KR102679948B1 - Nanofiber filter for removing ultrafine dust using bipolaron and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
바이폴라론을 이용한 초미세먼지 제거용 나노섬유 필터 및 그의 제조방법이 개시된다. 상기 나노섬유 필터는 폴리이미드 나노섬유를 포함하는 나노섬유 구조체; 및 상기 폴리이미드 나노섬유의 표면 상에 형성되고, 폴리아닐린(polyaniline)을 포함하는 코팅층;을 포함함으로써 부분적인 편극이 곳곳에 발생하여 부분적인 전하를 띄고 있는 미세먼지와의 인력으로 초미세먼지를 더 잘 포집할 수 있다.A nanofiber filter for removing ultrafine dust using bipolarons and a method for manufacturing the same are disclosed. The nanofiber filter is a nanofiber structure containing polyimide nanofibers; and a coating layer formed on the surface of the polyimide nanofiber and containing polyaniline. By including this, partial polarization occurs here and there, thereby increasing ultrafine dust through attraction with fine dust carrying partial charges. It can be captured well.
Description
본 발명은 바이폴라론을 이용한 초미세먼지 제거용 나노섬유 필터 및 그의 제조방법에 관한 것으로 상세하게는, 폴리아닐린을 폴리이미드 나노섬유에 코팅해 줌으로써 부분적인 편극이 곳곳에 발생하도록하여 부분적인 전하를 띄고 있는 미세먼지와의 인력으로 초미세먼지를 더 잘 포집할 수 있는 나노섬유 필터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nanofiber filter for removing ultrafine dust using bipolarons and a method of manufacturing the same. Specifically, by coating polyaniline on polyimide nanofibers, partial polarization occurs in various places, thereby causing partial charge. This relates to a nanofiber filter that can better capture ultrafine dust through attraction with existing fine dust and its manufacturing method.
미세먼지는 대기 중에 떠다니고 눈에 보이지 않을 정도로 작은 먼지를 말하며 입자크기에 따라 분류되는데 이러한 미세먼지 중 입자크기가 2.5 μm 이하인 것을 초미세먼지라고 한다. 미세먼지 크기가 작을수록 호흡기에서 걸러지지 않고 인체 내부에 깊숙이 침투하기 쉬워 기관지, 폐 등에 붙어 각종 질환을 유발하고, 특히 자연적 활동으로 인해 발생하는 황사로 인한 먼지 성분은 주로 칼슘, 철분, 알루미늄, 마그네슘 등 토양성분인 것에 반해 미세먼지는 주로 연소 작용에 의해 발생하므로, 황산염, 질산염, 암모니아 등의 이온 성분과 금속화합물, 탄소화합물 등 유해물질로 이루어져 인체에 더욱 유해하다. 또한 반도체, 디스플레이 등 산업 공정과 외부 활동의 제한으로 인해 경제 전반에 끼치는 영향도 발생한다.Fine dust refers to dust that floats in the air and is so small that it cannot be seen. It is classified according to particle size. Among these fine dust, those with a particle size of 2.5 μm or less are called ultrafine dust. The smaller the fine dust is, the easier it is to penetrate deep into the human body without being filtered out by the respiratory tract, where it sticks to the bronchi and lungs and causes various diseases. In particular, the dust components caused by yellow dust generated from natural activities mainly consist of calcium, iron, aluminum, and magnesium. Unlike soil components, fine dust is mainly generated by combustion, so it is more harmful to the human body because it consists of ionic components such as sulfate, nitrate, and ammonia and harmful substances such as metal compounds and carbon compounds. In addition, restrictions on industrial processes and external activities such as semiconductors and displays have an impact on the overall economy.
미세먼지를 제거하기 위해 현재 사용되고 있는 필터는 마이크로미터 단위의 섬유가 불규칙적으로 엉켜 있는 형태로 차압이 높아 필터링을 위해서는 많은 에너지를 소비하는 단점을 가지며, 큰 입자를 물리적으로 걸러주는 것을 제외하면 대부분 강한 정전기로 초미세먼지를 흡착해야 하기 때문에 습기에 취약한 문제점이 있다. 때문에 섬유 직경이 매우 작아 물리적으로 미세먼지의 포집이 가능한 나노섬유 멤브레인이 차세대 미세먼지 제거용 필터로서 활발히 연구가 되고 있다.Filters currently used to remove fine dust have the disadvantage of consuming a lot of energy for filtering due to the high differential pressure in the form of irregular tangles of micrometer-sized fibers. Except for physically filtering out large particles, most of them are strong. Because it has to absorb ultrafine dust with static electricity, it has the problem of being vulnerable to moisture. Therefore, nanofiber membranes, which have a very small fiber diameter and can physically collect fine dust, are being actively studied as a next-generation filter for fine dust removal.
그러나, 초미세먼지의 경우 이러한 나노섬유 멤브레인의 섬유 사이의 공간으로 쉽게 통과가 되며 나노섬유의 밀도를 증가시키면 초미세먼지의 포집 효율은 높아지나 통기도가 현저히 낮아지는 문제가 있다.However, in the case of ultrafine dust, it easily passes through the space between the fibers of the nanofiber membrane. Increasing the density of nanofibers increases the collection efficiency of ultrafine dust, but there is a problem in that the air permeability is significantly lowered.
따라서, 통기도가 높으면서 초미세먼지의 포집 효율이 높은 필터 및 그의 제조방법에 관한 연구가 필요하다.Therefore, research is needed on filters with high air permeability and high efficiency in capturing ultrafine dust and their manufacturing methods.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 통기도가 확보되는 섬유 밀도를 갖는 고효율의 초미세먼지 제거용 나노섬유 필터 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.The purpose of the present invention is to solve the above problems and to provide a highly efficient nanofiber filter for removing ultrafine dust with a fiber density that ensures breathability and a method for manufacturing the same.
본 발명의 일 측면에 따르면, 폴리이미드 나노섬유를 포함하는 나노섬유 구조체; 및 상기 폴리이미드 나노섬유의 표면 상에 형성되고, 폴리아닐린(polyaniline)을 포함하는 코팅층;을 포함하는 나노섬유 필터가 제공된다.According to one aspect of the present invention, a nanofiber structure containing polyimide nanofibers; and a coating layer formed on the surface of the polyimide nanofiber and containing polyaniline. A nanofiber filter including a is provided.
또한, 상기 나노섬유 구조체는 상기 폴리이미드 나노섬유가 서로 얽혀 형성되거나 또는 일정 방향으로 정열된 3차원 다공성 멤브레인 구조일 수 있다.Additionally, the nanofiber structure may be a three-dimensional porous membrane structure in which the polyimide nanofibers are intertwined or aligned in a certain direction.
