KR102374762B1 - Manufacturing method of super fine dust filter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강유전성 고분자의 함량에 따라 나노섬유 필터의 직경을 조절하여 광 투과율 및 공기 투과성이 우수한 나노섬유 필터를 제조하고, 분극효과 및 마찰 대전효과를 이용하여 표면 전위를 장기간 유지하여 필터링 효과를 향상시킨 초미세먼지 필터의 제조 방법을 제공한다.The present invention adjusts the diameter of a nanofiber filter according to the content of a ferroelectric polymer to manufacture a nanofiber filter with excellent light transmittance and air permeability, and maintains the surface potential for a long time using the polarization effect and triboelectric charging effect to improve the filtering effect Provided is a method for manufacturing an ultra-fine dust filter.
Description
본 발명은 초미세먼지 필터의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강유전성 고분자의 함량에 따라 나노섬유 필터의 직경을 조절하여 광 투과율 및 공기 투과성이 우수한 나노섬유 필터를 제조하고, 분극효과 및 마찰 대전효과를 이용하여 표면 전위를 장기간 유지하여 필터링 효과를 향상시킨 초미세먼지 필터의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an ultrafine dust filter, and more particularly, by adjusting the diameter of a nanofiber filter according to the content of a ferroelectric polymer to manufacture a nanofiber filter with excellent light transmittance and air permeability, and to produce a nanofiber filter with excellent polarization effect and friction The present invention relates to a method for manufacturing an ultrafine dust filter, which improves the filtering effect by maintaining the surface potential for a long time using the charging effect.
최근 자동차 배기가스, 공장이나 발전소 등에서 석탄·석유 등 화석연료를 태울 때 발생하는 매연, 건설 현장과 같은 작업장에서 발생하는 날림 먼지, 소각 시 발생하는 소각 연기 등으로 인한 미세먼지와 황사로 인해 대기 오염이 심해져, 미세먼지나 황사 등에 의한 실내 대기 오염을 막기 위해 일반 가정집이나 사무실, 병원 등의 각종 건물에서는 창문이나 출입문 등에 가시광선 투과율이 소정 비율 이상인 가시광선 투과성 미세먼지 차단용 시설을 설치하고 있다.Air pollution due to fine dust and yellow dust from automobile exhaust gas, soot from burning fossil fuels such as coal and oil in factories and power plants, blown dust from worksites such as construction sites, and incineration smoke from incineration In order to prevent indoor air pollution caused by fine dust or yellow dust, in various buildings such as homes, offices, and hospitals, facilities for blocking visible light transmittance fine dust with a visible light transmittance of a predetermined ratio or more are installed on windows and doors.
이와 같은 미세먼지 차단용 시설에는 필터 방식, 스크러버 방식, 전기집진기 방식이 있으며, 이 중 필터를 사용한 미세먼지 차단 필터망은 미세먼지를 관성, 차단, 확산, 중력의 효과에 의해 물리적으로 포집하고/하거나 정전기에 의해 전기적으로 포집할 수 있다.There are filter methods, scrubber methods, and electrostatic precipitator methods for such fine dust blocking facilities, and among these, the fine dust blocking filter network using filters physically collects fine dust by the effects of inertia, blocking, diffusion, and gravity. Or it can be collected electrically by static electricity.
정전기에 의한 전기적 효과는 공기 중에 부유하고 있는 미세먼지가 전기분극을 가지고 주위에 전계(자기장)를 형성하고 있는 필터의 섬유에 정전기력으로 포집되거나, 유도 전하가 발생되어 섬유 표면에 포집되는 효과이다.The electrical effect caused by static electricity is the effect that fine dust suspended in the air has an electric polarization and is collected by electrostatic force on the fibers of a filter that forms an electric field (magnetic field) around it, or an induced charge is generated and collected on the surface of the fibers.
대기 중 고농도의 입자상 물질 (Particulate Matter, PM)은 입자의 크기에 따라 PM은 PM1.0, PM2.5, PM10으로 분류 될 수 있고, 각각 1, 2.5 및 10 μm 미만의 입자 크기를 나타낸다. Particulate matter (PM) with a high concentration in the atmosphere can be classified into PM1.0, PM2.5, and PM10 depending on the particle size, and exhibit particle sizes of less than 1, 2.5, and 10 μm, respectively.
나노섬유를 포함하는 필터를 사용하는 경우 기존의 필터에 비하여 비표면적이 매우 높고, 나노 급의 기공 사이즈를 가지게 되므로, 10㎛ 이하의 크기를 가지는 미세먼지를 보다 효율적으로 포집할 수 있다.When a filter including nanofibers is used, the specific surface area is very high compared to the conventional filter and has a nano-scale pore size, so fine dust having a size of 10 μm or less can be more efficiently collected.
또한, 필터를 구성하는 성분의 일부 혹은 전체에 정전기 대전이 쉬운 물질을 사용할 경우, 미세먼지가 부유하고 있는 공기가 흐르면서 마찰에 의한 자연스러운 정전기가 형성되어 정전기 효과에 의한 미세먼지 포집을 효율적으로 할 수 있게 된다.In addition, when a material that is easily charged with static electricity is used for some or all of the components constituting the filter, natural static electricity is formed by friction as the air in which the fine dust is suspended flows, so that it is possible to efficiently collect fine dust due to the electrostatic effect. there will be
종래기술 (한국공개특허 제10-2019-0020498호)는 고분자 수지를 전기방사한 나노섬유를 이용한 초미세먼지 차단용 나노방진망 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 하지만, 광 투과율이 및 차압이 좋지 않고, 전기방사한 나노섬유를 방충망에 롤러를 이용하여 방충망에 도포해야 하므로 제조 방법이 복잡한 문제가 있다.The prior art (Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0020498) discloses a nano-vibration net for blocking ultra-fine dust using nanofibers electrospun with a polymer resin and a method for manufacturing the same. However, the light transmittance and differential pressure are not good, and the electrospun nanofibers have to be applied to the insect screen using a roller on the insect screen, so the manufacturing method is complicated.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 강유전성 고분자의 함량을 조절하여 광 투과율 및 공기 투과성이 우수한 나노섬유 필터를 제조하고, 분극효과 및 마찰 대전효과를 이용하여 표면 전위를 장기간 유지하여 필터링 효과를 향상시킨 초미세먼지 필터의 제조 방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved in the present invention is to manufacture a nanofiber filter with excellent light transmittance and air permeability by controlling the content of ferroelectric polymer, and to maintain the surface potential for a long time using the polarization effect and triboelectric charging effect to improve the filtering effect. To provide a method for manufacturing a fine dust filter.
