KR101479758B1 - Polyimide nanofiber filter with excellent heat-resisting property and its method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 내열성이 향상된 폴리이미드 나노섬유 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 내열성 소재인 메타아라미드 기재 상에 폴리아믹산을 전기방사하여 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 적층형성하고, 적층형성된 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 이미드화한 내열성이 향상된 폴리이미드 나노섬유 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a polyimide nanofiber filter having improved heat resistance and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a polyimide nanofiber filter fabricated by laminating a polyamic acid nanofiber nonwoven fabric by electrospinning a polyamic acid on a heat- The present invention relates to a polyimide nanofiber filter having improved heat resistance and imidizing a nanofiber nonwoven fabric and a method for producing the same.
최근 들어, 산업의 발달로 인하여 환경오염에 대해 민감해짐에 따라 각종 유해물질 및 공기를 여과하기 위한 필터의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로, 유체 속의 이물질을 여과하는 여과장치로서 필터는 공업제품의 정제, 정수처리시설, 유해 배기가스의 흡착 및 제거 등의 역할을 수행한다. In recent years, as the industry has become more sensitive to environmental pollution due to the development of the industry, the development of filters for filtering various harmful substances and air has been actively progressed. Generally, as a filtration device for filtering foreign matters in a fluid, the filter performs functions such as refining of industrial products, purification treatment facilities, adsorption and removal of harmful exhaust gases, and the like.
그 중 공기의 유해물질을 걸러주는 에어필터는 필터 여재의 표면에 미세다공 구조의 기공층을 형성시킴으로써 분진이 여재 내로 침투하지 못하는 기능을 수행하며 여과를 한다. 그러나, 종래의 필터는 섬유직경의 한계로 인하여 나노사이즈의 미세섬유를 여과하는데 어려움이 있었다. 때문에, 큰 입자들은 필터 여재 표면에 퇴적되는 필터 케이크(Filter Cake)로 형성되고, 미세한 입자들은 1차 표면층을 통과하여 필터 여재에 점차 쌓이게 되어 필터의 기공을 막게 만든다. 결국, 필터의 기공을 막은 큰 입자들 및 미세 입자들을 필터의 압력손실을 높이고 필터의 수명을 저하시키며 효율 저하를 초래하였다. 또한, 기존의 에어필터는 필터 여재를 구성하는 섬유집합체에 정전기를 부여하여 입자가 정전기력에 의해 포집되는 원리에 의해 효율이 측정되었다. 그러나, 최근 유럽의 에어필터 분류 표준인 EN779는 2012년에 정전기 효과에 의한 필터의 효율을 배제하기로 결정됨에 따라 기존의 필터의 실제 효율은 20%이상 저하되는 것이 밝혀졌다.Among them, an air filter for filtering harmful substances of air forms a microporous porous layer on the surface of the filter filter material, thereby performing a function of preventing the dust from penetrating into the filter material and performing filtration. However, conventional filters have difficulties in filtering nano-sized fine fibers due to the limit of the fiber diameter. Therefore, large particles are formed by a filter cake deposited on the filter media surface, and fine particles pass through the primary surface layer and gradually accumulate in the filter media, thereby blocking the pores of the filter. As a result, large particles and fine particles that trap the pores of the filter increase the pressure loss of the filter, deteriorate the life of the filter, and decrease the efficiency. In addition, the efficiency of the conventional air filter is measured by the principle that the static electricity is given to the fibrous aggregate constituting the filter medium and the particles are collected by the electrostatic force. However, recent European air filter classification standard EN779 has been found to reduce the actual efficiency of existing filters by more than 20%, as it is decided to exclude the efficiency of the filter due to the electrostatic effect in 2012.
또한, 기존의 내열성 필터의 소재로 사용되었던 유리섬유는 시간이 지나면서 미세한 유리조각이 부러지고 작업자들이 유리조각을 흡입할 수 있기에 유럽과 미국에서는 환경안정성을 위해 유리섬유의 이용을 규제하고 있는 실정이다.In addition, since the glass fiber used as the material of the conventional heat-resistant filter breaks the minute glass fragments with time, and workers can inhale the glass fragments, the regulation of the use of glass fiber for environmental stability in Europe and the United States to be.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 나노사이즈의 섬유를 셀룰로오스 또는 합성 섬유 기재 상에 전기방사로 제조하여 필터에 적용하는 다양한 방식들이 개발되고 있다. 나노섬유를 필터에 구현할 경우, 직경이 큰 기존의 필터 여재에 비해서 비표적이 매우 크고, 표면 작용기에 대한 유연성도 좋으며, 나노급 기공사이즈를 가지므로, 유해한 미세입자나 가스 등을 효율적으로 제거할 수 있게 되었다.In order to solve the above-mentioned problems, various methods of applying nano-sized fibers to cellulose or synthetic fiber substrates by electrospinning and applying them to filters have been developed. When nanofibers are implemented in a filter, they have a large specific surface area compared to conventional filter media having a large diameter, good flexibility for surface functional groups, and nanoparticle pore size, so that harmful fine particles and gas can be efficiently removed It was.
그러나, 나노섬유를 이용한 필터 구현은 생산비용이 크게 발생하고, 생산을 위한 여러 가지 조건 등을 조절하기가 쉽지 않으며, 대량생산에 어려움이 있으므로 나노섬유를 이용한 필터는 상대적으로 낮은 단가로 생산보급하지 못하는 실정이다. However, the implementation of the filter using the nanofibers causes a large production cost, and it is not easy to control various conditions for production, and since it is difficult to mass-produce the filter, the filter using the nanofiber is produced at a relatively low unit price I can not.
또한, 가스터빈, 용광로 등에 사용되는 필터는 내열성을 만족시키기 위해 기존의 필터보다 더욱 내열성이 향상된 필터를 요구하고 있는 실정이며 이에 따라 기존에 사용되던 기재 및 나노 부직포 모두 내열성을 지닌 필터에 대한 필요성이 제기되었다.
In addition, a filter used in a gas turbine, a furnace, and the like requires a filter having a higher heat resistance than that of a conventional filter in order to satisfy heat resistance. Accordingly, there is a need for a filter having heat resistance in both existing substrates and nano- Was raised.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기재로 내열성 소재인 메타아라미드를 사용하며, 동시에 나노섬유 소재로 마찬가지로 내열성 소재인 폴리아믹산을 사용함으로써 기존의 내열성 필터보다 더욱 내열성이 향상되는 내열성이 향상된 폴리이미드 나노섬유 필터 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method for producing a heat resistant material, which uses a heat resistant material such as meta-aramid and simultaneously uses polyamic acid as a heat- And an object of the present invention is to provide an improved polyimide nanofiber filter and a method for manufacturing the same.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면 메타아라미드 기재 상에 고분자를 전기방사하는 필터의 제조방법에 있어서, 폴리아믹산을 유기용매에 용해시켜 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계, 상기 폴리아믹산 용액을 메타아라미드 기재 상에 전기방사하여 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 적층형성하는 단계 및 상기 적층형성된 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 열처리하여 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 이미드화하는 단계를 포함하는 내열성이 향상된 폴리이미드 나노섬유 필터의 제조방법을 제공한다.According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a process for preparing a filter for electrospinning a polymer on a meta-aramid substrate, comprising the steps of: preparing a polyamic acid solution by dissolving polyamic acid in an organic solvent; And a step of heat-treating the laminated polyamic acid nanofiber nonwoven fabric to imidize the polyamic acid nanofiber nonwoven fabric. The method for manufacturing a polyimide nanofiber filter having improved heat resistance, comprising the steps of: .