또한, 상기 폴리아닐린이 도판트로 도핑된 것일 수 있다.Additionally, the polyaniline may be doped with a dopant.
또한, 상기 도판트가 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 황산(H2SO4), 붕산(H3BO3), 플루오린화수소산(HF), 브롬화수소산(HBr), 탄산(H2CO3), 포름산(HCOOH), 아세트산(CH3COOH), 프로피온산(CH3CH2COOH), 부탄산(CH3CH2CH2COOH), 젖산(CH3CH(OH)COOH), 푸마르산(COOHCH=CHCOOH), 말릭산(COOHCH2CH(OH)COOH), 타타르산(COOHCH(OH)CH(OH)COOH) 및 프로판-1,2,3-트리카르복실산(COOHCH2C(OH)(COOH)CH2COOH)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the dopant is hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), boric acid (H 3 BO 3 ), hydrofluoric acid (HF), and hydrobromic acid. (HBr), carbonic acid (H 2 CO 3 ), formic acid (HCOOH), acetic acid (CH 3 COOH), propionic acid (CH 3 CH 2 COOH), butanoic acid (CH 3 CH 2 CH 2 COOH), lactic acid (CH 3 CH (OH)COOH), fumaric acid (COOHCH=CHCOOH), malic acid (COOHCH 2 CH(OH)COOH), tartaric acid (COOHCH(OH)CH(OH)COOH) and propane-1,2,3-tricarboxyl. It may include one or more types selected from the group consisting of acids (COOHCH 2 C(OH)(COOH)CH 2 COOH).
또한, 상기 폴리아닐린이 상기 도판트에 의해 바이폴라론(bipolaron)을 형성할 수 있다.Additionally, the polyaniline can form a bipolaron by the dopant.
또한, 상기 폴리아닐린이 상기 바이폴라론에 의해 강력한 집진 효과를 가질 수 있다.Additionally, the polyaniline can have a strong dust collection effect due to the bipolarone.
또한, 상기 나노섬유의 직경이 200 내지 500 nm일 수 있다.Additionally, the nanofibers may have a diameter of 200 to 500 nm.
또한, 상기 나노섬유 필터의 통기도가 10 내지 100 cm3/gfㆍs일 수 있다.Additionally, the nanofiber filter may have a permeability of 10 to 100 cm 3 /g f ·s.
또한, 상기 나노섬유 필터가 초미세먼지 및 미세먼지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 제거하기 위해 사용되는 것일 수 있다.Additionally, the nanofiber filter may be used to remove any one selected from the group consisting of ultrafine dust and fine dust.
본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, (a) 폴리아믹산(poly(amic acid)) 고분자 용액을 전기 방사하여 폴리아믹산 나노섬유를 제조하는 단계; (b) 상기 폴리아믹산 나노섬유를 열처리하여 폴리이미드 나노섬유를 포함하는 나노섬유 구조체를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 나노섬유 구조체 표면 상에 폴리아닐린을 코팅하여 상기 나노섬유 구조체 표면 상에 폴리아닐린을 포함하는 코팅층이 형성된 나노섬유 필터를 제조하는 단계;를 포함하는 나노섬유 필터의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) electrospinning a poly(amic acid) polymer solution to produce polyamic acid nanofibers; (b) heat-treating the polyamic acid nanofibers to produce a nanofiber structure containing polyimide nanofibers; and (c) coating polyaniline on the surface of the nanofiber structure to produce a nanofiber filter with a coating layer containing polyaniline on the surface of the nanofiber structure.
또한, 상기 단계 (c)가 (c-1) 아닐린(aniline) 단량체 및 산화제를 포함하는 코팅용액을 제조하는 단계; 및 (c-2) 상기 나노섬유 구조체 표면 상에 상기 코팅용액을 코팅하여 상기 나노섬유 구조체 표면 상에 폴리아닐린을 포함하는 코팅층이 형성된 나노섬유 필터를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, step (c) includes (c-1) preparing a coating solution containing an aniline monomer and an oxidizing agent; And (c-2) coating the coating solution on the surface of the nanofiber structure to produce a nanofiber filter with a coating layer containing polyaniline formed on the surface of the nanofiber structure.
또한, 상기 산화제가 과황산암모늄(ammonium persulfate, APS), 과황산나트륨(sodium persulfate) 및 과염소산염(perchlorate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Additionally, the oxidizing agent may include one or more selected from the group consisting of ammonium persulfate (APS), sodium persulfate, and perchlorate.
또한, 상기 코팅용액에서 상기 아닐린 단량체와 상기 산화제의 질량비(Woxidant/Waniline)가 1 내지 10 일 수 있다.Additionally, the mass ratio (W oxidant /W aniline ) of the aniline monomer and the oxidizing agent in the coating solution may be 1 to 10.
또한, 상기 코팅용액이 도판트를 추가로 포함하고, 상기 도판트가 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 황산(H2SO4), 붕산(H3BO3), 플루오린화수소산(HF), 브롬화수소산(HBr), 탄산(H2CO3), 포름산(HCOOH), 아세트산(CH3COOH), 프로피온산(CH3CH2COOH), 부탄산(CH3CH2CH2COOH), 젖산(CH3CH(OH)COOH), 푸마르산(COOHCH=CHCOOH), 말릭산(COOHCH2CH(OH)COOH), 타타르산(COOHCH(OH)CH(OH)COOH) 및 프로판-1,2,3-트리카르복실산(COOHCH2C(OH)(COOH)CH2COOH)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the coating solution further includes a dopant, and the dopant is hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), and boric acid (H 3 BO). 3 ), hydrofluoric acid (HF), hydrobromic acid (HBr), carbonic acid (H 2 CO 3 ), formic acid (HCOOH), acetic acid (CH 3 COOH), propionic acid (CH 3 CH 2 COOH), butanoic acid (CH 3 CH 2 CH 2 COOH), lactic acid (CH 3 CH(OH)COOH), fumaric acid (COOHCH=CHCOOH), malic acid (COOHCH 2 CH(OH)COOH), tartaric acid (COOHCH(OH)CH(OH)COOH) and propane-1,2,3-tricarboxylic acid (COOHCH 2 C(OH)(COOH)CH 2 COOH).
또한, 상기 코팅용액에서 상기 도판트의 몰농도가 0.1 내지 5 M일 수 있다.Additionally, the molar concentration of the dopant in the coating solution may be 0.1 to 5 M.