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폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)을 포함하는 솔루션을 제조하는 솔루션제조단계와, 상기 솔루션을 실린지에 투입하는 솔루션투입단계와, 상기 실린지와 전기적으로 접지된 금속콜렉터에 폴리에스테르(PE) 메쉬를 준비하는 메쉬준비단계와, 상기 실린지와 금속 콜렉터에 전기장을 인가하여 상기 폴리에스테르(PE) 메쉬 상으로 상기 솔루션을 방사하여 나노섬유 필터를 형성하는 나노섬유필터형성단계와, 상기 나노섬유 필터의 상하에 전극을 형성하고 전기장을 인가하여 분극 효과를 발생시키는 분극발생단계와, 상기 분극발생단계의 수행 이후 30일 이내에 분극이 발생한 상기 나노섬유 필터의 표면을 브러쉬로 대전시키는 표면대전단계를 포함하며, 상기 솔루션제조단계에서 상기 솔루션은 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)을 9-15wt% 포함하고, 상기 나노섬유필터형성단계에서 형성된 상기 나노섬유 필터의 나노섬유는 100nm 내지 800nm 직경으로 형성되며, 상기 분극발생단계에서는 상기 나노섬유 필터를 구성하는 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 강유전성 및 마찰 전기 특성에 의해 상기 나노섬유 필터를 전기적으로 활성화하는 것을 특징으로 하되, 상기 분극발생단계는, 상기 나노섬유 필터에 상기 강유전성 고분자의 큐리온도로 열을 가하는 것을 특징으로 한다. A solution manufacturing step of preparing a solution containing polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE), a solution input step of putting the solution into a syringe, and a metal collector electrically grounded with the syringe A mesh preparation step of preparing a polyester (PE) mesh, and a nanofiber filter forming step of applying an electric field to the syringe and a metal collector to radiate the solution onto the polyester (PE) mesh to form a nanofiber filter And, a polarization generating step of forming electrodes on the upper and lower sides of the nanofiber filter and applying an electric field to generate a polarization effect, and charging the surface of the nanofiber filter in which polarization occurs within 30 days after performing the polarization generating step with a brush It includes a surface charging step, wherein in the solution manufacturing step, the solution contains 9-15 wt% of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE), and the nanofiber formed in the nanofiber filter forming step The nanofibers of the filter are formed with a diameter of 100 nm to 800 nm, and in the polarization generating step, the nanofibers by the ferroelectric and triboelectric properties of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) constituting the nanofiber filter It characterized in that the fiber filter is electrically activated, wherein the polarization generating step is characterized in that heat is applied to the nanofiber filter at a Curie temperature of the ferroelectric polymer.
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여기서, 상기 표면대전단계는, 상기 나노섬유 필터와 반대되는 마찰 전기 특성을 갖는 브러쉬에 의해 상기 창문형 초미세먼지 필터는 음으로 대전되고, 상기 브러쉬는 양으로 대전되는 것을 특징으로 한다. Here, in the surface charging step, the window-type ultrafine dust filter is negatively charged by a brush having triboelectric properties opposite to that of the nanofiber filter, and the brush is positively charged.
여기서, 상기 브러쉬는, 폴리프로필렌, 울 및 나일론을 포함하는 것을 특징으로 한다. Here, the brush is characterized in that it includes polypropylene, wool and nylon.
본 발명에 따른 초미세먼지 필터는 강유전성 고분자의 함량에 따라 나노섬유 필터의 직경을 조절하여 전기방사로 제조함으로써 광 투과성 및 공기 투과성이 우수한 이점이 있다.The ultrafine dust filter according to the present invention has excellent light transmittance and air permeability by controlling the diameter of the nanofiber filter according to the content of the ferroelectric polymer and manufacturing it by electrospinning.
본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법은 분극효과 및 마찰 대전효과를 이용하여 나노섬유 필터의 표면 전위를 장기간 유지하며 필터링 효과를 극대화시켜 PM1.0의 초미세먼지를 고효율로 제거할 수 있다. The method of manufacturing an ultrafine dust filter according to the present invention uses the polarization effect and triboelectric charging effect to maintain the surface potential of the nanofiber filter for a long period of time and maximize the filtering effect, so that ultrafine dust of PM1.0 can be removed with high efficiency. .
도 1은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터 및 그 제조 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 강유전성 고분자의 함량에 따른 나노섬유 직경 분포를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 강유전성 고분자 함량에 따른 PM1.0의 제거효율을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 강유전성 고분자 12wt%일 때의 PM1.0 제거 전/후 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 분극효과에 따른 강유전성 거동을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 P-E 곡선을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 전/후의 필터링 효율을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 전/후의 Quality Factor(QF)를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 전/후의 필터의 푸리에 변환 적외분광법(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 전/후의 X선 회절계를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 이후 시간에 따른 정전기전압계(Electrostatic voltmeter, ESVM)를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 이후 시간에 따른 필터링 효율 및 QF를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 표면대전단계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 표면대전단계에서 브러쉬의 종류에 따른 정전기전압계(Electrostatic voltmeter, ESVM)를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 표면대전단계에서 마찰 대전쌍에 대한 필터링 효율을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계에 따른 표면전위 변화를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 전/후 및 표면대전단계를 수행한 표면 전위를 켈빈 탐침력 현미경(Kelvin probe force microscopy, KPFM)으로 촬영한 사진이다.
도 19는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 표면대전단계의 전/후에 나일론 브러쉬로 표면 대전하는 경우의 필터링 효율 및 QF를 나타낸 도면이다. 1 is a view schematically showing an ultrafine dust filter and a manufacturing method thereof according to the present invention.
2 is a view showing the nanofiber diameter distribution according to the content of the ferroelectric polymer in the ultrafine dust filter according to the present invention.
3 is a view showing the removal efficiency of PM1.0 according to the ferroelectric polymer content of the ultrafine dust filter according to the present invention.
