KR20110121824A - 내열성이 향상된 초극세 고분자 섬유상 필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

내열성이 향상된 초극세 고분자 섬유상 필터 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110121824A
KR20110121824A KR1020100041293A KR20100041293A KR20110121824A KR 20110121824 A KR20110121824 A KR 20110121824A KR 1020100041293 A KR1020100041293 A KR 1020100041293A KR 20100041293 A KR20100041293 A KR 20100041293A KR 20110121824 A KR20110121824 A KR 20110121824A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
filter
porous body
polymer
pore size
alumina
Prior art date
Application number
KR1020100041293A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101142853B1 (ko
Inventor
조성무
장성연
김동영
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020100041293A priority Critical patent/KR101142853B1/ko
Publication of KR20110121824A publication Critical patent/KR20110121824A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101142853B1 publication Critical patent/KR101142853B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0464—Impregnants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0471—Surface coating material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/0604—Arrangement of the fibres in the filtering material
    • B01D2239/0622—Melt-blown
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/0604—Arrangement of the fibres in the filtering material
    • B01D2239/0631—Electro-spun
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/10—Filtering material manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/1216—Pore size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/1233—Fibre diameter

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

본 발명은 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이의 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자 수지의 혼합용액을 전기방사(electrospinning)하여 배출된 초극세 섬유가 연속적으로 랜덤하게 배열 및 축적되어 이루어진 섬유상 다공체를 여과층으로 포함하고, 상기 초극세 섬유의 평균직경이 10~500 nm이고, 상기 섬유상 다공체의 기공 크기 분포에서 최대 빈도의 기공크기가 0.05~2 μm인 것을 특징으로 하는 고분자 섬유상 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 필터는 바이러스와 같은 극미세 입자까지도 제거할 수 있는 우수한 여과효율을 가지면서도 여과시 압력손실이 낮아 높은 투과유량을 나타내고 고온에서 재생이 가능하여 공기 및 수처리 필터로 유용하게 사용될 수 있다.

Description

내열성이 향상된 초극세 고분자 섬유상 필터 및 이의 제조방법 {ULTRAFINE POLYMERIC FIBER-BASED FILTER WITH IMPROVED HEAT RESISTANCE AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 바이러스와 같은 극미세 입자까지도 제거할 수 있는 우수한 여과 효율 및 높은 투과유량을 나타내고 고온에서 재생이 가능한 초극세 고분자 섬유상 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
물의 정화 시스템에 있어서 여과하려는 입자보다 작은 기공을 지닌 막에 의해 미세입자를 분리하는 멤브레인 필터가 일반적으로 사용되는데, 멤브레인 필터의 예에는 정밀여과막(microfiltration, MF; 기공크기 50~2000 nm)이나 한외여과막(ultrafiltration, UF; 기공크기 1~200 nm) 및 담수화에 사용되는 역삼투막(reverse osmosis, RO; 기공크기 0.1~2 nm) 등이 있다. 이와 같은 멤브레인 기반 액체 필터/분리 기술은 오일/물 에멀젼 분리나 탈염수화 같은 수처리 분야에 유용하다. 하지만, 바이러스 등과 같은 극미세 입자들을 제거하고자 하는 경우, 작은 기공으로 인해 압손이 매우 높아지고 낮은 투과성으로 투과유량이 낮아지며, 사용 중에 막의 기공이 폐쇄되어 투과속도가 급격히 감소되는 문제가 있다. 또한, 빈번한 역류 세정(backwashing)이 요구되어 불순물 제거시 다양한 온도적용에 제한을 받으며, 에너지 소모가 크고, 분리막 소재 자체가 강하지 못하여, 분리막이 파괴되거나 기공이 커지는 문제가 있다.
한편, 종래의 섬유필터는 여과 정밀도가 낮고, 수중의 바이러스 등을 제거할 수 없기 때문에 수처리 정밀여과에 사용하기 어렵다. 예를 들어, 현재 필터에 보편적으로 적용되고 있는 용융취입(melt-blown) 부직포의 경우, 구성 섬유의 직경이 커서 바이러스 등과 같은 나노사이즈 크기의 입자를 여과할 수 없으며, 용융취입 방식으로 고분자 블렌드섬유를 제조하고 해성분을 제거하여 5~500 nm의 직경분포를 갖는 초극세 섬유를 제조할 경우에도 큰 직경의 섬유가 혼재되어 큰 기공이 형성되므로 이로 인해 여과 정밀도가 떨어지고 수중 바이러스 등을 제거할 수 없는 단점이 있다.
이를 개선하기 위하여, 일본 공개특허 2008-136896호에서는 고분자 블렌드로 압출하여 얻은 초극세섬유를 절단하여 종이로 만든 수처리 필터를 개시하고 있다. 하지만, 블렌드 방사로 나노섬유를 제조한 후, 이를 2 mm 정도로 절단하여 초기법으로 종이로 이루어진 여과층을 제조하므로, 공정이 매우 복잡하고 비용이 고가인 단점이 있다.
