KR102457291B1 - Fine dust filter and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리벤즈이미다졸에 벤조페논을 첨가한 고분자로 형성되는 나노섬유를 포함하여, 폴리벤즈이미다졸에 의해 내화학성 및 내열성이 우수하고, 자외선 차단제인 벤조페논에 의해 태양광의 자외선을 차단하여 나노섬유를 보호하며, 벤조페논을 최적의 함량으로 나노섬유에 포함하여 여과 효율, 압력 강하 및 응력 변형과 같은 필터로서의 성능 저하를 최소화하여 자연 환기가 가능한 미세먼지 필터 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention includes nanofibers formed of a polymer in which benzophenone is added to polybenzimidazole, and has excellent chemical resistance and heat resistance by polybenzimidazole, and blocks ultraviolet rays of sunlight with benzophenone, which is a UV blocker. To provide a fine dust filter that protects nanofibers and minimizes deterioration in performance as a filter such as filtration efficiency, pressure drop and stress strain by including benzophenone in nanofibers in an optimal content, enabling natural ventilation and a method for manufacturing the same.

Description

미세먼지 필터 및 그 제조방법{Fine dust filter and its manufacturing method}Fine dust filter and its manufacturing method

본 발명은 폴리벤즈이미다졸에 벤조페논을 첨가하고, 폴리에스테르 메쉬에 전기 방사하여, 나노섬유를 형성한 미세먼지 필터를 제조해 태양광의 자외선으로부터 나노섬유를 보호할 수 있는 미세먼지 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention provides a fine dust filter capable of protecting nanofibers from ultraviolet rays of sunlight by adding benzophenone to polybenzimidazole and electrospinning on a polyester mesh to form a nanofiber, and manufacturing the same it's about how

산업의 고도화로 인한 공장, 자동차, 발전소 및 2차 화학 반응의 부산물에서 배출되는 초미세먼지(Particulate Matter, PM)는 인간 건강에 위협이 되고 있으며, 고농도의 초미세먼지에 장기간 노출되는 경우, 뇌졸중 및 심혈관 질환과 같은 치명적인 질병이 발생할 수 있다. 또한, 초미세먼지의 크기는 인간 조직의 크기와 유사하기 때문에 인간의 호흡계에도 쉽게 침투할 수 있다.Particulate Matter (PM) emitted from factories, automobiles, power plants and by-products of secondary chemical reactions due to industrial advancement poses a threat to human health. and fatal diseases such as cardiovascular disease. In addition, since the size of ultrafine dust is similar to that of human tissue, it can easily penetrate into the human respiratory system.

이러한 실외 공기의 초미세먼지에 대처하고 실내 공기질을 보호하기 위해서, 실내에 공기 정화기를 구비하거나, 고성능 공기 필터가 장착된 공기 순환 시스템을 이용하여, 실내 공기를 정화하고 있다. 이와 같은 공기 정화기, 공기 순환 시스템은 0.3μm의 작은 크기의 초미세먼지를 여과할 수 있지만, 고가의 설치비용 및 유지 보수비용으로 인해 사용에 부담이 되고 있다. In order to cope with such ultrafine dust in outdoor air and to protect indoor air quality, an air purifier is provided indoors or an air circulation system equipped with a high-performance air filter is used to purify indoor air. Such an air purifier and air circulation system can filter ultra-fine dust as small as 0.3 μm, but it is burdensome to use due to high installation and maintenance costs.

이와 관련하여, 자연 환기 조건에서 초미세먼지를 걸러 내기 위해 창문에 쉽게 설치할 수 있는 공기 필터가 개발되고 있다. 창문에 설치되는 공기 필터의 경우, 높은 공기 투과성 및 가시성과 같은 창문의 원래 기능을 손상시키지 않으면서 높은 여과 효율을 갖추어야 한다. 또한, 태양광으로 인한 자외선(UV) 노출 및 산성비와 같은 열악한 외부 환경 조건에도 쉽게 손상되지 않아야 한다. In this regard, an air filter that can be easily installed on a window is being developed to filter out ultrafine dust under natural ventilation conditions. In the case of an air filter installed on a window, it should have high filtration efficiency without compromising the original function of the window, such as high air permeability and visibility. In addition, it should not be easily damaged by harsh external environmental conditions such as ultraviolet (UV) exposure due to sunlight and acid rain.

일반적인 합성 섬유로 제조된 필터의 경우, 열악한 외부 환경 조건에 대해서 쉽게 손상되지 않는 반면, 초미세먼지를 걸러내기 위한 공기 필터로서 높은 공기 투과성, 가시성 및 여과 효율을 만족시키기는 어렵다.In the case of a filter made of general synthetic fiber, it is not easily damaged by poor external environmental conditions, but it is difficult to satisfy high air permeability, visibility and filtration efficiency as an air filter for filtering ultrafine dust.

따라서, 초미세먼지를 걸러내기 위한 공기 필터로서의 성능을 구현하기 위해 고분자 기반의 나노 섬유 필터가 연구되고 있다. 하지만, 고분자 기반의 나노 섬유 필터는 장시간 태양광의 자외선에 노출되는 경우, 고분자 나노 섬유가 손상되어 필터링 성능이 급격하게 저하되는 문제가 발생한다.Therefore, a polymer-based nanofiber filter is being studied to realize its performance as an air filter for filtering ultrafine dust. However, when the polymer-based nanofiber filter is exposed to ultraviolet rays of sunlight for a long time, the polymer nanofiber is damaged and the filtering performance is rapidly deteriorated.

종래기술(공개특허공보 제10-2017-0120372호)은 미세먼지 차단용 윈도우 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 고분자 나노 섬유 웹을 방충망에 부착하여 미세먼지를 여과하는 필터에 대한 내용을 개시하고 있다. 하지만, 종래기술은 나노 섬유 웹이 자외선에 취약하여 손상되기 쉽고, 내화학성 및 내열성이 나쁜 문제가 있다.The prior art (Patent Publication No. 10-2017-0120372) relates to a window filter for blocking fine dust and a manufacturing method thereof, and discloses a filter for filtering fine dust by attaching a polymer nanofiber web to an insect screen, and have. However, the prior art has problems in that the nanofiber web is vulnerable to UV rays and is easily damaged, and has poor chemical resistance and heat resistance.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0120372호, 2017.10.31., 미세먼지 차단용 윈도우 필터 및 이의 제조방법Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0120372, 2017.10.31., window filter for blocking fine dust and manufacturing method thereof

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 종래 기술의 문제점을 해결하기위한 것으로, 폴리벤즈이미다졸에 벤조페논을 첨가한 고분자로 형성되는 나노섬유를 포함하여, 폴리벤즈이미다졸에 의해 내화학성 및 내열성이 우수하고, 자외선 차단제인 벤조페논을 최적의 함량으로 포함하여 자외선으로부터 나노섬유를 보호함과 동시에 높은 여과 효율을 유지하는 미세먼지 필터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved in the present invention is to solve the problems of the prior art, and it is excellent in chemical resistance and heat resistance by polybenzimidazole, including nanofibers formed of a polymer obtained by adding benzophenone to polybenzimidazole. and to provide a fine dust filter that contains benzophenone, which is a UV blocker, in an optimal content to protect nanofibers from UV rays and maintain high filtration efficiency, and a method for manufacturing the same.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 미세먼지 필터는, 폴리에스테르 메쉬와, 상기 폴리에스테르 메쉬 상에 적층된 나노섬유를 포함하되, 상기 나노섬유는, 폴리벤즈이미다졸과 벤조페논을 포함한 고분자 용액이 전기 방사되어 형성되는 것을 특징으로 한다. In order to solve the above problems, the fine dust filter according to the present invention includes a polyester mesh and nanofibers laminated on the polyester mesh, wherein the nanofibers include polybenzimidazole and benzophenone. It is characterized in that the polymer solution is formed by electrospinning.