4 is a photograph before and after PM1.0 removal in the case of 12wt% of the ferroelectric polymer of the ultrafine dust filter according to the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrafine dust filter according to the present invention.
6 is a view showing the ferroelectric behavior according to the polarization effect of the ultrafine dust filter according to the present invention.
7 is a view showing the PE curve of the ultrafine dust filter according to the present invention.
8 is a view showing the filtering efficiency before and after the polarization generating step in the manufacturing method of the ultrafine dust filter according to the present invention.
9 is a view showing the Quality Factor (QF) before and after the polarization generating step in the method for manufacturing an ultrafine dust filter according to the present invention.
10 is a view showing Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) of the filter before and after the polarization generating step in the method of manufacturing an ultrafine dust filter according to the present invention.
11 is a view showing an X-ray diffractometer before and after the polarization generating step in the method of manufacturing an ultrafine dust filter according to the present invention.
12 is a view showing an electrostatic voltmeter (ESVM) according to time after the polarization generating step in the method for manufacturing an ultrafine dust filter according to the present invention.
13 is a view showing the filtering efficiency and QF according to time after the polarization generating step in the manufacturing method of the ultrafine dust filter according to the present invention.
14 is a diagram schematically illustrating a surface charging step in the method for manufacturing an ultrafine dust filter according to the present invention.
15 is a view showing an electrostatic voltmeter (ESVM) according to the type of brush in the surface charging step in the manufacturing method of the ultrafine dust filter according to the present invention.
16 is a view showing the filtering efficiency of the triboelectrically charged pair in the surface charging step in the manufacturing method of the ultrafine dust filter according to the present invention.
17 is a view showing the surface potential change according to the polarization generating step in the method of manufacturing an ultrafine dust filter according to the present invention.
18 is a photograph taken with a Kelvin probe force microscopy (KPFM) of the surface potential before/after the polarization generating step and after the surface charging step was performed in the method for manufacturing an ultrafine dust filter according to the present invention.
19 is a view showing the filtering efficiency and QF in the case of surface charging with a nylon brush before and after the surface charging step in the method for manufacturing an ultrafine dust filter according to the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 일실시 예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다. Hereinafter, an embodiment of the ultrafine dust filter according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this case, the present invention is not limited or limited by the examples. In addition, in describing the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations may be omitted in order to clarify the gist of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터 및 그 제조 방법을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 강유전성 고분자의 함량에 따른 나노섬유 직경 분포를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 강유전성 고분자 함량에 따른 PM1.0의 제거효율을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 강유전성 고분자 12wt%일 때의 PM1.0 제거 전/후 사진이며, 도 5는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법을 나타낸 순서도이고, 도 6는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 분극효과에 따른 강유전성 거동을 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 P-E 곡선을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 전/후의 필터링 효율을 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 전/후의 Quality Factor(QF)를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 전/후의 필터의 푸리에 변환 적외분광법(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)을 나타낸 도면이며, 도 11은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 전/후의 X선 회절계를 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 이후 시간에 따른 정전기전압계(Electrostatic voltmeter, ESVM)를 나타낸 도면이며, 도 13은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 이후 시간에 따른 필터링 효율 및 QF를 나타낸 도면이고, 도 14는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 표면대전단계를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 15는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 표면대전단계에서 브러쉬의 종류에 따른 정전기전압계(Electrostatic voltmeter, ESVM)를 나타낸 도면이고, 도 16은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 표면대전단계에서 마찰 대전쌍에 대한 필터링 효율을 나타낸 도면이며, 도 17은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계에 따른 표면전위 변화를 나타낸 도면이고, 도 18은 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 분극발생단계 전/후 및 표면대전단계를 수행한 표면 전위를 켈빈 탐침력 현미경(Kelvin probe force microscopy, KPFM)으로 촬영한 사진이며, 도 19는 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법에서 표면대전단계의 전/후에 나일론 브러쉬로 표면 대전 하는 경우의 필터링 효율 및 QF를 나타낸 도면이다. 1 is a view schematically showing an ultrafine dust filter according to the present invention and a method for manufacturing the same, and FIG. 2 is a view showing the nanofiber diameter distribution according to the content of ferroelectric polymer in the ultrafine dust filter according to the present invention, FIG. 3 is a view showing the removal efficiency of PM1.0 according to the content of ferroelectric polymer in the ultrafine dust filter according to the present invention, and FIG. 4 is the removal of PM1.0 when the ferroelectric polymer in the ultrafine dust filter according to the present invention is 12 wt%. Before/after photos, FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrafine dust filter according to the present invention, FIG. 6 is a view showing ferroelectric behavior according to the polarization effect of the ultrafine dust filter according to the present invention, and FIG. 7 is a view showing the PE curve of the ultrafine dust filter according to the present invention, FIG. 8 is a view showing the filtering efficiency before and after the polarization generating step in the manufacturing method of the ultrafine dust filter according to the present invention, and FIG. 9 is the present invention is a view showing the Quality Factor (QF) before and after the polarization generating step in the method for manufacturing an ultrafine dust filter according to It is a view showing Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). It is a view showing an electrostatic voltmeter (ESVM) according to time after the polarization generating step in the method for manufacturing an ultrafine dust filter according to the present invention, and FIG. It is a view showing the filtering efficiency and QF according to time, FIG. 14 is a view schematically showing the surface charging step in the manufacturing method of the ultrafine dust filter according to the present invention, and FIG. 15 is the manufacturing of the ultrafine dust filter according to the present invention In the method, the electrostatic voltmeter (Electrostatic v) according to the type of brush in the surface charging step oltmeter, ESVM), and FIG. 16 is a view showing the filtering efficiency of the triboelectrically charged pair in the surface charging step in the manufacturing method of the ultrafine dust filter according to the present invention, and FIG. 17 is the ultrafine dust according to the present invention It is a view showing the surface potential change according to the polarization generating step in the filter manufacturing method, and FIG. 18 is a Kelvin diagram showing the surface potential before/after the polarization generating step and the surface charging step in the manufacturing method of the ultrafine dust filter according to the present invention. It is a photograph taken with a Kelvin probe force microscopy (KPFM), and FIG. 19 shows the filtering efficiency and It is a diagram showing QF.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 초미세먼지 필터는 폴리에스테르(PE) 메쉬 및 나노섬유를 포함한다. Referring to FIG. 1 , the ultrafine dust filter according to the present invention includes a polyester (PE) mesh and nanofibers.
