KR102129418B1 - 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

필터여재의 핵심 기능을 구현하는 나노섬유의 손상을 원천적으로 방지하고, 다단 복잡한 공정에서 발생하는 손실(loss)을 감소시킬 수 있는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터 및 이의 제조방법이 개시된다. 본 발명은 메쉬 기재, 나노섬유층 및 보호 메쉬가 순차로 적층된 구조를 포함하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터에 있어서, 상기 나노섬유층은 고분자 수지/접착제의 코어 시스형의 섬유 복합방사로 형성된 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터 및 이의 제조방법{FILTER FOR BLOCKING FINE DUST WITH NANO FIBER AND PREPARING METHOD SAME}

본 발명은 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내구성 및 기능성이 우수한 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 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 것으로 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.

한편, 상기한 종래 필터의 경우 롤투롤(Roll to Roll) 방식으로 제조되는데, 이는 나노섬유 형성 공정에서 나노섬유를 고착하기 위하여 기재(나노섬유 적층 콜렉터) 위에 접착제를 선행 도포(스프레이 분사, 전기방사 등)하여, 나노섬유가 1차 손상될 우려가 있고, 2차 가공 공정에서 상층 보호재(기재)를 합포하기 위해 상층 보호재 없이 되풀어내는 과정에서 나노섬유의 2차 손상을 초래하여, 최종 결과물인 필터여재의 성능과 품질에 치명적 결함을 발생시켜 제조 과정에서 공정 및 품질관리에 상당한 어려움이 있고, 공정이 다단 복잡하고 그에 따라 생산효율 저하 및 손실(loss)이 다량 발생하는 문제가 있다.

또한, 나노섬유의 특성에 따라 섬유의 직경이 1 ㎛ 이하로 물성이 취약함을 극복하기 위해 기계적 강도, 경도 등이 우수한 고분자(PVDF, PC 등)를 용액(solution)상으로 나노섬유를 전기방사하여 필터여재를 제작하지만, 내후성이 취약하여 쉽게 나노섬유가 경화 등에 의해 손상, 탈리되어 최종 제품인 필터여재의 성능 및 수명에 치명적 결함을 유발하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 필터여재의 핵심 기능을 구현하는 나노섬유의 손상을 원천적으로 방지하고, 다단 복잡한 공정에서 발생하는 손실(loss)을 감소시킬 수 있는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 메쉬 기재, 나노섬유층 및 보호 메쉬가 순차로 적층된 구조를 포함하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터에 있어서, 상기 나노섬유층은 고분자 수지/접착제의 코어 시스형의 섬유 복합방사로 형성된 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터를 제공한다.

또한, 상기 메쉬 기재는 폴리프로필렌섬유, 유리섬유, PVC 코팅 유리섬유, 불소섬유, 폴리에스테르계섬유, 나일론섬유, 스틸섬유 및 알루미늄섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 필라멘트로 제조되는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터를 제공한다.

또한, 상기 메쉬 기재는 직경 0.1~0.8mm의 필라멘트로 구성되며, 2~30메쉬의 눈 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터를 제공한다.

또한, 상기 고분자 수지는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에스테르(Polyester) 및 폴리우레탄(Polyurethane)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터를 제공한다.

또한, 상기 접착제는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에스테르(Polyester) 및 폴리우레탄(Polyurethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터를 제공한다.

또한, 상기 접착제는 폴리우레탄 성분을 1메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 용해시킨 혼합액인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터를 제공한다.

또한, 상기 필터는 JIS L 1098 방법을 사용하여 38㎠의 면적에 125Pa의 압력으로 평가시 공기투과도가 50~600㎠/㎠/s이고, 하기의 방법에 따른 분진포집 효율 감소율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터를 제공한다.

[분진포집 효율 감소 측정방법]

ASHRAE STANDARD 52.1 방법을 사용하여 1m/s의 풍속으로 평가하며, 10회의 물세척 이후 동일한 방법으로 평가하여 분진포집 효율 감소를 측정함.