또한, 상기 나노섬유 필터의 제조방법이 상기 단계 (a) 전에, (a') 다이안하이드라이드(dianhydrode) 단량체, 다이아민(diamine) 단량체 및 유기용매를 포함하는 고분자 전구체 용액을 반응시켜 폴리아믹산 고분자 용액을 제조하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method for manufacturing the nanofiber filter is, before step (a), (a') reacting a polymer precursor solution containing a dianhydride monomer, a diamine monomer, and an organic solvent to produce a polyamic acid polymer. It may further include preparing a solution.
또한, 상기 고분자 전구체 용액이 상기 유기용매 100 중량부를 기준으로 상기 다이안하이드라이드 단량체와 상기 다이아민 단량체의 총합 5 내지 25 중량부를 포함하고, 상기 고분자 전구체 용액에서 상기 다이안하이드라이드 단량체와 상기 다이아민 단량체의 몰 비율이 동일한 것일 수 있다.In addition, the polymer precursor solution contains a total of 5 to 25 parts by weight of the dianhydride monomer and the diamine monomer based on 100 parts by weight of the organic solvent, and the dianhydride monomer and the diamine monomer in the polymer precursor solution. The molar ratio may be the same.
또한, 상기 다이안하이드라이드 단량체가 PMDA(pyromellitic dianhydride), BPDA(3,3'4,4'-biphenyltertracarboxylic dianhydride), BTDA(3,3'4,4'-benxophenonetetracarboxylic dianhydride), 6FDA(perfluoroisopropylidene containing acid dianhydride), ODPA(oxydiphthalic dianhydride) 및 DSDA(diphenylsulfon-3,4,3',4'-tetracarbonic dianhydride)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 다이아민 단량체가 PDA(phenylene diamine), ODA(oxydianiline), HXDA(hexamethylene diamine) 및 TMD(Trimethyl hexamethylene diamine)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 유기용매가 DMF(dimethylformamide), MeCN(acetonitrile), DMSO(dimethyl sulfoxide), Acetone, Dichloromethane, THF(tetrahydrofran) 및 Ethyl acetate로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the dianhydride monomers include PMDA (pyromellitic dianhydride), BPDA (3,3'4,4'-biphenyltertracarboxylic dianhydride), BTDA (3,3'4,4'-benxophenetetracarboxylic dianhydride), and 6FDA (perfluoroisopropylidene containing acid dianhydride). ), ODPA (oxydiphthalic dianhydride), and DSDA (diphenylsulfon-3,4,3',4'-tetracarbonic dianhydride), wherein the diamine monomer is PDA (phenylene diamine), ODA ( oxydianiline), HXDA (hexamethylene diamine), and TMD (Trimethyl hexamethylene diamine), and the organic solvent is DMF (dimethylformamide), MeCN (acetonitrile), DMSO (dimethyl sulfoxide), Acetone, Dichloromethane , THF (tetrahydrofran), and ethyl acetate.
또한, 상기 단계 (a)의 전기 방사가 15 내지 20 V의 전압으로 수행될 수 있다.Additionally, electrospinning in step (a) may be performed at a voltage of 15 to 20 V.
또한, 상기 단계 (b)가 100 내지 500 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.Additionally, step (b) may be performed at a temperature of 100 to 500 °C.
본 발명의 나노섬유 필터 및 그의 제조방법은 폴리이미드 나노섬유에 폴리아닐린을 코팅함으로써 부분적인 편극이 곳곳에 발생하여 부분적인 전하를 띄고 있는 미세먼지와의 인력으로 초미세먼지를 더 잘 포집할 수 있다.The nanofiber filter of the present invention and its manufacturing method coat polyimide nanofibers with polyaniline, thereby generating partial polarization in various places, thereby better capturing ultrafine dust through attraction with partially charged fine dust. .
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 본 발명 하나의 실시예에 따라 제조된 나노섬유 필터의 모식도이다.
도 2은 본 발명 하나의 실시예에 따른 나노섬유 필터의 제조방법에 관한 개략도이다.
도 3는 비교예 1(나노섬유) 및 실시예 1(폴리아닐린 코팅 나노섬유)의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 나노섬유 필터를 이용하여 미세먼지 포집 테스트를 실시한 결과를 나타낸 것이다.Since these drawings are for reference in explaining exemplary embodiments of the present invention, the technical idea of the present invention should not be interpreted as limited to the attached drawings.
Figure 1 is a schematic diagram of a nanofiber filter manufactured according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of a method for manufacturing a nanofiber filter according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows SEM photographs of Comparative Example 1 (nanofibers) and Example 1 (polyaniline-coated nanofibers).
Figure 4 shows the results of a fine dust collection test using nanofiber filters manufactured according to examples and comparative examples of the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. .
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, or a combination thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features or It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, or combinations thereof.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Additionally, terms including ordinal numbers, such as first, second, etc., which will be used below, may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may also be named a first component.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Additionally, when a component is referred to as being "formed" or "laminated" on another component, it may be formed or laminated directly on the entire surface or one side of the surface of the other component, but may also mean that the component is "formed" or "laminated" on another component. It should be understood that other components may exist.
이하, 바이폴라론을 이용한 초미세먼지 제거용 나노섬유 필터 및 그의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, a nanofiber filter for removing ultrafine dust using bipolarons and its manufacturing method will be described in detail. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.
도 1은 본 발명 하나의 실시예에 따라 제조된 나노섬유 필터의 모식도이다. Figure 1 is a schematic diagram of a nanofiber filter manufactured according to one embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명은 폴리이미드 나노섬유를 포함하는 나노섬유 구조체(100); 및 상기 폴리이미드 나노섬유의 표면 상에 형성되고, 폴리아닐린(polyaniline)을 포함하는 코팅층(200);을 포함하는 나노섬유 필터(10)를 제공한다.Referring to Figure 1, the present invention includes a nanofiber structure 100 containing polyimide nanofibers; and a coating layer 200 formed on the surface of the polyimide nanofibers and containing polyaniline (polyaniline).
또한, 상기 나노섬유 구조체는 상기 폴리이미드 나노섬유가 서로 얽혀 형성되거나 또는 일정 방향으로 정열된 3차원 다공성 멤브레인 구조일 수 있다.Additionally, the nanofiber structure may be a three-dimensional porous membrane structure in which the polyimide nanofibers are intertwined or aligned in a certain direction.
또한, 상기 폴리아닐린이 도판트로 도핑된 것일 수 있다.Additionally, the polyaniline may be doped with a dopant.
