포된 이온 전도성 고분자를 포함함으로써 이온 교환 작용기 간의 연속적인 연결이 이루어져 전기장 하에서 전류의 흐름이 원활하게 이루어짐을 보여주는 것이다. 이에 비하여 비교예 1은 독립세포 고분자 지지체에 이온 교환 수지 입자가 불균일 분포되어 이온 교환 작용기 간의 연속적인 연결이 이루어지지 않아 낮은 전기전도도를 나타낸다.
여과계수 측정
실시예 1 내지 4와 비교예 1 내지 3의 이온 교환체의 물투과도를 평가하기 위하여 여과계수를 측정한다. 여과계수는 단위시간, 단위면적당 얼마만큼의 수량이 투과하는지를 표시하는 인자이다. 이온 교환체의 여과계수(permeability coefficient)를 구하기 위하여 압력을 변화시키며 유속을 측정하였다. 하기의 수학식 2에 따라 여과계수를 계산한다.
　[수학식 2]
Figure 112012027861371-pat00004
상기 수학식 1에서, CP는 여과계수를, J는 단위면적당 여과수의 양 (ℓ/hr·m2), L은 이온 교환체의 두께, 그리고 △P는 압력의 변화량을 나타낸다.
이중 실시예 1과 비교예 1 내지 3의 이온 교환체의 여과계수를 측정하여 도 5에 도시한다. 　도 5에서 보는 바와 같이 실시예 1의 이온 교환체의 물투과도가 비교예 1 내지 3에 비하여 우수한 것으로 나타났다.
이온 교환 성능 평가
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에 따른 이온 교환체의 이온 교환 성능을 평가한다. 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 비교예 3의 이온 교환체는 2.9 cm (L) Ⅹ 1 cm (W) Ⅹ 0.7 cm (H)(부피 2 cm3)의 크기로 사용하고, 비교예 2의 이온 교환체는 2mL의 양으로 사용한다. CaCl2·2H2O 용액(472 mg/L as CaCO3　100 mL)에 담가 20분, 40분, 60분, 그리고 90 분 마다 상등액을 채취하여 칼슘 이온의 농도를 이온 크로마토그래피로 측정한다. 이중 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 3의 측정 결과를 도 6에 도시한다. 도 6에서, 실시예 1은 비교예 1과 비교예 3에 비하여 경도성 이온(칼슘 이온)의 제거율이 우수함을 알 수 있다. 　
모노머의 사용량에 따른 이온 교환 성능
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 및 비교예 2에 따른 이온 교환체에서 모노머의 사용량에 따른 이온 교환 용량을 측정한다. 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 이온 교환체는 2.9 cm (L) Ⅹ 1 cm (W) Ⅹ 0.7 cm (H)(부피 2 cm3)의 크기로 사용하고, 비교예 2의 이온 교환체는 2mL의 양으로 사용한다. 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 및 비교예 2에 따른 이온 교환체를 CaCl2·2H2O 용액(472 mg/L as CaCO3　100 mL)에 담가 이온 농도가 평형상태에 도달했을 때의 농도를 계산하여 이온 교환 용량을 측정한다. 이중 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 결과를 표 2에 기재한다. 각각 사용된 이온 교환체의 모노머의 양을 계산하여 표 2에 함께 기재한다.
모노머의 양(g) 이온 교환 용량(eq/L)
실시예 1 0.15 0.28
비교예 1 0.44 0.12
비교예 2 1.1 0.47
표 2에서 보는 바와 같이, 실시예 1에 따른 이온 교환체는 모노머의 함량이 0.15g임에도 비교예 1의 이온 교환체에 비하여 2배 이상의 이온 교환 용량을 보였다. 또한 실시예 1에 따른 이온 교환체의 모노머의 함량이 비교예 3의 모노머의 함량에 비하여 모노머의 함량이 약 14% 정도임에도 실시예 1에 따른 이온 교환체는 비교예 3의 이온 교환체의 이온 교환 용량 대비 거의 60%에 달하는 이온 교환 용량을 보였다. 이로부터 실시예 1은 비교예 1과 비교예 2에 비하여 적은 모노머를 사용하면서도 우수한 이온 교환 용량을 보임을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (30)

  1. 연속기포(open cell) 구조를 가지는 고분자 지지체; 및 상기 연속기포 구조를 가지는 지지체에 충전된 미세다공성 고분자 매트릭스를 포함하고, 상기 미세다공성 고분자 매트릭스는 적어도 하나의 이온 교환 작용기(ion exchange functional group)와 적어도 하나의 가교결합(cross-linking) 작용기를 가지는 모노머와 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제를 중합한 이온 전도성 고분자를 포함하고,
