KR101845024B1 - 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 및 그 제조 방법 - Google Patents

고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

열부식 공정(thermal etching process)을 이용하여 유연하면서도 고비표면적을 확보할 수 있는 다공성 나노섬유 복합체 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 제조 방법은 (a) 다공성 물질을 용매에 첨가하여 교반한 후, 고분자 수지를 첨가하여 복합 용액을 형성하는 단계; (b) 상기 복합 용액을 기재 상에 전기방사한 후, 건조하여 다공성 나노섬유 복합체를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 다공성 나노섬유 복합체를 열부식 처리하여 표면 일부를 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 및 그 제조 방법{FLEXIBLE POROUS NANOFIBER COMPOSITE HAVING HIGH SPECIFIC SURFCAE AREA AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 다공성 나노섬유 복합체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열부식 공정을 이용하여 유연하면서도 고비표면적을 확보할 수 있는 다공성 나노섬유 복합체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
나노섬유는 섬유 직경이 나노 스케일(nano-scale)이면서 동시에 섬유 길이 방향은 마이크로 스케일(micro-scale)을 갖는 물질을 말한다. 따라서, 나노섬유는 나노 스케일 구조에서 오는 기능적인 장점과 마이크로 스케일에서 오는 취급성의 용이한 장점을 동시에 갖는다. 이와 같이, 나노 섬유는 3차원적인 네트워크 구조로 이루어져 우수한 기계적 성질과 핸들링성이 용이한 장점이 있다.
이러한 나노섬유는 용액방사(solution spinning), 용융방사(melt spinning), 드로잉(drawing), 자기조립(self-assembly), 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD), 전기방사(electrospinning) 등으로 제조할 수 있으나, 이 중 섬유 형성이나 대량생산, 응용 면에 있어서 전기방사 방법이 가장 유력한 방법으로 알려져 있다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0063167호(2012.06.15. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 다공성 금속산화물 나노섬유 및 그 제조방법이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 열부식 공정을 이용하여 유연하면서도 고비표면적을 확보할 수 있는 다공성 나노섬유 복합체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 제조 방법은 (a) 다공성 물질을 용매에 첨가하여 교반한 후, 고분자 수지를 첨가하여 복합 용액을 형성하는 단계; (b) 상기 복합 용액을 기재 상에 전기방사한 후, 건조하여 다공성 나노섬유 복합체를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 다공성 나노섬유 복합체를 열부식 처리하여 표면 일부를 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체는 다공성 물질과, 상기 다공성 물질의 표면을 감싸는 고분자 수지층을 포함하되, 상기 고분자 수지층의 일부가 열부식 처리에 의해 식각되어, 상기 다공성 물질의 일부가 외부로 노출된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 및 그 제조 방법은 고분자 수지, 용매 및 다공성 물질을 첨가한 복합 용액을 전기 방사 및 건조한 후, 열부식 공정(thermal etching process)을 통해 고분자 수지층의 일부를 식각하여 다공성 물질의 일부를 노출시키는 것에 의해 유연하면서도 고비표면적을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 다공성 물질의 일부가 고분자 수지층의 외부로 노출됨으로써 흡착 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 및 그 제조 방법은 나노섬유의 장점인 유연성 및 핸들링성의 우수함을 확보할 수 있음과 더불어, 다공성 물질의 특성인 넓은 비표면적의 장점으로 우수한 흡착 성능을 동시에 확보할 수 있다.
이 결과, 본 발명에 따른 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 및 그 제조 방법은 다공성 물질과, 다공성 물질의 표면을 감싸는 고분자 수지층을 포함하되, 고분자 수지층의 일부가 열부식 공정에 의해 식각되어, 다공성 물질의 일부가 외부로 노출되어, 500 ~ 850㎡/g의 고비표면적을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2는 TGA 및 DTG 실험 결과를 나타낸 도면.
도 3은 비교예 1에 따른 시료에 대한 SEM 및 AFM 촬영 결과를 나타낸 사진.
도 4는 실시예 1에 따른 시료에 대한 SEM 및 AFM 촬영 결과를 나타낸 사진.
도 5는 실시예 2에 따른 시료에 대한 SEM 및 AFM 촬영 결과를 나타낸 사진.
도 6은 실시예 3에 따른 시료에 대한 SEM 및 AFM 촬영 결과를 나타낸 사진.
도 7은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따른 시료에 대한 C 및 Si의 성분비를 측정한 결과를 나타낸 그래프.
