KR102621800B1 - 나노 섬유 필터 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR102621800B1
KR102621800B1 KR1020180114405A KR20180114405A KR102621800B1 KR 102621800 B1 KR102621800 B1 KR 102621800B1 KR 1020180114405 A KR1020180114405 A KR 1020180114405A KR 20180114405 A KR20180114405 A KR 20180114405A KR 102621800 B1 KR102621800 B1 KR 102621800B1
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Abstract

본 발명은, 기재와 상기 기재 상에 형성되고 고분자 나노 섬유 및 고분자 나노 섬유의 번들을 포함하는 다공성층을 포함하는 나노 섬유 필터와 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

나노 섬유 필터 및 그 제조 방법{NANOFIBER FILTER AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 나노 섬유 필터 및 나노 섬유 필터의 제조 방법에 관한 것이다.
필터는 유체 속의 이물질을 걸러내는 여과장치로서 액체필터와 에어필터로 나뉜다. 그 중 에어필터는 가정, 사무실 등 실내 공기 중의 미세 먼지, 미립자, 세균이나 곰팡이 등의 생물입자, 박테리아 등과 같은 생물학적으로 유해한 것을 제거하기 위한 공기 청정기, 에어컨, 공조기, 차량 내부 등에 사용될 수 있으며, 첨단산업의 발달과 함께 첨단제품의 불량방지를 위해 클린룸(Clean room)의 설치에 적용될 수 있다.
또한, 상기 에어 필터는 나노 섬유 필터로 제조될 수 있는데, 상기 나노섬유 필터 (Nanofiber filter)의 대부분은 유사한 크기의 직경으로 구성된 시트(sheet)이거나, 또는 섬유 직경을 달리하여 시트를 제조한 후 다층 매체(multi-layer filter media)로 제작하고 있다.
상기 나노섬유 필터의 기공 크기와 밀도는 대부분 섬유 직경에 의해 결정되며, 섬유 직경이 작아질수록 기공 크기는 작아지고 밀도가 증가하여, 동일 평량 대비 두께가 얇아지는 경향을 보인다. 그러므로, 섬유 직경이 결정되면 기공 크기 및 밀도를 조절하는데 한계가 생기게 된다. 또한, 상기 나노섬유 필터의 두께가 너무 얇으면 많은 양의 먼지를 포집할 수 없기 때문에, 필터의 크기를 넓혀야 한다.
따라서, 먼지 포집 효율을 증가시킬 수 있는 두께와 면적을 가지는 나노 섬유 필터의 개발이 요구된다.
본 발명의 동일 평량 대비 종래보다 밀도를 낮추고 두께를 증가시킬 수 있고 차압에 유리한 먼지 포집용 에어필터 또는 수처리용 필터로 사용하기 적합한 나노 섬유 필터를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 나노 섬유 필터의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는, 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 나노 섬유 다공성층;을 포함하고, 상기 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하는 특징을 갖는 나노 섬유 필터가 제공될 수 있다.
상기 나노 섬유 다공성층에서, 상기 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유: 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들의 개수 비율이 1:1 내지 1:50, 또는 1:2 내지 1:40, 또는 1:3 내지 1:10 일 수 있다.
하기 일반식1에 의하여 정의되는 상기 나노 섬유 다공성층의 다공도가 0.01 내지 0.25 일 수 있다.
[일반식1]
다공도 = 1 - (나노 섬유 다공성층의 밀도 / 나노 섬유 다공성층에 포함되는 고분자 고유의 밀도)
상기 나노 섬유 다공성층에는 1㎛ 내지 30㎛의 단면 최대 직경을 갖는 기공이 존재할 수 있다.
상기 기재의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 상기 기재는 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포일 수 있다.
상기 고분자 나노 섬유 및 고분자 나노 섬유의 번들은 각각 플루오르화 폴리비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리이미드, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함할 수 있다.
상기 기재는 0.1 내지 100 mm의 두께를 가지며, 상기 나노 섬유 다공성층은 0.01 내지 2 mm의 두께를 가질 수 있다.