또한, 상기 도판트가 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 황산(H2SO4), 붕산(H3BO3), 플루오린화수소산(HF), 브롬화수소산(HBr), 탄산(H2CO3), 포름산(HCOOH), 아세트산(CH3COOH), 프로피온산(CH3CH2COOH), 부탄산(CH3CH2CH2COOH), 젖산(CH3CH(OH)COOH), 푸마르산(COOHCH=CHCOOH), 말릭산(COOHCH2CH(OH)COOH), 타타르산(COOHCH(OH)CH(OH)COOH) 및 프로판-1,2,3-트리카르복실산(COOHCH2C(OH)(COOH)CH2COOH)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 염산(HCl)을 포함할 수 있다.In addition, the dopant is hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), boric acid (H 3 BO 3 ), hydrofluoric acid (HF), and hydrobromic acid. (HBr), carbonic acid (H 2 CO 3 ), formic acid (HCOOH), acetic acid (CH 3 COOH), propionic acid (CH 3 CH 2 COOH), butanoic acid (CH 3 CH 2 CH 2 COOH), lactic acid (CH 3 CH (OH)COOH), fumaric acid (COOHCH=CHCOOH), malic acid (COOHCH 2 CH(OH)COOH), tartaric acid (COOHCH(OH)CH(OH)COOH) and propane-1,2,3-tricarboxyl. It may contain one or more types selected from the group consisting of acids (COOHCH 2 C(OH)(COOH)CH 2 COOH), and preferably contains hydrochloric acid (HCl).
또한, 상기 폴리아닐린이 상기 도판트에 의해 바이폴라론(bipolaron)을 형성할 수 있다.Additionally, the polyaniline can form a bipolaron by the dopant.
또한, 상기 폴리아닐린이 상기 바이폴라론에 의해 강력한 집진 효과를 가질또한, 수 있다.Additionally, the polyaniline may have a strong dust collection effect due to the bipolarone.
또한, 상기 나노섬유의 직경이 200 내지 500 nm일 수 있다.Additionally, the nanofibers may have a diameter of 200 to 500 nm.
또한, 상기 나노섬유 필터의 통기도가 10 내지 100 cm3/gfㆍs일 수 있다.Additionally, the nanofiber filter may have a permeability of 10 to 100 cm 3 /g f ·s.
또한, 상기 나노섬유 필터가 초미세먼지 및 미세먼지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 제거하기 위해 사용되는 것일 수 있고, 바람직하게는 초미세먼지를 제거하기 위해 사용될 수 있다.Additionally, the nanofiber filter may be used to remove any one selected from the group consisting of ultrafine dust and fine dust, and may preferably be used to remove ultrafine dust.
도 2은 본 발명 하나의 실시예에 따른 나노섬유 필터의 제조방법에 관한 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram of a method for manufacturing a nanofiber filter according to an embodiment of the present invention.
도 2을 참고하면, 본 발명은 (a) 폴리아믹산(poly(amic acid)) 고분자 용액을 전기 방사하여 폴리아믹산 나노섬유를 제조하는 단계; (b) 상기 폴리아믹산 나노섬유를 열처리하여 폴리이미드 나노섬유를 포함하는 나노섬유 구조체를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 나노섬유 구조체 표면 상에 폴리아닐린을 코팅하여 상기 나노섬유 구조체 표면 상에 폴리아닐린을 포함하는 코팅층이 형성된 나노섬유 필터를 제조하는 단계;를 포함하는 나노섬유 필터의 제조방법을 제공한다.Referring to Figure 2, the present invention includes the steps of (a) producing polyamic acid nanofibers by electrospinning a poly(amic acid) polymer solution; (b) heat-treating the polyamic acid nanofibers to produce a nanofiber structure containing polyimide nanofibers; and (c) coating polyaniline on the surface of the nanofiber structure to produce a nanofiber filter with a coating layer containing polyaniline on the surface of the nanofiber structure.
또한, 상기 단계 (c)가 (c-1) 아닐린(aniline) 단량체 및 산화제를 포함하는 코팅용액을 제조하는 단계; 및 (c-2) 상기 나노섬유 구조체 표면 상에 상기 코팅용액을 코팅하여 상기 나노섬유 구조체 표면 상에 폴리아닐린을 포함하는 코팅층이 형성된 나노섬유 필터를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, step (c) includes (c-1) preparing a coating solution containing an aniline monomer and an oxidizing agent; And (c-2) coating the coating solution on the surface of the nanofiber structure to produce a nanofiber filter with a coating layer containing polyaniline formed on the surface of the nanofiber structure.
또한, 상기 산화제가 과황산암모늄(ammonium persulfate, APS), 과황산나트륨(sodium persulfate) 및 과염소산염(perchlorate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 과황산암모늄을 포함할 수 있다.In addition, the oxidizing agent may include one or more selected from the group consisting of ammonium persulfate (APS), sodium persulfate, and perchlorate, and preferably includes ammonium persulfate. You can.
또한, 상기 코팅용액에서 상기 아닐린 단량체와 상기 산화제의 질량비(Woxidant/Waniline)가 1 내지 10 일 수 있다. 상기 질량비가 1 미만일 경우, 불완정한 중합 반응으로 폴리아닐린이 나노섬유 표면에 불충분하게 코팅될 수 있으며, 10을 초과할 경우, 산화제가 과도하게 많기 때문에 단분자 형태의 폴리아닐린으로 중합이 되고 미세먼지와의 인력이 낮아져 바람직하지 않다. Additionally, the mass ratio (W oxidant /W aniline ) of the aniline monomer and the oxidizing agent in the coating solution may be 1 to 10. If the mass ratio is less than 1, polyaniline may be insufficiently coated on the surface of the nanofiber due to an incomplete polymerization reaction, and if it exceeds 10, because there is an excessive amount of oxidizing agent, it is polymerized into single molecule polyaniline and causes fine dust and This is not desirable as manpower is lowered.
또한, 상기 코팅용액이 도판트를 추가로 포함하고, 상기 도판트가 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 황산(H2SO4), 붕산(H3BO3), 플루오린화수소산(HF), 브롬화수소산(HBr), 탄산(H2CO3), 포름산(HCOOH), 아세트산(CH3COOH), 프로피온산(CH3CH2COOH), 부탄산(CH3CH2CH2COOH), 젖산(CH3CH(OH)COOH), 푸마르산(COOHCH=CHCOOH), 말릭산(COOHCH2CH(OH)COOH), 타타르산(COOHCH(OH)CH(OH)COOH) 및 프로판-1,2,3-트리카르복실산(COOHCH2C(OH)(COOH)CH2COOH)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 염산(HCl)을 포함할 수 있다.In addition, the coating solution further includes a dopant, and the dopant is hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), and boric acid (H 3 BO). 3 ), hydrofluoric acid (HF), hydrobromic acid (HBr), carbonic acid (H 2 CO 3 ), formic acid (HCOOH), acetic acid (CH 3 COOH), propionic acid (CH 3 CH 2 COOH), butanoic acid (CH 3 CH 2 CH 2 COOH), lactic acid (CH 3 CH(OH)COOH), fumaric acid (COOHCH=CHCOOH), malic acid (COOHCH 2 CH(OH)COOH), tartaric acid (COOHCH(OH)CH(OH)COOH) and propane-1,2,3-tricarboxylic acid (COOHCH 2 C(OH)(COOH)CH 2 COOH), and preferably includes hydrochloric acid (HCl). can do.