도 8은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시료에 대한 XRD 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 9는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시료에 대한 비표면적 측정 결과를 나타낸 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 제조 방법은 복합 용액 형성 단계(S110), 전기방사 단계(S120) 및 열부식 단계(S130)를 포함한다.
복합 용액 형성
복합 용액 형성 단계(S110)에서는 다공성 물질을 용매에 첨가하여 교반한 후, 고분자 수지를 첨가하여 복합 용액을 형성한다.
이때, 고분자 수지로는 PVP(polyvinylpyrrolidone), PDVF(polyvinyleden floride), 에폭시 수지(epoxy resin) 등에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있으며, 이 중 PVP(poluvinylpyrrolidone)를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
용매로는 에탄올(ethanol), 아세틸아세톤(acetylacetone), DMF(dimethylformamide), 옥탄올(Octanol), 테트라데칸(tetradecane), 펜탄올(pentanol), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(dipropylene glycol monomethyl ether), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
특히, 본 발명에서, 복합 용액은 고분자 수지 : 15 ~ 35 중량%, 다공성 물질 : 5 ~ 35 중량% 및 나머지 용매로 조성되는 것이 바람직하다.
고분자 수지의 첨가량이 복합 용액 전체 중량의 15 중량% 미만일 경우에는 용액의 농도가 낮아 방울형태로 축적되어 구슬 형태의 섬유상이 형성될 우려가 크다. 반대로, 고분자 수지의 첨가량이 복합 용액 전체 중량의 35 중량%를 초과할 경우에는 과도한 수축으로 인해 나노섬유 복합체의 형성시 안정성이 저하되는 문제가 있다.
다공성 물질은 넓은 비표면적을 갖는 것에 의해, 흡착 성능을 향상시킬 수 있음과 더불어, 강도를 향상시키는 역할을 한다. 이를 위해, 다공성 물질로는 제올라이트 및 활성탄 중 1종 이상을 이용하는 것이 바람직하다.
다공성 물질의 첨가량이 복합 용액 전체 중량의 5 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미하여 연신율 및 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 다공성 물질의 첨가량이 복합 용액 전체 중량의 35 중량%를 초과할 경우에는 섬유 형태의 성질에 따라 취성이 증가하여 오히려 인장강도가 감소하는 문제가 있다.
전술한 복합 용액 형성 단계(S110)는 1차 혼합 과정, 2차 혼합 과정 및 3차 혼합 과정으로 세분화하여 실시하는 것이 보다 바람직하다.
1차 혼합 과정에서는 다공성 물질을 용매에 첨가하고, 7 ~ 8시간 동안 초음파 처리를 실시하여 1차 혼합한다.
2차 혼합 과정에서는 1차 혼합된 결과물을 교반기를 이용하여 200 ~ 400rpm의 속도로 교반하여 2차 혼합한다.
이러한 2차 혼합 과정시, 교반 속도가 200rpm 미만일 경우에는 다공성 물질과 용매 간의 균일한 혼합이 이루어지지 않을 우려가 있다. 반대로, 교반 속도가 400rpm을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
3차 혼합 과정에서는 2차 혼합된 결과물에 고분자 수지를 첨가한 후, 교반기를 통해 1000 ~ 2000rpm의 속도로 교반하여 3차 혼합한다.
이러한 3차 혼합 과정시, 교반 속도가 1000rpm 미만일 경우에는 다공성 물질과 고분자 수지 간의 균일한 혼합이 이루어지지 않을 우려가 있다. 반대로, 교반 속도가 2000rpm을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
전기방사
전기방사 단계(S120)에서는 복합 용액을 기재 상에 전기방사한 후, 건조하여 다공성 나노섬유 복합체를 형성한다.
이러한 전기방사는 복합 용액을 시린지에 투입한 후, 시린지 펌프를 이용하여 기재 상에 0.1 ~ 3.0ml/hr의 속도로 토출시키는 방식으로 실시하는 것이 바람직하다.
특히, 전기방사는 방사 전압 : 15 ~ 18kV 및 방사 거리 : 5 ~ 15cm 조건으로 실시하는 것이 바람직하며, 시린지의 노즐 직경은 20 ~ 30G인 것을 이용하는 것이 바람직하다. 여기서, 방사 거리는 방사 대상물인 기재와 시린지의 노즐 간의 이격 거리를 의미한다.