상기 나노 섬유 필터는 상기 기재와 상기 나노 섬유다공성층 사이에 형성되고 0.1 내지 20 ㎛의 두께를 갖는 접착층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는, 5 내지 20 중량%의 농도로 고분자 수지를 포함하는 방사액을 기재 상에 용액 방사하는 단계;를 포함하는 상술한 나노 섬유 필터를 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
상기 방사액에 포함되는 고분자 수지는 100,000 내지 600,000 의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 상기 중량평균분자량은 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량평균분자량을 의미한다.
상기 용액 방사는 2개 이상의 용액 방사 노즐을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 용액 방사하는 단계는 상기 용액 방사 노즐에서 0.1 내지 1.0 MPa의 압력을 작용하여 상기 방사액을 방사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 용액 방사하는 단계에서 상기 방사액 각각은 토출되는 노즐부에서 가열되어 30 내지 60 ℃의 온도를 가질 수 있다.
상기 기재는 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포일 수 있다.
상기 고분자 수지는 플루오르화 폴리비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리이미드, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 동일 평량 대비 종래보다 밀도를 낮추고 두께를 증가시킬 수 있고 차압에 유리한 먼지 포집용 에어필터로 사용하기 적합한 나노 섬유 필터와 이의 제조 방법이 제공될 수 있으며, 이러한 나노 섬유 필터는 건물 공조용, 공기청정기, 자동차용 캐빈필터 등의 에어필터 또는 수처리용 필터로 사용하기 적합하다.
도 1은 실시예 1의 나노 섬유 다공성층의 FE-SEM 사진이다.
도 2는 실시예1의 나노 섬유 다공성층에 포함되는 고분자 나노 섬유 및 고분자 나노 섬유의 번들 각각의 FE-SEM 사진이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예1 각각의 나노 섬유 다공성층의 FE-SEM 사진이다.
도 4는 실시예 1과 2 및 비교예 1과 2 각각의 공극 크기 분포를 비교한 그래프이다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 나노 섬유 필터 및 나노 섬유 필터의 제조 방법에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 나노 섬유 다공성층;을 포함하고, 상기 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하는 특징을 갖는 나노 섬유 필터가 제공될 수 있다.
본 발명자들은 후술하는 소정의 제조 방법을 통해서, 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하는 나노 섬유 다공성층이 형성된 나노 섬유 필터를 제조하였다.
상기 나노 섬유 필터는 동일 섬유 직경을 가진 시트에서, 다양한 기공 크기의 부여가 가능하면 차압에 유리할 수 있다. 또한, 동일 섬유 직경을 가진 시트에서, 밀도를 감소시키면 동일 평량 대비 두께를 증가시킬 수 있으며 그에 따라 먼지 포집 용량(capacity)을 증가시킬 수 있다.
특히, 상기 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하는데, 이와 같이 상이한 단면 직경을 갖는 고분자 섬유와 고분자 나노 섬유의 번들이 함께 존재함에 따라서, 나노 섬유의 그물 구조가 형성되거나 또는 상기 나노 섬유 다공성층에서 다양한 크기의 기공이 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 나노 섬유 필터동일 평량 대비 종래보다 밀도를 낮추고 두께를 증가시킬 수 있고 차압에 유리한 먼지 포집용 에어필터 또는 수처리용 필터 등으로 사용하기 적합한 특성을 가질 수 있다.
상기 고분자 나노 섬유의 번들은 2개 이상이 고분자 나노 섬유가 결합되어 형성되는 것으로서, 보다 구체적으로 2개 이상, 또는 10개 이상, 또는 20개 이상의 고분자 나노 섬유가 결합되어 형성되는 것일 수 있다.
한편, 상기 나노 섬유 다공성층에서, 상기 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유: 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들의 개수 비율이 1:1 내지 1:50, 또는 1:2 내지 1:40, 또는 1:3 내지 1:10 일 수 있다.
상기 고분자 나노 섬유 대비 고분자 나노 섬유의 번들의 개수 비율이 상술한 범위임에 따라서, 상기 나노 섬유 다공성층 내부에 형성되는 나노 섬유의 그물 구조는 섬유간의 간격을 확보하여 충분한 공극을 형성하는 특징을 가질 수 있다. 이에 따라 상기 구현예의 나노 섬유 필터가 평량 대비 두께를 증가시켜 공기의 흐름을 원활하게 하여 차압을 낮추고, 형성된 공극에 먼지를 포집할 수 있는 포집량이 큰 장점을 가질 수 있다.