또한, 상기 코팅용액에서 상기 도판트의 몰농도가 0.1 내지 5 M일 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 2 M일 수 있다. 상기 도판트가 0.5 M 미만일 경우 불완정한 중합 반응으로 폴리아닐린이 나노섬유 표면에 불충분하게 코팅될 수 있으며, 2 M을 초과할 경우 단분자 형태의 폴리아닐린으로 중합이 되고 미세먼지와의 인력이 낮아져 바람직하지 않다. Additionally, the molar concentration of the dopant in the coating solution may be 0.1 to 5 M, preferably 0.5 to 2 M. If the dopant is less than 0.5 M, polyaniline may be insufficiently coated on the nanofiber surface due to an incomplete polymerization reaction, and if it exceeds 2 M, polyaniline is polymerized into a single molecule form and the attractive force with fine dust is lowered, which is desirable. don't do it
또한, 상기 나노섬유 필터의 제조방법이 상기 단계 (a) 전에, (a') 다이안하이드라이드(dianhydrode) 단량체, 다이아민(diamine) 단량체 및 유기용매를 포함하는 고분자 전구체 용액을 반응시켜 폴리아믹산 고분자 용액을 제조하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method for manufacturing the nanofiber filter is, before step (a), (a') reacting a polymer precursor solution containing a dianhydride monomer, a diamine monomer, and an organic solvent to produce a polyamic acid polymer. It may further include preparing a solution.
또한, 상기 고분자 전구체 용액이 상기 유기용매 100 중량부를 기준으로 상기 다이안하이드라이드 단량체와 상기 다이아민 단량체의 총합 5 내지 25 중량부를 포함할 수 있다. 상기 다이안하이드라이드 단량체와 상기 다이아민 단량체의 총합이 5 중량부 미만으로 포함될 경우, 나노섬유가 아닌 구슬 형태의 비드(bead)가 생겨 필터 효율이 감소하므로 바람직하지 않고, 25 중량부를 초과할 경우, 고분자 용액의 점도가 지나치게 증가하여 전기방사가 불가능하기 때문에 바람직하지 않다.Additionally, the polymer precursor solution may include a total of 5 to 25 parts by weight of the dianhydride monomer and the diamine monomer based on 100 parts by weight of the organic solvent. If the total amount of the dianhydride monomer and the diamine monomer is less than 5 parts by weight, it is undesirable because beads in the form of beads rather than nanofibers are formed, thereby reducing filter efficiency, and if it exceeds 25 parts by weight, This is undesirable because the viscosity of the polymer solution increases too much, making electrospinning impossible.
또한, 상기 다이안하이드라이드 단량체가 PMDA(pyromellitic dianhydride), BPDA(3,3'4,4'-biphenyltertracarboxylic dianhydride), BTDA(3,3'4,4'-benxophenonetetracarboxylic dianhydride), 6FDA(perfluoroisopropylidene containing acid dianhydride), ODPA(oxydiphthalic dianhydride) 및 DSDA(diphenylsulfon-3,4,3',4'-tetracarbonic dianhydride)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 PMDA(pyromellitic dianhydride)를 포함할 수 있다.In addition, the dianhydride monomers include PMDA (pyromellitic dianhydride), BPDA (3,3'4,4'-biphenyltertracarboxylic dianhydride), BTDA (3,3'4,4'-benxophenetetracarboxylic dianhydride), and 6FDA (perfluoroisopropylidene containing acid dianhydride). ), ODPA (oxydiphthalic dianhydride), and DSDA (diphenylsulfon-3,4,3',4'-tetracarbonic dianhydride), and preferably includes PMDA (pyromellitic dianhydride). You can.
또한, 상기 다이아민 단량체가 PDA(phenylene diamine), ODA(oxydianiline), HXDA(hexamethylene diamine) 및 TMD(Trimethyl hexamethylene diamine)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 ODA(oxydianiline)를 포함할 수 있다.In addition, the diamine monomer may include one or more selected from the group consisting of phenylene diamine (PDA), oxydianiline (ODA), hexamethylene diamine (HXDA), and trimethyl hexamethylene diamine (TMD), and preferably oxydianiline (ODA). ) may include.
또한, 상기 유기용매가 DMF(dimethylformamide), MeCN(acetonitrile), DMSO(dimethyl sulfoxide), Acetone, Dichloromethane, THF(tetrahydrofran) 및 Ethyl acetate로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 DMF(dimethylformamide)를 포함할 수 있다.In addition, the organic solvent may include one or more selected from the group consisting of DMF (dimethylformamide), MeCN (acetonitrile), DMSO (dimethyl sulfoxide), Acetone, Dichloromethane, THF (tetrahydrofran), and Ethyl acetate, preferably May contain dimethylformamide (DMF).
또한, 상기 단계 (a)의 전기 방사가 15 내지 20 V의 전압으로 수행될 수 있다. 상기 전기 방사가 15 V 미만의 전압으로 수행될 경우, 나노섬유가 선이 아닌 구슬 형태가 많이 생겨 필터 효율이 감소하므로 바람직하지 않고, 20 V를 초과할 경우, 나노섬유가 표적에 균일하게 방사되지 않아 바람직하지 않다. Additionally, electrospinning in step (a) may be performed at a voltage of 15 to 20 V. If the electrospinning is performed at a voltage of less than 15 V, the nanofibers are more in the form of beads instead of lines, which is not preferable because the filter efficiency is reduced, and if it exceeds 20 V, the nanofibers are not uniformly radiated to the target. It is not desirable.
또한, 상기 단계 (b)가 100 내지 500 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 단계 (b)가 100 ℃ 미만의 온도에서 수행될 경우, 폴리아믹산 나노섬유로부터 폴리이미드 나노섬유가 형성되지 않아 바람직하지 않고, 500 ℃를 초과할 경우, 나노섬유가 열에 의해 손상되어 바람직하지 않다.Additionally, step (b) may be performed at a temperature of 100 to 500 °C. If step (b) is performed at a temperature of less than 100°C, it is undesirable because polyimide nanofibers are not formed from polyamic acid nanofibers, and if it exceeds 500°C, it is undesirable because the nanofibers are damaged by heat. .
[실시예] [Example]
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to preferred embodiments. However, this is for illustrative purposes only and does not limit the scope of the present invention.