상기 폴리 에스테르(PE) 메쉬는 폴리에스테르 섬유로 제조된 메쉬로, 집진성, 내구성 및 회복력이 우수하여 상기 나노섬유 필터를 지지할 수 있다.The polyester (PE) mesh is a mesh made of polyester fiber, and has excellent dust collection properties, durability, and recovery power to support the nanofiber filter.
상기 나노섬유 필터는 상기 폴리에스테르(PE) 메쉬 상에 전기 방사되어 적층됨으로써 제조되며, 강유전성 고분자를 9-15wt% 포함하는 망 구조로, 조밀하게 적층되어 초미세먼지 PM1.0을 제거할 수 있다.The nanofiber filter is manufactured by being electrospun and laminated on the polyester (PE) mesh, and has a network structure containing 9-15 wt% of a ferroelectric polymer, and is densely laminated to remove PM1.0 of ultrafine dust .
여기서, 상기 강유전성 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)으로, α상, β상 및 γ상의 3가지 상이한 상을 나타내고, 그 중에서도 β상과 γ상은 강유전성 거동을 나타내며, 상대적으로 높은 전기 쌍극자 모멘트를 갖는 β상에 분극 효과를 통해 전기적으로 활성화시켜 상기 나노섬유 필터 성능을 향상시킬 수 있고, 이는 후술하기로 한다.Here, the ferroelectric polymer is polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE), which exhibits three different phases of α-phase, β-phase and γ-phase, and among them, β-phase and γ-phase exhibit ferroelectric behavior, The nanofiber filter performance can be improved by electrically activating the β phase having a relatively high electric dipole moment through a polarization effect, which will be described later.
도 2를 참조하면, 상기 강유전성 고분자(이하, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE))의 함량에 따라서 전기방사되는 상기 나노섬유 필터의 직경 분포가 다양할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the diameter distribution of the electrospun nanofiber filter may vary according to the content of the ferroelectric polymer (hereinafter, polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE)).
도 2의 <ⅰ>는 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 함량이 9wt%, <ⅱ>는 12wt%, <ⅲ>는 15wt%일 때, 전기방사된 상기 나노섬유 필터의 직경 및 SEM을 나타낸 것이다. <i> of FIG. 2 shows that the content of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) is 9wt%, <ii> is 12wt%, <iii> is 15wt%, when the electrospun nanofiber The diameter and SEM of the filter are shown.
먼저, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 함량이 9wt%에서는 상기 나노섬유의 직경이 약 100 내지 200nm의 범위에 분포되어 있고, 12wt%에서는 직경이 약 200 내지 400nm의 범위에 분포되어 있으며, 15wt%에서는 직경이 약 400 내지 800nm의 범위에 분포되어 있어 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 함량이 적을수록 직경이 작고, 함량이 높을수록 직경이 큰 상기 나노섬유 필터가 전기방사 될 수 있다. First, when the content of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) is 9wt%, the diameter of the nanofiber is distributed in the range of about 100 to 200nm, and in 12wt%, the diameter of the nanofiber is about 200 to 400nm It is distributed in the range, and at 15 wt%, the diameter is distributed in the range of about 400 to 800 nm, so the smaller the content of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE), the smaller the diameter, and the higher the content, the smaller the diameter. This large nanofiber filter can be electrospun.
여기서, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 함량이 9wt%일 경우, 가장 얇은 직경으로 PM 필터링 효율을 향상시키는데 유리할 수 있지만, 전기 스피닝 프로세스 중에 많은 비드가 상기 나노섬유 필터에 형성되는 문제가 있으며, 15wt%일 경우, 비교적 두꺼운 직경으로 상기 나노섬유 필터의 광 투과성 및 공기 투과성을 저하시킬 수 있는 문제가 있어, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 함량은 상기 나노섬유 필터에 비드가 형성되지 않는 12wt%가 가장 바람직할 수 있다. Here, when the content of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) is 9wt%, it may be advantageous to improve PM filtering efficiency with the thinnest diameter, but many beads during the electric spinning process are in the nanofiber filter There is a problem formed in, when 15wt%, there is a problem that can reduce the light transmittance and air permeability of the nanofiber filter with a relatively thick diameter, polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) The content of may be most preferably 12wt% in which beads are not formed in the nanofiber filter.
도 3을 참조하면, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 함량에 따라 상기 나노섬유 필터의 필터링 효율에 차이가 있을 수 있다. Referring to FIG. 3 , there may be a difference in the filtering efficiency of the nanofiber filter according to the content of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE).
먼저, 약 63Pa의 기압에서 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 함량에 따른 PM1.0 필터링 효율을 확인하였고, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 함량이 15wt%일 때, 필터링 효율과 QF가 가장 낮은 값으로 나타났고, 12wt%일 때 PM1.0에서 필터링 효율(84%)과 QF(0.027Pa-1) 가 가장 높은 값을 갖는 것으로 나타나 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 함량은 12wt%가 가장 바람직할 수 있다. First, PM1.0 filtering efficiency was confirmed according to the content of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) at an atmospheric pressure of about 63 Pa, and polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) When the content of is 15wt%, the filtering efficiency and QF were the lowest, and at 12wt%, the filtering efficiency (84%) and QF (0.027Pa-1) were the highest at PM1.0. The content of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) may be most preferably 12wt%.
여기서, 여과 효율(η)은 필터층 전후의 챔버내 KCI 시험 입자의 수를 계수함으로써 계산되고, 측정된 압력강하(ΔP)와 여과 효율(η)을 이용하여 수학식 1을 이용하여 Quality Factor(QF)를 계산할 수 있다.Here, the filtration efficiency (η) is calculated by counting the number of KCI test particles in the chamber before and after the filter layer, and using
수학식 1
도 4를 참조하면, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 함량이 12wt%일 때 PM1.0 필터링 전후의 SEM 사진으로, 필터링 전에는 상기 나노섬유 필터에 입자가 없고, 필터링 후에는 상기 나노섬유 필터에 입자가 여과된 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, when the content of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) is 12wt%, it is an SEM picture before and after PM1.0 filtering. There are no particles in the nanofiber filter before filtering, and filtering After that, it can be confirmed that the particles are filtered in the nanofiber filter.