또한, 상기 고분자 용액은, 16 중량%의 폴리벤즈이미다졸 용액을 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the polymer solution is characterized in that it contains a polybenzimidazole solution of 16% by weight.

여기서, 상기 폴리벤즈이미다졸 용액은, 디메틸아세트아미드를 포함하여, 총 중량 기준으로 상기 폴리벤즈이미다졸이 16 중량% 용해되는 것을 특징으로 한다. Here, the polybenzimidazole solution, including dimethylacetamide, is characterized in that 16% by weight of the polybenzimidazole is dissolved based on the total weight.

본 발명의 다른 실시예인 폴리에스테르 메쉬와 나노섬유를 포함하되, 상기 나노섬유는 폴리벤즈이미다졸과 벤조페논을 포함하는 미세먼지 필터의 제조방법에 있어서, 상기 폴리벤즈이미다졸과 벤조페논을 혼합하여 고분자 용액을 준비하는 용액준비단계와, 상기 고분자 용액을 실린지에 투입하는 용액투입단계와, 상기 실리지와 전기적으로 접지된 금속콜렉터에 폴리에스테르 메쉬를 준비하는 메쉬준비단계와, 상기 실린지와 금속 콜렉터에 전압을 가하여 상기 폴리에스테르 메쉬에 상기 고분자 용액을 방사하는 나노섬유형성단계와, 상기 나노섬유가 형성된 상기 폴리에스테르 메쉬를 금속 콜렉터로부터 분리하는 필터분리단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In another embodiment of the present invention, in the method for manufacturing a fine dust filter comprising a polyester mesh and nanofibers, wherein the nanofibers include polybenzimidazole and benzophenone, the polybenzimidazole and benzophenone are mixed A solution preparation step of preparing a polymer solution, a solution input step of putting the polymer solution into a syringe, a mesh preparation step of preparing a polyester mesh in a metal collector electrically grounded with the syringe, and the syringe and the metal collector It characterized in that it comprises; nanofiber forming step of spinning the polymer solution on the polyester mesh by applying a voltage to the filter separation step of separating the polyester mesh in which the nanofiber is formed from a metal collector.

또한, 상기 용액준비단계는, 상기 폴리벤즈이미다졸을 16 중량% 포함하는 폴리벤즈이미다졸용액준비단계를 포함하는 것 특징으로 한다.In addition, the solution preparation step is characterized in that it comprises a polybenzimidazole solution preparation step containing 16% by weight of the polybenzimidazole.

여기서, 상기 나노섬유의 평균 직경은 250nm인 것을 특징으로 한다. Here, the nanofibers have an average diameter of 250 nm.

본 발명에 따른 미세먼지 필터는 내열성 및 내화학성이 우수한 고분자인 폴리벤즈이미다졸과 자외선 차단제인 벤조페논을 포함하여 태양광의 자외선, 고온 및 산성비와 같은 열악한 외부 환경으로부터 나노섬유를 보호할 수 있어 장시간 여과 효율이 우수한 미세먼지 필터를 제공할 수 있는 이점이 있다.The fine dust filter according to the present invention contains polybenzimidazole, a polymer with excellent heat and chemical resistance, and benzophenone, a UV blocker, to protect nanofibers from harsh external environments such as ultraviolet rays from sunlight, high temperature, and acid rain for a long time. There is an advantage in that it is possible to provide a fine dust filter with excellent filtration efficiency.

본 발명에 따른 미세먼지 필터는 나노섬유가 벤조페논을 최적의 함량으로 포함하여 자외선으로부터 보호됨과 동시에, 여과 효율, 압력 강하 및 응력 변형의 성능 저하를 최소화 할 수 있는 이점이있다.The fine dust filter according to the present invention has advantages in that the nanofibers contain benzophenone in an optimal content to protect them from UV rays, and at the same time minimize the performance degradation of filtration efficiency, pressure drop, and stress strain.

본 발명에 따른 미세먼지 필터의 제조방법은 고분자 용액을 전기 방사하여 나노섬유를 제조하고, 전기 방사의 주입 속도, 거리 및 전압에 따라 나노섬유의 직경을 쉽게 조절할 수 있어 가시성이 우수하면서 여과 효율이 우수한 직경의 나노섬유를 제조할 수 있는 이점이 있다.According to the method of manufacturing a fine dust filter according to the present invention, nanofibers are produced by electrospinning a polymer solution, and the diameter of the nanofibers can be easily adjusted according to the injection speed, distance, and voltage of the electrospinning. There is an advantage in that it is possible to manufacture nanofibers of excellent diameter.

