KR101668395B1 - 나노섬유를 구비한 필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

직물구조의 기재 상부에 접착제와 나노섬유를 순차적으로 방사하여 제조되며, 상기 제조된 필터는 나노사이즈의 기공을 가짐에 따라 미세먼지를 효과적으로 제거할 수 있고, 충분한 강도를 가지고 있으며, 적은 비용으로 제조 가능한 나노섬유를 구비한 필터가 개시된다. 본 발명은 (a) 직물구조의 기재 단면 또는 양면에 방사된 나노섬유; 및 (b) 상기 나노섬유 상부에 방사되어 상기 직물구조의 기재와 상기 나노섬유를 고정하는 접착제를 포함하는 나노섬유를 포함하는 나노섬유를 구비한 필터를 제공한다.

Description

나노섬유를 구비한 필터 및 이의 제조방법{Filter with Nano Fiber and Manufacturing Thereof}
본 발명은 나노섬유를 구비한 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직물구조의 기재에 나노섬유와 접착제가 적층되어 내구성이 우수하고, 세척하여 재사용이 가능한 나노섬유를 구비한 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 필터는 필터는 유체 속의 이물질을 걸러내는 여과장치로서 액체필터와 에어필터로 분류된다. 이 중 에어필터는 첨단산업의 발달과 함께 첨단제품의 불량방지를 위해 공기 중의 먼지 등 미립자, 세균이나 곰팡이 등의 생물입자, 박테리아 등과 같은 생물학적으로 유해한 것이 제거되는 반도체 제조, 전산기기 조립, 병원, 식품가공공장, 농림수산 분야에서 사용되며, 먼지가 많이 발생하는 작업장이나 화력발전소 등에도 광범위하게 사용된다.
이러한 에어필터는 흡입되는 연소용 공기를 대기 중에서 취할 때, 대기 중에 포함된 먼지, 분진 등의 이물질이 필터 내로 침투하지 못하게 하여 정화된 공기를 공급할 수 있다. 그러나, 이물질의 크기가 큰 입자는 필터 표면에 쌓이게 되어 필터 표면에 필터 케이크(Filter Cake)를 형성할 뿐만 아니라, 미세한 입자는 필터 내에 쌓이게 되어 필터의 기공을 막는다. 결국, 입자들이 필터의 표면에 쌓이게 되면 필터의 압력손실을 높이고, 수명을 저하시키는 문제를 가지고 있다.
한편, 기존의 에어필터는 필터를 구성하는 섬유집합체에 정전기를 부여하여 입자가 정전기력에 의해 포집되는 원리를 이용하였으며, 상기 원리에 의한 필터의 효율을 측정해왔다. 그러나, 유럽의 에어필터 분류 표준인 EN779는 2012년 정전기 효과에 의한 필터의 효율을 배제하기로 결정하였으며, 정전기 효과를 배제하고 효율을 측정한 결과, 필터의 실제 효율은 20%이상 저하되는 것이 밝혀졌다
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 나노섬유를 이용하여 필터를 제조하는 다양한 방식들이 개발되고 있다. 나노섬유는 섬유의 직경이 1 마이크로미터 이하인 섬유를 말하는 것으로, 1930년대에 실험실 규모로 제조되었지만 낮은 생산성과 불규칙한 직경 등으로 인하여 상업적인 규모로 발전되지 못하였다. 최근에는 나노섬유가 공기를 정화하는 필터, 액체 여과 필터, 이온 만을 통과시키는 전지 분리막, 공기는 투과하고 물은 통과하지 못하게 하는 투습 방수 기능 등 여러 가지 용도가 확인됨에 따라 대량으로 나노섬유를 생산하기 위한 기술이 개발되고 있다.
이러한 나노섬유를 필터에 사용하는 경우 기존의 필터에 비하여 비표면적이 매우 높고, 표면 작용기에 대한 유연성도 좋으며, 나노급의 기공사이즈를 가지게 되므로, 미세한 먼지입자를 더욱 효율적으로 여과할 수 있게 된다. 특히 미세먼지입자의 경우 기존의 필터에서는 기공사이즈의 문제로, 정전기를 이용하여 제거할 수 밖에는 없었지만, 나노 사이즈의 기공을 가지는 나노섬유를 이용한 필터에서는 이를 효율적으로 제거할 수 있다.