또한, 일본 공개특허 2009-148748호에서는 기존 부직포 위에 전기방사로 고분자 나노 섬유를 도포한 필터를 개시하고 있다. 상기 전기방사(electrospinning) 방법은 섬유직경 1~500 nm의 초극세 섬유를 제조할 수 있어 종래의 섬유필터에서는 얻을 수 없는 미세 물질의 제거가 가능하고, 동작압력은 다공막을 이용한 정밀여과 필터에 비해 현저히 낮은 장점이 있지만, 바이러스 등과 같은 극미세 입자를 여과할 수 있는 기공크기를 갖는 필터의 제조가 어려울 뿐만 아니라, 기공크기가 너무 작기 때문에 높은 작동 압력이 요구되고 여과 효율은 증대되나 투과유량이 매우 낮게 되는 문제가 있다. 또한, 상기와 같이 여과층을 고분자 소재로만 제조하는 경우 열안정성 문제로 적용가능한 온도 범위가 제한되며, 기공크기가 나노섬유 직경에만 의존하므로, 고여과효율/고투과유량을 동시에 만족하기 어렵다.
이에 본 발명자들은 고분자 수지에 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이의 혼합물의 졸-겔 용액을 혼합한 후 전기방사하고, 이때 고분자 섬유의 직경 및 기공크기분포를 조절하여 다공체를 제조함으로써 상기의 낮은 여과 효율, 낮은 투과유량 및 낮은 열적 불안정성으로 인한 재생의 문제 등을 극복할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 바이러스와 같은 극미세 입자까지도 제거할 수 있는 우수한 여과효율을 가지면서도 여과시 압력손실이 낮아 높은 투과유량을 나타내고 고온에서 재생이 가능한 내열성이 증대된 고분자 섬유상 필터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 섬유상 필터를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명은 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이의 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자 수지의 혼합용액을 전기방사(electrospinning)하여 배출된 초극세 섬유가 연속적으로 랜덤하게 배열 및 축적되어 이루어진 섬유상 다공체를 여과층으로 포함하고, 상기 초극세 섬유의 평균직경이 10~500 nm이고, 상기 섬유상 다공체의 기공 크기 분포에서 최대 빈도의 기공크기가 0.05~2 μm인 것을 특징으로 하는 고분자 섬유상 필터를 제공한다.
상기 다른 목적에 따라, 본 발명은 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이의 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자 수지의 혼합용액을 전기방사(electrospinning)하여, 초극세 섬유의 평균직경이 10~500 nm이고, 기공 크기 분포에서 최대 빈도의 기공크기가 0.05~2 μm인 다공체를 형성시키는 것을 포함하는 고분자 섬유상 필터의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 필터는 여과층이 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이들의 혼합물의 용액이 졸-겔 상태에서 고분자 수지와 혼성되어 내열성이 우수하며, 수중 및 공기 중의 바이러스를 제거할 수 있는 우수한 여과효율을 지님과 동시에 여과시 압력손실이 낮아 높은 투과유량을 나타내는 바, 공기 및 수처리 필터로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에서 사용한 전기방사 장치의 개략도를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1에 따른 실리카 복합 폴리비닐리덴플루오라이드 초극세 섬유상 다공체의 (a) 압착 및 열처리 전과 (b) 압착 및 열처리 후의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 3은 실시예 2에 따른 실리카 복합 폴리아크릴로니트릴 초극세 섬유상 다공체의 (a) 압착 및 열처리 전과 (b) 압착 및 열처리 후의 투과전자현미경 사진이다.
도 4는 실시예 3에 따른 알루미늄 산화물 복합 폴리비닐피롤리돈 초극세 섬유상 다공체의 섬유 표면에 (a) 나노알루미나 흡착 전 및 (b) 나노알루미나 흡착 후의 투과전자현미경 사진이다.
도 5는 실시예 4에 따른 알루미늄 산화물 복합 폴리비닐피롤리돈 초극세 섬유상 다공체의 (a) 나노알루미나 흡착 전 및 (b) 나노알루미나 흡착 후의 투과전자현미경 사진이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이의 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자 수지의 혼합용액을 전기방사(electrospinning)하여 배출된 초극세 섬유가 연속적으로 랜덤하게 배열 및 축적되어 이루어진 섬유상 다공체를 여과층으로 포함하고, 상기 초극세 섬유의 평균직경이 10~500 nm이고, 상기 섬유상 다공체의 기공 크기 분포에서 최대 빈도의 기공크기가 0.05~2 μm인 것을 특징으로 하는 고분자 섬유상 필터를 제공한다.
본 발명에 따른 고분자 섬유상 필터를 구성하는 초극세 섬유상 다공체는 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이의 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자 수지의 혼합용액을 전기방사하여 제조된다. 본 발명의 초극세 고분자 섬유상 다공체는 겉보기로는 전기방사에 의해 제조되는 초극세 섬유가 연속적으로 랜덤하게 배열 및 축적되어 다공체 형태를 이루고 있다.