도 1은 본 발명에 따른 미세먼지 필터를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 자외선 차단제인 벤조페논의 UV 흡수 메커니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 미세먼지 필터의 여과 성능을 확인하기 위한 장치의 사진이다.
도 4 내지 도 5는 벤조페논의 함량에 따른 미세먼지 필터의 여과 효율, 압력 강하 및 응력 변형을 측정한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 미세먼지 필터와 다른 필터들의 365nm 파장의 UV에서 765시간 노출 전후의 여과 효율을 측정한 것이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명에 따른 미세먼지 필터 및 PBI 필터의 253nm 파장에서의 노출 시간에 따른 여과 효율, 압력 강하 및 응력 변형을 측정한 것이다.
도 9는 벤조페논 함량이 0 중량% 일 때 단파장 UV 노출 시간에 따른 필터의 사진이다.
도 10의 본 발명에 따른 미세먼지 필터의 강산 침지 전후에 따른 여과 효율, 압력 강하, 응력 변형 및 FT-IR을 측정한 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 미세먼지 필터와 다른 필터들의 강산 침지 전후에 따른 여과 효율을 측정한 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 미세먼지 필터의 온도에 따른 여과 효율, 압력 강하 및 응력 변형을 측정한 것이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명에 따른 미세먼지 필터의 내열성의 실시예를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예인 미세먼지 필터의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 18은 서로 다른 광투과율을 갖는 미세먼지 필터의 사진이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예인 미세먼지 필터의 제조방법에 따라 제조된 나노섬유의 여과 효율을 측정한 것이다.
1 is a view schematically showing a fine dust filter according to the present invention.
2 is a view schematically showing the UV absorption mechanism of benzophenone, which is a sunscreen.
3 is a photograph of an apparatus for confirming the filtration performance of the fine dust filter according to the present invention.
4 to 5 are measurements of filtration efficiency, pressure drop, and stress strain of the fine dust filter according to the content of benzophenone.
6 is a measurement of the filtration efficiency of the fine dust filter and other filters according to the present invention before and after exposure to UV of 365 nm wavelength for 765 hours.
7 to 8 are measurements of filtration efficiency, pressure drop, and strain according to exposure time at 253 nm wavelength of the fine dust filter and the PBI filter according to the present invention.
9 is a photograph of the filter according to the short-wavelength UV exposure time when the benzophenone content is 0% by weight.
The filtration efficiency, pressure drop, stress strain, and FT-IR of the fine dust filter according to the present invention of FIG. 10 were measured before and after immersion in strong acid.
11 is a graph showing the measurement of filtration efficiency of the fine dust filter and other filters according to the present invention before and after immersion in strong acid.
12 is a graph showing the measurement of filtration efficiency, pressure drop, and stress strain according to the temperature of the fine dust filter according to the present invention.
13 to 16 show examples of heat resistance of the fine dust filter according to the present invention.
17 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a fine dust filter according to another embodiment of the present invention.
18 is a photograph of fine dust filters having different light transmittances.
19 is a measurement of the filtration efficiency of nanofibers manufactured according to the method of manufacturing a fine dust filter according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 미세먼지 필터 및 그 제조방법의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 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 a fine dust filter and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. At this time, 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 to clarify the gist of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 미세먼지 필터를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 자외선 차단제인 벤조페논의 UV 흡수 메커니즘을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 미세먼지 필터의 여과 성능을 확인하기 위한 장치의 사진이고, 도 4 내지 도 5는 벤조페논의 함량에 따른 미세먼지 필터의 여과 효율, 압력 강하 및 응력 변형을 측정한 것이며, 도 6은 본 발명에 따른 미세먼지 필터 외에 다른 필터들의 365nm 파장의 UV에서 765시간 노출 전후의 여과 효율을 측정한 것이고, 도 7 내지 도 8은 본 발명에 따른 미세먼지 필터 및 PBI 필터의 253nm 파장에서의 노출 시간에 따른 여과 효율, 압력 강하 및 응력 변형을 측정한 것이며, 도 9는 UV 노출 시간에 따른 PBI 필터의 사진이고, 도 10의 본 발명에 따른 미세먼지 필터의 강산 침지 전후에 따른 여과 효율, 압력 강하, 응력 변형 및 FT-IR을 측정한 것이며, 도 11은 본 발명에 따른 미세먼지 필터와 다른 필터들의 강산 침지 전후에 따른 여과 효율을 측정한 것이고, 도 12는 본 발명에 따른 미세먼지 필터의 온도에 따른 여과 효율, 압력 강하 및 응력 변형을 측정한 것이며, 도 13 내지 도 16은 본 발명에 따른 미세먼지 필터의 내열성의 실시예를 나타낸 것이고, 도 17은 본 발명의 다른 실시예인 미세먼지 필터의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이며, 도 18은 서로 다른 광투과율을 갖는 미세먼지 필터의 사진이고, 도 19는 본 발명의 다른 실시예인 미세먼지 필터의 제조방법에 따라 제조된 나노섬유의 여과 효율을 측정한 것이다. 1 is a diagram schematically showing a fine dust filter according to the present invention, FIG. 2 is a diagram schematically showing the UV absorption mechanism of benzophenone, which is a UV blocker, and FIG. 3 is a diagram showing the filtration performance of the fine dust filter according to the present invention. It is a photograph of the device for confirming, and FIGS. 4 to 5 are measurements of filtration efficiency, pressure drop, and stress strain of the fine dust filter according to the content of benzophenone, and FIG. 6 is a filter other than the fine dust filter according to the present invention. The filtration efficiency was measured before and after 765 hours of exposure to UV of 365 nm wavelength, and FIGS. 7 to 8 are filtration efficiency, pressure drop and stress according to exposure time at 253 nm wavelength of the fine dust filter and PBI filter according to the present invention. The strain was measured, and FIG. 9 is a photograph of the PBI filter according to the UV exposure time, and the filtration efficiency, pressure drop, stress strain, and FT-IR of the fine dust filter according to the present invention of FIG. 10 were measured before and after immersion in strong acid. 11 shows the filtration efficiency of the fine dust filter according to the present invention and other filters before and after immersion in strong acid, and FIG. 12 shows the filtration efficiency, pressure drop, and stress according to the temperature of the fine dust filter according to the present invention. The deformation is measured, and FIGS. 13 to 16 show an example of heat resistance of the fine dust filter according to the present invention, and FIG. 17 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a fine dust filter according to another embodiment of the present invention, 18 is a photograph of fine dust filters having different light transmittances, and FIG. 19 is a measurement of filtration efficiency of nanofibers manufactured according to the method of manufacturing a fine dust filter according to another embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 미세먼지 필터(10)는 폴리에스테르 메쉬(100) 및 나노섬유(200)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the fine dust filter 10 according to the present invention may include a polyester mesh 100 and nanofibers 200 .

상기 폴리에스테르 메쉬(100)는 폴리에스테르 섬유로 제조된 메쉬로, 집진성, 내구성 및 회복력이 우수하여 상기 나노섬유(200)가 적층되고 지지될 수 있다.The polyester mesh 100 is a mesh made of polyester fibers, and the nanofiber 200 may be laminated and supported because it has excellent dust collection properties, durability and recovery.

상기 나노섬유(200)는 상기 폴리에스테르 메쉬(100) 상에 망 구조로 적층되며, 폴리벤즈이미다졸에 벤조페논을 첨가한 고분자 용액이 전기 방사되어 형성될 수 있고, 상기 폴리에스테르 메쉬(100) 상에 조밀하게 적층되어 상기 미세먼지 필터(10)로 제조될 수 있어 공기 중의 미세먼지를 제거할 수 있다. The nanofiber 200 is laminated on the polyester mesh 100 in a network structure, and may be formed by electrospinning a polymer solution in which benzophenone is added to polybenzimidazole, and the polyester mesh 100 . It can be densely stacked on the surface and manufactured as the fine dust filter 10 , so that fine dust in the air can be removed.

여기서, 상기 폴리벤즈이미다졸(Polybenzimidazole, PBI)은 내열성 고분자로, 유기용매에 잘 녹지 않으며, 높은 열적 안정성을 가지고 있어 기계적, 화학적 내구성이 우수해 태양광으로 인한 고온 또는, 산성비와 같은 환경 조건에서 장시간 안정하게 형태를 유지할 수 있다. Here, the polybenzimidazole (PBI) is a heat-resistant polymer, does not dissolve well in organic solvents, has high thermal stability, and has excellent mechanical and chemical durability in environmental conditions such as high temperature caused by sunlight or acid rain. It can keep its shape stably for a long time.

또한, 상기 벤조페논(Bensophenone, BP)은 자외선 차단제로, 자외선인 UV를 흡수하는 작용기인 하이드록실(Hydroxyl, -OH)에 의해 UV를 흡수하여 차단할 수 있다. In addition, the benzophenone (Bensophenone, BP) is a UV-blocking agent, which can absorb and block UV by hydroxyl (Hydroxyl, -OH), which is a functional group that absorbs UV, which is UV.

도 2를 참조하면, 상기 벤조페논의 UV 흡수 메커니즘을 나타낸 것으로, 상기 벤조페논은 UV 흡수 작용기 (-OH) 및 기본 구조에 부착된 치환기를 함유하며, UV 노출시, 하이드록실 (-OH) 그룹은 제 1 단일항 상태 (S1)로 여기되고, 근처의 -CO 결합과 결합하여 공명 (S1*)을 생성하여, 흡수 된 UV 에너지를 열(S0*)로 방출할 수 있으며, 이와 같은 메커니즘으로 상기 나노섬유(200)에서 외부에서 가해지는 UV를 흡수하여 상기 나노섬유(200)를 UV로부터 보호하여 상기 나노섬유(200)의 손상을 방지할 수 있다. 2, the UV absorption mechanism of the benzophenone is shown. The benzophenone contains a UV absorption functional group (-OH) and a substituent attached to the basic structure, and upon UV exposure, a hydroxyl (-OH) group can be excited to the first singlet state (S1) and generate a resonance (S1*) by combining with a nearby -CO bond, thereby releasing the absorbed UV energy as heat (S0*). It is possible to prevent damage to the nanofiber 200 by absorbing UV applied from the outside in the nanofiber 200 to protect the nanofiber 200 from UV.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 나노섬유(200)를 형성하는 상기 고분자 용액은, 총 중량을 기준으로 상기 벤조페논을 10 중량% 포함할 수 있다.3 to 5 , the polymer solution forming the nanofiber 200 may include 10% by weight of the benzophenone based on the total weight.