폴리이미드/폴리아닐린 나노섬유 필터 제조Manufacturing of polyimide/polyaniline nanofiber filters
실시예 1Example 1
다이안하이드라이드 단량체로 PMDA(pyromellitic dianhydride)와 다이아민 단량체로 ODA(oxydianiline)를 동일한 몰수로 유기용매 DMF에 혼합하여 고분자 전구체 용액을 제조하였다. 이때, 상기 고분자 전구체 용액에서 두 단량체(다이안하이드라이드 단량체 및 다이아민 단량체)의 총 중량은 18.4 wt%이다.A polymer precursor solution was prepared by mixing pyromellitic dianhydride (PMDA) as a dianhydride monomer and oxydianiline (ODA) as a diamine monomer in the organic solvent DMF in equal molar quantities. At this time, the total weight of the two monomers (dianhydride monomer and diamine monomer) in the polymer precursor solution is 18.4 wt%.
상기 고분자 전구체 용액을 교반하여 폴리아믹산 고분자 용액을 제조하였다.The polymer precursor solution was stirred to prepare a polyamic acid polymer solution.
상기 고분자 용액을 전기 방사하여 폴리아믹산 나노섬유를 제조하였다. 이때 상기 전기 방사는 상온에서 15 내지 20 kV의 전압으로 10 분 동안 진행하였다.Polyamic acid nanofibers were prepared by electrospinning the polymer solution. At this time, the electrospinning was carried out at room temperature and at a voltage of 15 to 20 kV for 10 minutes.
상기 제조된 폴리아믹산 나노섬유를 100 ℃(4 ℃/min)에서 1 시간, 200 ℃(4 ℃/min)에서 1 시간, 300 ℃(4 ℃/min)에서 1 시간, 400 ℃(4 ℃/min)에서 1 시간 순차적으로 열처리하여 폴리이미드 나노섬유를 포함하는 나노섬유 구조체를 제조하였다. The polyamic acid nanofibers prepared above were heated at 100°C (4°C/min) for 1 hour, at 200°C (4°C/min) for 1 hour, at 300°C (4°C/min) for 1 hour, and at 400°C (4°C/min). min) to sequentially heat treat for 1 hour to prepare a nanofiber structure containing polyimide nanofibers.
아닐린 단량체 5 g/L, 과황산암모늄(ammonium persulfate) 25 g/L 및 도판트로 염산 36 g/L를 혼합하여 코팅용액을 제조하였다. 상기 코팅용액에 상기 폴리이미드 나노섬유를 담가 나노섬유 구조체 표면 상에 폴리아닐린을 포함하는 코팅층이 형성된 나노섬유 필터를 형성하였다.A coating solution was prepared by mixing 5 g/L of aniline monomer, 25 g/L of ammonium persulfate, and 36 g/L of hydrochloric acid as a dopant. The polyimide nanofibers were immersed in the coating solution to form a nanofiber filter in which a coating layer containing polyaniline was formed on the surface of the nanofiber structure.
이후, 상기 나노섬유 필터를 증류수로 세척 후 80 ℃에서 24 시간 동안 건조시켜 PI@Polyaniline 나노섬유 필터를 제조하였다.Afterwards, the nanofiber filter was washed with distilled water and dried at 80°C for 24 hours to prepare a PI@Polyaniline nanofiber filter.
폴리이미드 나노섬유 필터Polyimide nanofiber filter
비교예 1Comparative Example 1
다이안하이드라이드 단량체로 PMDA(pyromellitic dianhydride)와 다이아민 단량체로 ODA(oxydianiline)를 동일한 몰수로 유기용매 DMF에 혼합하여 고분자 전구체 용액을 제조하였다. 이때, 상기 고분자 전구체 용액에서 두 단량체(다이안하이드라이드 단량체 및 다이아민 단량체)의 총 중량은 18.4 wt%이다.A polymer precursor solution was prepared by mixing pyromellitic dianhydride (PMDA) as a dianhydride monomer and oxydianiline (ODA) as a diamine monomer in the organic solvent DMF in equal molar quantities. At this time, the total weight of the two monomers (dianhydride monomer and diamine monomer) in the polymer precursor solution is 18.4 wt%.
상기 고분자 전구체 용액을 교반하여 폴리아믹산 고분자 용액을 제조하였다.The polymer precursor solution was stirred to prepare a polyamic acid polymer solution.
상기 고분자 용액을 전기 방사하여 폴리아믹산 나노섬유를 제조하였다. 이때 상기 전기 방사는 상온에서 15 내지 20 kV의 전압으로 10 분 동안 진행하였다.Polyamic acid nanofibers were prepared by electrospinning the polymer solution. At this time, the electrospinning was carried out at room temperature and at a voltage of 15 to 20 kV for 10 minutes.
상기 제조된 폴리아믹산 나노섬유를 100 ℃(4 ℃/min)에서 1 시간, 200 ℃(4 ℃/min)에서 1 시간, 300 ℃(4 ℃/min)에서 1 시간, 400 ℃(4 ℃/min)에서 1 시간 순차적으로 열처리하여 폴리이미드 나노섬유 필터를 제조하였다.The polyamic acid nanofibers prepared above were heated at 100°C (4°C/min) for 1 hour, at 200°C (4°C/min) for 1 hour, at 300°C (4°C/min) for 1 hour, and at 400°C (4°C/min). min) to prepare a polyimide nanofiber filter by sequential heat treatment for 1 hour.
[시험예][Test example]
시험예 1: 폴리아닐린 코팅 확인Test Example 1: Confirmation of polyaniline coating
도 3는 비교예 1(나노섬유) 및 실시예 1(폴리아닐린 코팅 나노섬유)의 SEM 사진을 나타낸 것이다.Figure 3 shows SEM photographs of Comparative Example 1 (nanofibers) and Example 1 (polyaniline-coated nanofibers).
도 3를 참고하면, 코팅하지 않은 나노섬유(비교예 1)에 비해 실시예 1은 폴리아닐린이 잘 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 3, it can be seen that polyaniline is well coated in Example 1 compared to the uncoated nanofiber (Comparative Example 1).
시험예 2: 미세먼지 포집 테스트Test Example 2: Fine dust collection test
도 4는 실시예 1(PI@Polyaniline) 및 비교예 1(PI)에 따라 제조된 나노섬유 필터를 이용하여 미세먼지 포집 테스트를 실시한 결과를 나타낸 것이다. 상세하게는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 나노섬유 필터를 이용하여 0.3 μm, 0.5 μm, 1 μm, 2.5 μm, 5 μm 크기를 갖는 미세먼지의 포집 효율을 나타낸 것이다.Figure 4 shows the results of a fine dust collection test using nanofiber filters manufactured according to Example 1 (PI@Polyaniline) and Comparative Example 1 (PI). In detail, the collection efficiency of fine dust with sizes of 0.3 μm, 0.5 μm, 1 μm, 2.5 μm, and 5 μm is shown using the nanofiber filter manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1.