다만, 기존의 나노섬유를 단독으로 이용한 필터의 경우, 나노섬유 만을 이용하여 부직포를 형성하므로 외부 힘에 대한 내구성에 떨어지며, 세척시 나노섬유가 분리되므로 세척에 의한 재사용이 불가능한 단점을 가지고 있다. 이를 보완하기 위하여 직물구조를 가지는 지지체 위에 나노섬유를 방사하여 필터를 형성하는 방법이 연구되었지만, 나노섬유가 직접적으로 외부에 노출되어 있기 때문에 외부환경에 의하여 나노섬유의 손상이 일어날 수 있으며, 지지체와 분리된 나노섬유가 또 다른 오염을 일으키는 단점을 가지고 있다.
대한민국 공개특허 제2016-0050380호에서는 나노섬유 필터 및 이의 제조방법에 관하여 개시하고 있다. 이 발명에서는 상향식 전기방사를 이용하여 나노섬유를 제조하고 있지만, 방사된 나노섬유가 지지체에 고정되지 못하여 외부환경이나 세척에 취약하다는 단점을 가진다.
대한민국 등록특허 제1615679호에서는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유를 포함하는 필터 및 이의 제조방법에 관하여 개시하고 있다. 이 발명에서는 셀룰로오스 기재상에 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유로 구성되는 부직포가 열융착된 필터를 개시하고 있지만, 열융착에 의하여 나노섬유가 용융되어 성능이 저하될 수 있으며, 두 가지 크기를 가지는 나노섬유로 구성된 2층의 부직포를 사용하므로 제조비용이 증가한다는 단점을 가진다.
대한민국 등록특허 제1561949호에서는 나노파이버를 적층한 건재용의 박막 차폐부재 및 제조장치에 관하여 개시하고 있다. 이 발명에서는 직편물에 고분자 접착제를 섬유형으로 분사한 다음 나노파이버를 방사하고, 제2고분자 접착제를 방사하여 섬유를 고정하고 있지만, 섬유형으로 분사된 고분자 접착제가 나노파이버 방사시 손상될 수 있으며, 두 종류의 접착제를 각각 상이한 공정조건에서 분사하므로 공정조건에 까다롭고 제조비용이 상승할 수 있다.
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 나노 사이즈의 기공을 가짐에 따라 미세먼지를 효과적으로 제거할 수 있고, 충분한 강도를 가지고 있으며, 적은 비용으로 제조 가능한 나노섬유를 구비한 필터 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 제1양태는, (a) 직물구조의 기재 단면 또는 양면에 방사된 나노섬유; 및 (b) 상기 나노섬유 상부에 방사되어 상기 직물구조의 기재와 상기 나노섬유를 고정하는 접착제를 포함하는 나노섬유를 구비한 필터를 제공한다.
또한, 본 발명의 제2양태는, (a) 직물구조의 기재의 단면 또는 양면 도포되어 상기 직물구조의 기재와 나노섬유를 고정하는 접착제;및 (b) 상기 접착제에 방사된 나노섬유를 포함하는 나노섬유를 구비한 필터를 제공한다.
또한 상기 제2양태의 필터에 (c) 상기 나노섬유 상부에 방사되어 상기 직물구조의 기재와 상기 나노섬유를 고정하는 제2접착제를 추가로 포함하는 필터를 제공한다.
또한 상기 직물구조의 기재는 폴리프로필렌섬유, 유리섬유, PVC코팅 유리섬유, 불소섬유, 폴리에스테르계섬유, 나일론섬유, 스틸섬유 및 알루미늄섬유로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상의 필라멘트로 제작되는 것을 특징으로 하는 필터를 제공한다.
또한 상기 나노섬유는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에스테르(Polyester) 및 폴리우레탄(Polyurethane)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 필터를 제공한다.
또한 상기 나노섬유는 50nm~500nm 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 필터를 제공한다.