방사 전압이 15kV 미만일 경우에는 제조 시간이 과도하게 소요되어 제조 비용을 상승시킬 우려가 있을 뿐만 아니라, 균일한 막질 형성에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 방사 전압이 18kV를 초과할 경우에는 효과 상승 대비 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다. 또한, 방사 거리가 5cm 미만일 경우에는 노즐에 의한 간섭으로 막질 특성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 방사 거리가 15cm를 초과할 경우에는 균일한 막을 확보하는데 어려움이 따를 수 있다.
다공성 나노섬유 복합체는 100 ~ 5000㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 다공성 나노섬유 복합체의 두께가 100㎛ 미만일 경우에는 그 두께가 너무 얇은 관계로 흡착 성능을 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 다공성 나노섬유 복합체의 두께가 5000㎛를 초과할 경우에는 VOC(volatile organic compounds) 흡착 제거용 나노섬유 필터에 적용되었을 때 제품 두께를 증가시켜 실용성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다.
이때, 건조는 70 ~ 90℃에서 5 ~ 20시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 건조 온도가 70℃ 미만이거나, 5시간 미만일 경우에는 충분한 건조가 이루어지지 못할 우려가 크다. 반대로, 건조 온도가 90℃를 초과하거나, 건조 시간이 20시간을 초과할 경우에는 더 이상이 효과 상승 없이 제조비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
이러한 건조를 실시한 이후에는 용매가 모두 휘발되어 제거된다. 이 결과, 다공성 나노섬유 복합체는 다공성 물질과, 다공성 물질의 표면을 감싸는 고분자 수지층으로 이루질 수 있다. 이때, 다공성 물질은 고분자 수지층에 의해 전 표면이 밀봉되는 구조를 가질 수 있다.
열부식
열부식 단계(S130)에서는 다공성 나노섬유 복합체를 열부식 처리하여 표면 일부를 식각한다.
이와 같이, 다공성 나노섬유 복합체를 열부식 처리로 표면 일부를 식각하는 것에 의해 고분자 수지층의 일부가 제거되어, 다공성 물질의 일부가 외부로 노출된다. 이에 따라, 다공성 나노섬유 복합체는 표면의 일부가 식각에 의해 제거되어, 불규칙한 표면 구조를 갖는다.
만일, 열부식 단계(S130)를 실시하지 않을 경우, 다공성 물질이 고분자 수지층에 의해 완벽하게 덮힌 구조를 갖기 때문에 흡착성이 우수한 다공성 물질이 고분자 수지층에 의해 밀봉되어 흡착 기능을 제대로 발휘하지 못하게 된다.
따라서, 본 단계에서는 다공성 나노섬유 복합체의 표면, 특히 다공성 나노섬유 복합체의 고분자 수지층 일부만을 선택적으로 제거하여 불규칙한 표면을 갖도록 하여 고분자 수지층의 표면적을 확장시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고분자 수지층에 의해 밀봉되는 다공성 물질의 일부를 외부로 노출시킴으로써 흡착 성능을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
특히, 열부식 단계(S130)시, 열부식 처리 온도가 증가하면 초반에는 고분자 수지층의 표면이 식각되어 다공성 물질의 일부가 표면으로 노출되어 표면적이 증가하나, 열부식 처리 온도가 필요 이상으로 높아질 경우에는 뼈대를 이루고 있는 고분자 수지층까지 식각되어 비표면적은 높으나 플렉서블한 특성을 상실하는 것을 확인하였다. 이때, 열부식 처리 시간은 20분 ~ 3시간 동안 실시될 수 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐 반드시 이에 제한될 필요는 없다.
따라서, 열부식 단계(S130)시 적합한 온도 영역은 고분자의 종류 및 다공성 물질의 첨가량에 따라 변동이 있을 수 있으나, TGA 실험을 통하여 유연성을 유지하면서도 높은 표면적을 가지는 폴리머 표면 에칭 영역(polymer surface etching zone)의 온도가 250 ~ 450℃인 것을 확인하였다.
이때, 열부식 처리 온도가 250℃ 미만일 경우에는 열부식이 원활이 이루어지지 못하는 관계로 비표면적을 증가시키는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 열부식 처리 온도가 450℃를 초과할 경우에는 다공성 나노섬유 복합체의 뼈대를 이루고 있는 고분자 수지층이 과도하게 식각되는 관계로 비표면적은 확장되나, 유연성을 상실하게 되는 문제가 있다.