도 4를 참고하면, 폴리아닐린을 포함하는 코팅층을 나노섬유 상에 형성시킨 실시예 1이 나노섬유만 존재하는 비교예 1에 비해 미세먼지 제거 효율이 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 4, it can be seen that Example 1, in which a coating layer containing polyaniline was formed on the nanofibers, had superior fine dust removal efficiency compared to Comparative Example 1, in which only nanofibers were present.
시험예 3: 통기도 확인Test Example 3: Check ventilation
아래 표 1은 실시예 1(PI@Polyaniline) 및 비교예 1(PI)에 따라 제조된 나노섬유 필터의 통기도 측정 결과를 정리하여 나타낸 것이다.Table 1 below summarizes the air permeability measurement results of nanofiber filters manufactured according to Example 1 (PI@Polyaniline) and Comparative Example 1 (PI).
상기 표 1을 참고하면, 폴리아닐린을 포함하는 코팅층을 나노섬유 상에 형성시킨 실시예 1의 통기도가 나노섬유만 존재하는 비교예 1의 통기도에 비해 크게 감소하지 않은 것을 확인할 수 있으며 이를 통해 우수한 통기도를 유지하는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1 above, it can be seen that the air permeability of Example 1, in which a coating layer containing polyaniline was formed on the nanofibers, was not significantly reduced compared to the air permeability of Comparative Example 1, in which only nanofibers were present. This showed excellent air permeability. You can confirm that it is maintained.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
10: 나노섬유 필터
100: 나노섬유 구조체
200: 코팅층10: Nanofiber filter
100: Nanofiber structure
200: coating layer
Claims (20)
상기 폴리이미드 나노섬유의 표면 상에 형성되고, 폴리아닐린(polyaniline)을 포함하는 코팅층;을 포함하는 나노섬유 필터이고,
상기 폴리아닐린이 도판트에 의해 바이폴라론(bipolaron)을 형성하고,
상기 폴리아닐린이 상기 바이폴라론에 의해 집진 효과를 갖고,
상기 나노섬유 필터가 초미세먼지 및 미세먼지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 제거하기 위해 사용되는 것인 나노섬유 필터.Nanofiber structure containing polyimide nanofibers; and
A nanofiber filter comprising a coating layer formed on the surface of the polyimide nanofiber and containing polyaniline,
The polyaniline forms a bipolaron with a dopant,
The polyaniline has a dust collecting effect by the bipolarone,
A nanofiber filter wherein the nanofiber filter is used to remove any one selected from the group consisting of ultrafine dust and fine dust.
상기 나노섬유 구조체는 상기 폴리이미드 나노섬유가 서로 얽혀 형성되거나 또는 일정 방향으로 정열된 3차원 다공성 멤브레인 구조인 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터.According to paragraph 1,
The nanofiber structure is a nanofiber filter characterized in that the polyimide nanofibers are entangled with each other or arranged in a certain direction to form a three-dimensional porous membrane structure.
상기 도판트가 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 황산(H2SO4), 붕산(H3BO3), 플루오린화수소산(HF), 브롬화수소산(HBr), 탄산(H2CO3), 포름산(HCOOH), 아세트산(CH3COOH), 프로피온산(CH3CH2COOH), 부탄산(CH3CH2CH2COOH), 젖산(CH3CH(OH)COOH), 푸마르산(COOHCH=CHCOOH), 말릭산(COOHCH2CH(OH)COOH), 타타르산(COOHCH(OH)CH(OH)COOH) 및 프로판-1,2,3-트리카르복실산(COOHCH2C(OH)(COOH)CH2COOH)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터.According to paragraph 1,
The dopant is hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), boric acid (H 3 BO 3 ), hydrofluoric acid (HF), and hydrobromic acid (HBr). ), carbonic acid (H 2 CO 3 ), formic acid (HCOOH), acetic acid (CH 3 COOH), propionic acid (CH 3 CH 2 COOH), butanoic acid (CH 3 CH 2 CH 2 COOH), lactic acid (CH 3 CH(OH) )COOH), fumaric acid (COOHCH=CHCOOH), malic acid (COOHCH 2 CH(OH)COOH), tartaric acid (COOHCH(OH)CH(OH)COOH) and propane-1,2,3-tricarboxylic acid ( A nanofiber filter comprising at least one selected from the group consisting of COOHCH 2 C(OH)(COOH)CH 2 COOH).
상기 나노섬유의 직경이 200 내지 500 nm인 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터.According to paragraph 1,
A nanofiber filter, characterized in that the diameter of the nanofiber is 200 to 500 nm.
상기 나노섬유 필터의 통기도가 10 내지 100 cm3/gfㆍs인 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터.According to paragraph 1,
A nanofiber filter, characterized in that the nanofiber filter has an air permeability of 10 to 100 cm 3 /g f ·s.
(b) 상기 폴리아믹산 나노섬유를 열처리하여 폴리이미드 나노섬유를 포함하는 나노섬유 구조체를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 나노섬유 구조체 표면 상에 폴리아닐린을 코팅하여 상기 나노섬유 구조체 표면 상에 폴리아닐린을 포함하는 코팅층이 형성된 나노섬유 필터를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 단계 (c)가
(c-1) 아닐린(aniline) 단량체 및 산화제를 포함하는 코팅용액을 제조하는 단계; 및
(c-2) 상기 나노섬유 구조체 표면 상에 상기 코팅용액을 코팅하여 상기 나노섬유 구조체 표면 상에 폴리아닐린을 포함하는 코팅층이 형성된 나노섬유 필터를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 폴리아닐린이 도판트에 의해 바이폴라론(bipolaron)을 형성하고,
상기 폴리아닐린이 상기 바이폴라론에 의해 집진 효과를 갖고,
상기 나노섬유 필터가 초미세먼지 및 미세먼지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 제거하기 위해 사용되는 것인, 나노섬유 필터의 제조방법.(a) producing polyamic acid nanofibers by electrospinning a poly(amic acid) polymer solution;
(b) heat-treating the polyamic acid nanofibers to produce a nanofiber structure containing polyimide nanofibers; and
(c) coating polyaniline on the surface of the nanofiber structure to produce a nanofiber filter in which a coating layer containing polyaniline is formed on the surface of the nanofiber structure,
Step (c) above is
(c-1) preparing a coating solution containing an aniline monomer and an oxidizing agent; and
(c-2) coating the coating solution on the surface of the nanofiber structure to produce a nanofiber filter in which a coating layer containing polyaniline is formed on the surface of the nanofiber structure,
The polyaniline forms a bipolaron with a dopant,
The polyaniline has a dust collecting effect due to the bipolarone,
A method of manufacturing a nanofiber filter, wherein the nanofiber filter is used to remove any one selected from the group consisting of ultrafine dust and fine dust.