또한 상기 방사된 나노섬유의 양은 0.1~2g/㎡인 것을 특징으로 하는 필터를 제공한다.
또한 상기 접착제 및 제2접착제는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에스테르(Polyester) 또는 폴리우레탄(Polyurethane)을 포함하는 접착제인 것을 특징으로 하는 필터를 제공한다.
또한 상기 접착제 및 제2접착제는 폴리우레탄 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 중 하나 이상의 성분을 포함하는 이형분을 1메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 용해시킨 혼합액인 것을 특징으로 하는 필터를 제공한다.
또한 상기 방사된 접착제 및 제2접착제의 양은 1~5g/㎡인 것을 특징으로 하는 필터를 제공한다.
또한 상기 직물구조의 기재는 0.1~0.5mm의 직경을 가지는 필라멘트로 구성되며, 10~30메쉬의 눈 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 필터를 제공한다.
또한 상기 필터는 JIS L 1098 방법을 사용하여 38㎠의 면적에 125Pa의 압력으로 평가시 공기투과도가 250~700㎠/㎠/s이며, 하기의 방법에 따른 분진포집효율 감소가 10% 이하인 것을 특징으로 하는 필터를 제공한다
[분진포집효율 감소 측정방법]
ASHRAE STANDARD 52.1 방법을 사용하여 1m/s의 풍속으로 평가하며, 5회의 세척 이후 동일한 방법으로 평가하여 분진포집효율 감소를 측정함.
상기 다른 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 제1양태는, (a) 직물구조의 기재 단면 또는 양면에 나노섬유를 전기방사하는 단계; 및 (b) 상기 나노섬유의 상부에 접착제를 방사하는 단계를 포함하는 나노섬유를 구비한 필터의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명의 재2양태는, (a) 직물구조의 기재 단면 또는 양면에 제1접착제를 방사하는 단계;및 (b) 상기 제1접착제 상부에 나노섬유를 전기방사하는 단계를 포함하는 나노섬유를 구비한 필터의 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제2양태의 제조방법에 (c) 상기 나노섬유의 상부에 제2 접착제를 방사하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 필터의 제조방법을 제공한다.
이러한 본 발명에 따르면 직물구조의 기재에 나노섬유를 접착제를 이용하여 부착함으로써 미세먼지를 효과적으로 분리할 수 있으며, 세척 및 외부 환경에 의한 나노섬유의 탈락을 방지하여 필터의 내구성이 높아지므로, 기존의 격자형 필터 및 부직포 필터에 비하여 효율적인 필터의 생산에 유용하다.
도 1은 나노섬유 방사노즐 및 직물구조의 기재 이송부를 나타낸 개략도,
도 2는 접착제 방사노즐 및 직물구조의 기재 이송부를 나타낸 개략도,
도 3은 제조된 필터의 구조를 나타내는 개략도로, (a)단면에 나노섬유와 접착제 순서대로 방사한 것, (b)양면에 나노섬유와 접착제 순서대로 방사한 것, (c)단면에 접착제, 나노섬유를 순서대로 방사한 것, (d)단면에 접착제, 나노섬유, 접착제를 순서대로 방사한 것,
도 4는 직물구조의 기재위에 나노섬유가 방사된 것을 확대한 사진,
도 5는 직물구조의 기재위에 나노섬유를 방사한 다음, 접착제를 방사한 것을 확대한 사진,
도 6은 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 필터를 각각 5회 세척한 것을 확대한 사진.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 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 있음을 의미한다.
본 발명자들은 나노섬유를 이용한 필터에 있어서, 외부환경 또는 세척에 의한 나노섬유의 탈락 및 손상으로 인한 필터의 성능저하 문제에 주시하고 이를 해결하기 위하여 예의연구를 거듭한 결과, 직물구조의 기재에 나노섬유와 접착제를 방사하여 필터를 제조하는 경우 내구성 및 필터 성능의 향상과 더불어, 세척에 의하여 재사용 가능한 나노섬유 필터를 제조할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
따라서 본 발명의 제1양태는 (a) 직물구조의 기재 단면 또는 양면에 방사된 나노섬유; 및 (b) 상기 나노섬유 상부에 방사되어 상기 직물구조의 기재와 상기 나노섬유를 고정하는 접착제를 포함하는 나노섬유를 구비한 필터를 개시한다.
