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화학적 개질을 통해 얻어진 음이온 전도성 이오노머를 이용하여 이온교환막을 제조하는 방법으로서, i) -SO2F ？사슬 말단기를 갖는 과불소계 고분자의 불소기(-F)를 음이온 전도성 작용기로 화학적 개질하여 음이온 전도성 이오노머를 합성하는 단계; ii) 상기 음이온 전도성 이오노머를 물과 알코올을 포함하는 혼합 용매 중에서 초임계 조건에서 분산시켜 이오노머 나노분산액을 제조하는 단계; 및iii) 상기 이오노머 나노분산액을 건조 및 열처리하여 막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제1항에 있어서, 상기 음이온 전도성 작용기는 암모늄기, 포스포늄기, 이미다졸륨기, 피리듐기, 구아니디늄기 또는 설포늄기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제1항에 있어서, 상기 음이온 전도성 작용기는 상기 과불소계 고분자 말단기에 직접 결합되거나 또는 전자밀도가 높은 브릿지 그룹(bridge group)을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 것을 이온교환막의 제조 방법
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제3항에 있어서, 상기 브릿지 그룹은 -CH2-, -Ph-, -S-, -O- 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제1항에 있어서, 상기 음이온 전도성 작용기는 1차 암모늄기이며, 상기 화학적 개질은 a1) 상기 과불소계 고분자를 질산화 반응시키는 단계: a2) 상기 질산화 반응이 수행된 고분자를 아민화 반응시키는 단계: 및 a3) 상기 아민화 반응이 수행된 고분자를 알칼리화 반응시켜 암모늄기를 활성화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제1항에 있어서, 상기 음이온 전도성 작용기는 2차 암모늄기, 3차 암모늄기 또는 4차 암모늄기 중에서 선택되며, 상기 화학적 개질은 b1) 상기 과불소계 고분자를 2차 아민 또는 3차 아민과 반응시키는 아민화 반응 단계; 및 b2) 상기 아민화 반응이 수행된 고분자를 알칼리화 반응시켜 암모늄기를 활성화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제1항에 있어서, 상기 음이온 전도성 작용기는 포스포늄기, 이미다졸륨기, 피리듐기, 구아니디늄기 또는 설포늄기 중에서 선택되며, 상기 화학적 개질은 c1) 상기 음이온 전도성 작용기가 결합된 브릿지 그룹을 도입하는 1단계 반응(one-step reaction) 또는 c2) 상기 과불소계 고분자 말단에 브릿지 그룹을 도입한 후 음이온 전도성 작용기로 치환하는 2단계 반응(two-step reaction)을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제1항에 있어서, 상기 과불소계 고분자는 Nafion , Aquivion , Flemion , Aciplex 또는 3M 과불소계 고분자 중에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제1항에 있어서, 상기 과불소계 고분자는 필름, 판, 펠릿, 파우더, 섬유, 비드, 또는 레진의 형상을 갖는 고분자 중에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제1항에 있어서,상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올, 이소부탄올, 2-부탄올, tert-부탄올, n-펜탄올, 이소펜틸 알코올, 2-메틸-1-부탄올, 네오펜틸 알코올, 디에틸 케비놀, 메틸 프로필 케비놀, 메틸 이소프로필 케비놀, 디메틸 에틸 케비놀, 1-헥산올, 2-헥산올, 3-헥산올, 2-메틸-1-펜탄올, 3-메틸-1-펜탄올, 4-메틸-1-펜탄올, 2-메틸-2-펜탄올, 3-메틸-2-펜탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 2-메틸-3-펜탄올, 3-메틸-3-펜탄올, 2,2-디메틸-1-부탄올, 2,3-디메틸-1-부탄올, 2,3-디메틸-2-부탄올, 3,3-디메틸-1-부탄올, 2-에틸-1-부탄올, 1-헵탄올, 2-헵탄올, 3-헵탄올 및 4-헵탄올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제1항에 있어서, 상기 초임계 조건의 온도는 100 내지 400 ℃이고, 압력은 20 내지 2000 psig인 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제1항에 있어서, 상기 음이온 전도성 이오노머는 나노입자 분산액 전체를 기준으로 0
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제1항에 있어서, 상기 iii) 단계는 상기 이오노머 나노분산액을 캐스팅한 후 건조시켜 막을 형성하고, 열처리하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제13항에 있어서, 상기 건조 과정은 30 내지 150 ℃의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제13항에 있어서, 상기 열처리 과정은 160 내지 250 ℃의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제1항에 있어서, 상기 iii) 단계는 상기 이오노머 나노분산액을 다공성 지지체에 함침시킨 후 건조시켜 형성된 강화복합막을 열처리하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제16항에 있어서, 상기 다공성 지지체는 폴리테르라플루오로에틸렌, 폴리비닐디플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 및 폴리아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제16항에 있어서, 상기 다공성 지지체의 두께는 5 내지 50 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제16항에 있어서, 상기 건조 과정은 40 내지 150 ℃의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제16항에 있어서, 상기 열처리 과정은 190 내지 350 ℃의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이온교환막의 제조 방법
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제1항에 따른 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 음이온 전도성 이온교환막
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