상기 산화제가 과황산암모늄(ammonium persulfate, APS), 과황산나트륨(sodium persulfate) 및 과염소산염(perchlorate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터의 제조방법.According to clause 10,
A method of manufacturing a nanofiber filter, wherein the oxidizing agent includes at least one selected from the group consisting of ammonium persulfate (APS), sodium persulfate, and perchlorate.
상기 코팅용액에서 상기 아닐린 단량체와 상기 산화제의 질량비(Woxidant/Waniline)가 1 내지 10인 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터의 제조방법.According to clause 10,
A method for producing a nanofiber filter, characterized in that the mass ratio (W oxidant /W aniline ) of the aniline monomer and the oxidizing agent in the coating solution is 1 to 10.
상기 코팅용액이 도판트를 추가로 포함하고,
상기 도판트가 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 황산(H2SO4), 붕산(H3BO3), 플루오린화수소산(HF), 브롬화수소산(HBr), 탄산(H2CO3), 포름산(HCOOH), 아세트산(CH3COOH), 프로피온산(CH3CH2COOH), 부탄산(CH3CH2CH2COOH), 젖산(CH3CH(OH)COOH), 푸마르산(COOHCH=CHCOOH), 말릭산(COOHCH2CH(OH)COOH), 타타르산(COOHCH(OH)CH(OH)COOH) 및 프로판-1,2,3-트리카르복실산(COOHCH2C(OH)(COOH)CH2COOH)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터의 제조방법.According to clause 10,
The coating solution further includes a dopant,
The dopant is hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), boric acid (H 3 BO 3 ), hydrofluoric acid (HF), and hydrobromic acid (HBr). ), carbonic acid (H 2 CO 3 ), formic acid (HCOOH), acetic acid (CH 3 COOH), propionic acid (CH 3 CH 2 COOH), butanoic acid (CH 3 CH 2 CH 2 COOH), lactic acid (CH 3 CH(OH) )COOH), fumaric acid (COOHCH=CHCOOH), malic acid (COOHCH 2 CH(OH)COOH), tartaric acid (COOHCH(OH)CH(OH)COOH) and propane-1,2,3-tricarboxylic acid ( COOHCH 2 C(OH)(COOH)CH 2 COOH) A method for producing a nanofiber filter, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of
상기 코팅용액에서 상기 도판트의 몰농도가 0.1 내지 5 M인 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터의 제조방법.According to clause 14,
A method for producing a nanofiber filter, characterized in that the molar concentration of the dopant in the coating solution is 0.1 to 5 M.
상기 나노섬유 필터의 제조방법이 상기 단계 (a) 전에,
(a') 다이안하이드라이드(dianhydrode) 단량체, 다이아민(diamine) 단량체 및 유기용매를 포함하는 고분자 전구체 용액을 반응시켜 폴리아믹산 고분자 용액을 제조하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터의 제조방법.According to clause 10,
Before the manufacturing method of the nanofiber filter above step (a),
(a') reacting a polymer precursor solution containing a dianhydride monomer, a diamine monomer, and an organic solvent to prepare a polyamic acid polymer solution; a nanofiber characterized in that it further comprises Filter manufacturing method.
상기 고분자 전구체 용액이 상기 유기용매 100 중량부를 기준으로 상기 다이안하이드라이드 단량체와 상기 다이아민 단량체의 총합 5 내지 25 중량부를 포함하고,
상기 고분자 전구체 용액에서 상기 다이안하이드라이드 단량체와 상기 다이아민 단량체의 몰 비율이 동일한 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터의 제조방법.According to clause 16,
The polymer precursor solution contains a total of 5 to 25 parts by weight of the dianhydride monomer and the diamine monomer based on 100 parts by weight of the organic solvent,
A method for producing a nanofiber filter, characterized in that the molar ratio of the dianhydride monomer and the diamine monomer in the polymer precursor solution is the same.
상기 다이안하이드라이드 단량체가 PMDA(pyromellitic dianhydride), BPDA(3,3'4,4'-biphenyltertracarboxylic dianhydride), BTDA(3,3'4,4'-benxophenonetetracarboxylic dianhydride), 6FDA(perfluoroisopropylidene containing acid dianhydride), ODPA(oxydiphthalic dianhydride) 및 DSDA(diphenylsulfon-3,4,3',4'-tetracarbonic dianhydride)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 다이아민 단량체가 PDA(phenylene diamine), ODA(oxydianiline), HXDA(hexamethylene diamine) 및 TMD(Trimethyl hexamethylene diamine)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 유기용매가 DMF(dimethylformamide), MeCN(acetonitrile), DMSO(dimethyl sulfoxide), Acetone, Dichloromethane, THF(tetrahydrofran) 및 Ethyl acetate로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터의 제조방법.According to clause 16,
The dianhydride monomers include PMDA (pyromellitic dianhydride), BPDA (3,3'4,4'-biphenyltertracarboxylic dianhydride), BTDA (3,3'4,4'-benxophenetetracarboxylic dianhydride), 6FDA (perfluoroisopropylidene containing acid dianhydride), Contains at least one selected from the group consisting of ODPA (oxydiphthalic dianhydride) and DSDA (diphenylsulfon-3,4,3',4'-tetracarbonic dianhydride),
The diamine monomer includes one or more selected from the group consisting of phenylene diamine (PDA), oxydianiline (ODA), hexamethylene diamine (HXDA), and trimethyl hexamethylene diamine (TMD),
The organic solvent is a nanofiber filter characterized in that it contains one or more selected from the group consisting of DMF (dimethylformamide), MeCN (acetonitrile), DMSO (dimethyl sulfoxide), Acetone, Dichloromethane, THF (tetrahydrofran), and Ethyl acetate. Manufacturing method.
상기 단계 (a)의 전기 방사가 15 내지 20 kV의 전압으로 수행되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터의 제조방법.According to clause 10,
A method of manufacturing a nanofiber filter, characterized in that the electrospinning in step (a) is performed at a voltage of 15 to 20 kV.
상기 단계 (b)가 100 내지 500 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터의 제조방법.According to clause 10,
A method for producing a nanofiber filter, characterized in that step (b) is performed at a temperature of 100 to 500 ° C.
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