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면 이미드화(Imidization) 단계는 150 내지 350℃의 온도에서 소성가공하여 수행하는 것을 특징으로 한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the imidization step is performed by calcining at a temperature of 150 to 350 ° C.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면 폴리아믹산 용액을 메타아라미드 기재 상에 전기방사하여 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 적층형성하는 단계에서 전기방사장치의 전단부 블록에서는 섬유굵기가 굵은 폴리아믹산 나노섬유 층이 상기 메타아라미드 기재 상에 전기방사되어 적층형성되고, 후단부 블록에서는 섬유굵기가 가는 폴리아믹산 나노섬유 층이 상기 섬유굵기가 굵은 폴리아믹산 나노섬유 층 상에 전기방사되어 적층형성하는 단계를 포함한다.According to another preferred embodiment of the present invention, in the step of forming the polyamic acid nanofiber nonwoven fabric layer by electrospinning the polyamic acid solution onto the meta-aramid base material, in the front end block of the electrospinning device, the polyamic acid nanofiber layer The polyamideimide nanofiber layer is electrospun on the meta-aramid substrate to form a laminate, and in the rear end block, a thin polyamic acid nanofiber layer having a small fiber thickness is electrospun on the polyamic acid nanofiber layer having a large fiber thickness to form a laminate .
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면 폴리아믹산 용액을 메타아라미드 기재 상에 전기방사하여 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 적층형성하는 단계에서 전기방사는 상향식 전기방사법을 사용하는 것을 특징으로 한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the step of electrospinning the polyamic acid solution onto the meta-aramid substrate to form the laminate of the polyamic acid nanofiber nonwoven fabric is characterized in that the electrospinning uses a bottom-up electrospinning method.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면 상기의 제조방법으로 제조된 내열성이 향상된 폴리이미드 나노섬유 필터를 제공한다.
According to another preferred embodiment of the present invention, there is provided a polyimide nanofiber filter having improved heat resistance produced by the above manufacturing method.
본 발명의 구성을 따르면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 달성 할 수 있는데, 본 발명의 구성에 따른 구체적인 효과는 다음과 같다.According to the configuration of the present invention, the objects of the present invention described above can be achieved. Specific effects according to the configuration of the present invention are as follows.
먼저, 필터 기재로 내열성인 메타아라미드 기재를 사용함으로써 내열성이 우수하다.First, the heat resistance is excellent by using a meta-aramid base material having heat resistance as a filter base material.
또한, 필터 기재 상에 적층형성되는 나노섬유도 내열성인 폴리이미드를 사용함으로써 더욱 내열성을 향상시킨다.Further, the nanofiber laminated on the filter substrate is further improved in heat resistance by using heat-resistant polyimide.
그리고, 나노섬유 부직포를 기재 상에 적층형성함으로써 필터의 여과효율이 우수하다.Further, by forming the nanofiber nonwoven fabric on the substrate, the filtration efficiency of the filter is excellent.
또한, 나노섬유를 방사하는 전기방사장치는 다수개의 블록을 구비하고 있어 나노섬유의 대량생산이 가능하다.
In addition, the electrospinning device for spinning nanofibers has a plurality of blocks, and mass production of nanofibers is possible.
도 1은 본 발명에 의해 제조된 필터의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 의해 제조된 섬유굵기가 다른 폴리이미드 나노섬유 필터의 모식도이다.
도 3은 본 발명에 이용되는 전기방사장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 이용되는 전기방사장치의 블록에 관한 도면이다.
도 5는 본 발명에 이용되는 전기방사장치의 노즐블럭 및 노즐에 관한 도면이다.1 is a schematic view of a filter manufactured by the present invention.
2 is a schematic view of a polyimide nanofiber filter having different fiber thicknesses produced by the present invention.
3 is a view showing an electrospinning apparatus used in the present invention.
4 is a block diagram of an electrospinning device used in the present invention.
5 is a view showing a nozzle block and a nozzle of the electrospinning device used in the present invention.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the scope of the present invention, but is merely an example, and various modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention.
먼저, 본 발명에 이용되는 전기방사장치를 도면과 함께 설명한다.First, an electrospinning device used in the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명에 의해 제조된 필터의 모식도이고, 도 2는 본 발명에 의해 제조된 섬유굵기가 다른 폴리이미드 나노섬유 필터의 모식도이며, 도 3은 본 발명에 이용되는 전기방사장치를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 이용되는 전기방사장치의 블록에 관한 도면이며, 도 5는 본 발명에 이용되는 전기방사장치의 노즐블럭 및 노즐에 관한 도면이다.FIG. 1 is a schematic view of a filter manufactured by the present invention, FIG. 2 is a schematic view of a polyimide nanofiber filter manufactured by the present invention having different fiber thicknesses, FIG. 3 is an illustration of an electrospinning device Fig. 4 is a block diagram of the electrospinning device used in the present invention, and Fig. 5 is a diagram of a nozzle block and a nozzle of the electrospinning device used in the present invention.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 전기방사장치(10)는 방사용액이 내부에 충진되는 방사용액 주탱크(미도시)와 상기 방사용액 주탱크 내에 충진된 고분자 방사용액의 정량 공급을 위한 계량 펌프(도번 미도시)와 상기 방사용액 주탱크 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(2)이 다수 개 배열되는 노즐블록(3)과 상기 노즐의 하단에 위치하여 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(2)에서 일정간격 이격되는 컬렉터(4) 및 상기 컬렉터에 전압을 발생시키는 전압 발생장치(1)를 그 내부에 수용하는 블록(20) 및 블록(20) 내의 전도체 또는 부전도체로 이루어져 있는 케이스(8)를 포함하여 구성된다.As shown in the drawing, the
본 발명에서는 방사용액 주탱크(미도시)가 1개로 구성되어 있으나, 방사용액이 2가지 이상으로 구성되는 경우에는, 방사용액 주탱크를 2개 이상으로 구비하거나, 하나의 방사용액 주탱크 내부가 2개 이상의 공간으로 구획되고 각 구획된 공간에 2개 이상의 고분자 방사용액이 충진되어 공급하는 경우도 가능하다. In the present invention, one spinning liquid main tank (not shown) is provided. However, in the case where the spinning liquid is composed of two or more spinning liquids, two or more main spinning liquid main tanks may be provided, or one spinning liquid main tanks It is also possible to divide into two or more spaces and supply two or more polymer spinning solution filled in each divided space.