본 발명의 고분자 섬유상 필터를 제조하는데 있어 사용되는 상기 실리카 전구체 또는 알루미나 전구체는 M(OR)x, MRx(OR)y, MXy 또는 M(NO3)y로 표시되며, 여기서 M은 Si 또는 Al이고; R은 C1-C10 알킬기이며; X는 F, Cl, Br 또는 I이고; x 및 y는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이다. 상기 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이들의 혼합물은 최종 형성된 다공체의 내열성을 증대시키기 위한 목적으로 사용되며, 또한 여과층인 내열성 초극세 고분자 섬유상 다공체를 구성하는 섬유 표면에 바이러스나 금속이온, 유기물 및 무기입자 등 극미세 입자를 포집할 수 있는 기능을 부여한다. 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이들의 혼합물은 제조과정 중 변환되어 본 발명의 초극세 고분자 섬유 내에 실리카, 알루미나 또는 이들의 혼합물의 형태로 존재하게 되며, 상기 실리카, 알루미나 또는 이들의 혼합물은 초극세 고분자 섬유내에 고분자 수지 100 중량부에 대하여 5~80 중량부의 비율로 존재하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 상기 고분자 수지는 필터 소재로 사용되는 고분자들이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 및 그 공중합체, 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol) 및 그 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 및 그 공중합체, 셀룰로오스(cellulose) 및 그 공중합체 등이 사용될 수 있다. 특히, 용융되거나, 유리전이온도가 낮은 고분자 및 용융 전에 열분해가 되는 고분자들의 경우, 본 발명에 따른 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이들 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자 수지가 혼합된 용액으로부터 섬유가 형성되면, 고분자 수지의 융점 또는 유리전이온도보다 훨씬 높은 온도에서도 형태안정성이 유지되고 열분해온도가 크게 상승되는 등 내열성이 증대된다. 상기 고분자 외에도 폴리비닐피롤리돈, 폴리아마이드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리이미드, 폴리아마이드, 폴리페닐렌술폰, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤 등을 포함하는 고내열성 수지를 사용하여 내열성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 술폰화 폴리에테르에테르케톤(SPEEK) 및 술폰화 폴리술폰 등과 같이 -SO3H, COOH 또는 이온성 작용기를 지닌 고분자 수지도 포함된다. 상기 고분자 수지로부터 제조된 다공체 역시 상기 수지의 융점 또는 열분해 온도에서도 용융되거나 열분해되지 않는다.
본 발명의 고분자 필터의 제조에 사용되는 상기 졸-겔 용액 또는 졸-겔 용액과 고분자 수지의 혼합용액은 나노알루미나를 추가로 포함할 수 있다. 상기 나노알루미나는 바이러스나 금속이온, 유기물 및 무기입자 등 극미세 입자를 포집하는 것을 도와주는 역할을 한다. 상기 나노알루미나 입자를 함유한 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이들 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자 수지의 혼합용액을 전기방사하여 흡착 능력이 향상된 고분자 섬유상 필터를 제조할 수 있다.
상기 방법과 다른 방식으로, 섬유상 다공체를 나노알루미나 현탁액에 함침하거나, 현탁액을 다공체에 코팅하여 섬유 표면에 나노알루미나가 흡착된 고분자 섬유상 필터를 제조할 수도 있다. 상기 나노알루미나의 예에는 나노로드, 나노튜브 또는 나노섬유 형상을 갖는 보헤마이트(AlOOH), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 감마-알루미나(γ-Al2O3)가 포함된다. 상기 방법은 열처리 과정 이후 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 초극세 고분자섬유를 형성시키는 전기방사의 원리는 여러 문헌에 잘 나타나 있는데[G. Taylor. Proc. Roy. Soc. London A, 313, 453(1969); J. Doshi and D. H. Reneker, J. Electrostatics, 35 151(1995)], 임계전압 이상의 고전압 전기장 하에서 저점도의 액체가 극미세 방울로 분무되는 현상인 정전 스프레이(electrostatic spray)와는 달리, 충분한 점도를 지닌 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이들 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자 혼합용액이 고전압 정전기력을 부여받을 때 초극세 섬유가 형성되며, 이를 전기방사(electrospinning)라고 지칭한다. 전기방사 장치는 용액을 저장하는 배럴, 일정 속도로 용액을 토출하는 정량 펌프 및 고전압 발생기가 연결된 방사노즐을 포함한다. 정량 펌프를 통하여 토출되는 용액은 고전압 발생기에 의하여 하전된 방사 노즐을 통과하면서 초극세 고분자 섬유로 방출되고, 일정 속도로 이동하는 컨베이어 형태의 접지된 집전판 위에 다공성 초극세 고분자 섬유가 축적된다. 이와 같은 용액의 전기방사에 의해 수 내지 수천 나노미터 크기를 갖는 초극세 고분자 섬유의 제조가 가능하고, 섬유의 생성과 동시에 3차원의 네트워크 구조로 융착되어 적층된 형태의 다공성 웹 형태로 제조가 가능하다. 이 초극세 고분자 섬유상 다공체는 기존 섬유에 비해 부피 대비 표면적 비가 지극히 높고, 높은 기공도를 갖는다(도 1).