상기 고분자 나노 섬유의 번들 대비 나노 섬유의 양이 과다하게 많게 되면, 나노 섬유가 적층되는 과정에 섬유간 압착을 억제시킬 수 없으며, 나노 섬유간 압착이 발생할 경우 그물 구조의 섬유간 간격을 충분히 확보하지 못하여 차압 증가가 쉽게 발생한다. 또한 나노 섬유가 번들 내부를 충진할 수 있어 차압 증가가 이뤄질 수 있다.
기존 나노 섬유 원단은 에어필터에서 대부분 표면 여과 방식으로 이뤄지는데 이는 일정 시간 사용 후 입자의 케이트(cake)층이 필터 표면에 형성되어 차압이 급격히 상승할 수 있다. 이에 반하여, 상기 구현예의 나노 섬유 필터의 나노 섬유 다공성층은 고분자 나노 섬유 번들이 충분하여 나노 섬유간의 충분한 공극을 형성할 수 있으며, 표면 여과 방식과 함께 심층 여과까지 가능한 형태를 가질 수 있다. 그리고, 이러한 특징으로 통해서 나노 섬유로만 이뤄진 필터보다 더 많은 입자를 포집할 수 있으며, 사용 기간에 있어 더 오래 필터로 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 나노 섬유 다공성층은 상기 고분자 나노 섬유와 고분자 나노 섬유의 번들을 함께 포함하고, 이에 따라 특징적인 내부 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 일반식1에 의하여 정의되는 상기 나노 섬유 다공성층의 다공도가 0.01 내지 0.25 일 수 있다.
[일반식1]
다공도 = 1 - (나노 섬유 다공성층의 밀도 / 나노 섬유 다공성층에 포함되는 고분자 고유의 밀도)
또한, 상기 나노 섬유 다공성층 내부에 형성되는 나노 섬유의 그물 구조에 따라서, 내부에서는 다양한 형태의 기공이 존재하게 되는데, 상기 나노 섬유 다공성층에는 1㎛ 내지 30㎛의 단면 최대 직경을 갖는 기공이 존재할 수 있다.
한편, 상기 기재로 사용될 수 있는 재료 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 상기 기재는 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포일 수 있다.
상기 고분자 나노 섬유 및 고분자 나노 섬유의 번들은 각각 플루오르화 폴리비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리이미드, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함할 수 있다.
상기 기재는 0.1 내지 100mm의 두께를 가질 수 있다.
상기 나노 섬유 다공성층은 0.01 내지 2mm의 두께를 가질 수 있다.
상기 나노 섬유 필터는 상기 기재와 상기 나노 섬유다공성층 사이에 형성되고 0.1 내지 20 ㎛의 두께를 갖는 접착층을 더 포함할 수 있다. 상기 접착층에 포함되는 성분이 크게 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 폴리우레탄계 접착제, 폴리비닐알코올계 접착제, 열융착계 접착제 등을 사용할 수 있다
한편, 상기 나노 섬유 필터에서, 상기 나노 섬유 다공성층의 면 밀도는 1 g/m2에서 50 g/m2의 범위가 바람직하다.
또한, 상기 나노 섬유 다공성층은 서로 반복적인 구조로 형성될 수 있으며, 상기 구조는 종래 1종의 나노 섬유만 포함하는 구조에 비해 차압이 낮은 장점이 있다.
상기 나노 섬유 필터는 상대적으로 낮은 밀도를 가지면서 평량 대비 두께가 큰 특성을 가질 수 있으며, 상기 나노 섬유 다공성층의 내부 구조에 따라서 다양한 크기를 갖는 기공이 형성될 수 있고, 이에 따라 차압에 유리한 나노 섬유 시트를 제공할 수 있다. 즉, 상기 나노 섬유 필터는 밀도가 낮고 두께가 두꺼워 먼지 포집 용량(capacity)이 크게 되어 먼지 포집 효율이 향상될 수 있으며, 이에 따라 건물 공조용, 공기청정기, 자동차용 캐빈필터 등의 에어필터 또는 수처리용 필터 등으로 사용하기 적합하다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 5 내지 20 중량%의 농도로 고분자 수지를 포함하는 방사액을 기재 상에 용액 방사하는 단계;를 포함하는 상술한 나노 섬유 필터를 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
5 내지 20 중량%의 농도로 고분자 수지를 포함하는 방사액을 기재 상에 용액 방사 함에 따라서, 최종 제조되는 나노 섬유 필터는 다양한 기공 크기의 부여가 가능하면 밀도를 감소시키면 동일 평량 대비 두께를 증가시킬 수 있으며 그에 따라 먼지 포집 용량(capacity)을 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제조되는 나노 섬유 필터는 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 나노 섬유 다공성층;을 포함하고, 상기 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하는 특징을 가질 수 있다.