또한, 본 발명에서는 상기 전기방사장치(10)가 방사용액을 상방향으로 분사하는 상향식 전기방사장치를 사용한다.Further, in the present invention, the
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 전기방사장치로 방사용액을 상방향으로 분사하는 상향식 전기방사장치를 사용하나, 방사용액을 하방향으로 분사하는 하향식 전기방사장치도 사용될 수 있으며, 상향식과 하향식 전기방사장치가 함께 사용되는 복합식 전기방사장치도 사용될 수 있다.Meanwhile, in one embodiment of the present invention, a bottom-up electrospinning device for spraying the spinning solution upward by the electrospinning device may be used, but a top-down electrospinning device for spraying the spinning solution in the downward direction may be used. A composite electrospinning device in which a spinning device is used together may also be used.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 전기방사장치(10)는 상기 블록(20)내의 방사용액 주탱크에 충진되는 방사용액이 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(2) 내에 연속적으로 정량 공급되고, 상기 노즐(2)로 공급되는 고분자의 방사용액은 노즐(2)를 통해 높은 전압이 걸려 있는 컬렉터(13) 상에 방사 및 집속되어 나노섬유 부직포(미도시)를 형성하며, 형성된 나노섬유 부직포를 라미네이팅하여 필터로 제조한다.With the above structure, the
그리고, 전기방사장치(10) 전단에는 각 블록(20)에서 고분자 방사용액이 분사되어 나노섬유가 적층형성되는 장척시트를 공급하는 공급롤러(11)가 구비되고, 후단에는 나노섬유가 적층형성되는 장척시트를 권취하기 위한 권취롤러(12)가 구비된다. A
상기 장척시트는 나노섬유의 처짐 방지 및 이송을 위하여 구비된다. 상기 장척시트는 전기방사장치(10)의 선단에 구비되는 공급롤러(11) 및 후단에 구비되는 권취롤러(12)에 그 일측과 타측이 권취된다.The elongated sheet is provided for preventing and transporting the nanofibers. One end and the other end of the elongated sheet are wound around a
한편, 각 블록(20)의 전기방사장치(10)는 컬렉터(4)를 기준으로 장척시트의 진행방향(a)으로 설치된다. 또한, 상기 컬렉터(4)와 장척시트 사이에 보조벨트(6)가 각각 구비되고, 각 보조벨트(6)를 통하여 각 컬렉터(4)에 집적되어 나노섬유가 적층형성되는 장척시트가 수평방향으로 이송된다. 즉, 상기 보조벨트(6)는 장척시트의 이송속도에 동기하여 회전하고, 보조벨트(6)를 구동하기 위한 보조벨트용 롤러(7)를 갖는다. 상기 보조벨트용 롤러(7)는 2개 이상의 마찰력이 극히 적은 자동 롤러이다. 상기 컬렉터(4)와 장척시트의 사이에 보조벨트(6)가 구비되기 때문에, 장척시트는 고전압이 인가되어 있는 컬렉터(4)에 끌어 당겨지는 일이 없이 부드럽게 이송되도록 이루어진다.On the other hand, the
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 전기방사장치(10)의 블록(20) 내의 방사용액 주탱크 내에 충진된 방사용액이 노즐(2)을 통하여 컬렉터(4) 상에 위치한 장척시트상에 분사되고, 상기 장척시트 상에 분사된 방사용액이 집적되면서 나노섬유 부직포를 적층형성한다. 그리고 상기 컬렉터(4)의 양측에 구비되는 보조벨트용 롤러(7)의 회전에 의해 보조벨트(6)가 구동되어 장척시트가 이송되면서 전기방사장치(10) 후단에 있는 블록(20) 내에 위치되어 상기한 공정을 반복적으로 수행한다.With the structure as described above, the spinning solution filled in the spinning liquid main tank in the
한편, 노즐블록(3)은 도 5에서 나타내는 바와 같이 방사용액을 토출구로부터 상향 배치되는 복수의 노즐(2), 노즐(2)이 일렬로 구성되는 관체(43), 방사용액 저장탱크(44) 및 방사용액 유통 파이프(45)로 구성된다. 5, the nozzle block 3 includes a plurality of
먼저, 방사용액 주탱크와 연결되어 방사용액을 공급받아 저장하는 방사용액 저장탱크(44)는 용액의 토출량을 상기 계량 펌프(미도시)에 의해 방사용액 유통 파이프(45)를 통하여 노즐(2)에 방사용액을 공급하여 방사가 진행된다. 여기서, 복수의 노즐(2)이 일렬로 구성되는 관체(43)는 상기 방사용액 저장탱크(44)로부터 동일한 방사용액을 공급받지만, 방사용액 주탱크가 복수로 구비되고 각각에 서로 다른 종류의 고분자를 공급받아 관체(43)마다 서로 종류가 다른 방사용액이 공급되어 방사되는 것도 가능하다. First, the spinning
상기 복수의 노즐(2)의 토출구로부터 방사될 때, 방사되지 못하고 오버플로우된 용액은 오버플로우 용액 저장탱크(41)에 이동된다. 상기 오버플로우 용액 저장탱크(41)는 방사용액 주탱크에 연결되어 있어 오버플로우 용액은 방사에 재이용될 수 있다.When radiated from the discharge port of the plurality of
한편, 본 발명의 주제어장치(30)는 방사 전반의 과정에서 방사조건을 조절하는 장치로서, 노즐블록(3)에 공급되는 방사용액의 양을 제어하고, 각 블록(20)마다 전압발생장치(1)의 전압을 조절하며, 두께측정장치(9)에 의해 측정된 나노섬유 부직포 및 장척시트의 두께에 따라서 각 블록(20)의 이송속도를 제어한다. The
그리고, 상기 두께측정장치(9)는 블록(20)의 전단부 및 후단부에 위치하고 나노섬유 부직포가 적층형성된 장척시트를 사이에 두고 마주보게 설치되어 있다. 상기 두께측정장치(9)는 전기방사장치(10)의 방사조건을 조절하는 주제어장치(30)에 연결되어있어, 상기 두께측정장치(9)가 나노섬유 부직포 및 장척시트의 두께를 측정한 값을 기초로 하여 주제어장치(30)에서는 각 블록(20)의 이송속도를 제어하도록 한다. 예를 들면, 전기방사에 있어서, 전단부에 위치한 블록(20)에 토출된 나노섬유의 두께가 편차량이 얇게 측정이 되면, 후단부에 위치한 블록(20)의 이송속도를 감소시켜 나노섬유 부직포의 두께를 일정하게 조절한다. 또한 상기 주제어장치(30)가 노즐블록(3)의 토출양을 증가시키고 전압발생장치(1)의 전압의 세기를 조절하여 단위 면적당의 나노섬유의 토출량을 증대시켜 나노섬유 부직포의 두께를 균일하게 조절하는 것이 가능하다. The thickness measuring