먼저, 상기 고분자 용액은, 디메틸아세트아미드에 상기 폴리벤즈이미다졸을 용해하여 16 중량%의 폴리벤즈이미다졸 용액을 제조하고, 상기 폴리벤즈이미다졸 용액과 상기 벤조페논을 9 : 1의 중량비로 혼합하여 상기 고분자 용액을 제조할 수 있으며, 이하에서 PBI-BP 10 중량%는 상기 폴리벤즈이미다졸 용액과 상기 벤조페논이 9 : 1의 중량비로 혼합된 상기 고분자 용액으로 형성된 상기 나노섬유를 의미하고, PBI-BP 20 중량%는 상기 폴리벤즈이미다졸 용액과 상기 벤조페논이 8 : 2의 중량비로 혼합된 고분자 용액으로 형성된 나노섬유를 의미하며, PBI-BP 30 중량%는 상기 폴리벤즈이미다졸 용액과 상기 벤조페논이 7 : 3의 중량비로 혼합된 고분자 용액으로 형성된 나노섬유를 의미한다.First, the polymer solution is prepared by dissolving the polybenzimidazole in dimethylacetamide to prepare a 16 wt% polybenzimidazole solution, and mixing the polybenzimidazole solution and the benzophenone in a weight ratio of 9: 1 to prepare the polymer solution, hereinafter, PBI-BP 10% by weight means the nanofiber formed from the polymer solution in which the polybenzimidazole solution and the benzophenone are mixed in a weight ratio of 9: 1, 20 wt% of PBI-BP means nanofibers formed of a polymer solution in which the polybenzimidazole solution and the benzophenone are mixed in a weight ratio of 8: 2, and 30 wt% of PBI-BP is the polybenzimidazole solution and It refers to nanofibers formed of a polymer solution in which the benzophenone is mixed in a weight ratio of 7:3.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 미세먼지 필터(10)의 여과 성능을 확인하기 위한 장치로써, 아토마이저(atomizer), PM 카운터(PM counter#1, #2), 풍량계(wind gauge), 압력계(manometer), 송풍기(blower)를 포함할 수 있고, PM 카운터#1과 PM 카운터#2 사이에 상기 미세먼지 필터가 위치하고, KCL PM 및 표준 시험 입자를 상기 장치로 공급하여 여과 성능을 평가할 수 있으며, 자연 환기 조건의 공기 유량에 해당하는 0.35m/s의 공기 유량으로 여과 성능을 평가하였다. Referring to FIG. 3 , as a device for checking the filtration performance of the fine dust filter 10 according to the present invention, an atomizer, PM counters #1 and #2, and a wind gauge are used. , a manometer, and a blower, the fine dust filter is positioned between PM counter #1 and PM counter #2, and KCL PM and standard test particles are supplied to the device to evaluate filtration performance. The filtration performance was evaluated with an air flow rate of 0.35 m/s, which corresponds to the air flow rate under natural ventilation conditions.

도 4를 참조하면, 상기 벤조페논 함량에 따른 여과 효율을 확인한 것으로, 상기 고분자 용액에 상기 벤조페논의 함량을 0, 10, 20, 30 중량% 첨가하여 65Pa의 초기 압력강하를 갖는 상기 미세먼지 필터(10)를 제조하여 상기 장치를 통해 상기 미세먼지 필터(10)의 여과 효율을 확인한 결과, 상기 벤조페논의 함량이 0 중량%일 때와 10 중량% 일 때는 여과 효율이 유사한 반면, 20 중량%에서 부터 여과효율이 급격하게 저하되는 것을 확인할 수 있으며, 이는 상기 벤조페논의 함량이 증가함에 따라 상기 미세먼지 필터(10)의 상기 나노섬유(200)가 두꺼워져 여과 효율이 저하될 수 있고, 이에 따라, 상기 미세먼지 필터(10)의 여과 효율 저하를 방지하기 위해서는 상기 벤조페논을 10 중량% 함유하는 것이 가장 바람직하다.Referring to FIG. 4 , the filtration efficiency according to the benzophenone content was confirmed. The fine dust filter having an initial pressure drop of 65 Pa by adding 0, 10, 20, or 30 wt % of the benzophenone to the polymer solution. As a result of manufacturing (10) and checking the filtration efficiency of the fine dust filter 10 through the device, the filtration efficiency was similar when the benzophenone content was 0 wt% and 10 wt%, whereas 20 wt% It can be seen that the filtration efficiency is rapidly reduced from Accordingly, in order to prevent a decrease in the filtration efficiency of the fine dust filter 10, it is most preferable to contain 10% by weight of the benzophenone.

이어서, 도 5를 참조하면, 상기 벤조페논 함량에 따른 상기 미세먼지 필터(10)의 응력 변형을 조사한 결과, 상기 벤조페논의 함량이 0 중량%일 때와 10 중량%일 때는 응력 변형이 유사한 반면, 20 중량%부터 응력 변형이 저하되는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라, 상기 미세먼지 필터(10)의 응력 변형 저하를 방지하기 위해서는 상기 벤조페논을 10 중량% 함유하는 것이 가장 바람직하다.Then, referring to FIG. 5 , as a result of examining the stress strain of the fine dust filter 10 according to the benzophenone content, when the benzophenone content is 0 wt% and 10 wt%, the stress strain is similar, whereas , it can be seen that the stress strain is reduced from 20 wt%, and accordingly, it is most preferable to contain 10 wt% of the benzophenone in order to prevent the reduction in the strain strain of the fine dust filter 10 .

따라서, 상기 미세먼지 필터(10)의 상기 나노섬유(200)는 상기 벤조페논을 10 중량% 함유할 때, 여과 효율 및 응력 변형의 저하를 최소화 할 수 있다.Accordingly, when the nanofiber 200 of the fine dust filter 10 contains 10 wt% of the benzophenone, it is possible to minimize the decrease in filtration efficiency and stress strain.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 상기 미세먼지 필터(10)는 UV로부터 상기 나노섬유(200)의 안정성을 확보할 수 있다.6 to 9 , the fine dust filter 10 may secure the stability of the nanofiber 200 from UV rays.

먼저, UV의 경우, 파장에 따라서 크게 세 가지 종류로 구분할 수 있으며, 320 내지 400nm는 장파장 자외선은 UVA, 280 내지 320nm는 중파장 자외선인 UVB, 200 내지 280nm는 단파장 자외선은 UVC로 구분할 수 있으며, UVA는 오존층에 흡수되지 않아 구름과 유리를 쉽게 통과하여 지표면에 도달하고, UVB는 대부분 오존층에 흡수되고 일부만 지표면에 도달하며, UVC는 오존층에 완전히 흡수되지만, 염색체 변이를 일으키고 생명체 해로운 영향을 미치는 자외선으로, 상기 미세먼지 필터(10)의 UV에 대한 성능은 UVA에 해당하는 365nm 파장과 UVC에 해당하는 253nm 파장에서 측정하였다. First, in the case of UV, it can be largely divided into three types depending on the wavelength, 320 to 400 nm long wavelength UVA UVA, 280 to 320 nm medium wavelength UVB UVB, 200 to 280 nm short wavelength UVC UVC, UVA is not absorbed by the ozone layer, so it easily passes through clouds and glass to reach the earth's surface, UVB is mostly absorbed by the ozone layer and only some reaches the earth's surface. As a result, the UV performance of the fine dust filter 10 was measured at a wavelength of 365 nm corresponding to UVA and a wavelength of 253 nm corresponding to UVC.