상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, (a) 메쉬 기재의 일면에 고분자 수지를 코어 및 접착제를 시스로 하는 복합방사로 나노섬유층을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 나노섬유층 상에 보호 메쉬를 적층하는 단계;를 포함하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 복합방사로 형성된 나노섬유는 직경이 100nm~1㎛인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 복합방사 시 복합방사량은 1~5g/㎡이고, 상기 고분자 수지에 대한 상기 접착제의 방사량의 비는 1:1~1:10인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 메쉬 기재, 나노섬유층 및 보호 메쉬가 순차로 적층된 구조를 포함하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터에 있어, 나노섬유층을 고분자 수지/접착제의 코어 시스형의 섬유 복합방사로 형성되도록 하여, 나노섬유의 손상을 원천적으로 방지할 수 있는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터를 제공할 수 있다.

또한, 메쉬 기재, 나노섬유층 및 보호 메쉬가 순차로 적층된 구조를 포함하는 나노섬유 제조방법에 있어, 메쉬 기재의 일면에 고분자 수지를 코어 및 접착제를 시스로 하는 복합방사로 나노섬유층을 형성함으로써, 접착제 도포, 나노섬유 방사, 권취, 2차 합포 공정 등 기존의 다단 복잡한 공정을 배제하여 생산효율이 우수하고 공정 손실이 현저히 저감된 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터의 구조를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터의 제조 과정을 나타낸 모식도,
도 3은 복합방사 장치의 노즐을 확대하여 나타낸 모식도.

이하 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 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 종래 롤투롤 방식으로 제조되는 미세먼지 차단 필터의 경우 제조 공정 특성 상 나노섬유가 쉽게 손상되는 치명적인 결함이 있고, 그 제조 과정에 있어서도 복잡한 공정으로 인해 생산효율 저하 및 손실이 다량 발생하는 문제가 있음을 직시하고 이를 해결하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 나노섬유층을 고분자 수지/접착제의 코어 시스형의 섬유 복합방사로 형성되도록 함으로써 나노섬유의 손상을 원천적으로 방지할 수 있고, 또한, 메쉬 기재의 일면에 고분자 수지를 코어 및 접착제를 시스로 하는 복합방사로 나노섬유층을 형성함으로써 기존의 다단 복잡한 공정을 배제하여 생산효율이 우수하고 공정 손실이 현저히 저감된 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터 제조방법을 제공할 수 있음을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.

도 1은 본 발명에 따른 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 메쉬 기재(110), 나노섬유층(120) 및 보호 메쉬(130)가 순차로 적층된 구조를 포함하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터(100)에 있어서, 상기 나노섬유층(120)은 고분자 수지/접착제의 코어 시스형의 섬유 복합방사로 형성된 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터(100)를 개시한다.

본 발명에서 상기 메쉬 기재(110) 및 보호 메쉬(130)는 폴리프로필렌섬유, 유리섬유, PVC 코팅 유리섬유, 불소섬유, 폴리에스테르계섬유, 나일론섬유, 스틸섬유 및 알루미늄섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 필라멘트로 제조될 수 있다. 나노섬유는 그 크기가 작아 나노섬유 만으로는 서로 단단히 결합되기 어렵다. 따라서, 나노섬유로 필터를 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 기본적으로 본 발명에서는 필라멘트로 구성되는 메쉬 기재에 나노섬유층을 형성시켜 외력에 의한 손상 및 탈락을 방지한다.

상기 메쉬 기재(110)는 0.1~0.8mm, 바람직하게는 0.2~0.4mm 가장 바람직하게는 0.3mm의 직경을 가지는 필라멘트로 구성되며, 2~30메쉬, 바람직하게는 15~25메쉬, 가장 바람직하게는 18~22메쉬의 눈 크기를 가지는 것일 수 있다. 상기 메쉬 기재(110)는 필라멘트가 가로 및 세로로 교차되어 사각형 또는 마름모형의 직물구조를 가지는 것으로, 나노섬유층(120)이 접착되는 뼈대 역할을 할 수 있다. 이때, 직물구조를 형성하는 필라멘트 직경이 0.1mm 미만일 경우, 필터의 내구성이 떨어질 수 있고, 0.8mm를 초과할 경우 눈의 크기가 작아져 필터의 효율이 떨어지며 중량이 증가할 수 있다. 또한, 상기 메쉬 기재(110)의 눈 크기가 2메쉬 이하일 경우 필터의 저항이 켜져서 효율이 감소될 수 있으며, 30메쉬를 초과할 경우 필라멘트 사이의 간격이 멀어져 필라멘트 사이에 존재하는 나노섬유층(120)의 접착이 불완전할 수 있다.