본 발명에서 내열성 초극세 고분자 섬유상의 형성은 상기의 전기방사 개념을 확장한, 용융취입(melt-blowing), 플래쉬 방사(flash spinning) 또는 이들 공정의 변형으로서 고전압 전기장과 에어분사에 의해 초극세 섬유를 제조하는 전기취입(electro-blowing)법에 의해서 수행될 수 있다. 이들 방법들 모두 전기장하에서 노즐을 통해 압출하는 전기방사법과 동일한 개념을 지니므로 본 발명에서의 전기방사는 이러한 모든 방법을 다 포함한다.
필터의 여과 정밀도, 즉 여과효율과 투과유량은 여과층의 기공도와 기공크기에 가장 큰 영향을 받는다. 본 발명에 따르면, 여과층인 내열성 초극세 고분자 섬유상 다공체의 기공크기와 분포 및 기공도는 구성섬유의 평균 직경 및 직경 분포의 영향을 많이 받는다. 섬유 직경이 작을수록 기공 크기가 작아지며, 기공 크기 분포도 작아진다. 또한, 섬유의 직경이 작을수록 섬유의 비표면적이 증대되므로 여과액에 함유된 미세입자를 포집할 능력도 커지게 된다. 따라서, 본 발명에서 여과층을 구성하는 내열성 고분자 섬유상 다공체의 평균 섬유직경은 10~500 nm 범위이며, 바람직하게는 10~300 nm 범위이다.
멤브레인 필터의 경우 표면의 기공크기와 멤브레인 내부의 기공크기 및 기공도가 다르다. 이는 멤브레인 제조공정에서 멤브레인 표면과 내부에서 용매의 증발 또는 용출속도의 차이 때문이며, 여과에 기여를 하지 못하는 데드 엔드 포아(dead end pore)가 존재한다. 그러나, 섬유로 이루어진 필터의 경우 표면의 기공크기 및 기공도는 필터 벌크와 큰 차이를 나타내지 않으며, 데드 엔드 포아가 또한 존재하지 않는다. 기공도는 필터의 성능평가에 직접적인 요소는 아니나, 기공도가 높으면 투과유량이 높다는 것을 의미한다. 그러므로, 본 발명의 필터에서 여과층이 높은 여과효율과 높은 투과유량을 지닐 수 있는 기공크기를 조절하는 한 방법으로 구성 섬유의 직경을 조절하고 있다.
본 발명에서, 내열성 초극세 고분자 섬유가 축적되어 여과층을 형성한 다공체의 모세관 흐름 포로미터(capillary flow porometer)로 측정한 기공 크기 분포에서 최대 빈도의 기공 크기는 0.05~2 μm이다. 그러나, 여과층 전체의 기공크기 분포에서 단일 크기의 기공만을 갖는 것을 의미하는 것은 아니며, 필요에 따라 작은 기공과 큰 기공을 함께 갖는 여과층을 형성할 수 있다. 즉, 바닥층에서는 보다 직경이 큰 섬유로 구성되어 기공크기가 큰 다공층이고, 위층에는 보다 가는 직경의 섬유로 구성되어 보다 작은 크기의 기공들로 구성된 다공층이 다층구조 또는 경사구조로 형성될 수 있다. 이와 같은 다층구조 또는 경사 구조형 여과층의 형성은 전기방사 과정에서 먼저 직경이 큰 섬유을 축적시키고 점차 직경이 가는 섬유를 축적시키므로서 손쉽게 달성될 수 있다.
일반적으로 전기방사에 의해 제조된 섬유상 다공체는 섬유직경이 가늘수록 기공도 및 기공크기가 비례하여 감소하지는 않는다. 예를 들면, 평균 섬유직경이 2.3 μm, 1.3 μm, 0.7 μm 및 0.5 μm인 경우, 기공크기 분포도에서 가장 많이 분포하는(최대 빈도의) 기공의 크기가 각각 6.7 μm, 4.5 μm, 2.2 μm 및 1.7μm이며, 기공도는 90%에서 80%로 감소한다. 즉, 섬유직경의 감소에 비하여 기공도 및 기공크기는 크게 감소하지 않는다. 바이러스와 같은 극미세 입자를 여과하기 위한 기공크기로 1~100 nm가 요구되고 있으나, 전기방사로 제조한 섬유상 다공체의 기공크기를 이와 같이 감소시키기는 매우 어려우며, 이와 같이 작은 기공크기를 지닌 다공체를 제조할 경우 높은 여과효율을 얻을 수는 있으나 낮은 투과속도로 인하여 투과유량이 현저히 낮아진다.