상기 벤조페논을 10 중량% 함유한 상기 미세먼지 필터(10)를 제조하고(이하, PBI-BP 필터), 이의 대조군으로 폴리벤즈이미다졸 필터(이하, PBI 필터), 나일론-6 필터(이하, PA-6 필터), 폴리비닐피롤리돈 필터(이하, PVP 필터), 폴리비닐알코올 필터(이하, PVA 필터)를 각각 제조하여 UV에 대한 성능을 측정하였다. The fine dust filter 10 containing 10% by weight of the benzophenone was prepared (hereinafter, PBI-BP filter), and as a control thereof, a polybenzimidazole filter (hereinafter, PBI filter), a nylon-6 filter (hereinafter, PA-6 filter), a polyvinylpyrrolidone filter (hereinafter, a PVP filter), and a polyvinyl alcohol filter (hereinafter, a PVA filter) were prepared, respectively, and UV performance was measured.

도 6을 참조하면, 일반적인 365nm 파장의 UV에서 765시간 노출 전후의 여과 효율을 측정한 것으로, 노출 전에는 5개의 필터 모두 우수한 여과 효율을 나타내지만, 765시간 이후에는 PBI 필터, 미세먼지 필터(PBI-BP 10 중량%)를 제외한 나머지 세개의 필터에서 여과 효율이 저하되었으며, 이에 따라 일반적인 UV 파장인 365nm에서는 PBI 및 미세먼지 필터(PBI-BP 10중량%) 모두 우수한 UV 내성을 가진 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the filtration efficiency was measured before and after 765 hours of exposure to UV of a general 365 nm wavelength, and all five filters showed excellent filtration efficiency before exposure, but after 765 hours, the PBI filter and the fine dust filter (PBI- The filtration efficiency was lowered in the remaining three filters except for BP 10 wt %), and accordingly, it can be seen that both PBI and fine dust filters (PBI-BP 10 wt %) have excellent UV resistance at 365 nm, which is a general UV wavelength.

이어서, UVA에 해당하는 장파장 자외선으로부터 UV 내성이 확인된 상기 PBI 필터 및 미세먼지 필터(PBI-BP 10중량%)에 있어서, 더 강한 파장인 UVC에 해당하는 단파장 자외선으로부터의 UV 내성을 확인하였다. Then, in the PBI filter and the fine dust filter (PBI-BP 10% by weight), in which UV resistance was confirmed from long-wavelength ultraviolet rays corresponding to UVA, UV resistance from short-wavelength ultraviolet rays corresponding to UVC, which is a stronger wavelength, was confirmed.

도 7을 참조하면, 365nm 보다 더 강한 253nm 파장에서의 노출 시간에 따른 여과 효율 및 압력 강하를 측정한 것으로, 상기 PBI 필터는 6시간부터 급격하게 여과 효율과 압력 강하가 저하되는 반면, 상기 미세먼지 필터(PBI-BP 10중량%)는 8시간까지도 비교적 우수한 여과 효율인 80%를 나타내고, 40Pa 이상의 압력 강하를 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7 , the filtration efficiency and pressure drop according to exposure time at 253 nm wavelength, which is stronger than 365 nm, are measured. The filter (PBI-BP 10% by weight) exhibits a relatively good filtration efficiency of 80% even for 8 hours, and a pressure drop of 40Pa or more can be confirmed.

또한, 도 8을 참조하면, 235nm 파장에서의 노출 시간에 따른 응력 변형을 측정한 것으로, 상기 PBI 필터는 6시간부터 급격하게 강도가 저하되는 반면, 상기 미세먼지 필터(PBI-BP 10중량%)는 비교적 8시간까지도 비교적 우수한 강도인 50kPa를 나타내는 것을 확인할 수 있다. In addition, referring to FIG. 8 , the stress strain according to exposure time at 235 nm wavelength was measured, and the strength of the PBI filter rapidly decreased from 6 hours, while the fine dust filter (PBI-BP 10 wt%) It can be seen that shows a relatively excellent strength of 50 kPa up to 8 hours.

이는, 강한 단파장 UV에 장시간 노출됨에 따라 상기 PBI 필터가 손상되어 여과 효율, 압력 강하 및 강도가 저하되는 것으로, 도 9를 참조하면, UV 노출 시간에 따라 손상된 상기 PBI 필터를 확인할 수 있으며, 반면에, 상기 미세먼지 필터(PBI-BP 10중량%)는, 자외선 차단제인 상기 벤조페논에 의해 UV가 흡수되고 차단되며, 상기 미세먼지 필터가 UV로부터 보호되어 물리적 손상이 거의 발생하지 않아 여과 효율, 압력 강하 및 강도의 저하를 최소화 할 수 있다. This is that the PBI filter is damaged as a result of prolonged exposure to strong short-wavelength UV, and filtration efficiency, pressure drop, and strength are lowered. , The fine dust filter (PBI-BP 10% by weight) absorbs and blocks UV by the benzophenone, which is a UV blocker, and the fine dust filter is protected from UV and hardly causes physical damage, so filtration efficiency, pressure It is possible to minimize the drop and decrease in strength.

따라서, 본 발명에 따른 상기 미세먼지 필터는 장파장 및 단파장 자외선에서 장시간 노출 되어도, 상기 벤조페논에 의해 상기 나노섬유(200)가 보호되어 상기 PBI 필터보다 우수한 UV 내성을 확보할 수 있으며, 이는 태양광과 같은 외부환경에 노출되어도 장기적으로 안정하게 미세먼지를 여과할 수 있음을 의미한다. Therefore, in the fine dust filter according to the present invention, even when exposed to long-wavelength and short-wavelength ultraviolet rays for a long time, the nanofiber 200 is protected by the benzophenone, thereby securing superior UV resistance than the PBI filter. It means that fine dust can be reliably filtered in the long term even when exposed to external environments such as

도 10을 참조하면, 상기 미세먼지 필터(10)는 강산으로부터 상기 나노섬유(200)의 안정성을 확보할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the fine dust filter 10 may secure the stability of the nanofiber 200 from strong acids.

먼저, 도 10의 (a)를 참조하면, UV에 대해서 우수한 내성을 확보한 상기 미세먼지 필터(10)의 강산 침지 전후의 여과 효율 및 압력강하를 측정한 것으로, 강산으로는 HCl, HF, HNO3가 사용되었으며, 상기 미세먼지 필터(10)를 60분 동안 침지한 후에 PM2.5에 대한 여과 효율을 확인한 결과, 강산 처리 전과 유사한 여과 효율 및 압력 강하를 나타내었으며, 도 10의 (b)는 강산 침지 전후의 상기 미세먼지 필터(10)의 응력 변형을 측정한 것으로, 강산 침지 전과 유사한 응력 변형 곡선을 유지하였으며, 이에 따라 상기 미세먼지 필터(10)는 우수한 화학적 안정성을 가진 것을 확인할 수 있다. First, referring to (a) of FIG. 10 , the filtration efficiency and pressure drop of the fine dust filter 10 securing excellent resistance to UV were measured before and after immersion in strong acid. was used, and as a result of checking the filtration efficiency for PM2.5 after immersing the fine dust filter 10 for 60 minutes, the filtration efficiency and pressure drop were similar to those before the strong acid treatment. The stress strain of the fine dust filter 10 before and after immersion was measured, and a stress strain curve similar to that before immersion in strong acid was maintained. Accordingly, it can be confirmed that the fine dust filter 10 has excellent chemical stability.