또한 본 발명의 제2양태는 (a) 직물구조의 기재의 단면 또는 양면 도포되며, 상기 직물구조의 기재와 나노섬유를 고정하는 접착제; 및 (b) 상기 접착제에 방사된 나노섬유를 포함하는 나노섬유를 구비한 필터를 개시한다.
본 발명에서 상기 제2양태의 필터는 (c) 상기 나노섬유 상부에 방사되어 상기 직물구조의 기재와 상기 나노섬유를 고정하는 제2접착제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에서 상기 직물구조의 기재는 폴리프로필렌섬유, 유리섬유, PVC코팅 유리섬유, 불소섬유, 폴리에스테르계섬유, 나일론섬유, 스틸섬유 및 알루미늄섬유로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 필라멘트로 제조될 수 있다. 나노섬유는 그 크기가 작아 나노섬유 만으로는 서로 단단히 결합되기 어렵다. 따라서 나노섬유로 부직포를 형성하더라도 사용 이후 세척에 의하여 부직포가 손상될 가능성이 매우 크다. 또한 필터링 도중 일부 나노섬유가 유체의 흐름에 의하여 탈락되어 새로운 오염원으로 작용할 가능성도 존재한다. 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 필라멘트로 구성되는 직물구조의 기재에 나노섬유를 부착하여 외력에 의한 손상 및 탈락을 방지하였다.
본 발명에서, 상기 직물구조의 기재는 0.1~0.5mm, 바람직하게는 0.2~0.4mm 가장 바람직하게는 0.3mm의 직경을 가지는 필라멘트로 구성되며, 10~30메쉬, 바람직하게는 15~25메쉬, 가장 바람직하게는 18~22메쉬의 눈 크기를 가지는 것일 수 있다. 상기 직물구조의 기재는 필라멘트가 가로 및 세로로 교차되어 사각형 또는 마름모형의 직물구조를 가지는 것으로, 나노섬유가 접착되는 뼈대 역할을 할 수 있다. 이때 직물구조를 형성하는 필라멘트가 0.1mm미만의 직경을 가지는 경우, 필터의 내구성이 떨어질 수 있고, 0.5mm 초과의 직경을 가지는 경우 눈의 크기가 작아져 필터의 효율이 떨어지며, 무게가 증가할 수 있다. 또한 상기 직물구조의 기재의 눈크기가 10메쉬 이하인 경우, 필터의 저항이 켜져서 효율이 감소될 수 있으며, 30메쉬 초과인 경우, 필라멘트 사이의 간격이 멀어져 필라멘트 사이에 존재하는 나노섬유의 접착이 불완전할 수 있다.
본 발명에서 상기 나노섬유는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에스테르(Polyester) 및 폴리우레탄(Polyurethane)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 나노섬유는 상기 직물구조의 기재에 접착되어 나노사이즈의 구멍을 형성한다. 이때 사용되는 나노섬유의 굵기는 50nm~500nm일 수 있으며, 바람직하게는 70nm~300nm, 가장 바람직하게는 100nm~250nm일 수 있다. 나노섬유의 굵기가 50nm미만인 경우, 외력에 의한 내구성이 떨어지며, 500nm를 초과하는 경우, 필터 구멍의 크기가 커져서 나노사이즈의 입자를 분리하지 못할 수 있다.
또한 상기 나노섬유는 직물구조의 기재에 0.1~2g/㎡, 바람직하게는 0.5~1.0g/㎡, 가장 바람직하게는 0.7g/㎡이 방사될 수 있다. 0.1g/㎡미만으로 방사되는 경우, 나노섬유의 양이 적어져 필터의 구멍의 크기가 커지며, 2g/㎡ 초과하여 방사되는 경우 너무 많은 나노섬유가 존재하여 필터의 저항이 커지므로 공기투과도가 떨어질 수 있다.