이상, 본 발명에 따른 초미세먼지 필터를 설명하였으며, 이하 본 발명의 다른 실시예에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법을 설명한다. Above, the ultrafine dust filter according to the present invention has been described, and hereinafter, a method of manufacturing the ultrafine dust filter according to another embodiment of the present invention will be described.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 초미세먼지 필터의 제조 방법은, 솔루션제조단계(S100), 솔루션투입단계(S200), 메쉬준비단계(S300), 나노섬유필터형성단계(S400), 분극발생단계(S500) 및 표면대전단계(S600)를 포함한다. Referring to FIG. 5 , the method for manufacturing an ultrafine dust filter according to the present invention includes a solution manufacturing step (S100), a solution input step (S200), a mesh preparation step (S300), a nanofiber filter forming step (S400), and polarization It includes a generating step (S500) and a surface charging step (S600).
상기 솔루션제조단계(S100)는 강유전성 고분자를 9-15wt% 포함하는 솔루션을 제조하는 단계로, 상기 강유전성 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)일 수 있고, 바람직하게는 함량이 12wt% 일 수 있으며, 상기 강유전성 고분자를 용해하기 위해 디메틸포름아미드(DMF) 및 아세톤(acetone)과 같은 용매를 더 포함할 수 있어 상기 강유전성 고분자가 완전히 용해된 솔루션을 제조할 수 있다. The solution preparation step (S100) is a step of preparing a solution containing 9-15 wt% of a ferroelectric polymer, wherein the ferroelectric polymer may be polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE), preferably The content may be 12 wt%, and a solvent such as dimethylformamide (DMF) and acetone may be further included to dissolve the ferroelectric polymer, so that a solution in which the ferroelectric polymer is completely dissolved can be prepared.
상기 솔루션투입단계(S200)는 상기 솔루션을 실린지에 투입하는 단계로, 상기 실린지는 상기 솔루션을 전기방사하기 위한 금속니들 팁이 있는 실린지일 수 있고, 전기 방사 시스템의 실린지 펌프에 연결되어 상기 솔루션을 전기방사 할 수 있다. The solution input step (S200) is a step of putting the solution into a syringe, the syringe may be a syringe with a metal needle tip for electrospinning the solution, and is connected to a syringe pump of the electrospinning system to the solution can be electrospinning.
상기 메쉬준비단계(S300)는 상기 실린지와 전기적으로 접지된 금속콜렉터에 폴리에스테르(PE) 메쉬를 준비하는 단계로, 상기 폴리에스테르(PE) 메쉬는 상기 솔루션이 전기방사되어 제조되는 나노섬유 필터가 적층되어 지지할 수 있다. The mesh preparation step (S300) is a step of preparing a polyester (PE) mesh in the metal collector electrically grounded with the syringe, the polyester (PE) mesh is a nanofiber filter manufactured by electrospinning the solution can be stacked and supported.
상기 나노섬유필터형성단계(S400)는 상기 실린지와 금속 콜렉터에 전기장을 인가하여 상기 폴리에스테르(PE) 메쉬 상으로 상기 솔루션을 방사하여 나노섬유 필터를 형성하는 단계로, 상기 실린지 펌프의 주입 속도는 1.0mL h-1, 상기 실린지 금속 니들팁과 금속 콜렉터 사이의 거리는 10cm일 수 있으며, 10kV의 고전압이 인가되어 상기 금속 콜렉터에 준비된 폴리 에스테르(PE) 메쉬 상에 상기 솔루션이 전기방사되어 상기 나노섬유 필터가 제조 될 수 있다. The nanofiber filter forming step (S400) is a step of forming a nanofiber filter by radiating the solution onto the polyester (PE) mesh by applying an electric field to the syringe and the metal collector, and the syringe pump is injected The speed is 1.0 mL h -1 , the distance between the syringe metal needle tip and the metal collector may be 10 cm, and a high voltage of 10 kV is applied, and the solution is electrospun on the polyester (PE) mesh prepared in the metal collector. The nanofiber filter can be manufactured.
상기 분극발생단계(S500)는 상기 나노섬유 필터의 상하에 전극을 형성하고 전기장을 인가하여 분극 효과를 발생시키는 단계로, 강유전성 고분자인 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 강유전성 및 마찰 전기 특성에 의해 상기 나노섬유 필터를 전기적으로 활성화하여 필터링 성능을 향상시킬 수 있으며, 이는 후술하기로 한다. The polarization generating step (S500) is a step of forming electrodes on the upper and lower sides of the nanofiber filter and applying an electric field to generate a polarization effect, the ferroelectric polymer polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) Filtering performance can be improved by electrically activating the nanofiber filter by ferroelectric and triboelectric properties, which will be described later.
상기 표면대전단계(S600)는 분극이 발생한 상기 나노섬유 필터의 표면을 브러쉬로 대전시키는 단계로, 상기 나노섬유 필터는 음(Negative)으로 대전되고, 상기 브러쉬는 양(Positive)으로 대전되어 필터링 성능을 향상시킬 수 있으며, 이는 후술하기로 한다. The surface charging step (S600) is a step of charging the surface of the nanofiber filter on which the polarization has occurred with a brush, wherein the nanofiber filter is negatively charged, and the brush is positively charged for filtering performance can be improved, which will be described later.
도 6 및 7을 참조하면, 상기 분극발생단계(S500)에서 상기 나노섬유 필터에 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 큐리 온도로 열을 가할 수 있고, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)는 분극 효과에 의해 강유전성 거동을 나타낼 수 있다. 6 and 7, in the polarization generating step (S500), heat may be applied to the nanofiber filter at a Curie temperature of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE), and polyvinylidene fluoride Ride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) can exhibit ferroelectric behavior due to the polarization effect.
먼저, 도 6을 참조하면, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)을 12wt% 함유한 나노섬유 필터를 2kVcm-1의 높은 전계하에서 분극시켰다. First, referring to FIG. 6 , a nanofiber filter containing 12 wt% of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) was polarized under a high electric field of 2 kVcm -1 .