또한, 도 10의 (c)를 참조하면, 강산 침지 전후의 상기 미세먼지 필터(10)의 FT-IR을 측정한 것으로, 침지 전의 상기 미세먼지 필터(10)의 피크와 강산에 침지된 상기 미세먼지 필터(10)의 피크가 거의 유사한 것으로 보아, 상기 미세먼지 필터(10)의 화학적 결합이 강산에 의해 영향을 받지 않았음을 의미하며, 이는 상기 미세먼지 필터(10)의 내화학성이 우수함을 의미한다. Also, referring to (c) of FIG. 10 , the FT-IR of the fine dust filter 10 before and after immersion in a strong acid was measured. The peak of the fine dust filter 10 before immersion and the fine dust immersed in a strong acid Since the peaks of the filter 10 are almost similar, it means that the chemical bonding of the fine dust filter 10 is not affected by the strong acid, which means that the fine dust filter 10 has excellent chemical resistance. .

이어서, 도 11을 참조하면, 상기 미세먼지 필터(PBI-BP 10중량%)와 다른 대조군들을 강산 침지 전후의 여과 효율을 측정한 것으로, 강산 침지 전에는 5개의 필터가 모두 우수한 여과 효율을 나타내지만, 강산 침지 후에는 모든 산에 있어서, 상기 미세먼지 필터(PBI-BP 10중량%)와 PBI 필터만이 여과 효율을 유지하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 기본적으로 화학적 내구성이 우수한 상기 폴리벤즈이미다졸에 의한 것으로 확인할 수 있다. Subsequently, referring to FIG. 11 , the filtration efficiency of the fine dust filter (PBI-BP 10% by weight) and other controls was measured before and after immersion in strong acid, and all five filters showed excellent filtration efficiency before immersion in strong acid, After immersion in strong acid, it can be seen that, in all acids, only the fine dust filter (PBI-BP 10% by weight) and the PBI filter maintain filtration efficiency, which is basically due to the polybenzimidazole having excellent chemical durability. can be confirmed as

도 12를 참조하면, 상기 미세먼지 필터(10)는 고온으로부터 상기 나노섬유(200)의 안정성을 확보할 수 있다. Referring to FIG. 12 , the fine dust filter 10 may secure the stability of the nanofiber 200 from high temperatures.

먼저, 도 12의 (a)는 상기 미세먼지 필터(10)의 내열성 시험 장치로, 열판상의 상기 미세먼지 필터(10)를 400℃까지 가열할 수 있다. First, (a) of FIG. 12 is an apparatus for testing the heat resistance of the fine dust filter 10, in which the fine dust filter 10 on a hot plate can be heated to 400°C.

도 12의 (b)는 온도 변화에 따른 상기 미세먼지 필터(10)의 여과 효율 및 압력 강하를 측정한 것으로, 온도가 400℃까지 증가하여도 상기 미세먼지 필터(10)의 여과 효율은 저온과 고온에서 96%의 높은 수준으로 유지되고, 압력 강하 또한 저온에서 고온에서 변화 없이 일정한 수준으로 유지되는 것을 확인할 수 있으며, 도 12의 (c)는 25℃와 400℃ 일때의 상기 미세먼지 필터(10)의 응력 변형을 측정한 것으로, 온도에 관계없이 동일한 강도를 나타내는 것을 확인할 수 있고, 이는 상기 미세먼지 필터(10)의 내열성이 우수함을 의미하며, 고온에서도 높은 효율로 공기를 여과할 수 있음을 의미한다. 12(b) shows the filtration efficiency and pressure drop of the fine dust filter 10 according to the temperature change. Even when the temperature is increased to 400° C., the filtration efficiency of the fine dust filter 10 is the same as at low temperature. It can be seen that the high level of 96% is maintained at high temperature, and the pressure drop is also maintained at a constant level without change at high temperature at low temperature. ), it can be seen that the same strength is exhibited regardless of the temperature, which means that the fine dust filter 10 has excellent heat resistance, and can filter air with high efficiency even at high temperatures. it means.

예를 들어, 도 13을 참조하면, 상기 미세먼지 필터(10)를 오토바이의 배기구에 설치하여 배기가스의 여과 전후를 촬영한 것으로, 오토바이의 배기구는 300 내지 400℃의 고온 상태이고, 도 14는 여과 전후의 상기 미세먼지 필터(10)의 SEM 이미지로, 여과 전에는 상기 미세먼지 필터(10)의 상기 나노섬유(200)에 이물과 손상 없이 온전한 상태를 확인할 수 있고, 여과 후에는 오토바이 연료의 연소에 따라 유기 화합물이 배출되어 상기 미세먼지 필터(10)에 여과된 것을 확인할 수 있으며, 일부 보이는 상기 나노섬유(200)에 끊어짐과 같은 손상이 없는 것으로 보아 고온에서도 상기 미세먼지 필터(10)의 손상없이 유기 물질의 여과가 가능함을 확인할 수 있다. For example, referring to FIG. 13 , the fine dust filter 10 is installed at the exhaust port of a motorcycle to photograph before and after filtering of exhaust gas. With the SEM image of the fine dust filter 10 before and after filtration, it is possible to check an intact state without foreign substances and damage to the nanofiber 200 of the fine dust filter 10 before filtration, and after filtration, combustion of motorcycle fuel Accordingly, it can be confirmed that the organic compound is discharged and filtered by the fine dust filter 10, and it can be seen that there is no damage such as breakage in the nanofiber 200, which is seen in part, so that the fine dust filter 10 is damaged even at high temperature. It can be confirmed that filtration of organic substances is possible without

여기서, 도 15를 참조하면, 상기 미세먼지 필터(10)에 여과된 오토바이 배기가스의 화학적 조성을 X- 선 광전자 분광법으로 분석한 결과를 나타낸 것으로, C 1 -s 신호의 피크에는 C-C (284.6 eV) 및 C-O (286.5 eV) 결합의 2 개의 주요 피크가 확인되는데, 이들은 일반적으로 가솔린의 연소에 의해 생성된 유기 입자로부터 관찰될 수 있으며, 이에 따라 상기 미세먼지 필터(10)는 고온에서도 유기 입자 및 무기 입자의 여과에 유용할 수 있다. Here, referring to FIG. 15 , the chemical composition of the motorcycle exhaust gas filtered by the fine dust filter 10 is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy, and the peak of the C 1 -s signal is C-C (284.6 eV) and C—O (286.5 eV) bonding, two main peaks are identified, which can be generally observed from organic particles produced by combustion of gasoline. It may be useful for filtration of particles.

또한, 도 16을 참조하면, 상기 미세먼지 필터(10)의 광투과율에 따른 오토바이 배기가스의 여과 효율 및 압력강하를 나타낸 것으로, 광투과율이 낮을수록 여과 효율 및 압력 강하가 높아지는 것을 확인할 수 있으며, 상기 미세먼지 필터(10)는 광투과율 50% 일 때 80% 이상의 여과 효율 및 50kPa 이상의 압력 강하를 확보할 수 있다. In addition, referring to FIG. 16 , the filtration efficiency and pressure drop of motorcycle exhaust gas according to the light transmittance of the fine dust filter 10 are shown. It can be seen that the lower the light transmittance, the higher the filtration efficiency and pressure drop, The fine dust filter 10 may secure a filtration efficiency of 80% or more and a pressure drop of 50 kPa or more when the light transmittance is 50%.