본 발명에서 상기 접착제 및 제2접착제는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에스테르(Polyester) 또는 폴리우레탄(Polyurethane)을 포함하는 접착제일 수 있으며, 바람직하게는 폴리우레탄 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 중 하나 이상의 성분을 포함하는 이형분을 1메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 용해시킨 혼합액일 수 있다. 상기 접착제는 나노섬유와 직물구조의 기재를 접착시켜 나노섬유가 외력에 의하여 탈착되는 것을 막아주며, 나노섬유를 코팅하여 나노섬유의 손상을 막아준다. 다만 1g/㎡ 미만으로 방사되는 경우 나노섬유의 접착량과 코팅량이 떨어져 필터의 수명이 줄어들며, 5g/㎡ 초과하여 방사되는 경우 접착제가 필터의 구멍을 막게 되어 필터의 효율이 감소할 수 있다. 따라서 상기 접착제는 1~5g/㎡, 바람직하게는 2~4g/㎡, 가장 바람직하게는 3g/㎡이 방사될 수 있다.
또한 상기 나노섬유를 방사하기 이전에 접착제를 방사하는 경우 나노섬유 방사시 나노섬유와 직물구조의 기재의 접착이 더욱 원활하며, 제조시 나노섬유의 이탈을 방지할 수 있으므로, 나노섬유 방사 전 접착제를 방사한 다음, 나노섬유를 방사하고, 이후 제2접착제를 방사하여 나노섬유를 고정하는 것이 더욱 바람직하다. 이때 사용되는 접착제와 제2접착제는 상기 접착제와 동일한 성분을 가질 수 있으며, 동일한 양을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 필터는 JIS L 1098 방법을 사용하여 38㎠의 면적에 125Pa의 압력으로 평가시 공기투과도가 250~700㎠/㎠/s,바람직하게는 300~650㎤/㎠/s, 가장 바람직하게는 350~600㎤/㎠/s이며, 하기의 방법에 따른 분진포집효율 감소가 10% 이하, 바람직하게는 5%이하, 가장 바람직하게는 2%이하인 것일 수 있다.
[분진포집효율 감소 측정방법]
ASHRAE STANDARD 52.1 방법을 사용하여 1m/s의 풍속으로 평가하며, 5회의 세척 이후 동일한 방법으로 평가하여 분진포집효율 감소를 측정함.
본 발명의 필터는 나노섬유와 직물구조의 기재를 동시에 사용하므로 기존의 나노섬유 부직포 필터에 비하여 공기투과도가 우수하며, 나노섬유를 접착제를 이용하여 직물구조의 기재에 고정하므로 세척 이후에도 분진포집효율의 감소가 최소화 된다.
본 발명에 따른 필터는 직물구조의 기재에 나노섬유와 접착제를 방사하여 나노섬유를 직물구조의 기재에 고정하는 방법으로 제조될 수 있다.
따라서 본 발명의 제1양태는 (a) 직물구조의 기재 단면 또는 양면에 나노섬유를 전기방사하는 단계; 및 (b) 상기 나노섬유의 상부에 접착제를 방사하는 단계를 포함하는 나노섬유를 구비한 필터의 제조방법을 개시한다.
또한 본 발명의 제2양태는 (a) 직물구조의 기재 단면 또는 양면에 접착제를 방사하는 단계; 및 (b) 상기 접착제 상부에 나노섬유를 전기방사하는 단계를 포함하는 나노섬유를 구비한 필터의 제조방법을 개시한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2양태의 제조방법은 (c) 상기 나노섬유의 상부에 제2 접착제를 방사하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 폴리머용액은 저장조(20)에 저장되며, 폴리머용액 이송라인(40)을 따라 나노섬유 방사노즐(30)으로 공급된다. 나노섬유 방사노즐에서는 고전압발생기(10)에서 공급되는 고압전류를 이용하여 나노섬유를 전기방사하게되며, 이때 전압, 전류 및 노즐의 크기등을 적절히 조절하여 적절한 길이와 굵기를 가지는 나노섬유를 방사할 수 있다. 방사된 나노섬유는 직물구조의 기재(51)로 정전기 또는 중력에 의하여 이동하게 되며, 직물구조의 기재는 지지대(50)에 의하여 일정한 속도로 이동하게 되므로 연속적으로 나노섬유를 방사 가능하다.