상기 두께측정장치(9)는 초음파 측정방식에 의해 상기 나노섬유 부직포가 적층 형성된 나노섬유 부직포 및 장척시트까지의 거리를 측정하는 한 쌍의 초음파 종파와 횡파의 측정방식으로 이루어지는 두께측정부를 구비하고, 상기 한 쌍의 초음파 측정장치에 의해 측정된 거리를 기초로 하여 상기 나노섬유 부직포 및 장척시트의 두께를 산출하는 것이다. 보다 상세하게는, 나노섬유가 적층된 장척시트에 초음파 종파와 횡파를 함께 투사하여 종파와 횡파의 각 초음파 신호가 상기 나노섬유가 적층된 장척시트에서 왕복 이동하는 시간, 즉 종파와 횡파의 각 전파시간을 측정한 뒤, 상기 측정된 종파와 횡파의 전파시간과 나노섬유가 적층된 장척시트의 기준온도에서 종파와 횡파의 전파속도 및 전파속도의 온도상수를 이용하는 소정의 연산식으로부터 피검사체의 두께를 계산하는 두께측정장치이다. The
본 발명에 이용되는 전기방사장치(10)는 나노섬유 부직포의 두께 편차량이 소정의 값 미만인 경우에는 이송속도를 초기 값으로부터 변화시키지 않고, 상기 편차량이 소정값 이상인 경우에는 이송속도를 초기 값으로부터 변화시키도록 제어하는 것도 가능하기 때문에, 이송속도 제어장치에 의한 이송속도의 제어를 단순화하는 것이 가능해진다. 또한, 이송속도의 제어 외에도 노즐블록(3)의 토출양과 전압의 세기도 조절할 수 있어서, 두께 편차량이 소정의 값 미만인 경우에는 노즐블록(3) 토출양과 전압의 세기를 초기 값으로부터 변화시키지 않고, 상기 편차량이 소정의 값 이상인 경우에는 노즐블록(3)의 토출양과 전압의 세기를 초기 값으로부터 변화시키도록 제어하는 것이 가능하기 때문에, 노즐블록(3) 토출양과 전압의 세기의 제어를 단순화하는 것이 가능해진다.The
한편, 전기방사장치(10)의 블록(20)은 방사위치에 따라 전단부에 위치한 전단부 블록(20)과 후단부에 위치한 후단부 블록(20)으로 구분된다. 본 발명의 일 실시예에서는 블록의 개수를 2개로 한정하고 있으나, 2개 이상 혹은 1개로 구성되는 것도 가능하다.The
또한, 본 발명에서는 각 블록(20)에서 종류가 같은 고분자 방사용액을 방사하고 있으나, 어느 한 블록 내에서 2가지 이상의 다른 고분자 방사용액이 방사되는 것도 가능하며, 각 블록(20)마다 동일한 종류의 고분자 방사용액을 각각 방사하는 경우도 가능하다. In addition, in the present invention, the polymer solution for the same kind is radiated in each
그리고, 상기 전기방사장치(10)에서는 종류가 같은 동일한 고분자를 각 블록(20)에서 전기방사할 때, 전단부에 위치한 블록(20)에서 토출된 나노섬유 부직포와 후단부에 위치한 블록(20)에서 토출된 나노섬유 부직포의 섬유굵기를 다르게 하여 방사하는 것이 가능하다. 예를 들면, 섬유굵기의 차이를 두기위하여 각 블록(20)마다 부여하는 전압의 세기를 달리하거나, 노즐(2)과 컬렉터(4) 사이의 간격을 조절하여도 굵기가 다른 나노섬유 부직포를 형성할 수 있는데, 방사용액이 동일하고 공급전압이 동일한 경우, 방사거리가 가까울수록 섬유직경은 굵어지고, 방사거리가 멀수록 섬유직경이 가늘어지는 원리에 따라 섬유직경이 다른 나노섬유 부직포가 형성되는 것도 가능하다. 그리고, 방사용액의 농도를 조절하거나, 장척시트의 이송속도를 조절함으로써 섬유굵기의 차이를 둘 수 있다.When the same polymer of the same type is electrospun in each
한편, 본 발명의 전기방사장치(10)의 후단부에서는 라미네이팅 장치(19)가 설치되어 있다. 상기 라미네이팅 장치(19)는 열과 압력을 부여하며, 이를 통하여 장척시트와 나노섬유 부직포가 접착되고, 이후 권취롤러(12)에 권취되어 필터가 제조된다.On the other hand, a
상기 전기방사장치(10)는 포집면적을 넓혀 나노섬유의 집적 밀도를 균일하게 할 수 있으며, 드롭렛(Droplet) 현상을 효과적으로 방지하여 나노섬유의 품질을 향상시킬 수 있고, 전기력에 의한 섬유형성 효과가 높아져 나노섬유 및 그의 나노섬유를 대량 생산할 수 있다. 아울러 다수개의 핀으로 구성되는 노즐(2)이 구비된 블록(20)에서 전기방사함에 있어서 소재 및 전기방사 조건을 다르게 조절할 수 있으므로 부직포 및 필라멘트의 폭 및 두께를 자유롭게 변경 및 조절할 수 있다.The
또한, 상기와 같이 고분자를 방사하는 경우 고분자 물질에 따라 상이하나, 온도 허용범위는 30 내지 40℃ , 습도는 40 내지 70%의 환경조건에서 방사를 하는 것이 가장 바람직하다. In addition, when the polymer is spun as described above, it differs depending on the polymer material, but it is most preferable to spin the polymer under the environmental conditions of a temperature range of 30 to 40 DEG C and a humidity of 40 to 70%.
본 발명에서 나노섬유의 직경은 30 내지 1000nm인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 50 내지 500nm이다.
In the present invention, the diameter of the nanofiber is preferably 30 to 1000 nm, more preferably 50 to 500 nm.
이하, 본 발명에 사용되는 메타아라미드 기재에 관하여 살펴본다.Hereinafter, the meta-aramid base used in the present invention will be described.
먼저, 메타아라미드는 폴리아미드(Polyamide)의 종류 중 하나로 방향족 폴리아미드의 일종이다. 폴리아미드는 아미드결합(-CONH)을 가지고 있는 고분자로서 지방족 폴리아미드와 방향족 폴리아미드로 구분된다. 이 중 방향족 폴리아미드는 아미드결합이 벤젠고리와 같은 방향족고리를 결합시켜 고분자 폴리아미드를 형성하고 있다. 방향족 폴리아미드는 아라미드라고도 불리우는데, 5mm 정도 굵기의 가느다란 실로도 2톤의 자동차를 들어올릴 정도의 힘을 가지고 있다. First, meta-aramid is one kind of polyamide and is a kind of aromatic polyamide. A polyamide is a polymer having an amide bond (-CONH) and is divided into an aliphatic polyamide and an aromatic polyamide. Among these aromatic polyamides, amide bonds bond aromatic rings such as a benzene ring to form a polymer polyamide. Aromatic polyamides, also known as aramids, have enough strength to lift a 2-tonne car with a thin thread about 5mm thick.
상기와 같은 폴리아미드는 일반적으로 파라 아라미드와 내열성의 성질을 가지는 메타 아라미드(Meta-aramid)로 나뉜다. 파라 아라미드는 벤젠환이 파라계에 결합하고 있는 것에 반해, 메타 아라미드는 서로의 벤젠환이 메타 위치에 결합하고 있다.Such polyamides are generally divided into para-aramid and meta-aramid having heat-resistant properties. The para-aramid is bound to the meta-position of the benzene ring of the meta-aramid, while the benzene ring is bonded to the para-system.