이상으로, 본 발명에 따른 미세먼지 필터의 일 실시예를 설명하였으며, 이하는 본 발명의 다른 실시예인 미세먼지 필터의 제조방법에 대해 설명한다. In the above, an embodiment of the fine dust filter according to the present invention has been described, and below, a method of manufacturing the fine dust filter according to another embodiment of the present invention will be described.

도 17을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예인 폴리에스테르 메쉬(100) 및 나노섬유(200)를 포함하는 미세먼지 필터(10)의 제조방법은, 용액준비단계(S100), 용액투입단계(S200), 메쉬준비단계(S300), 나노섬유형성단계(S400), 필터분리단계(S500)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 17 , the method of manufacturing the fine dust filter 10 including the polyester mesh 100 and the nanofiber 200 according to another embodiment of the present invention includes a solution preparation step (S100) and a solution input step (S200). ), a mesh preparation step (S300), a nanofiber forming step (S400), and a filter separation step (S500) may be included.

상기 용액준비단계(S100)는 상기 폴리벤즈이미다졸과 벤조페논을 혼합하여 고분자 용액을 준비하는 단계로, 내열성 및 내화학성이 우수한 폴리벤즈이미다졸과 자외선 차단제인 벤조페논에 의해 태양광으로 인한 자외선, 고온, 산성비와 같은 외부 환경으로부터 상기 나노섬유(200)의 내구성이 우수할 수 있다. The solution preparation step (S100) is a step of preparing a polymer solution by mixing the polybenzimidazole and benzophenone, and ultraviolet rays caused by sunlight by using polybenzimidazole excellent in heat resistance and chemical resistance and benzophenone as a UV blocker , high temperature, from the external environment such as acid rain, the durability of the nanofiber 200 may be excellent.

여기서, 상기 용액준비단계(S100)는 폴리벤즈이미다졸용액준비단계(S110) 를 포함할 수 있다. Here, the solution preparation step (S100) may include a polybenzimidazole solution preparation step (S110).

상기 폴리벤즈이미다졸용액준비단계(S110)는 16 중량%의 폴리벤즈이미다졸용액을 준비하는 단계로, 디메틸아세트아미드를 용매로 하여 상기 폴리벤즈이미다졸을 16 중량% 첨가하여 용해시켜 제조할 수 있다. The polybenzimidazole solution preparation step (S110) is a step of preparing a 16 wt% polybenzimidazole solution, and can be prepared by dissolving 16 wt% of the polybenzimidazole using dimethylacetamide as a solvent. have.

또한, 상기 용액준비단계(S100)는 벤조페논혼합단계(S120)를 더 포함할 수 있다. In addition, the solution preparation step (S100) may further include a benzophenone mixing step (S120).

상기 벤조페논혼합단계(S120)는 상기 폴리벤즈이미다졸 용액과 상기 벤조페논을 9 : 1의 중량비로 혼합하는 단계로, 16 중량%의 상기 폴리벤즈이미다졸 용액을 9의 중량비로 투입하고, 상기 벤조페논을 1의 중량비로 투입하여 10 중량%의 상기 벤조페논을 포함하는 상기 고분자 용액을 제조할 수 있다. The benzophenone mixing step (S120) is a step of mixing the polybenzimidazole solution and the benzophenone in a weight ratio of 9: 1, 16% by weight of the polybenzimidazole solution is added in a weight ratio of 9, and the By adding benzophenone in a weight ratio of 1, the polymer solution containing 10% by weight of the benzophenone may be prepared.

이렇게 제조된 상기 고분자 용액은 상기 폴리벤즈이미다졸에 의해 우수한 내열성 및 내화학성을 확보하고, 상기 벤조페논에 의해 우수한 UV 내성을 확보할 수 있어 태양광으로 인한 고온, 산성비와 같은 외부 환경으로부터 내구성이 우수한 상기 나노섬유(200)를 제조할 수 있다. The polymer solution prepared in this way has excellent heat resistance and chemical resistance by the polybenzimidazole, and excellent UV resistance by the benzophenone, so that it is durable from external environments such as high temperature and acid rain caused by sunlight. The excellent nanofiber 200 can be manufactured.

여기서, 상기 벤조페논은 자외선 차단제로서, 자외선인 UV를 흡수하는 작용기인 하이드록실(Hydroxyl, -OH)에 의해 UV가 흡수되어 차단할 수 있으며, 상기 고분자 용액에 함유됨으로써 UV를 흡수하여 상기 폴리벤즈이미다졸을 보호할 수 있어 상기 나노섬유의 내구성을 향상 시킬 수 있다. Here, the benzophenone is a UV blocker, and UV is absorbed and blocked by hydroxyl (Hydroxyl, -OH), which is a functional group that absorbs UV, which is UV, and can be blocked by absorbing UV by being contained in the polymer solution. It is possible to protect the dazole can improve the durability of the nanofiber.

상기 용액투입단계(S200)는 상기 고분자 용액을 실린지에 투입하는 용액투입단계로, 상기 고분자 용액을 23 게이지의 금속 니들 팁이 구비된 10ml 실린지에 주입되어 전기 방사 장치에 장착될 수 있다. The solution injecting step (S200) is a solution injecting step of injecting the polymer solution into a syringe, and the polymer solution is injected into a 10ml syringe equipped with a 23 gauge metal needle tip, and may be mounted on an electrospinning device.

상기 메쉬준비단계(S300)는 상기 실리지와 전기적으로 접지된 금속 콜렉터에 폴리에스테르 메쉬(100)를 준비하는 단계로, 상기 폴리에스테르 메쉬(100)의 상면에 상기 고분자 용액이 전기 방사되어 상기 나노섬유(200)를 형성할 수 있다. The mesh preparation step (S300) is a step of preparing a polyester mesh 100 in a metal collector electrically grounded with the sealage, and the polymer solution is electrospun on the upper surface of the polyester mesh 100, so that the nanofiber (200) can be formed.

상기 나노섬유형성단계(S400)는 상기 실린지와 금속 콜렉터에 전압을 가하여 상기 폴리에스테르 메쉬(100)에 상기 고분자 용액을 방사하는 단계로, 주입 속도는 0.2ml/h, 금속 니들 팁과 금속 콜렉터 사이의 거리는 10cm로 설정될 수 있으며, 14kV/cm의 고전압을 가하여 상기 고분자 용액을 상기 폴리에스테르 메쉬(100) 상으로 방사하여 상기 나노섬유(200)를 형성할 수 있고, 상기의 주입 속도, 거리 및 전압의 설정으로 상기 나노섬유(200)를 형성하는 경우, 250 nm의 평균 직경을 갖는 상기 나노섬유(200)를 형성할 수 있다. The nanofiber forming step (S400) is a step of radiating the polymer solution to the polyester mesh 100 by applying a voltage to the syringe and the metal collector, the injection rate is 0.2ml/h, the metal needle tip and the metal collector The distance between them may be set to 10 cm, and the polymer solution may be spun onto the polyester mesh 100 by applying a high voltage of 14 kV/cm to form the nanofiber 200, and the injection speed, distance And when forming the nanofiber 200 by setting the voltage, it is possible to form the nanofiber 200 having an average diameter of 250 nm.

여기서, 도 18을 참조하면, 상기 벤조페논을 10 중량% 함유한 상기 고분자 용액의 전기 방사 시간을 달리하여 80 %, 65 % 및 50 %의 서로 다른 광투과율(T)을 갖는 상기 미세먼지 필터(10)를 제조한 것으로, 상기 미세먼지 필터(10)는 전기 방사 시간에 따라 광투과율이 달라질 수 있으며, 여기서, 외부 물체는 50 % 광투과율에서도 명확하게 구별 될 수 있다. Here, referring to FIG. 18, the fine dust filter having different light transmittances (T) of 80%, 65%, and 50% by varying the electrospinning time of the polymer solution containing 10% by weight of the benzophenone ( 10), the light transmittance of the fine dust filter 10 may vary depending on the electrospinning time, and here, an external object can be clearly distinguished even with a light transmittance of 50%.