이후, 도 2에 나타난 바와 같이, 접착제를 방사하여 나노섬유를 고정하게 된다. 접착제는 접착제용액 저장조(60)에서 이송라인(61)을 따라 방사노즐(62)로 공급되며, 방사노즐(62)을 둘러싸고 있는 에어노즐(82)을 통하여 고압의 공기를 직물구조의 기재방향으로 공급한다. 공급되는 고압의 공기에 의하여 방사노즐(62)주변에는 저압부가 형성되며, 이러한 벤추리 효과에 의하여 공급되는 접착제는 미세한 방울이 되어 나노섬유에 균일하게 방사될 수 있다.
상기 직물구조의 기재위에 나노섬유를 방사하기 이전, 접착제를 방사하여, 나노섬유를 방사하는 것도 가능하다. 이 경우 나노섬유의 방사이전 미리 접착제가 직물구조의 기재위에 위치하게 되므로, 제조시 나노섬유가 다른 곳으로 날리는 것을 방지하여 작업성이 크게 개선되며, 나노섬유의 양면에 접착제가 위치함에 따라 더욱 뛰어난 내구성을 가지는 것이 가능하다.
이울러 상기 나노섬유와 접착제를 방사한 이후 직물구조의 기재를 뒤집어서 나노섬유와 접착제를 한번 더 형성하거나 직물구조의 기재 양면에 동시에 나노섬유와 접착제를 방사할 수 있다. 직물구조의 기재 양면에 나노섬유와 접착제를 방사하는 경우, 필터에 의한 저항은 높아질 수 있지만 내구성과 필터효율이 높아지게 되므로 필터를 사용하는 환경에 따라 적절히 선택하여 제조 가능하다.
이하, 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 들어 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용된 성분의 사양은 다음과 같다.
(1) 직물구조의 기재
PVC가 코팅된 유리섬유로써 섬유직경 0.3mm, 눈 크기 18메쉬
(2) 전기방사 나노섬유
폴리비닐리덴 플루오라이드로 100nm~250nm의 직경을 가지는 섬유
(3) 접착제
폴리우레탄과 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)의 이형분을 1메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 용해시킨 혼합액
실시예 1
직물구조의 기재 위에 전기방사에 의하여 100~250nm의 굵기를 가지는 나노섬유 0.7g/㎡ 방사 한 다음, 접착제 3g/㎡를 방사하여 나노섬유와 접착제로 이루어진 필터층을 형성하였다.
실시예 2
직물구조의 기재 위에 접착제 3g/㎡를 방사한 다음, 전기방사에 의하여 100~250nm의 굵기를 가지는 나노섬유 0.7g/㎡ 방사하고, 다시 접착제 3g/㎡를 방사하여 나노섬유와 접착제로 이루어진 필터층을 형성하였다.
비교예 1
실시예 1에서 접착제를 사용하지 않고 나노섬유만을 방사하여 나노섬유층을 형성하였다.
비교예 2
직물구조의 기재 위에 접착제 3g/㎡를 방사하여 건조한 다음, 접착제 2g/㎡을 추가로 방사하고, 전기방사에 의하여 100~250nm의 굵기를 가지는 나노섬유 0.7g/㎡ 방사하여 나노섬유와 접착제로 이루어진 필터층을 형성하였다.
비교예 3
접착제를 폴리우레탄과 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)의 이형분을 1메틸-2피롤리돈(NMP)에 용해시킨 혼합액 대신 아크릴수지를 1메틸-2피롤리돈에 용해시킨 혼합액을 사용하며, 나머지는 실시예 1과 동일하게 실험을 수행하였다.
비교예 4
접착제의 양을 0.5g/㎡를 사용하며, 나머지는 실시예 1과 동일하게 실험을 수행하였다.
비교예 5
접착제의 양을 7g/㎡를 사용하며, 나머지는 실시예 1과 동일하게 실험을 수행하였다.