(구조식 1) 메타 및 파라 아라미드의 구조(Structure 1) Structure of meta and para-aramid
메타 아라미드 섬유는 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E. I. du Pont de Nemours and Company)로부터 입수가능한 노멕스(Nomex)(등록상표) 아라미드 섬유이지만, 메타 아라미드 섬유는 일본 도쿄 소재의 테이진 리미티드(Teijin Ltd.)로부터 입수가능한 상표명 테이진코넥스(Tejinconex)(등록상표); 중국 산동성 소재의 얀타이 스판덱스 컴퍼니 리미티드(Yantai Spandex Co. Ltd)로부터 입수가능한 뉴 스타(New Star)(등록상표) 메타-아라미드; 및 중국 광동의 신후이 소재의 광동 차밍 케미칼 컴퍼니 리미티드(Guangdong Charming Chemical Co. Ltd.)로부터 입수가능한 친퍼넥스(Chinfunex)(등록상표) 아라미드 1313으로 다양한 스타일로 입수가능하다.The meta-aramid fibers are available from Wilmington, Delaware, USA. children. Nomex < (R) > aramid fibers available from EI du Pont de Nemours and Company, but meta-aramid fibers are available from Teijin Ltd., Tokyo, Japan Tejinconex (registered trademark); New Star (TM) meta-aramid available from Yantai Spandex Co. Ltd, Shandong, China; And Chinfunex (registered trademark) Aramid 1313, available from Guangdong Charming Chemical Co., Ltd., Shinduo, Guangdong, China.
상기 유기 용매는 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 1,4-부티로락톤, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 디메틸설폭사이드, 에틸렌카보네이트, 에틸메틸카보네이트, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 폴리에틸렌설포란, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 아세톤, 알코올 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide, DMF) 또는 디메틸아세트아마이드(Dimethylacetamide, DMAc)를 사용하는 것이 바람직하다.The organic solvent may be at least one selected from the group consisting of propylene carbonate, butylene carbonate, 1,4-butyrolactone, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,3- N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, polyethylene sulfolane, tetraethylene glycol dimethyl ether, acetone, alcohol or a mixture thereof. (DMF) or dimethylacetamide (DMAc) is preferably used as the solvent, and more preferably, at least one selected from the group consisting of dimethylformamide (DMF) and dimethylacetamide (DMAc).
메타아라미드는 불 속에서도 타거나 녹지 않으며, 500℃가 되어야 비로소 검게 탄화하여 내열성이 매우 우수하며 아무리 힘을 가해도 잘 늘어나지 않는 뛰어난 인장강도를 가지는 섬유이다. 무엇보다 방염이나 내화처리를 한 다른 섬유와는 달리, 탄화 시에도 유독가스나 유해 물질을 배출하지 않아 친환경 섬유로도 사용되고 있다.Meta-aramid does not burn or melt even in the fire, it is carbonized black only at 500 ℃, has excellent heat resistance, and has excellent tensile strength that does not stretch even when applied with any force. Most of all, unlike other fibers that are flame retarded or refractory treated, they are also used as eco-friendly fibers because they do not emit toxic gases or harmful substances even when carbonized.
한 메타아라미드는 섬유를 구성하는 분자 자체가 매우 견고한 분자구조를 가지고 있기 때문에, 본래 가지고 있는 강도가 강할 뿐만 아니라 방사단계에서 섬유 축방향으로 분자가 쉽게 배향되어 결정성을 향상시켜 섬유의 강도를 높일 수 있다.A meta-aramid has a very strong molecular structure of the fiber itself, so it is not only strong in its original strength but also easily oriented in the fiber axis direction in the spinning stage to improve the crystallinity and increase the strength of the fiber .
일반적으로 메타아라미드의 비중은 1.3 내지 1.4인 것을 특징으로 하며 중량평균 분자량이 300,000 내지 1,000,000인 것이 바람직하다. 가장 바람직한 중량평균분자량은 300,000 내지 500,000이다. In general, the specific gravity of the meta-aramid is 1.3 to 1.4, and the weight average molecular weight is preferably 300,000 to 1,000,000. The most preferred weight average molecular weight is 300,000 to 500,000.
상기와 같은 메타아라미드를 본 발명에서는 기재로 사용한다. 상기와 같은 메타아라미드의 특성으로 인해 필터의 내열 안정성을 확보하는데 기재로 적절히 사용될 수 있다.
The above-mentioned meta-aramid is used as a substrate in the present invention. Due to the characteristics of the meta-aramid as described above, it can be suitably used as a base material to secure the heat-resistant stability of the filter.
이하, 본 발명에 사용되는 소재인 폴리이미드에 관하여 살펴본다.Hereinafter, the polyimide used in the present invention will be described.
먼저, 폴리이미드란 반복 단위 내에 이미드 그룹을 함유하고 있는 고분자이며, 영하 273도부터 영상 400도까지 광범위한 온도 영역에서도 물성이 변하지 않는 특징이 있으며, 기계적 강도 및 내열성이 매우 우수하다. 그러나, 폴리이미드는 대부분이 불용, 불융한 물성을 갖고 있어 기존의 기술로는 가공이 매우 어렵기 때문에 이의 전구체인 폴리아믹산(Poly(amic acid), PAA) 형태에서 가공하는 것이 일반적이다. 따라서, 폴리이미드는 먼저 폴리아믹산을 중합한 후, 이미드화 공정을 거쳐 제조한다.First, polyimide is a polymer containing an imide group in the repeating unit. The polyimide is characterized in that its physical properties do not change even in a temperature range from -273 DEG C to 400 DEG C, and has excellent mechanical strength and heat resistance. However, most of the polyimides are insoluble and have poor physical properties and are difficult to process by conventional techniques, so it is common to process them in the form of its precursor poly (amic acid) (PAA). Therefore, the polyimide is prepared by first polymerizing a polyamic acid and then carrying out an imidation process.
일반적으로, 폴리이미드는 2단계 반응에 의해 제조된다.Generally, polyimides are prepared by a two-step reaction.
제 1단계는 폴리아믹산을 합성하는 단계로 폴리아믹산은 디아민(Diamine)이 용해된 반응용액에 무수물(Dianhydride)을 첨가하여 중합하며, 이 때 중합도를 높이기 위해서 반응온도, 용매의 수분 함유량 및 단량체의 순도 조절이 필요하다. 이 단계에서 사용되는 용매로는 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF) 및 엔-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등의 유기 극성 용매가 주로 사용된다. 상기 디아민(Diamine)으로는 4,4'-옥시디아닐린(4-4'-oxydianiline, ODA), 파라페닐렌디아민(para-phenylene diamine, p-PDA) 및 오르쏘페닐렌디아민(o-phenylene diamine, o-PDA) 중 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 무수물로는 피로메릴리틱 디안하이드라이드(Pyromellitic dianhydride, PMDA), 벤조페논테트라카복실릭디안하이드라이드(Benzophenonetetracarboxylic dianhydiride, BTDA), 4-4'-옥시디프탈릭 안하이드라이드(4-4'-oxydiphthalic anhydride, ODPA), 바이페닐테트라카복실릭 디안하이드라이드(biphenyl-tetracarboxylic acid dianhydride, BPDA) 및 비스(3,4'-디카복시페닐)디메틸실란 디안하이드라이드(bis(3,4-dicarboxyphenyl) dimethylsilane dianhydride, SIDA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다.The first step is a step of synthesizing polyamic acid. The polyamic acid is polymerized by adding a dianhydride to a reaction solution in which diamine is dissolved. In order to increase the degree of polymerization, the reaction temperature, the water content of the solvent, Purity control is required. Organic polar solvents such as dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide (DMF) and en-methyl-2-pyrrolidone (NMP) are mainly used as the solvent used in this step. Examples of the diamine include 4,4'-oxydianiline (ODA), para-phenylene diamine (p-PDA), and o-phenylene diamine diamine, o-PDA) may be used. Examples of the anhydride include pyromellitic dianhydride (PMDA), benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA), 4-4'-oxydiphthalic anhydride (4-4 ' bisdiphthalic anhydride (ODPA), biphenyl-tetracarboxylic acid dianhydride (BPDA), and bis (3,4'-dicarboxyphenyl) dimethylsilanediamine hydride (bis (3,4-dicarboxyphenyl) dimethylsilane dianhydride, SIDA).