따라서, 바이러스와 같은 극미세 입자를 여과하기 위해서는, 섬유 평균직경이 10~500 nm 범위, 바람직하게는 10-300 nm 범위의 초극세 섬유로 다공체를 형성시키고, 하부층은 보다 직경이 큰 섬유로 다공층을 형성한다. 그런 다음에, 투과유량에 큰 손실이 일어나지 않는 수준에서 이들 내열성 초극세 고분자 섬유 다공체를 고분자의 유리전이온도(Tg) 내지 용융온도(Tm)의 범위에서 열압착하여, 기공도 및 기공크기를 감소시킬 수 있다. 일반적으로, 전기방사에 의해 고분자만으로 이루어진 섬유상 다공체의 경우, 상기와 같이 열압착을 할 경우 기공도가 20% 이하까지도 낮아질 수 있으며, 더 많은 압착을 할 경우 고분자 성분의 용융에 의해 기공구조가 거의 붕괴될 수 있다.
본 발명에서의 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이들 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자 수지의 혼합용액을 전기방사하여 얻은 내열성 초극세 고분자 섬유상 다공체는 통상적으로 70~95% 정도의 비교적 높은 기공도를 갖기 때문에 10~80%의 적절한 기공도를 가지도록 추가로 열압착 등의 공정을 거치는 것이 바람직하다. 열압착 후에도 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이들 혼합물의 졸-겔 용액이 혼성되어 고분자 성분의 내열성을 증대시켜 주므로 기공구조를 유지된다. 상기 결과를 얻기 위하여, 본 발명에서는 기공구조가 붕괴되지 않는 범위내에서 기공의 크기가 0.05~2 μm 범위로 되도록 열압착시킬 수 있다.
상기 열압착 후에, 본 발명의 고분자 섬유상 다공체는 50~350℃의 온도 범위에서 열처리된다. 열압착 과정에서 고분자만으로 이루어진 섬유의 경우 쉽게 고분자 성분의 용융 등으로 기공구조가 붕괴가 되나, 본 발명에서와 같이 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이들 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자가 균질하게 혼합된 고분자 섬유의 경우, 고분자의 융점 이상에서 열압착하여도 기공구조의 붕괴가 일어나지 않는다. 따라서, 다양한 압착률을 이용할 수 있어 여과층의 기공크기를 조절하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 상기 열처리 과정은 전기방사에 의해 제조한 내열성 초극세 고분자 섬유상 다공체를 탈수시키는데 그 목적이 있다. 이러한 열처리 과정에서 고분자 섬유상 다공체는 탈수반응이 진행됨에 따라 수축이 일어나지만 반응이 종료된 후에는 더 이상의 수축이 일어나지 않는다.
본 발명에서 필터의 여과층은 실리카 전구체 또는 알루미나 전구체 또는 이들 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자 수지의 혼합용액으로부터 제조되므로, 여과층을 구성하는 섬유내 실리카, 알루미나 또는 이들 혼합물과 고분자는 분자레벨에서 매우 균질하게 혼합된 금속산화물 복합 고분자 섬유이다. 따라서, 상기 열처리 후에는 다양한 적용온도 구간에서 열수축이 거의 일어나지 않으며, 고분자 수지의 융점이상에서도 용융에 의한 필터의 붕괴가 일어나지 않으며, 고분자 수지자체가 열분해되는 온도에서도 금속산화물 복합 고분자 섬유는 열분해가 일어나지 않는 매우 우수한 내열특성을 지니게 된다.
바이러스와 같은 극미세 입자를 고효율로 여과하기 위하여는 여과층의 기공크기가 1~100nm, 더 바람직하게는 1~60 nm 정도가 되어야 한다. 그러나, 이러한 극미세기공을 지닌 여과층은 매우 높은 여과효율을 갖고 있으나, 압손이 너무 크고 투과용량이 너무 낮아 문제가 된다. 따라서, 여과층의 기공크기만을 이용하여 바이러스와 같은 극미세입자를 여과하는 것은 바람직하지 않다.
본 발명의 여과층인 실리카 또는 알루미나 또는 이들 혼합물의 복합 초극세 고분자 섬유상 다공체는 기공크기 분포도에서 가장 많이 분포하는 기공의 크기가 0.05~2 μm이다. 그러므로, 이와 같은 크기의 기공구조로는 바이러스와 같은 극미세입자들에 대한 여과효율이 높지 않을 수도 있다. 따라서, 바이러스와 같은 극미세 입자들에 대하여도 높은 여과 효율과 높은 투과유량을 갖게 하기 위하여는 보다 큰 기공크기를 사용하지만 여과입자를 흡착할 수 있는 기능성을 섬유표면에 부여함으로써 가능하다.
한편, 본 발명의 여과층인 금속산화물 초극세 연속섬유상 다공체를 갖는 필터의 형태로는 평판인 상태로 적층한 형태, 플리츠(pleats)형, 스파이럴(spiral) 형을 포함하는 다양한 형태들로 이용될 수 있다.
나아가, 본 발명은 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이의 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자 수지의 혼합용액을 전기방사(electrospinning)하여, 초극세 섬유의 평균직경이 10~500 nm이고, 기공 크기 분포에서 최대 빈도의 기공크기가 0.05~2 μm인 다공체를 형성시키는 것을 포함하는 고분자 섬유상 필터의 제조방법을 제공한다. 상기 방법에서의 구체적인 조건은 위에서 설명한 바와 같다.