시험예
본 발명에 따른 나노섬유를 구비한 필터의 내구성을 평가하기 위하여 초기성능과 5회 물세척 이후의 성능을 각각 비교하였다. 이때 공기투과도는 JIS L 1096 방법을 사용하였으며, 필터 38㎠ 면적에 125Pa의 압력으로 측정하였다. 또한 분진포집 효율은 ASHRAE STANDARD 52.1을 적용하여 1m/s의 풍속으로 측정하였다. 각각의 시험결과는 표1에 나타내었다.
공기투과도(㎠/㎠/s) 분진포집효율(%)
초기성능 5회 세척이후 초기성능 5회 세척이후
실시예1 372 412 94 92
실시예2 364 392 96 95
비교예1 380 424 92 42
비교예2 214 235 89 84
비교예3 379 409 94 58
비교예4 375 418 91 52
비교예5 208 231 85 74
표1에 나타난 바와 같이, 5회 세척이후 실시예와 비교예 모두 공기투과도가 상승하였다. 이는 직물구조의 기재위에 방사된 나노섬유가 탈착되어 나타난 것으로 실시예와 비교예 모두 일정수준의 나노섬유가 탈착된 것을 확인하였다. 다만 접착제를 과량으로 사용한 비교예 5의 경우 공기투과도가 세척 전 후 모두 떨어지는 것으로 나타났다. 이는 접착제가 과량 사용되면서 나노섬유에 의해 형성된 나노사이즈의 기공을 막게 된 결과이다.
또한 비교예 2의 경우, 분진포집효율은 유지되었지만, 공기투과도가 떨어져 필터링 효율이 감소되는 것으로 나타났다. 이는 2회에 걸쳐서 사용된 접착제가 나노섬유에 의해 형성된 나노사이즈의 기공을 막거나, 접착제 자체가 그물형상을 형성하면서 새로운 공기저항을 발생시킴에 따라 효율이 떨어지게 된 결과이다.
분진포집효율에 있어서, 실시예1 및 실시예 2의 경우 거의 변화가 없었지만, 비교예1, 3, 4의 경우 절반 가까이 감소하였다. 이는 실시예1 및 2는 일정수준의 나노섬유가 탈착되더라도 접착제에 의하여 접착된 나노섬유가 적절한 수준의 구멍을 유지하고 있음을 보여주고 있으며, 비교예1, 3, 4의 경우 상당수준의 나노섬유가 탈착되어 필터의 성능을 유지할 수 없음을 나타낸다. 특히 다른 종류의 접착제를 사용한 비교예3 및 접착제를 소량 사용한 비교예 4의 경우, 접착제를 사용하였음에도 불구하고 접착력이 완전하지 못하여 세척 이후 분진포집효율이 떨어지는 것으로 나타났다
또한 도 6을 참조하면, 실시예 1의 필터의 경우, 5회의 세척 이후에도 직물구조 사이에 나노섬유가 존재하고 있지만, 비교예 1의 경우, 나노섬유가 한쪽으로 쏠리거나 완전히 탈락되어 나노섬유에 의한 필터링 효과를 기대하기 힘든 것으로 나타났다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 고전압 발생기
20 : 나노섬유 폴리머 용액 저장조
30 : 나노섬유 방사노즐
40 : 폴리머용액 이송라인
50 : 직물구조의 기재 운반 지지대
51 : 직물구조의 기재
52 : 나노섬유
53 : 접착제
60 : 접착제 용액 저장조
61 : 접착제용액 이송라인
62 : 접착제 방사노즐
80 : 에어 컴프레셔
81 : 에어분사구
82 : 에어노즐

Claims (18)

  1. (a) 직물구조의 기재 단면 또는 양면에 방사된 나노섬유; 및
    (b) 상기 나노섬유의 상부에 방사되어 상기 직물구조의 기재와 상기 나노섬유를 고정하는 액상의 접착제;
    를 포함하는 나노섬유를 구비한 필터에 있어서,
    상기 액상의 접착제는 폴리우레탄과 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 이형분을 1메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 용해시킨 혼합액이며,
    상기 필터는 JIS L 1098 방법을 사용하여 38㎠의 면적에 125Pa의 압력으로 평가시 공기투과도가 250~700㎠/㎠/s이며,
    하기의 방법에 따른 분진포집효율 감소가 10% 이하인 것을 특징으로 하는 필터.