여기서, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)는 α상, β상 및 γ상의 3가지 상이한 상을 나타내고, 특히, β상 및 γ상은 강유전성 거동을 나타내며, 상대적으로 β상에서 높은 전기 쌍극자 모멘트가 관찰되어, 전기장을 인가하여 분극시키면, β상의 전기적 위상이 활성화되어 상기 나노섬유 필터의 정전기 전위를 증가시켜 필터링 성능을 향상시킬 수 있다. Here, polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) exhibits three different phases of α-phase, β-phase and γ-phase, in particular, β-phase and γ-phase exhibit ferroelectric behavior, and relatively high When an electric dipole moment is observed and polarized by applying an electric field, the electric phase of the β phase is activated to increase the electrostatic potential of the nanofiber filter, thereby improving filtering performance.
도 7을 참조하면, 상기 분극발생단계(S500) 전/후의 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)을 12wt% 함유한 나노섬유 필터의 P-E 곡선으로, 상기 분극발생단계(S500) 전에 해당하는 검은색 선(Pristine) 보다 상기 분극발생단계(S500) 이후에 해당하는 빨간색 선(After polarization)이 강유전성을 명확하게 나타내고, 분극 효과 이후 0.34에서 1.67μCcm-2로 잔류 분극이 증가한 것을 확인할 수 있다. 7, the PE curve of the nanofiber filter containing 12wt% of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) before and after the polarization generating step (S500), the polarization generating step (S500) ) The red line (After polarization) after the polarization generation step (S500) clearly shows the ferroelectricity rather than the black line (Pristine) corresponding to before, and the residual polarization increases from 0.34 to 1.67 μCcm -2 after the polarization effect. can be checked
이어서, 도 8 내지 13을 참조하면, 상기 분극발생단계(S500)에 전/후의 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)을 12wt% 함유한 상기 나노섬유 필터의 필터링 성능변화를 설명할 수 있다. Then, referring to FIGS. 8 to 13, the filtering performance change of the nanofiber filter containing 12wt% of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) before and after the polarization generating step (S500) can be explained
먼저, 도 8은 상기 분극발생단계(S500) 전/후의 상기 나노섬유 필터의 PM1.0의 제거 성능을 나타낸 것으로, 상기 분극발생단계(S500) 전의 필터링 효율인 83%에서 상기 분극발생단계(S500) 이후에는 88%로 필터링 효율이 증가하였고, 이와 같이 도 9는 향상된 필터링 효율로 인해 QF도 0.026에서 0.031Pa-1로 증가한 것을 확인할 수 있다.First, Figure 8 shows the PM1.0 removal performance of the nanofiber filter before and after the polarization generating step (S500), and the polarization generating step (S500) at the filtering efficiency of 83% before the polarization generating step (S500). ), the filtering efficiency increased to 88%, and as such, it can be seen that the QF also increased from 0.026 to 0.031 Pa -1 due to the improved filtering efficiency in FIG. 9 .
도 10을 참조하면, 상기 분극발생단계(S500) 전/후의 상기 나노섬유 필터의 푸리에 변환 적외분광법(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)을 나타낸 것으로, 흡광도 피크에서 볼 수 있듯이 상기 분극발생단계(S500) 전(Pristine) 보다 이후(After Polarization)의 β상의 위상피크가 증가한다. Referring to FIG. 10 , Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) of the nanofiber filter before and after the polarization generating step (S500) is shown, as can be seen from the absorbance peak, the polarization generating step (S500) The phase peak of the β phase after (After Polarization) increases than before (Pristine).
여기서, β상의 위상은 수학식 2로 계산될 수 있다.Here, the phase of the β phase may be calculated by Equation (2).
수학식 2
Aα는 α상에서의 흡수강도, Aβ는 β상에서의 흡수강도이다. A α is the absorption intensity in the α phase, and A β is the absorption intensity in the β phase.
β상의 비율은 상기 분극발생단계(S500) 전에는 91%이지만, 상기 분극발생단계(S500) 이후에는 95%로 향상되며, 이는 상기 분극발생단계(S500)에서 β상 형성을 추가로 촉진하며, 분극 효과를 통해 정렬되어 상기 나노섬유 필터층의 쌍극자 모멘트를 증가시킬수 있어 필터링 성능을 향상시킬 수 있다. The ratio of the β phase is 91% before the polarization generating step (S500), but is improved to 95% after the polarization generating step (S500), which further promotes the β phase formation in the polarization generating step (S500), and the polarization It is possible to increase the dipole moment of the nanofiber filter layer by being aligned through the effect, thereby improving the filtering performance.
도 11을 참조하면, 상기 분극발생단계(S500) 전/후의 상기 나노섬유 필터의 X선 회절계를 나타낸 것으로, α상은 2θ=17.66° 및 18.30°에서 피크를 가지며 이는 (100), (020) 및 (110) 면에서 회절을 나타내고, β상은 2θ=19.7°에서 피크를 갖고, (110) 및 (200) 평면에서의 회절을 나타낸다. 상기 분극발생단계(S500) 이후 α상 피크의 강도는 감소하는 반면, β상 피크의 강도는 증가하여 강유전성이 증가하여 필터링 성능을 향상시킬 수 있다.11, the X-ray diffractometer of the nanofiber filter before and after the polarization generating step (S500) is shown, and the α phase has peaks at 2θ=17.66° and 18.30°, which are (100), (020) and (110) plane, and the β phase has a peak at 2θ = 19.7°, and shows diffraction in the (110) and (200) planes. After the polarization generating step (S500), the intensity of the α-phase peak decreases, while the intensity of the β-phase peak increases, so that the ferroelectricity increases, thereby improving filtering performance.
도 12 및 13을 참조하면, 상기 분극발생단계(S500) 이후 정전기전압계(Electrostatic voltmeter, ESVM)를 이용하여 30일동안 상기 나노섬유 필터의 표면전위, 필터링 효율 및 QF를 모니터링 한 것으로, 상기 나노섬유 필터에서 상당히 높은 표면 전위가 5일동안 큰 변화 없이 측정되었고, 한달 후에도 거의 일정하게 유지되었으며, 이는 분극 효과의 장기 안정성을 의미하며, 분극 효과로 필터링 성능이 향상된 상기 나노섬유 필터를 장기간 유지할 수 있다. 12 and 13, the surface potential, filtering efficiency and QF of the nanofiber filter were monitored for 30 days using an electrostatic voltmeter (ESVM) after the polarization generating step (S500), the nanofiber A significantly high surface potential in the filter was measured without significant change for 5 days, and remained almost constant even after a month, which means long-term stability of the polarization effect, and the nanofiber filter with improved filtering performance due to the polarization effect can be maintained for a long time. .