상기 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하는데, 이와 같이 상이한 단면 직경을 갖는 고분자 섬유와 고분자 나노 섬유의 번들이 함께 존재함에 따라서, 나노 섬유의 그물 구조가 형성되거나 또는 상기 나노 섬유 다공성층에서 다양한 크기의 기공이 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 나노 섬유 필터동일 평량 대비 종래보다 밀도를 낮추고 두께를 증가시킬 수 있고 차압에 유리한 건물 공조용, 공기청정기, 자동차용 캐빈필터 등의 에어필터 또는 수처리용 필터 등으로 사용하기 적합한 특성을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 방사액에 포함되는 고분자 수지는 100,000 내지 600,000 의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 상기 중량평균분자량은 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량평균분자량을 의미한다.
상기 용액 방사는 2개 이상의 용액 방사 노즐을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 용액 방사하는 단계는 상기 용액 방사 노즐에서 0.1 내지 1.0 MPa의 압력을 작용하여 상기 방사액을 방사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 용액 방사하는 단계에서 상기 방사액 각각은 토출되는 노즐부에서 가열되어 30 내지 60 ℃의 온도를 가질 수 있다.
상기 기재는 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포일 수 있다.
상기 고분자 수지는 플루오르화 폴리비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리이미드, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함할 수 있다.
한편, 상기 구현예의 나노 섬유 필터를 제조하는 방법은 섬유 제조에 사용되는 일반적인 용액 방사 장치를 이용할 수 있다.
예를 들면, 상기 방사 장치는 2이상의 노즐부를 구비한 용액 방사(solution spinning), 용융 방사 (meltblown spinning), 용액 블로잉(solution blowing) 등의 노즐형 방사 장치 등을 사용할 수 있다.
즉, 상기 방사 장치는, 서로 다른 조건의 방사액이 교차 배치될 수 있도록, 적어도 2종 이상의 노즐부가 구비될 수 있다.
상기 방사 장치의 상기 2종 이상의 노즐부는 고분자 용액을 방사하는 노즐부는 적어도 2 내지 10개 반복 배치할 수 있으며, 기재의 크기에 따라 적절히 조절하여 노즐부 갯수를 교대로 반복하여 설치할 수 있다. 상기 방사 장치에서, 노즐부는 0.1㎛ 내지 3mm크기의 유사한 직경을 가질 수 있다.
상기 구현예의 나노 섬유 필터를 제조하는 방법에서, 고분자 용액이 기재로 방사되면, 나노 섬유 웹이 형성될 수 있고, 고분자 용액에 사용된 용매 휘발 및 수분 조절을 위한 건조 방법, 예를 들면 열풍 건조 등의 공정을 거친 후, 캘린더링 공정에 의해 나노 섬유간 결합을 유도하고, 기공 크기 및 두께가 다르게 조절된 나노 섬유 필터가 시트 형태로 제조될 수 있다.
이후, 권취롤을 이용하여 시트를 회수하면 나노 섬유 필터가 롤링된 상태로 제공될 수 있다.
한편, 상기 기재는 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포일 수 있고, 예를 들어 셀룰로오스계 기재가 사용될 수 있다.