이하 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만, 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 제시된 섬유 직경, 기공 크기, 기공도, 여과 효율 및 투과유량은 하기의 방법에 의해 측정되었다.
1. 필터를 구성하는 내열성 초극세 고분자 섬유 직경
본 발명의 내열성 초극세 고분자 섬유상 다공체의 표면 또는 단면의 SEM 사진으로부터 Sigma Scan Pro 5.0, SPSS를 사용하여 초극세 고분자섬유의 직경을 측정하고 섬유의 평균직경 및 섬유직경 분포를 평가하였다.
2. 내열성 초극세 고분자섬유상 다공체의 기공크기
평균 기공크기는 모세관 흐름 다공성 측정기(capillary flow porometer, PMI사, 버전 7.0)를 사용하여 0-30 psi의 압력 범위에서 측정하였으며, 기공크기는 측정된 습류(wet flow) 및 건류(dry flow) 곡선으로부터 계산되었으며, 습윤제(wetting agent)로 퍼플루오로폴리에테르(propene 1,1,2,3,3,3 hexafluoro, oxidized, polymerized)를 사용하였다.
3. 기공도 평가
내열성 초극세 고분자 섬유상 다공체의 기공도 평가는 하기 식의 부탄올 함침법으로 평가하였다
부탄올 함침법 P(%) ={(MBuOH/ρBuOH)/(MBuOH/ρBuOH+Mm/ρp)}×100
(흡수됨 BuOH 무게, Mm: 내열성 고분자 섬유상 다공체 무게, ρBuOH: BuOH 밀도, ρp: 내열성 고분자 섬유 밀도)
4. 여과 정밀도(여과 효율) 평가
직경 90 nm의 폴리스티렌 라텍스 입자(Magsphere Inc.) 10 중량%의 현탁 수용액을 탈이온수로 희석하여 제조한 0.1 중량% 현탁액 30 mL를 공급액과 투과액 사이에 압력차이가 35 kPa가 되도록 진공시스템을 사용하여 내열성 초극세 고분자 섬유상 다공체를 투과하도록 공급하였다. 이후, 원래 현탁액과 열성 초극세 고분자 섬유상 다공체를 투과한 투과액에 함유된 라텍스 나노입자의 농도를 자외선-가시광선 분광광도계(UV-visible spectrometer)를 사용하여 200~205 nm에서의 흡광도 세기로 정량 평가한 다음 하기의 식에 따라 필터 효율을 평가하였다. 또한, 투과액 5 μL를 채취하여 슬라이드 글라스 위에 놓고 진공건조한 후 라텍스 입자 수를 계산하여 필터 효율을 평가하였다.
필터효율(%) = [1-(Ct/Co)]×100
Ct :투과액 라텍스 입자농도, Co: 원래 라텍스 현탁액 농도
5. 투과유량 평가
여과 정밀도 측정과 동일한 방식으로 필터를 필터 홀더에 장착하고 25℃의 탈이온수를 35 kPa의 압력차로 공급하면서, 필터를 투과한 투과액 5 mL마다 투과 시간을 측정하여 투과 유량을 측정하였다.
실시예 1: 초극세 고분자 섬유상 필터 제조
테트라에톡시오르토실리케이트(TEOS, Aldrich사) 37.5g, 메틸트리에톡시실란(Aldrich사) 16.0g, 에틸알콜 24.9g, 물 9.6g 및 염산수용액 0.28g을 혼합한 후 약 70℃에서 약 3시간 동안 교반하여 31g의 실리카 졸-겔 용액을 제조하였다. 상기 용액에, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF, Kynar 761) 14 g이 용해된 DMF 용액 140 g을 첨가하여 혼합용액을 얻은 후 이를 전기방사 장치(도 1 참조)를 이용하여 20kV의 고전압 전기장, 30 μL/분의 토출속도 및 27G의 방사노즐 하에서 전기방사하여 88.5%의 기공도를 지니며, 평균 직경 152 nm의 실리카 복합 PVdF 섬유상 다공체를 제조하였다(도 2a). 이를 130℃에서 열압착 후, 180℃에서 약 10분 동안 열처리하여, 기공도 76.6%, 섬유 평균직경 160 nm(최소 130 nm~최대 270 nm) 및 기공크기 1.1 μm를 갖는 실리카 복합 PVdF 섬유상 다공체를 제조하였다. 제조된 실리카 초극세 섬유의 전자투과현미경 사진을 도 2b에 나타내었다. 상기 제조된 다공체는 열처리 과정에서 열처리 전보다 크기가 92%로 수축되었으나, 이를 250℃에서 약 1시간 방치하여도 더 이상 수축없이 기공구조는 그대로 유지되었다.
상기 다공체를 필터 여과층으로 사용하여 여과 정밀도와 투수량을 측정하여 표 1에 나타내었다. 상기 필터는 직경 90 nm 입자를 거의 여과하였으며, 투수량도 매우 우수하였다.