    상기 모노머와 가교제는 1:1 내지 1:20의 중량비로 사용되는 이온 교환체(ion exchanger).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 70% 이상의 기공도(porosity)를 가지는 이온 교환체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 45 ppi 이상의 기포(cell) 크기를 가지는 이온 교환체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리비닐클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리우레아, 폴리에테르, 폴리이소시아누레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 폴리머인 이온 교환체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 이온 교환체 총량에 대하여 3 중량% 내지 50 중량%의 양으로 포함되는 이온 교환체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 이온 교환 작용기를 더 포함하는 이온 교환체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이온 교환 작용기는 술폰산기(sulfonic acid group, 인산기(phosphoric acid group), 카르복실산기(carboxylic acid group), 이미노디아세트산기(imino diacetic acid group) 및 인산에스테르기(phosphoric ester group)에서 선택되는 양이온 교환 작용기; 4급 암모늄기, 3급 아미노기, 1급 아미노기, 이민기, 3급 술포늄기, 포스포늄기, 피리딜기, 카바졸릴기 및 이미다졸릴기에서 선택되는 음이온 교환 작용기; 베타인(betaine) 및 술포베타인(sulfobetaine)에서 선택되는 양쪽성(amphoteric) 이온 교환 작용기 및 이들의 조합에서 선택되는 이온 교환체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가교결합 작용기는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알키닐기, 할로겐, -ROR'(여기에서 R은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고 R'은 수소 또는 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임), 아실 할라이드기(-RC(=O)X, 여기에서 R은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고 X는 할로겐임), -RC(=O)OR'(여기에서 R은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고, R'은 수소 또는 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임), 이소시아네이트기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기, 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기, 아크릴아미도기, 메타크릴아미도기, 티올기 및 이들의 조합에서 선택되는 이온 교환체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모노머는 α-할로겐화 비닐 술폰산, α,β,β'-할로겐화 비닐 술폰산, 메타크릴산, 아크릴산, 스티렌 술폰산, 비닐 술폰산, 말레인산, 이타콘산, 스티렌포스폰산, 무수 말레산, 비닐 인산, 이들의 염, 이들의 에스테르 및 이들의 조합에서 선택되는 양이온 교환 작용기를 가지는 모노머; 또는 비닐 피리딘, 메틸 비닐 피리딘, 에틸 비닐 피리딘, 비닐 피롤리돈, 비닐 카바졸, 비닐 이미다졸, 아미노 스티렌, 알킬아미노 스티렌, 디알킬아미노 스티렌, 트리알킬 아미노스티렌, 메틸비닐 케톤, 클로로메틸스티렌, 아크릴산아미드, 메타크릴산아미드 및 이들의 조합에서 선택되는 음이온 교환 작용기를 가지는 모노머인 이온 교환체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제는 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 방향족 화합물, 지환족(alicyclic) 화합물 또는 지방족 화합물인 이온 교환체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제는 m-디비닐 벤젠, 디비닐톨루엔, 디비닐크실렌, p-디비닐 벤젠, o-디비닐 벤젠, 디비닐 술폰, 부타디엔, 클로로프렌, 이소프렌, 트리비닐 벤젠, 디비닐 나프탈렌, 디알릴 아민, 트리아릴아민, 디비닐 피리딘, 디비닐디페닐 에테르, 디비닐디페닐설폰 및 이들의 조합에서 선택되는 디비닐계 화합물; 알킬렌 디아크릴레이트, 알킬렌 디메타크릴레이트 및 이들의 조합에서 선택되는 아크릴레이트 화합물; 및 이들의 조합에서 선택되는 이온 교환체.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 미세다공성 고분자 매트릭스는 2nm 내지 100nm의 평균 기공 크기를 가지는 이온교환체.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 이온 교환체는 5 내지 25 L/hr·m·atm의 여과계수를 가지는 이온 교환체.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 이온 교환체는 2500 내지 15000 μS/cm의 전기전도도를 가지는 이온 교환체.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 이온 교환체는 80% 내지 99%의 기공도를 가지는 이온 교환체.