또한, 도 19의 (a)를 참조하면, 상기 나노섬유(200)의 직경에 따른 여과 효율을 초기 압력 강하 65 Pa로 설정하여 측정한 것으로, 140nm 및 250nm의 평균 직경인 상기 나노섬유(200)의 PM2.5 여과 효율은 모두 96 %로 우수하지만, 평균 직경이 450 nm 인 상기 나노섬유(200)는 비교적 낮은 여과 효율을 확인할 수 있다. In addition, referring to FIG. 19 (a), the filtration efficiency according to the diameter of the nanofiber 200 was measured by setting the initial pressure drop to 65 Pa, and the nanofiber 200 having an average diameter of 140 nm and 250 nm. Although the PM2.5 filtration efficiency of all is excellent at 96%, the nanofiber 200 having an average diameter of 450 nm can confirm a relatively low filtration efficiency.

여기서, 도 19의 (b)를 참조하면, 상기 미세먼지 필터(10)의 압력 강하에 대한 입자의 여과속도 비율을 성능지수(QF)로 나타낸 것으로, 상기 나노섬유(200)의 최적 직경을 결정하기 위해, 각각의 성능지수(QF)가 계산되었으며, 여기서 가장 높은 값은 250 nm의 직경으로 확인됨에 따라, 상기 미세먼지 필터(10)의 나노섬유(200)는 상기 벤조페논을 10 중량% 함유한 상기 고분자 용액을 상기의 주입 속도, 거리 및 전압의 설정으로 전기 방사하여 최적의 직경으로 형성될 수 있다. Here, referring to FIG. 19(b), the ratio of the filtration speed of the particles to the pressure drop of the fine dust filter 10 is expressed as a figure of merit (QF), and the optimal diameter of the nanofiber 200 is determined. In order to do this, each figure of merit (QF) was calculated, where the highest value was found to be a diameter of 250 nm, so the nanofiber 200 of the fine dust filter 10 contained 10% by weight of the benzophenone. As long as the polymer solution is electrospinning with the setting of the injection speed, distance, and voltage, it can be formed with an optimal diameter.

다시, 도17을 참조하면, 상기 필터분리단계(S500)는 상기 폴리에스테르 메쉬(100)를 금속 콜렉터로부터 분리하는 단계로, 상기 고분자 용액이 전기 방사되어 형성된 상기 나노섬유(200)가 적층된 상기 폴리에스테르 메쉬(100)를 전기 방사 장치로부터 분리함으로써 상기 미세먼지 필터(10)를 제조할 수 있다. Again, referring to FIG. 17, the filter separation step (S500) is a step of separating the polyester mesh 100 from the metal collector, in which the nanofiber 200 formed by electrospinning the polymer solution is laminated. The fine dust filter 10 may be manufactured by separating the polyester mesh 100 from the electrospinning device.

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 described in the claims below. can be modified or changed in various ways.

10 : 미세먼지 필터
100 : 폴리에스테르 메쉬
200 : 나노섬유
S100 : 용액준비단계
S110 : 폴리벤즈이미다졸용액준비단계
S120 : 벤조페논첨가단계
S200 : 용액투입단계
S300 : 메쉬준비단계
S400 : 나노섬유형성단계
S500 : 필터분리단계
10: fine dust filter
100: polyester mesh
200: nanofiber
S100: solution preparation step
S110: polybenzimidazole solution preparation step
S120: benzophenone addition step
S200: solution input step
S300: Mesh preparation stage
S400: nanofiber formation step
S500: filter separation step

Claims (6)

폴리에스테르 메쉬;
상기 폴리에스테르 메쉬 상에 적층된 나노섬유;를 포함하되,
상기 나노섬유는,
폴리벤즈이미다졸과 벤조페논을 포함한 고분자 용액이 전기 방사되어 형성되며,
상기 고분자 용액은,
총 중량을 기준으로 상기 벤조페논을 10 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 필터.
polyester mesh;
Including; nanofibers laminated on the polyester mesh;
The nanofiber is
It is formed by electrospinning a polymer solution containing polybenzimidazole and benzophenone,
The polymer solution is
A fine dust filter comprising 10% by weight of the benzophenone based on the total weight.
제 1항에 있어서,
상기 고분자 용액은,
16 중량%의 폴리벤즈이미다졸 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 필터.
The method of claim 1,
The polymer solution is
A fine dust filter comprising 16% by weight of a polybenzimidazole solution.
제 2항에 있어서,
상기 폴리벤즈이미다졸 용액은,
디메틸아세트아미드를 포함하여,
총 중량 기준으로 상기 폴리벤즈이미다졸이 16 중량% 용해되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 필터.
3. The method of claim 2,
The polybenzimidazole solution is
including dimethylacetamide;
A fine dust filter, characterized in that 16% by weight of the polybenzimidazole is dissolved based on the total weight.
폴리에스테르 메쉬와 나노섬유를 포함하되, 상기 나노섬유는 폴리벤즈이미다졸과 벤조페논을 포함하는 미세먼지 필터의 제조방법에 있어서,
상기 폴리벤즈이미다졸과 벤조페논을 혼합하여 고분자 용액을 준비하는 용액준비단계;
상기 고분자 용액을 실린지에 투입하는 용액투입단계;
상기 실린지와 전기적으로 접지된 금속콜렉터에 폴리에스테르 메쉬를 준비하는 메쉬준비단계;
상기 실린지와 금속 콜렉터에 전압을 가하여 상기 폴리에스테르 메쉬에 상기 고분자 용액을 방사하는 나노섬유형성단계; 및
상기 나노섬유가 형성된 상기 폴리에스테르 메쉬를 금속 콜렉터로부터 분리하는 필터분리단계;를 포함하고,
상기 용액준비단계는,
상기 고분자 용액 총 중량을 기준으로 상기 벤조페논을 10 중량% 포함하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 필터의 제조방법.
In the method for manufacturing a fine dust filter comprising a polyester mesh and nanofibers, wherein the nanofibers include polybenzimidazole and benzophenone,
A solution preparation step of preparing a polymer solution by mixing the polybenzimidazole and benzophenone;
a solution input step of introducing the polymer solution into a syringe;
Mesh preparation step of preparing a polyester mesh in the metal collector electrically grounded with the syringe;
Nanofiber forming step of spinning the polymer solution on the polyester mesh by applying a voltage to the syringe and the metal collector; and
A filter separation step of separating the polyester mesh on which the nanofibers are formed from a metal collector;
The solution preparation step is
A method of manufacturing a fine dust filter, comprising mixing 10 wt% of the benzophenone based on the total weight of the polymer solution.
제 4항에 있어서,
상기 용액준비단계는,
상기 폴리벤즈이미다졸을 16 중량% 포함하는 폴리벤즈이미다졸용액준비단계를 포함하는 것 특징으로 하는 미세먼지 필터의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The solution preparation step is
A method for producing a fine dust filter, comprising the step of preparing a polybenzimidazole solution containing 16 wt% of the polybenzimidazole.
제 4항 또는 제5항에 있어서,
상기 나노섬유의 평균 직경은 250nm인 것을 특징으로 하는 미세먼지 필터의 제조방법.
6. The method according to claim 4 or 5,
The method of manufacturing a fine dust filter, characterized in that the average diameter of the nanofiber is 250nm.
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