전술한 과정(S110 ~ S130)에 의해 제조되는 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체는 고분자 수지, 용매 및 다공성 물질을 첨가한 복합 용액을 전기 방사 및 건조한 후, 열부식 공정(thermal etching process)을 통해 고분자 수지층의 일부를 식각하여 다공성 물질의 일부를 노출시키는 것에 의해 유연하면서도 고비표면적을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 다공성 물질의 일부가 고분자 수지층의 외부로 노출됨으로써 흡착 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체는 나노섬유의 장점인 유연성 및 핸들링성의 우수함을 확보할 수 있음과 더불어, 다공성 물질의 특성인 넓은 비표면적의 장점으로 우수한 흡착 성능을 동시에 확보할 수 있다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체는 다공성 물질과, 다공성 물질의 표면을 감싸는 고분자 수지층을 포함하되, 고분자 수지층의 일부가 열부식 공정에 의해 식각되어, 다공성 물질의 일부가 외부로 노출되어, 500 ~ 850㎡/g의 고비표면적을 갖는다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시료 제조
실시예 1
5℃/min의 승온속도로 500℃까지 가열한 상태에서 1시간 동안 소결시킨 Y-제올라이트 분말 45g을 에탄올 100ml에 첨가한 상태에서 7시간 동안 초음파 처리를 실시하여 1차 혼합한 후, 교반기를 이용하여 300rpm의 속도로 2차 혼합하고 나서, PVP 50g을 첨가한 상태에서 교반기를 이용하여 1500rpm의 속도로 3차 혼합하여 복합 용액을 제조하였다.
다음으로, 복합 용액을 시린지(syringe)에 넣고 실린지 펌프(syringe pump)를 이용하여 0.5ml/hour의 속도로 토출시켜 유리 기판 상에 전기방사한 후, 80℃에서 6시간 동안 건조시켜 나노섬유 복합체를 제조하였다. 이때, 팁(Tip)의 직경은 20G, 노즐에 인가되는 방사 전압은 10kV 및 유리 기판과의 거리는 10cm를 유지하였다.
다음으로, 300℃에서 1시간 동안 열부식 처리로 나노섬유 복합체의 표면 일부를 식각하여 다공성 나노섬유 복합체 시료를 제조하였다.
실시예 2
350℃에서 1시간 동안 열부식 처리를 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 나노섬유 복합체 시료를 제조하였다.
실시예 3
400℃에서 1시간 동안 열부식 처리를 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 나노섬유 복합체 시료를 제조하였다.
비교예 1
열부식 처리를 실시하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나노섬유 복합체 시료를 제조하였다.
비교예 2
5℃/min의 승온속도로 500℃까지 가열한 상태에서 1시간 동안 소결시킨 Y-제올라이트 분말 시료를 제조하였다.
2. 물성 평가
도 2는 TGA 및 DTG 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, TGA 및 DTG 커브를 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 제올라이트-PVP 나노섬유 복합체는 열부식 처리 온도에 따라, <a> 용매 제거 영역(solvent removal zone), <b> 결함 미발생 영역(no defect zone), <c> 폴리머 표면 에칭 영역(polymer surface etching zone) 및 <d> 순수 제올라이트 파이버 영역<pure zeolite fiber zone>으로 세분화되는 것을 확인하였다.
이때, 유연성을 유지하면서도 고비표면적을 갖는 폴리머 표면 에칭 영역은 TGA 분석 결과를 통하여 알 수 있듯이 250 ~ 450℃에 해당하며, 이는 실시예 1 ~ 3의 시료와 일치하는 결과를 갖는다는 것을 확인하였다.
한편, 도 3은 비교예 1에 따른 시료에 대한 SEM 및 AFM 촬영 결과를 나타낸 사진이고, 도 4는 실시예 1에 따른 시료에 대한 SEM 및 AFM 촬영 결과를 나타낸 사진이며, 도 5는 실시예 2에 따른 시료에 대한 SEM 및 AFM 촬영 결과를 나타낸 사진이며, 도 6은 실시예 3에 따른 시료에 대한 SEM 및 AFM 촬영 결과를 나타낸 사진이다.
도 3을 참조하면, SEM 및 AFM 이미지를 통해 알 수 있는 바와 같이, 열부식(thermal etching) 처리를 실시하지 않은 비교예 1의 경우에는 매끈한 표면을 가지고 있는 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 4 내지 도 6을 참조하면, SEM 및 AFM 이미지를 통해 알 수 있는 바와 같이, 열부식(thermal etching) 처리 온도가 높아지면서 표면의 고분자가 점차 식각되면서 제올라이트 입자가 나노섬유 복합체 표면에 노출되는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따른 시료에 대한 EDS 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 분석 결과를 통하여 열부식 처리 온도가 높아질수록 상대적으로 Si의 함량은 선형적으로 증가하는데 반해, C의 함량은 선형적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시료에 대한 XRD 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, XRD 측정 결과를 통하여 알 수 있듯이 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시료들의 경우 모두 Y-제올라이트 피크가 나타나는 것을 확인하였다. 이 결과, 전기방사 공정 및 열부식 처리 공정이 제올라이트의 구조에 미치는 영향은 미약한 것으로 판단된다.