(반응식 1) 폴리아믹산의 제조
(Scheme 1) Preparation of polyamic acid
상기 방법을 통해 제조된 폴리아믹산의 중량평균분자량(Mw)은 10,000 내지 500,000이 바람직하다. 만약 폴리아믹산의 분자량이 10,000 미만이면, 나노섬유 부직포를 이루기에 충분한 물성을 얻을 수 없고, 500,000을 초과하면 용액취급이 용이하지 않아 공정성이 저하된다.The weight average molecular weight (Mw) of the polyamic acid prepared by the above method is preferably 10,000 to 500,000. If the molecular weight of the polyamic acid is less than 10,000, sufficient physical properties for forming the nanofiber nonwoven fabric can not be obtained. If the molecular weight exceeds 500,000, the handling of the solution is not easy and the processability is degraded.
제 2단계는 폴리아믹산으로부터 폴리이미드를 제조하는 탈수, 폐환 반응 단계로서 다음의 4가지 방법이 대표적이다.The second step is the dehydration and ring-closing reaction step of producing the polyimide from polyamic acid as the following four methods.
재침법은 과량의 빈 용매(poor solvent)에 폴리아믹산 용액을 투입하여 고체상의 폴리아믹산을 얻는 방법으로, 재침 용매로는 주로 물을 이용하지만, 톨루엔 또는 에테르 등을 공용매로 사용한다.In the re-impregnation method, a polyamic acid solution is added to an excess amount of a poor solvent to obtain a solid polyamic acid. As the re-precipitation solvent, water is mainly used, but toluene or ether is used as a co-solvent.
화학적 이미드화법은 아세틱안하이드라이드/피리딘(Acetic anhydride/pyridine) 등의 탈수 촉매를 이용하여 화학적으로 이미드화 반응을 수행하는 방법으로, 폴리이미드 필름의 제조에 유용하다.The chemical imidization method is a method in which a imidization reaction is chemically performed using a dehydration catalyst such as acetic anhydride / pyridine, and is useful for producing a polyimide film.
열적 이미드화 방법은 폴리아믹산 용액을 150~350℃로 가열하여 열적으로 이미드화하는 방법으로, 가장 간단한 공정이나 결정화도가 높고, 아민계 용제를 사용할 시 아민교환반응이 일어나기 때문에 중합체가 분해되는 단점이 있다.The thermal imidization method is a method in which the polyamic acid solution is heated to 150 to 350 ° C to thermally imidize it. In the simplest process and the crystallization degree is high, the amine exchange reaction occurs when the amine type solvent is used. have.
마지막으로, 이소시아네이트(Isocyanate)법은 디아민 대신 디이소시아네이트를 단량체로 사용하며, 단량체 혼합물을 120℃ 이상의 온도로 가열하면 CO2 가스가 발생하면서 폴리이미드가 제조되는 방법이다.Finally, in the isocyanate method, diisocyanate is used instead of diamine as a monomer, and a monomer mixture is heated to a temperature of 120 ° C or higher to produce polyimide while CO 2 gas is generated.
(반응식 2) 폴리이미드의 제조
(Scheme 2) Preparation of polyimide
이하, 상기 전기방사장치(10)를 이용하여 제조한 메타아라미드 기재 상에 폴리아믹산을 전기방사하여 제조한 내열성이 향상된 폴리이미드 나노섬유 필터의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method for producing a polyimide nanofiber filter having improved heat resistance, which is produced by electrospinning a polyamic acid on a meta-aramid substrate prepared using the
먼저, 본 발명에서는 방사용액의 고분자로 폴리아믹산을 이용하고, 장척시트로 메타아라미드 기재(100)를 사용한다.First, in the present invention, a polyamic acid is used as a polymer for a spinning solution, and a meta-
폴리아믹산을 유기 용매에 용해시킨 폴리아믹산 용액을 전기방사장치(10)의 방사용액 주탱크에 공급하고, 상기 방사용액 주탱크에 공급된 폴리아믹산 용액은 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 노즐블럭(3)에 다수의 노즐(2)내에 연속적으로 정량공급된다. 상기 각 노즐(2)로부터 공급되는 폴리아믹산 용액은 노즐(2)을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(4) 상에 방사 및 집속되면서 메타아라미드 기재(100)에 전기방사되어 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 형성한다.A polyamic acid solution obtained by dissolving polyamic acid in an organic solvent is supplied to the spinning liquid main tank of the
본 발명에서는 상기 방사용액으로 폴리아믹산 용액을 사용한다.In the present invention, a polyamic acid solution is used as the spinning solution.
본 발명의 일 실시예에서는 방사용액으로 폴리아믹산 용액을 사용하나, 이에 한정하지 아니한다.In one embodiment of the present invention, a polyamic acid solution is used as a spinning solution, but the present invention is not limited thereto.
한편, 상기 전기방사장치(10)의 메타아라미드 기재(100)는 모터(미도시)의 구동에 의해 동작되는 공급롤러(11) 및 상기 공급롤러(11)의 회전에 의해 구동되는 보조벨트(6)의 회전에 의해 전단부에 위치한 블록에서 후단부에 위치한 블록으로 이송되고, 상기한 공정을 반복하면서 메타아라미드 기재(100) 상에 폴리아믹산 나노섬유 부직포가 형성되고 이동된다.The meta-
여기서 상기 메타아라미드 기재(100)를 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the meta-
상기 메타아라미드는 벤젠고리가 메타 위치에서 아미드기와 결합된 것으로 강도와 신도는 보통의 나일론과 비슷하나 열에 대한 안정성이 매우 우수하고, 다른 내열성 소재에 비하여 가볍고, 흡수도 가능한 장점을 가지고 있다. 이는 고온의 작동조건일수록 필터 안정성을 확보할 수 있기 때문에 필터 기재로 적절하게 사용할 수 있다. The meta-aramid has a strength and elongation similar to that of ordinary nylon, but has excellent stability against heat, and is light and absorbable compared to other heat-resistant materials, because the benzene ring is bonded to the amide group at the meta position. This can be suitably used as a filter substrate since the filter stability can be ensured at higher operating conditions.
본 발명의 일 실시예에서는 장척시트를 대신하여 메타아라미드 기재(100)를 사용하나, 이에 한정하지 아니한다.In an embodiment of the present invention, the meta-
따라서, 상기 메타아라미드 기재(100)상에 폴리아믹산 나노섬유 부직포가 적층형성된 나노섬유 필터가 제조된다.Thus, a nanofiber filter in which a polyamic acid nanofiber nonwoven fabric is laminated on the meta-
한편, 상기와 같은 전기방사를 통해 메타아라미드 기재 상에 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 적층형성하여 폴리아믹산 나노섬유 필터를 형성한다.On the other hand, a polyamic acid nanofiber nonwoven fabric is laminated on the meta-aramid base material by the electrospinning as described above to form a polyamic acid nanofiber filter.