  17. 연속기포(open cell) 고분자 지지체를 준비하는 단계;
    적어도 하나의 이온 교환 작용기(ion exchange functional group)와 적어도 하나의 가교결합(cross-linking) 작용기를 가지는 모노머, 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제, 중합개시제 및 용매를 포함하는 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체를 상기 조성물에 침지한 후 모노머와 가교제의 중합을 실시한 후 용매를 제거하는 단계
    를 포함하는 제1항에 따른 이온 교환체의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 90% 이상의 기공도(porosity)를 가지는 이온 교환체의 제조방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 45 ppi 이상의 기포(cell) 크기를 가지는 이온 교환체의 제조방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리비닐클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리우레아, 폴리에테르, 폴리이소시아누레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 폴리머를 포함하는 이온 교환체의 제조방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 연속기포 구조를 가지는 고분자 지지체는 이온 교환체 총량에 대하여 3 내지 50 중량% 포함되는 이온 교환체의 제조방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 이온 교환 작용기는 술폰산기(sulfonic acid group, 인산기(phosphoric acid group), 카르복실산기(carboxylic acid group), 이미노디아세트산기(imino diacetic acid group) 및 인산에스테르기(phosphoric ester group)에서 선택되는 양이온 교환 작용기; 4급 암모늄기, 3급 아미노기, 1급 아미노기, 이민기, 3급 술포늄기, 포스포늄기, 피리딜기, 카바졸릴기 및 이미다졸릴기에서 선택되는 음이온 교환 작용기; 베타인(betaine) 및 술포베타인(sulfobetaine)에서 선택되는 양쪽성(amphoteric) 이온 교환 작용기 및 이들의 조합에서 선택되는 이온 교환체의 제조방법.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 가교결합 작용기는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알키닐기, 할로겐, -ROR'(여기에서 R은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고 R'은 수소 또는 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임), 아실 할라이드기(-RC(=O)X, 여기에서 R은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고 X는 할로겐임), -RC(=O)OR'(여기에서 R은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌기이고, R'은 수소 또는 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임), 이소시아네이트기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기, 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기, 아크릴아미도기, 메타크릴아미도기, 티올기 및 이들의 조합에서 선택되는 이온 교환체의 제조방법.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 모노머는 α-할로겐화 비닐 술폰산, α,β,β'-할로겐화 비닐 술폰산, 메타크릴산, 아크릴산, 스티렌 술폰산, 비닐 술폰산, 말레인산, 이타콘산, 스티렌포스폰산, 무수 말레산, 비닐 인산, 이들의 염, 이들의 에스테르 및 이들의 조합에서 선택되는 양이온 교환 작용기를 가지는 모노머; 또는 비닐 피리딘, 메틸 비닐 피리딘, 에틸 비닐 피리딘, 비닐 피롤리돈, 비닐 카바졸, 비닐 이미다졸, 아미노 스티렌, 알킬아미노 스티렌, 디알킬아미노 스티렌, 트리알킬 아미노스티렌, 메틸비닐 케톤, 클로로메틸스티렌, 아크릴산아미드, 메타크릴산아미드 및 이들의 조합에서 선택되는 음이온 교환 작용기를 가지는 모노머인 이온 교환체의 제조방법.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제는 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 방향족 화합물, 지환족(alicyclic) 화합물 또는 지방족 화합물인 이온 교환체의 제조방법.
  26. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제는 m-디비닐 벤젠, 디비닐톨루엔, 디비닐크실렌, p-디비닐 벤젠, o-디비닐 벤젠, 디비닐 술폰, 부타디엔, 클로로프렌, 이소프렌, 트리비닐 벤젠, 디비닐 나프탈렌, 디알릴 아민, 트리아릴아민, 디비닐 피리딘, 디비닐디페닐 에테르, 디비닐디페닐설폰 및 이들의 조합에서 선택되는 디비닐계 화합물; 알킬렌 디아크릴레이트, 알킬렌 디메타크릴레이트 및 이들의 조합에서 선택되는 (메트)아크릴레이트 화합물; 및 이들의 조합에서 선택되는 이온 교환체의 제조방법.
  27. 삭제
  28. 제1항 내지 제11항 및 제13항 내지 제16항중 어느 하나의 항에 따른 이온 교환체를 포함하는 이온 교환 필터 장치.
  29. 제1항 내지 제11항 및 제13항 내지 제16항중 어느 하나의 항에 따른 이온 교환체를 포함하는 전기 탈이온 장치.
  30. 연속기포(open cell) 고분자 지지체; 및 상기 연속기포 구조를 가지는 지지체에 충전된 미세다공성 고분자 매트릭스를 포함하고, 상기 미세다공성 고분자 매트릭스는 적어도 하나의 이온 교환 작용기(ion exchange functional group)와 적어도 하나의 가교결합(cross-linking) 작용기를 가지는 모노머와 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제를 중합한 이온 전도성 고분자를 포함하고,
    상기 연속기포 구조를 가지는 지지체는 이온 교환 작용기를 포함하고,
    상기 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기를 가지는 가교제는 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기 및 N, O 또는 S의 헤테로원자를 포함하는 C2 내지 C30의 헤테로아릴렌기를 가지는 방향족 화합물; 적어도 2개 이상의 가교결합 작용기 및 N, O 또는 S의 헤테로원자를 포함하는 C2 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기를 가지는 지환족(alicyclic) 화합물; 또는 이들의 조합;을 포함하는, 이온 교환체.
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