도 14를 참조하면, 상기 표면대전단계(S600)는 상기 나노섬유 필터와 반대되는 마찰 전기 특성을 갖는 브러쉬에 의해 상기 나노섬유 필터는 음(Negative)으로 대전되고, 상기 브러쉬는 양(Positive)으로 대전되며, 마찰대전 효과에 의해 필터링 성능을 향상시킬 수 있다. 14, in the surface charging step (S600), the nanofiber filter is negatively charged by a brush having triboelectric properties opposite to that of the nanofiber filter, and the brush is positively charged. It is charged, and the filtering performance can be improved by the triboelectric effect.
도 15를 참조하면, 상기 표면대전단계(S600)에서 상기 브러쉬의 종류에 따른 정전기전압계(Electrostatic voltmeter, ESVM)를 나타낸 것으로, 아무것도 하지 않은 초기의 표면전위는 -120V로 가장 낮으며, 폴리프로필렌(PP), 울(Wool) 및 나일론(Nylon)으로 상기 나노섬유 필터를 마찰시켜 마찰력을 충전한 후의 표면전위는 각각 -160V(폴리프로필렌(PP)), -260V(울(Wool)), -280V(나일론(Nylon))으로 나일론 브러쉬의 경우가 가장 높은 표면 전위 값을 나타내어 필터링 성능 향상에 바람직하다. 15, the surface charging step (S600) shows an electrostatic voltmeter (ESVM) according to the type of brush, and the initial surface potential of doing nothing is -120V, which is the lowest, polypropylene ( The surface potentials after filling the friction force by rubbing the nanofiber filter with PP), wool and nylon were -160V (polypropylene (PP)), -260V (Wool), -280V, respectively. (Nylon), the nylon brush shows the highest surface potential value, which is preferable for improving filtering performance.
여기서, 도 16을 같이 참조하면, 상기 표면대전단계(S600)에서 마찰 대전쌍에 대한 필터링 효율을 나타낸 것으로, 상기 브러쉬의 종류에 따라 각각 측정하였는데, 도 15에서와 마찬가지로, 표면 전위 값에 비례하여 가장 높은 나일론 브러쉬의 경우 필터링 효율이 가장 높은 87%로 필터링 성능 향상에 바람직하다. Here, referring to FIG. 16 , the filtering efficiency for the triboelectric pair in the surface charging step ( S600 ) was measured, respectively, according to the type of the brush. As in FIG. 15 , in proportion to the surface potential value The highest nylon brush has the highest filtering efficiency of 87%, which is desirable for improving filtering performance.
도 17을 참조하면, 상기 나노섬유 필터의 분극효과에 따른 표면전위 변화를 나타낸 것으로, 분극효과 전/후의 상기 나노섬유 필터의 ESVM은 거의 유사한 것을 확인할 수 있고, 이는 상기 분극발생단계(S500) 및 표면대전단계(S600)를 통해 상기 나노섬유 필터의 표면전위를 -120V에서 -680V까지 상승시켜 필터링 성능을 극대화 할 수 있다. Referring to FIG. 17, it shows the surface potential change according to the polarization effect of the nanofiber filter, and it can be seen that the ESVM of the nanofiber filter before and after the polarization effect is almost similar, which is the polarization generating step (S500) and Filtering performance can be maximized by increasing the surface potential of the nanofiber filter from -120V to -680V through the surface charging step (S600).
여기서, 도 18을 같이 참조하면, 상기 분극발생단계(S500) 전/후 및 상기 표면대전단계(S600)를 수행한 상기 나노섬유 필터의 표면 전위를 켈빈 탐침력 현미경(Kelvin probe force microscopy, KPFM) 사진으로, 상기 분극발생단계(S500) 전(Pristine)은 -1.4V, 이후(After polarization)는 -2.8V, 상기 표면대전단계(S600) 이후(After friction)는 -3.8V로 초기 상태인 -1.4V보다 약 3배정도 증가하였고, 이는 도 15의 결과와 일치하며, 나일론 브러쉬로 표면 대전을 하는 경우가 가장 높은 표면 전위 값을 나타내어 필터링 성능 향상에 바람직하다. Here, referring to FIG. 18 , the surface potential of the nanofiber filter before/after the polarization generating step ( S500 ) and the surface charging step ( S600 ) was measured using a Kelvin probe force microscopy (KPFM). In the photograph, before (Pristine) of the polarization generating step (S500) is -1.4V, after (After polarization) is -2.8V, and after the surface charging step (S600) (S600) (After friction) is -3.8V, which is the initial state - It increased about 3 times than 1.4V, which is consistent with the result of FIG. 15, and the case of surface charging with a nylon brush shows the highest surface potential value, which is preferable for improving filtering performance.
또한, 도 19를 같이 참조하면, 상기 표면대전단계(S600)의 전/후 상기 나노섬유 필터를 나일론 브러쉬로 표면 대전하는 경우의 필터링 효율 및 QF를 나타낸 것으로, 상기 표면대전단계(S600) 전의 상기 나노섬유 필터의 필터링 효율은 87%, QF는 0.030Pa-1로 측정되었고, 나일론 브러쉬로 상기 표면대전단계(S600)를 수행한 경우의 필터링 효율은 94%, QF는 0.042Pa-1로 측정되었으며, 이는 상기 분극발생단계(S500)를 수행하고, 상기 표면대전단계(S600)를 나일론 브러쉬로 수행하는 것이 상기 나노섬유 필터의 필터링 성능을 극대화할 수 있다. In addition, referring to FIG. 19 as well, it shows the filtering efficiency and QF in the case of surface charging the nanofiber filter with a nylon brush before and after the surface charging step (S600), and before the surface charging step (S600) The filtering efficiency of the nanofiber filter was 87%, and the QF was measured to be 0.030 Pa -1 , and when the surface charging step (S600) was performed with a nylon brush, the filtering efficiency was 94%, and the QF was measured to be 0.042 Pa -1 . , it is possible to maximize the filtering performance of the nanofiber filter by performing the polarization generating step (S500), and performing the surface charging step (S600) with a nylon brush.