상기 셀룰로오스계 기재는 미세 다공 구조를 형성하고 있어서 고온에서 치수 안정성이 좋고, 내열성, 고결정성 등의 나타낼 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 기재 상에 상술한 2종의 방사 용액을 방사하여, 2종의 직경이 다른 나노 섬유 웹이 형성되도록 하여, 별도의 접착제 사용 없이도 나노 섬유 필터를 제조할 수 있다. 이때, 상기 셀룰로오스계 기재는 재생 셀룰로오스 기재, 또는 아크릴 바인더를 사용한 레이온-폴리에스테르계로 구성된 합성 섬유일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이하 상기 구현예들을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 상기 구현예들을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<제조예>
제조예1: 방사액의 제조
디메틸포름아마이드: 톨루엔: 폴리불화비닐리덴(PVDF, 중량평균분자량 350,000)을 78 : 9 : 13 중량비율로 용해 및 혼합한 고분자 용액을 제조하였다.
<실시예: 나노 섬유 필터의 제조>
실시예1
폴리에스터 소재의 정사각형 매쉬 구조를 갖는 0.3㎜ 두께의 기재를 접착제 분사 노즐 및 나노 섬유 형성용 고분자 용액을 방사하는 노즐이 형성된 방사 장치에서 연속적으로 이동시키면서, 접착층 및 나노 섬유 다공성층을 순차적으로 형성하였다.
구체적으로, 상기 기재 상에, 폴리우레탄계 접착제를 멜트블로운(Melt blown) 방법 및 장치를 이용하여 10㎛ 이하의 두께로 접착층을 형성하였다.
그 이후에, 상기 제조예에서 제조된 고분자 용액 방사 시 토출부를 가열하여 40℃로 유지하였으며, 노즐부에 약0.25 MPa의 압력을 적용하는 13개의 노즐을 용액 블로잉(solution blowing) 하여 상기 형성된 접착층 상에 방사하고, 그 이후에 상온 건조하여 나노 섬유 다공성층을 형성하였다.
실시예2
상기 폴리에스터 소재의 정사각형 매쉬 구조의 기재 대신에 폴리프로필렌 부직포(0.3㎜ 두께)를 사용한 점을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 방법으로 실시예2의 나노 섬유 다공성층을 형성하고 나노 섬유 필터을 제조하였다.
<비교예: 나노 섬유 필터의 제조>
비교예1
제1 노즐부 및 제2 노즐부가 교대로 반복 배치되어 있는 노즐형 전기 방사 장치(제품명: Nano NC, Machine 5)를 이용하여 폴리에스터 소재의 정사각형 매쉬 구조를 갖는 0.3㎜ 두께의 기재 상에 상기 제조예에서 제조된 방사액을 을 방사 하였다.
-방사 조건: 디메틸포름아마이드: 폴리아크릴로나이트릴 (PAN, 중량평균 분자량 150,000)을 92:8 중량비율로 용해한 고분자 용액을 사용하였다. 시린지 펌프를 이용하여 시간당 1.5ml 속도로 주입하였으며, 이때 0.86 ㎜ 직경의 전기방사용 노즐에 30kV를 인가하여 나노섬유를 제조하였다.
비교예2
상기 폴리에스터 소재의 정사각형 매쉬 구조의 기재 대신에 폴리프로필렌 부직포(0.3㎜ 두께)를 사용한 점을 제외하고, 비교예1과 동일한 방법으로 방법으로 비교예2의 나노 섬유 다공성층을 형성하고 나노 섬유 필터을 제조하였다.
시험예 1
실시예 및 비교예에서 제조된 나노 섬유 필터에 대하여, SEM 분석 및 porometer 측정을 통해 기공 크기 및 기공도(porosity)를 비교 분석하였다. 또한, 입자 제거효율 및 차압을 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.
디지털 두께 게이지를 이용하여 3개 sample의 ramdom한 위치의 두께를 측정하여 그 평균값을 나타내었다. 측정한 두께와 평량을 바탕으로 사용한 방사 고분자의 밀도를 적용하여 sample의 밀도, 기공도를 계산하였다.
기공의 크기는 PMI (Porous materials Inc)사의 Capillary flow porometer를 사용하여 측정하였으며, 원단을 적절한 크기(3cmХ3cm)로 준비한 후 표면장력을 알고 있는 Galwick 용액을 이용하여 측정하였다.
입자 제거효율은 필터 자동화 측정 장치를 이용하여 입자 제거 효율(%)을 측정하였다. 이때, TSI 사(USA)의 필터자동화 측정장치인 TSI 8130A 장비를 이용하여 32 L/min 의 유량으로 측정하였다. 입자로는 NaCl 을 Aerogel 형태로 분사한 것을 이용하였다.