상기 나노섬유층(120)은 상기 메쉬 기재(110) 일면(또는 양면)에 형성되어 미세먼지를 차단하는 본질적인 기능이 수행되는 층으로서, 종래 기재에 접착제를 도포 내지 방사한 후 나노섬유를 전기방사 등을 이용하여 적층시킴으로써 형성되도록 하였으나, 본 발명에서는 고분자 수지/접착제의 코어 시스형의 섬유 복합방사로 나노섬유층(120)이 형성되도록 함으로써, 접착제와 나노섬유의 층분리 없이 복합 형성되도록 하여 나노섬유의 손상을 원천적으로 방지할 수 있는 구조이다.

즉, 종래 접착제 및 나노섬유를 적층시킨 구조에서는 경시 또는 외부 환경 요인에 따라 접착제가 형성되지 않은 부분에서 나노섬유가 파괴 내지 손상되는 현상이 발생되었으나, 본 발명에 따라 나노섬유층(120)을 고분자 수지/접착제의 코어 시스형의 섬유 복합방사로 형성시킬 경우에는 구조 특성상, 접착제가 형성되지 않아서 나노섬유가 파괴 내지 손상되는 현상은 원천 방지될 수 있으며, 나노섬유를 연성이 있는 접착제 성분으로 둘러싸는 효과로 인해 나노섬유층이 단독 형성될 경우와 비교하여 나노섬유 소재 자체의 단단한(rigid) 특성으로 인한 필터의 깨짐(brittle)으로 인한 역효과를 현저히 감소시킬 수 있게 된다.

상기 나노섬유층(120)의 코어를 구성하는 고분자 수지로는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에스테르(Polyester) 및 폴리우레탄(Polyurethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

상기 나노섬유층(120)의 시스를 구성하는 접착제로는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에스테르(Polyester) 및 폴리우레탄(Polyurethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리우레탄 성분을 1메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 용해시킨 혼합액일 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터 제조방법에 관하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터의 제조 과정을 나타낸 모식도이고, 도 3은 복합방사 장치의 노즐을 확대하여 나타낸 모식도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터(100) 제조방법은 (a) 메쉬 기재(110)의 일면에 고분자 수지를 코어 및 접착제를 시스로 하는 복합방사로 나노섬유층(120)을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 나노섬유층(120) 상에 보호 메쉬(130)를 적층하는 단계;를 포함한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 각각 별도의 저장조에 저장된 고분자 수지 용액 및 접착제는 개별 이송라인을 따라 나노섬유 복합방사 노즐(140)로 공급된다. 나노섬유 복합방사 노즐(140)에서는 고분자 수지(121)/접착제(122)의 코어 시스형의 섬유 형태로 메쉬 기재(110) 상에 복합방사 하게 되며, 메쉬 기재(110)는 지지대에 의하여 일정한 속도로 이동하게 되므로 연속적으로 나노섬유의 복합방사가 가능하다.

여기서, 상기 고분자 수지 용액(121)을 만들기 위한 용매로는 MIBK(methyl isobutyl ketone), MEK(methyl ethyl ketone), NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF(dimethylformamide), DME(dimethyl ether) 등이 사용될 수 있다.

상기 고분자 수지(121)/접착제(122)의 코어 시스형의 섬유 복합방사로 형성된 나노섬유층(120)은 상기 메쉬 기재(110)에 접착되어 나노 크기의 기공을 형성한다. 이때, 복합방사로 형성된 나노섬유(120)는 직경이 100nm~1㎛일 수 있으며, 바람직하게는 150~900nm, 더욱 바람직하게는 250~800nm, 가장 바람직하게는 400~700nm일 수 있다. 나노섬유의 직경이 100nm 미만일 경우 외력에 의한 내구성이 저하될 수 있고, 1㎛를 초과할 경우 필터 기공의 크기가 커져서 나노 크기의 미세먼지를 차단하지 못할 수 있다.