실시예 2: 초극세 고분자 섬유상 필터 제조
TEOS 62.4g, 에틸알콜 29.8g, 물 9.6g 및 염산수용액 0.28g을 혼합한 후, 약 70℃에서 약 3시간 동안 교반하여 30g의 실리카 졸-겔 용액을 제조하였다. 상기 용액에, 100g의 DMF 및 16.5g의 폴리아크릴로니트릴(PAN, Polyscience, 분자량 150,000)을 첨가하여 혼합용액을 얻은 후, 이를 전기방사 장치를 이용하여 20kV의 고전압 전기장, 30 μL/분의 토출속도 및 27G의 방사노즐 하에서 전기방사하여 87%의 기공도를 지니며, 평균 직경 112 nm의 실리카 복합 폴리아크릴로니트릴 섬유상 다공체를 제조하였다(도 3a). 이를 130℃에서 열압착 후, 180℃에서 약 10분 동안 열처리하여, 기공도 78%, 섬유 평균직경 116 nm(최소 95 nm~최대 230 nm) 및 기공크기 0.82 μm를 갖는 실리카 복합 PAN 섬유상 다공체를 제조하였다. 제조된 실리카 초극세 섬유의 전자투과현미경 사진을 도 3b에 나타내었다. 상기 제조된 다공체는 열처리 과정에서 열처리 전보다 크기가 94 %로 수축되었으나, 이를 250℃에서 약 1시간 방치하여도 더 이상 수축없이 기공구조는 그대로 유지되었다.
상기 다공체를 필터 여과층으로 사용하여 여과 정밀도와 투수량을 측정하여 표 1에 나타내었다. 상기 필터는 직경 90 nm 입자를 거의 여과하였으며, 투수량도 매우 우수하였다.
실시예 3: 초극세 고분자 섬유상 필터 제조
알루미늄 이소프로폭사이드 15g, 알루미늄 나이트레이트 9.4g, TEOS 7g, 에틸알콜 40 mL, 물 10 mL 및 염산 수용액 50 mL을 혼합(알루미늄 이소프로폭사이드:알루미늄 나이트레이트:TEOS = 9:3:4 몰비)한 후, 폴리비닐피롤리돈(Aldrich) 3g을 첨가하고 약 70℃에서 2시간 동안 교반하여 혼합용액을 제조하였다. 상기 용액을 전기방사 장치를 사용하여 26.5kV의 고전압 전기장, 20 μL/분의 토출속도 및 30G의 방사노즐 하에서 전기방사하여, 기공도 89%, 섬유 평균직경 151 nm(최소 100 nm~최대 205 nm) 및 기공크기 1.06 nm를 갖는 알루미늄 산화물/PVP 초극세 섬유상 다공체를 제조하였다(도 4a). 이를 열압착 없이 180℃에서 약 30분 동안 열처리하였다.
한편, 알루미늄 이소프로폭사이드(AIP) 7g, 에틸알콜 40 mL, 물 10 mL 및 HCl 25 μL의 혼합용액을 1시간동안 초음파 분해(sonication)한 후, 약 90℃에서 3시간 동안 교반하였다. 상기 반응물을 에탄올로 희석하고 여과하여 나노분말상 나노알루미나를 제조하였다.
상기 나노알루미나를 물과 에탄올 혼합용액에 2 중량%로 분산시킨 용액에, 앞서 제조한 알루미나 복합 폴리비닐피롤리돈 초극세 섬유상 다공체를 함침시켜 나노알루미나를 흡착시킨 다음, 수세 및 건조시켜 나노알루미나가 섬유표면에 흡착된 알루미나 복합 폴리피롤리돈 초극세 섬유상 다공체를 제조하였다. 상기 제조된 다공체의 전자투과현미경 사진을 도 4b에 나타내었다.
상기 다공체를 필터 여과층으로 사용하여 여과 정밀도와 투수량을 측정하여 표 1에 나타내었다. 상기 필터는 직경 90 nm 입자를 거의 여과하였으며, 투과유량도 매우 우수하였다.
실시예 4: 초극세 고분자 섬유상 필터 제조
실시예 3에서 제조한 나노알루미나 6g, 알루미늄 이소프로폭사이드 15g, 알루미늄 나이트레이트 9.4g, TEOS 7g, 에틸알콜 40 mL, 물 10 mL 및 염산 수용액 50 mL를 혼합(알루미늄 이소프로폭사이드:알루미늄 나이트레이트:TEOS = 9:3:4 몰비)한 후, 폴리비닐피롤리돈 3g을 첨가하고 약 70℃에서 2시간동안 교반하여 혼합용액을 제조하였다. 상기 용액을 전기방사 장치를 사용하여 28kV 고전압 전기장, 20 μL/분의 토출속도 및 27G의 방사노즐 하에서 전기방사하여, 기공도 93.8% 및 섬유 평균직경 157 nm를 갖는 알루미늄 산화물 복합 PVP 초극세 섬유상 다공체를 제조하였다. 이를 40℃에서 각각 원래 두께의 1/5로 압착한 다음에 180℃에서 약 30분 동안 열처리하여 섬유 평균직경 208 nm(최소 140 nm~최대 297 nm), 기공도 76% 및 기공크기 1.0 μm를 갖는 초극세 섬유상 다공체를 제조하였다. 열처리 전후의 모습을 도 5에 나타내었다.