한편, 표 1은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시료에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이고, 도 9는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시료에 대한 비표면적 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
[표 1]
Figure 112016086009082-pat00001
표 1 및 도 9에 도시된 바와 같이, N2 흡착/탈착 등온선(adsorption/desorption isotherms)을 통한 열부식(thermal etching) 처리 온도별 비표면적을 측정한 결과, 열부식 처리를 실시하지 않은 비교예 1과 같이 식각 공정 전의 제올라이트 나노파이버는 제올라이트 입자가 고분자에 의해 둘러 쌓여져 있기 때문에, 비표면적이 210m2/g으로 낮게 측정된 것을 확인하였다.
반면, 실시예 1 ~ 3의 경우, 열부식 처리 온도가 높아질 수도록 비표면적이 증가하는 것을 확인하였으며, 특히 400℃에서 열부식 처리를 실시한 실시예 3의 경우, 비교예 2의 제올라이트 파우더와 비슷한 수준인 816m2/g의 비표면적을 갖는 것을 확인하였다.
위의 실험 결과를 통하여, 실시예 1 ~ 3의 경우, 유연하면서도 고표면적을 갖는 제올라이트 나노섬유가 성공적으로 합성된 것을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 복합 용액 형성 단계
S120 : 전기방사 단계
S130 : 열부식 단계

Claims (12)

  1. (a) 다공성 물질을 용매에 첨가하여 교반한 후, 고분자 수지를 첨가하여 복합 용액을 형성하는 단계;
    (b) 상기 복합 용액을 기재 상에 전기방사한 후, 건조하여 다공성 나노섬유 복합체를 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 다공성 나노섬유 복합체를 250 ~ 450℃에서 20분 내지 3시간 동안 열부식 처리하여 표면 일부를 식각하는 단계;를 포함하며,
    상기 (c) 단계에서, 상기 다공성 나노섬유 복합체는 다공성 물질과, 상기 다공성 물질의 표면을 감싸는 고분자 수지층을 포함하되, 상기 고분자 수지층의 일부가 열부식 처리에 의해 식각되어, 상기 다공성 물질의 일부가 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a-1) 상기 다공성 물질을 용매에 첨가하고, 7 ~ 8시간 동안 초음파 처리를 실시하여 1차 혼합하는 단계와,
    (a-2) 상기 1차 혼합된 결과물을 교반기를 이용하여 2차 혼합하는 단계와,
    (a-3) 상기 2차 혼합된 결과물에 고분자 수지를 첨가한 후, 교반기를 이용하여 3차 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2차 혼합은 200 ~ 400rpm의 속도로 교반하고,
    상기 3차 혼합은 1000 ~ 2000rpm의 속도로 교반하는 것을 특징으로 하는 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 복합 용액은
    고분자 수지 : 15 ~ 35 중량%, 다공성 물질 : 5 ~ 35 중량% 및 나머지 용매로 조성되는 것을 특징으로 하는 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 다공성 물질은
    제올라이트 및 활성탄 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 전기방사는
    상기 복합 용액을 시린지에 투입한 후, 시린지 펌프를 이용하여 상기 기재 상에 0.1 ~ 3.0ml/hr의 속도로 토출시키는 방식으로 실시하는 것을 특징으로 하는 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 전기방사는
    방사 전압 : 15 ~ 18kV 및 방사 거리 : 5 ~ 15cm 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 건조는
    70 ~ 90℃에서 5 ~ 20시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 고비표면적을 갖는 플렉서블 다공성 나노섬유 복합체 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 다공성 나노섬유 복합체 제조 방법에 의해 제조되어,
    다공성 물질과, 상기 다공성 물질의 표면을 감싸는 고분자 수지층을 포함하되, 상기 고분자 수지층의 일부가 열부식 처리에 의해 식각되어, 상기 다공성 물질의 일부가 외부로 노출된 것을 특징으로 하는 고비표면적을 갖는 다공성 나노섬유 복합체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 다공성 나노섬유 복합체는
    500 ~ 850㎡/g의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 고비표면적을 갖는 다공성 나노섬유 복합체.
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