이상, 본 발명에 따른 초미세먼지 필터 및 그 제조 방법 따르면, 강유전성 고분자의 함량을 조절하여 나노섬유를 전기방사로 제조하여 광 투과성 및 공기 투과성이 우수한 나노섬유 필터의 직경을 갖고, 분극효과 및 마찰 대전효과를 이용하여 나노섬유 필터의 표면 전위를 장기간 유지하며 필터링 효과를 극대화시켜 PM1.0의 초미세먼지를 고효율로 제거하는 이점이 있다. As described above, according to the ultrafine dust filter and its manufacturing method according to the present invention, nanofibers are produced by electrospinning by controlling the content of the ferroelectric polymer to have a diameter of a nanofiber filter with excellent light and air permeability, polarization effect and friction Using the charging effect, the surface potential of the nanofiber filter is maintained for a long period of time and the filtering effect is maximized, which has the advantage of removing PM1.0 of ultrafine dust with high efficiency.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다. Although preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings as described above, those of ordinary skill in the art will present the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. can be modified or changed in various ways.
S100 : 솔루션제조단계
S200 : 솔루션투입단계
S300 : 메쉬준비단계
S400 : 나노섬유필터형성단계
S500 : 분극발생단계
S600 : 표면대전단계S100: Solution manufacturing stage
S200: solution input stage
S300: mesh preparation stage
S400: nanofiber filter formation step
S500: polarization generation stage
S600: surface electrification stage
Claims (6)
상기 솔루션을 실린지에 투입하는 솔루션투입단계;
상기 실린지와 전기적으로 접지된 금속콜렉터에 폴리에스테르(PE) 메쉬를 준비하는 메쉬준비단계;
상기 실린지와 금속 콜렉터에 전기장을 인가하여 상기 폴리에스테르(PE) 메쉬 상으로 상기 솔루션을 방사하여 나노섬유 필터를 형성하는 나노섬유필터형성단계;
상기 나노섬유 필터의 상하에 전극을 형성하고 전기장을 인가하여 분극 효과를 발생시키는 분극발생단계; 및
상기 분극발생단계의 수행 이후 30일 이내에 분극이 발생한 상기 나노섬유 필터의 표면을 브러쉬로 대전시키는 표면대전단계;를 포함하며,
상기 솔루션제조단계에서 상기 솔루션은 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)을 9-15wt% 포함하고,
상기 나노섬유필터형성단계에서 형성된 상기 나노섬유 필터의 나노섬유는 100nm 내지 800nm 직경으로 형성되며,
상기 분극발생단계에서는 상기 나노섬유 필터를 구성하는 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF-TrFE)의 강유전성 및 마찰 전기 특성에 의해 상기 나노섬유 필터를 전기적으로 활성화하는 것을 특징으로 하되,
상기 분극발생단계는,
상기 나노섬유 필터에 상기 강유전성 고분자의 큐리온도로 열을 가하는 것을 특징으로 하는 초미세먼지 필터의 제조 방법. A solution manufacturing step of preparing a solution containing polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE);
A solution input step of putting the solution into a syringe;
Mesh preparation step of preparing a polyester (PE) mesh in the metal collector electrically grounded with the syringe;
a nanofiber filter forming step of applying an electric field to the syringe and the metal collector to radiate the solution onto the polyester (PE) mesh to form a nanofiber filter;
a polarization generating step of forming electrodes above and below the nanofiber filter and applying an electric field to generate a polarization effect; and
Including; a surface charging step of charging the surface of the nanofiber filter on which the polarization has occurred within 30 days after performing the polarization generating step with a brush;
In the solution manufacturing step, the solution contains 9-15 wt% of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE),
The nanofibers of the nanofiber filter formed in the nanofiber filter forming step are formed with a diameter of 100nm to 800nm,
In the polarization generating step, the nanofiber filter is electrically activated by the ferroelectric and triboelectric properties of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) constituting the nanofiber filter,
The polarization generating step is,
A method of manufacturing an ultrafine dust filter, characterized in that heat is applied to the nanofiber filter at a Curie temperature of the ferroelectric polymer.
상기 표면대전단계는,
상기 나노섬유 필터와 반대되는 마찰 전기 특성을 갖는 브러쉬에 의해 상기 나노섬유 필터는 음으로 대전되고, 상기 브러쉬는 양으로 대전되는 것을 특징으로 하는 초미세먼지 필터의 제조 방법. 4. The method of claim 3,
The surface charging step is,
The nanofiber filter is negatively charged by a brush having triboelectric properties opposite to that of the nanofiber filter, and the brush is positively charged.
상기 브러쉬는,
폴리프로필렌, 울 및 나일론을 포함하는 것을 특징으로 하는 초미세먼지 필터의 제조 방법. 6. The method of claim 5,
The brush is
A method for manufacturing an ultrafine dust filter comprising polypropylene, wool and nylon.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100714219B1 (en) * | 2006-05-22 | 2007-05-02 | 이봉대 | Composite fibrous filter using nan0-materials, and manufacturing method and apparatus thereof |
| JP2008086964A (en) * | 2006-10-05 | 2008-04-17 | Toyobo Co Ltd | Friction-charged filter medium and its manufacturing method |
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Family Cites Families (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR100442988B1 (en) * | 2003-04-23 | 2004-08-05 | 크린에어테크놀로지 주식회사 | High electronic fiber contained filter |
| KR20180007818A (en) * | 2016-07-14 | 2018-01-24 | (주)에프티이앤이 | 2-layer filter for blocking fine and yellow dust containing nanofiber web and its manufacturing method |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100714219B1 (en) * | 2006-05-22 | 2007-05-02 | 이봉대 | Composite fibrous filter using nan0-materials, and manufacturing method and apparatus thereof |
| JP2008086964A (en) * | 2006-10-05 | 2008-04-17 | Toyobo Co Ltd | Friction-charged filter medium and its manufacturing method |
| WO2015026928A1 (en) * | 2013-08-20 | 2015-02-26 | Cornell University | Electrospinning to form nanofibers |
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