상기한 바와 같이 적층형성된 폴리아믹산 나노섬유 필터는 라미네이팅 장치(19)를 통과하면서 열적 이미드화(Imidization)를 통하여 폴리이미드 나노섬유 필터로 제조된다. 상기 라미네이팅 장치(19)에서 이미드화는 150 내지 350℃에서 수행되며, 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 탈수시켜 폴리이미드 나노섬유 부직포(200)로 제조한다.As described above, the laminated polyamic acid nanofiber filter is manufactured as a polyimide nanofiber filter through thermal imidization while passing through the
상기한 이미드화 공정을 거치면 메타아라미드 기재 상에 폴리이미드 나노섬유가 적층형성된 본 발명의 필터 제조가 완성된다.
After the imidization process described above, the production of the filter of the present invention in which polyimide nanofibers are laminated on a meta-aramid substrate is completed.
한편, 상기 전기방사장치(10)의 전단부 블록 및 후단부 블록(20의 방사전압을 다르게 하여, 이에 따른 나노섬유의 섬유직경이 달라지는 것이 가능하다. 즉, 동일한 폴리아믹산 나노섬유 부직포이지만, 전단부 블록의 방사전압을 낮게 부여하고 후단부 블록의 방사전압을 높게 부여하면, 섬유직경이 큰 나노섬유와 섬유직경이 작은 폴리아믹산 나노섬유가 연속적으로 메타아라미드 기재(100) 상에 적층될 수 있다. 예를 들면, 상기 전단부 블록의 전압을 낮게 부여하여 전단부에서는 섬유굵기가 굵은 폴리아믹산 나노섬유 부직포가 형성되고, 후단부 블록에서는 전압을 높게 부여하여 섬유굵기가 가는 폴리아믹산 나노섬유 부직포가 형성된다. 상기 각 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 전기방사공정 후에 이미드화 하면 상기 섬유굵기가 굵은 폴리아믹산 나노섬유 부직포는 섬유굵기가 굵은 폴리이미드 나노섬유 부직포(300)가 되고, 상기 섬유굵기가 굵은 폴리이미드 나노섬유 부직포(300) 상에 섬유굵기가 가는 폴리이미드 나노섬유 부직포(400)가 적층형성될 수 있다.Meanwhile, it is possible to change the fiber diameters of the nanofibers by changing the radiation voltages of the front end block and the
본 발명의 일 실시예에서는 전단부의 블록과 후단부의 블록에서 전압차이를 두어 방사하여 섬유굵기가 다른 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 연속적으로 적층 형성한 필터를 제조할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a filter may be fabricated by sequentially laminating polyamic acid nanofiber nonwoven fabrics having different fiber thicknesses by radiating a voltage difference between the block at the front end and the block at the rear end.
여기서, 상기 폴리아믹산 나노섬유 부직포의 섬유굵기의 차이를 부여하기 위해서는 전기방사장치(10)의 각 블록(20)마다 부여하는 전압의 세기를 달리 부여하는 방식이 일 실시예로 사용되었으나, 방사용액의 농도를 다르게 하거나, 노즐(2)과 컬렉터(4) 사이의 간격을 조절하거나, 장척시트의 이송속도를 조절하는 방식도 이용될 수 있다.
In order to impart a difference in fiber thickness of the polyamic acid nanofiber nonwoven fabric to the polyimic acid nanofiber nonwoven fabric, a method of imparting a different voltage intensity to each
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
실시예1Example 1
중량평균분자량이 100,000인 폴리아믹산을 디메틸아세트아마이드(DMAc)에 용해시켜 방사용액을 제조하고, 상기 방사용액을 평량이 30gsm인 메타아라미드 기재 상에 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가전압 20kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%의 조건에서 전기방사하여 5㎛ 두께의 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 적층형성하였다. 후에 라미네이팅 장치에서 150℃에서 열처리를 하여 폴리아믹산을 이미드화하여 폴리이미드 나노섬유 필터를 제조하였다.
A polyamic acid having a weight average molecular weight of 100,000 was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to prepare a spinning solution. The spinning solution was applied on a meta-aramid substrate having a basis weight of 30 gs, and the distance between the electrodes and the collector was 40 cm, A polyimic acid nanofiber nonwoven fabric having a thickness of 5 탆 was laminated by electrospinning under the conditions of a use liquid flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 캜 and a humidity of 20%. Then, the polyimide nanofiber filter was prepared by imidizing polyamic acid by heat treatment at 150 ° C in a laminating apparatus.
실시예2Example 2
실시예 1의 라미네이팅 장치에서 250℃에서 열처리하는 것으로 변경하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 필터를 제조하였다.
A filter was prepared under the same conditions as in Example 1, except that the laminate was heat-treated at 250 ° C in the laminating apparatus of Example 1.
실시예3Example 3
실시예 1의 라미네이팅 장치에서 350℃에서 열처리하는 것으로 변경하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 필터를 제조하였다.
A filter was prepared under the same conditions as in Example 1, except that the heat treatment was performed at 350 ° C in the laminating apparatus of Example 1.
실시예4Example 4
중량평균분자량이 100,000인 폴리아믹산을 디메틸아세트아마이드(DMAc)에 용해시켜 폴리아믹산 용액을 제조하고, 상기 폴레아믹산 용액을 전기방사장치의 각 블록에 방사용액을 공급하는 방사용액 주탱크에 투입하였다. 전단부에 위치한 전단부 블록에는 인가전압을 15kV로 부여한 후 폴리아믹산 용액을 평량이 30gsm인 메타아라미드 기재 상에 전기방사하여 두께 2.5㎛ 섬유직경 350nm인 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 적층형성하고, 후단부에 위치한 후단부 블록에는 인가전압을 20kV로 부여한 후 폴리아믹산 용액을 상기 폴리아믹산 나노섬유 부직포 상에 전기방사하여 두께 2.5㎛ 섬유직경 150nm인 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 적층형성하여 필터를 제조하였다. 이 때 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%의 조건으로 전기방사를 실시하였다. 이 후 라미네이팅 장치에서 150℃에서 열처리를 하여 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 이미드화하여 폴리이미드 나노섬유 필터를 제조하였다.
A polyamic acid solution was prepared by dissolving polyamic acid having a weight average molecular weight of 100,000 in dimethylacetamide (DMAc), and the poreamic acid solution was added to a spinning liquid main tank for supplying a spinning solution to each block of the electrospinning device . The front end block located at the front end portion was applied with an applied voltage of 15 kV, and then the polyamic acid solution was electrospun on a meta-aramid base having a basis weight of 30 gsm to laminate a polyamic acid nanofiber nonwoven fabric having a thickness of 2.5 m and a fiber diameter of 350 nm, A polyamic acid solution was applied to the polyamic acid nanofiber nonwoven fabric by electrospinning to form a laminate of a polyamic acid nanofiber nonwoven fabric having a thickness of 2.5 m and a fiber diameter of 150 nm. At this time, electrospinning was performed under the conditions of a distance between the electrode and the collector of 40 cm, a spinning solution flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 ° C, and a humidity of 20%. Thereafter, the polyimide nanofiber nonwoven fabric was imidized by heat treatment at 150 ° C in a laminating apparatus to prepare a polyimide nanofiber filter.
비교예1Comparative Example 1
메타아라미드 기재를 필터 여재로 사용하였다.