또한, 상기 나노섬유층(120) 형성 시 복합방사량은 상기 메쉬 기재(110)에 1~5g/㎡, 바람직하게는 2~4g/㎡, 가장 바람직하게는 2.5~3.5g/㎡의 양으로 방사될 수 있다. 1g/㎡ 미만으로 방사되는 경우 나노섬유의 양이 적어져 필터의 기공 크기가 과도하게 커질수 있고, 5g/㎡ 초과하여 방사되는 경우 과량의 나노섬유로 인해 필터의 저항이 커져 공기투과도가 저하될 수 있다.

여기서, 상기 고분자 수지(121)에 대한 상기 접착제(122)의 방사량의 비는 1:1~1:10일 수 있고, 바람직하게는 1:2~1:7, 더욱 바람직하게는 1:3~1:6, 가장 바람직하게는 1:4~1:5일 수 있다. 상기 방사량의 비가 1:1 미만일 경우 코어/시스 구조가 충분히 형성되지 않아 필터의 성능 및 수명이 저하될 수 있고, 1:10을 초과할 경우 과량의 접착제(122) 성분으로 인해 나노섬유가 필터의 기공을 막게 되어 필터의 효율이 감소할 수 있다.

이후, 메쉬 기재(110)상에 형성된 나노섬유층(120) 상으로 보호 메쉬(130)를 연속 적층하여 최종적으로 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터(100)를 제조할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터(100)는 JIS L 1098 방법을 사용하여 38㎠의 면적에 125Pa의 압력으로 평가 시 공기투과도가 50~600㎠/㎠/s, 바람직하게는 200~500㎤/㎠/s, 가장 바람직하게는 300~400㎤/㎠/s일 수 있으며, 하기의 방법에 따른 분진포집 효율 감소율이 10% 이하, 바람직하게는 5% 이하, 가장 바람직하게는 2% 이하로서 우수한 미세먼지 차단 성능을 구현할 수 있게 된다.

[분진포집 효율 감소 측정방법]

ASHRAE STANDARD 52.1 방법을 사용하여 1m/s의 풍속으로 평가하며, 10회의 물세척 이후 동일한 방법으로 평가하여 분진포집 효율 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 분진포집 효율의 감소가 최소화 된다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용된 성분의 사양은 다음과 같다.

(1) 메쉬 기재

PVC가 코팅된 유리섬유로서 섬유 직경 0.3mm, 눈 크기 18메쉬인 메쉬 기재를 사용하였다.

(2) 고분자 수지 용액

폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 DMF에 용해시킨 용액을 사용하였다.

(3) 접착제

폴리우레탄을 1메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 용해시킨 혼합액을 사용하였다.

(4) 보호 메쉬

상용의 PET 허니컴 네트 메쉬를 사용하였다.

실시예

메쉬 기재 상에 코어 성분으로 고분자 수지 용액, 시스 성분으로 접착제를 사용하여 하기 조건으로 복합방사 및 냉각 후 보호 메쉬를 적층하여 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터를 제조하였다.

[복합방사 조건]

- 토출 에어 압력 : 50psi

- 토출 에어 온도 : 상온

- 노즐로부터 컨베이어 벨트의 거리 : 20cm

- 방사 전압 : 60㎸

- 나노섬유 방사량 : 3g/㎡

- 코어:시스 중량비 = 1:4.5

- 나노섬유 직경 : 500~700nm

비교예

기존 방식에 따라 메쉬 기재 상에 접착제 3g/㎡를 방사한 후, 전기방사에 의하여 500~700nm의 직경이 되도록 나노섬유 0.7g/㎡를 방사하고, 보호 메쉬를 적층하여 필터를 제조하였다.