차압은 필터 자동화 측정 장치를 이용하여 차압(mmAQ)을 측정하였다. 이때, TSI사(USA)의 필터자동화 측정장치인 TSI 8130A 장비를 이용하여 32 L/min의 유량으로 측정하였다
또한, 실시예 1 및 비교예 1 의 FE-SEM 사진을 도 1 내지 도 3에 나타내었다.
고분자 나노 섬유 직경
/
고분자 나노 섬유의 번들의 직경		 평균기공크기
(㎛)		 입자 제거 효율
(%)		 차압
(mmH2O)
실시예1 100 내지 400nm
/ 1 내지 3 ㎛		 14.39 61.4 1.3
실시예2 100 내지 400nm/ 1 내지 5 ㎛ 7.48 87.8 2.9
비교예1 450 내지 550 nm/ - 2.92 60.9 2.6
비교예2 450 내지 550 nm/ - 2.65 83.8 4.3
도 1 내지 3에서, 실시예1의 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재한다는 점이 확인된다.
이에 반하여, 도3에 나타난 바와 같이, 비교예1의 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유가 주로 분포한다는 점이 확인되었다.
표 1 및 도 4에 나타난 바와 같이, Porometer로 측정한 기공의 크기에 있어서, 본 발명의 실시예들의 나노 섬유 필터가 비교예의 나노 섬유 필터에 비하여 상대적으로 큰 평균 기공 크기를 가지면서 낮은 차압을 나타내서 저차압에 유리함을 보였으며, 먼지 포집 효율도 높아진다는 점이 확인되었다.

Claims (13)

  1. 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포인 기재; 및
    상기 기재 상에 형성된 나노 섬유 다공성층;을 포함하고,
    상기 나노 섬유 다공성층의 면 밀도는 1 g/㎡ 내지 50 g/㎡ 이고,
    하기 일반식1에 의하여 정의되는 상기 나노 섬유 다공성층의 다공도가 0.01 내지 0.25이고,
    상기 기재는 0.1 내지 100 mm 의 두께를 가지며, 상기 나노 섬유 다공성층은 0.01 내지 2 mm 의 두께를 가지며,
    상기 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하고,
    상기 고분자 나노 섬유의 번들은 2개 이상의 고분자 나노 섬유가 결합되어 형성되고,
    상기 고분자 나노 섬유 및 고분자 나노 섬유의 번들은 각각 플루오르화 폴리비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리이미드, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하고,
    상기 고분자 나노 섬유 및 고분자 나노 섬유의 번들은 각각 100,000 내지 600,000 의 중량평균분자량을 갖는 고분자를 포함하는,
    상기 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유: 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들의 개수 비율이 1:1 내지 1:50인,
    나노 섬유 필터:
    [일반식1]
    다공도 = 1 - (나노 섬유 다공성층의 밀도 / 나노 섬유 다공성층에 포함되는 고분자 고유의 밀도).
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  3. 제1항에 있어서,
    상기 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유: 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들의 개수 비율이 1:3 내지 1:10 인, 나노 섬유 필터.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나노 섬유 다공성층에는 1㎛ 내지 30㎛의 단면 최대 직경을 갖는 기공이 존재하는, 나노 섬유 필터.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 5 내지 20 중량%의 농도로 고분자 수지를 포함하는 방사액을 기재 상에 용액 방사하는 단계;를 포함하고,
    상기 용액 방사는 2개 이상의 용액 방사 노즐을 이용하여 수행되며,
    상기 용액 방사하는 단계는 상기 용액 방사 노즐에서 0.1 내지 1.0 MPa의 압력을 작용하여 상기 방사액을 포함하는 방사액을 방사하는 단계를 포함하며,
    상기 방사액 각각은 토출되는 노즐부에서 가열되어 30 내지 60 ℃의 온도를 갖는,
    상기 기재는 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포이고,
    상기 고분자 수지는 플루오르화 폴리비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리이미드, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하고,
    상기 방사액에 포함되는 고분자 수지는 100,000 내지 600,000 의 중량평균분자량을 갖는,
    제1항의 나노 섬유 필터의 제조 방법.
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