A meta-aramid base was used as filter media.
비교예2Comparative Example 2
실시예1에서 메타아라미드 기재 대신에 PET 기재를 사용하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 필터를 제조하였다.
A filter was prepared in the same manner as in Example 1, except that the PET substrate was used instead of the meta-aramid substrate in Example 1.
- 열 수축율 평가- Evaluation of heat shrinkage
5cm × 2.5cm 의 크기의 나노섬유 필터를 두 장의 슬라이드 글라스 사이에 넣고 클립으로 조인 후, 150℃에서 30분 간 방치한 후 수축율을 측정하였다.
The nanofiber filter having a size of 5 cm x 2.5 cm was placed between two slide glasses, and the tube was clamped with a clip. The tube was allowed to stand at 150 ° C for 30 minutes, and the shrinkage was measured.
- 여과효율 측정- Filtration efficiency measurement
상기 제조된 나노섬유 필터의 효율을 측정하기 위해 DOP 시험방법을 이용하였다. DOP 시험방법은 티에스아이 인코퍼레이티드(TSI Incorporated)의 TSI 3160의 자동화 필터 분석기(AFT)로 디옥틸프탈레이트(DOP) 효율을 측정하는 것으로서, 필터 미디어 소재의 필터 효율을 측정할 수 있다.The DOP test method was used to measure the efficiency of the fabricated nanofiber filter. The DOP test method is to measure the dioctyl phthalate (DOP) efficiency with an automated filter analyzer (AFT) of TSI 3160 from TSI Incorporated, which can measure the filter efficiency of the filter media material.
상기 자동화 분석기는 DOP를 원하는 크기의 입자를 만들어 필터 시트 위에 투과하여 공기의 속도, DOP 여과 효율, 공기 투과도(통기성) 등을 계수법으로 자동으로 측정하는 장치이며 고효율 필터에 아주 중요한 기기이다.The automation analyzer is a device that automatically measures the velocity of air, DOP filtration efficiency, air permeability (permeability), etc. by passing DOP through the filter sheet by making particles of desired size and is a very important device for high efficiency filter.
DOP % 효율은 다음과 같이 정의된다:The DOP% efficiency is defined as:
DOP % 효율 = 1 - 100 (DOP농도 하류/DOP 농도 상류)DOP% efficiency = 1 - 100 (DOP concentration downstream / DOP concentration upstream)
여기에서는 0.35㎛ 입자 크기의 DOP를 이용하여 실시예 및 비교예의 여과효율을 측정하였다.
Here, the filtration efficiencies of Examples and Comparative Examples were measured using DOP having a particle size of 0.35 mu m.
실시예와 비교예 1을 비교하면 메타아라미드 기재만 사용한 필터에 비해 나노섬유를 적층형성한 필터의 여과 효율이 우수함을 확인 할 수 있다.Comparing the example with the comparative example 1, it can be confirmed that the filtration efficiency of the filter in which the nanofibers are laminated is superior to the filter using only the meta-aramid filter.
또한 실시예 1 내지 4와 비교예 2를 비교하면 폴리이미드 나노섬유 부직포를 구비한 필터로서 여과효율이 비슷하지만, 열 수축율은 메타아라미드 기재를 사용한 실시예 1에서 월등히 우수한 것을 확인하였다.
Comparing Examples 1 to 4 and Comparative Example 2, it was confirmed that the filter having polyimide nanofiber nonwoven fabric had a similar filtration efficiency, but the heat shrinkage was much better in Example 1 using the meta-aramid base.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Thus, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
1: 전압발생장치, 2: 노즐,
3: 노즐블록, 4: 컬렉터,
6: 보조벨트, 7: 보조벨트용 롤러,
8: 케이스, 9: 두께측정장치,
10: 전기방사장치, 11: 공급롤러,
12: 권취롤러, 19: 라미네이팅 장치,
20: 블록, 30: 주제어장치,
41: 오버플로우 용액 저장탱크, 43: 관체,
44: 방사용액 저장탱크, 45: 방사용액 유통 파이프,
100: 메타아라미드 기재,
200: 폴리이미드 나노섬유 부직포,
300: 섬유굵기가 굵은 폴리이미드 나노섬유 부직포,
400: 섬유굵기가 가는 폴리이미드 나노섬유 부직포.1: voltage generating device, 2: nozzle,
3: nozzle block, 4: collector,
6: auxiliary belt, 7: auxiliary belt roller,
8: case, 9: thickness measuring device,
10: electrospinning device, 11: feed roller,
12: take-up roller, 19: laminating apparatus,
20: block, 30: main controller,
41: Overflow solution storage tank, 43: Tubular body,
44: spinning liquid storage tank, 45: spinning liquid circulation pipe,
100: a meta-aramid substrate,
200: polyimide nanofiber nonwoven fabric,
300: polyimide nanofiber nonwoven fabric having a large fiber thickness,
400: Polyimide nanofiber nonwoven fabric having a small fiber thickness.
Claims (5)
상기 폴리아믹산 용액을 메타아라미드 기재 상에 전기방사하여 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 적층형성하는 단계; 및
상기 적층형성된 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 열처리하여 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 이미드화하는 단계;
를 포함하며, 상기 이미드화 단계는 150 내지 350℃의 온도에서 소성가공하여 수행하는 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 폴리이미드 나노섬유 필터의 제조방법.
Dissolving polyamic acid in an organic solvent to prepare a polyamic acid solution;
Electrospinning the polyamic acid solution onto a meta-aramid base to form a polyamic acid nanofiber nonwoven fabric layer; And
Heat-treating the laminated polyamic acid nanofiber nonwoven fabric to imidize the polyamic acid nanofiber nonwoven fabric;
Wherein the imidization step is carried out by plastic working at a temperature of 150 to 350 ° C.
상기 폴리아믹산 용액을 메타아라미드 기재 상에 전기방사하여 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 적층형성하는 단계에서 전기방사장치의 전단부 블록에서는 섬유굵기가 굵은 폴리아믹산 나노섬유 부직포가 상기 메타아라미드 기재 상에 전기방사되어 적층형성되고, 후단부 블록에서는 섬유굵기가 가는 폴리아믹산 나노섬유 부직포가 상기 섬유굵기가 굵은 폴리아믹산 나노섬유 층 상에 전기방사되어 적층형성하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 폴리이미드 나노섬유 필터의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step of forming the polyamic acid nanofiber nonwoven fabric layer by electrospinning the polyamic acid solution onto the meta-aramid base material, the polyamic acid nanofiber nonwoven fabric having a large fiber thickness in the front end block of the electrospinning device is subjected to electrospinning And a polyamic acid nanofiber nonwoven fabric having a small fiber thickness is electrospun on the polyamic acid nanofiber layer having a large fiber thickness to form a laminate in the rear end block;
Wherein the polyimide nanofiber filter further comprises a polyimide resin.
상기 폴리아믹산 용액을 메타아라미드 기재 상에 전기방사하여 폴리아믹산 나노섬유 부직포를 적층형성하는 단계에서 전기방사는 상향식 전기방사법을 사용하는 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 폴리이미드 나노섬유 필터의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polyimic acid solution is electrospun onto a meta-aramid base to form a layer of a polyamic acid nanofiber nonwoven fabric, wherein electrospinning employs a bottom-up electrospinning method.
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