    [분진포집효율 감소 측정방법]
    ASHRAE STANDARD 52.1 방법을 사용하여 1m/s의 풍속으로 평가하며, 5회의 세척 이후 동일한 방법으로 평가하여 분진포집효율 감소를 측정함.
  2. (a) 직물구조의 기재의 단면 또는 양면 도포되어 상기 직물구조의 기재와 나노섬유를 고정하는 액상의 접착제; 및
    (b) 상기 접착제에 방사된 나노섬유;
    를 포함하는 나노섬유를 구비한 필터.
    상기 액상의 접착제는 폴리우레탄과 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 이형분을 1메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 용해시킨 혼합액이며,
    상기 필터는 JIS L 1098 방법을 사용하여 38㎠의 면적에 125Pa의 압력으로 평가시 공기투과도가 250~700㎠/㎠/s이며,
    하기의 방법에 따른 분진포집효율 감소가 10% 이하인 것을 특징으로 하는 필터.
    [분진포집효율 감소 측정방법]
    ASHRAE STANDARD 52.1 방법을 사용하여 1m/s의 풍속으로 평가하며, 5회의 세척 이후 동일한 방법으로 평가하여 분진포집효율 감소를 측정함.
  3. 제2항에 있어서,
    (c) 상기 나노섬유 상부에 방사되어 상기 직물구조의 기재와 상기 나노섬유를 고정하는 제2접착제;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 직물구조의 기재는 폴리프로필렌섬유, 유리섬유, PVC코팅 유리섬유, 불소섬유, 폴리에스테르계섬유, 나일론섬유, 스틸섬유 및 알루미늄섬유로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상의 필라멘트로 제조되는 것을 특징으로 하는 필터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노섬유는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에스테르(Polyester) 및 폴리우레탄(Polyurethane)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 필터.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노섬유는 50nm~500nm 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 필터.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방사된 나노섬유의 양은 0.1~2g/㎡인 것을 특징으로 하는 필터.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방사된 접착제의 양은 1~5g/㎡인 것을 특징으로 하는 필터.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 제2접착제는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에스테르(Polyester) 또는 폴리우레탄(Polyurethane)을 포함하는 접착제인 것을 특징으로 하는 필터.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 제2접착제는 폴리우레탄 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 중 하나 이상의 성분을 포함하는 이형분을 1메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 용해시킨 혼합액인 것을 특징으로 하는 필터.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 방사된 제2접착제의 양은 1~5g/㎡인 것을 특징으로 하는 필터.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 직물구조의 기재는 0.1~0.5mm의 직경을 가지는 필라멘트로 구성되며, 10~30메쉬의 눈 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 필터.
  15. 삭제
  16. (a) 직물구조의 기재 단면 또는 양면에 나노섬유를 전기방사하는 단계; 및
    (b) 상기 나노섬유의 상부에 액상의 접착제를 방사하는 단계를 포함하는 제1항의 나노섬유를 구비한 필터의 제조방법에 있어서,
    상기 액상의 접착제는 폴리우레탄과 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 이형분을 1메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 용해시킨 혼합액인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  17. 다음의 단계를 포함하는 제2항의 나노섬유를 구비한 필터의 제조방법:
    (a) 직물구조의 기재 단면 또는 양면에 액상의 접착제를 방사하는 단계; 및
    (b) 상기 접착제 상부에 나노섬유를 전기방사하는 단계를 포함하는 제2항의 나노섬유를 구비한 필터의 제조방법에 있어서,
    상기 액상의 접착제는 폴리우레탄과 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 이형분을 1메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 용해시킨 혼합액인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  18. 제17항에 있어서.
    (c) 상기 나노섬유의 상부에 제2접착제를 방사하는 단계;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 필터의 제조방법.
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