시험예

본 발명에 따른 나노섬유를 구비한 미세먼지 차단 필터의 내구성을 평가하기 위하여 초기 성능과 10회 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 시험결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	공기투과도(㎠/㎠/s)		분진포집 효율(%)
	초기성능	10회 세척이후	초기성능	10회 세척이후
실시예	308	314	85	84
비교예	294	312	83	79

표 1을 참조하면, 본 발명에 따라 나노섬유층을 고분자 수지/접착제의 코어 시스형의 섬유 복합방사로 형성되도록 한 차단 필터의 경우 세척 전후의 공기투과도 및 분진포집 효율에 있어 거의 차이가 없는 것으로부터, 가혹한 외부 환경 변화 조건에서도 복합방사된 나노섬유의 탈착이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다.

이에 대하여, 기존 방식에 따라 메쉬 기재에 접착제 방사 후 나노섬유를 전기방사하여 제조된 필터의 경우 상대적으로 공기투과도가 현저히 상승하고, 분진포집 효율이 상당히 저하된 것을 알 수 있으며, 이는 가혹한 외부 환경 변화 조건에서 나노섬유가 탈착되어 발생한 현상이라 볼 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 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 형태로 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.

100 : 미세먼지 차단 필터 110 : 메쉬 기재
120 :나노섬유층 121 : 고분자 수지
122 : 접착제 130 : 보호 메쉬
140 : 복합방사 노즐

Claims (10)

1. 메쉬 기재, 나노섬유층 및 보호 메쉬가 순차로 적층된 구조를 포함하는 나노섬유를 구비한 공기중의 미세먼지 차단 필터에 있어서,
   상기 나노섬유층은 고분자 수지/접착제의 코어 시스형의 섬유 복합방사로 형성되고,
   상기 메쉬 기재는 직경 0.1~0.8mm의 필라멘트로 구성되며, 2~30메쉬의 눈 크기를 가지고,
   상기 고분자 수지는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에스테르(Polyester) 및 폴리우레탄(Polyurethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고,
   상기 접착제는 폴리우레탄 성분을 1메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 용해시킨 혼합액인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 공기중의 미세먼지 차단 필터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메쉬 기재는 폴리프로필렌섬유, 유리섬유, PVC 코팅 유리섬유, 불소섬유, 폴리에스테르계섬유, 나일론섬유, 스틸섬유 및 알루미늄섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 필라멘트로 제조되는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 공기중의 미세먼지 차단 필터.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 필터는 JIS L 1098 방법을 사용하여 38㎠의 면적에 125Pa의 압력으로 평가 시 공기투과도가 50~600㎠/㎠/s이고, 하기의 방법에 따른 분진포집 효율 감소율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 공기중의 미세먼지 차단 필터:
   [분진포집 효율 감소 측정방법]
   ASHRAE STANDARD 52.1 방법을 사용하여 1m/s의 풍속으로 평가하며, 10회의 물세척 이후 동일한 방법으로 평가하여 분진포집 효율 감소를 측정함.
8. (a) 메쉬 기재의 일면에 고분자 수지를 코어 및 접착제를 시스로 하는 복합방사로 나노섬유층을 형성하는 단계; 및
   (b) 상기 나노섬유층 상에 보호 메쉬를 적층하는 단계;
   를 포함하되,
   상기 메쉬 기재는 직경 0.1~0.8mm의 필라멘트로 구성되며, 2~30메쉬의 눈 크기를 가지고,
   상기 고분자 수지는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에스테르(Polyester) 및 폴리우레탄(Polyurethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고,
   상기 접착제는 폴리우레탄 성분을 1메틸-2피롤리돈(1-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 용해시킨 혼합액인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 공기중의 미세먼지 차단 필터 제조방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 복합방사로 형성된 나노섬유는 직경이 100nm~1㎛인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 공기중의 미세먼지 차단 필터 제조방법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 복합방사 시 복합방사량은 1~5g/㎡이고, 상기 고분자 수지에 대한 상기 접착제의 방사량의 비는 1:1~1:10인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 구비한 공기중의 미세먼지 차단 필터 제조방법.

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