상기 다공체를 필터 여과층으로 사용하여 여과 정밀도와 투수량을 측정하여 표 1에 나타내었다. 상기 필터는 직경 90 nm 입자를 거의 여과하였으며, 투과유량도 매우 우수하였다.
실시예 5: 초극세 고분자 섬유상 필터 제조
TEOS 62.4g, 에틸알콜 29.8g, 물 9.6g 및 염산수용액 0.28g을 혼합한 후, 약 70℃에서 약 3시간동안 교반하여 30g의 실리카 졸-겔 용액을 제조하였다. 상기 용액에 100g의 DMF 및 16.5g의 폴리술폰(Udel P3500)을 첨가하여 혼합용액을 얻은 후, 이를 전기방사 장치를 이용하여 11kV 고전압 전기장, 25 μL/분의 토출속도 및 30G의 방사노즐 하에서 전기방사하여 87%의 기공도 및 평균 직경 111 nm를 갖는 실리카 복합 폴리술폰 섬유상 다공체를 제조하였다. 상기 제조된 다공체를 180℃에서 열압착 후, 180℃에서 약 10분 동안 열처리하여, 기공도 78%, 섬유 평균직경 110 nm(최소 85 nm~최대 255 nm) 및 기공크기 0.25 μm를 갖는 실리카 복합 폴리술폰 섬유상 다공체를 제조하였다.
상기 제조된 다공체를 필터 여과층으로 사용하여 여과 정밀도와 투수량을 측정하여 표 1에 나타내었다. 상기 필터는 직경 90 nm 입자를 거의 여과하였으며, 투수량도 매우 우수하였다.
실시예 6: 초극세 고분자 섬유상 필터 제조
TEOS 62.4g, 에틸알콜 29.8g, 물 9.6g 및 염산수용액 0.28g을 혼합한 후, 약 70℃에서 약 3시간 동안 교반하여 30g의 실리카 졸-겔 용액을 제조하였다. 상기 용액에 100g의 DMF 및 16.5g의 폴리아마이드이미드(Torlon, Solvay)를 첨가하여 혼합용액을 얻은 후, 이를 전기방사 장치를 이용하여 12kV 고전압 전기장, 30 μL/분의 토출속도 및 30G의 방사노즐 하에서 전기방사하여, 87%의 기공도를 지니며, 평균 직경 101 nm의 실리카 복합 폴리아마이드이미드 섬유상 다공체를 제조하였다. 상기 제조된 다공체를 180℃에서 열압착 후, 180℃에서 약 30분 동안 열처리하여, 기공도 77%, 섬유 평균직경 105 nm(최소 90 nm~최대 213 nm) 및 기공크기 0.15 μm를 갖는 실리카 복합 폴리아마이드이미드 섬유상 다공체를 제조하였다.
상기 다공체를 필터 여과층으로 사용하여 여과 정밀도와 투수량을 측정하여 표 1에 나타내었다. 상기 필터는 직경 90 nm 입자를 거의 여과하였으며, 투수량도 매우 우수하였다.
비교예 1: 초극세 고분자 섬유상 필터 제조
TEOS 37.5g, 메틸트리에톡시실란 16.0g, 에틸알콜 24.9g, 물 9.6g 및 염산수용액 0.28g을 혼합한 후, 약 70℃에서 약 3시간 동안 교반하여 31g의 실리카 졸-겔 용액을 제조하였다. 상기 용액에 16.4g의 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF, Kynar 761)와 85.4g의 DMF를 첨가하여 혼합용액을 얻은 후, 이를 전기방사 장치를 이용하여 18kV 고전압 전기장, 20 μL/분의 토출속도 및 30G의 방사노즐 하에서 전기방사하여, 90%의 기공도를 지니며, 평균 직경 629 nm의 실리카 복합 PVdF 섬유상 다공체를 제조하였다. 이를 열압착 없이 180℃에서 약 20분 동안 열처리하였다.
상기 다공체를 필터 여과층으로 사용하여 여과 정밀도와 투수량을 측정하여 표 1에 나타내었다. 상기 필터는 투과 유량은 높았으나 직경 90 nm 입자의 여과 효율은 낮았다.
비교예 2: 초극세 고분자 섬유상 필터 제조
알루미늄 이소프로폭사이드 15g, 알루미늄 나이트레이트 9.4g, TEOS 7g, 에틸알콜 40 mL, 물 10 mL 및 염산 수용액 50 mL를 혼합(알루미늄 이소프로폭사이드:알루미늄 나이트레이트:TEOS = 9:3:4 몰비)한 후, 상기 용액에 폴리비닐피롤리돈 0.5g을 첨가하고 약 70℃에서 2시간 동안 교반하여 혼합용액을 제조하였다. 상기 용액을 전기방사 장치를 사용하여 17kV 고전압 전기장, 35 μL/분의 토출속도 및 27G의 방사노즐 하에서 전기방사하여, 이를 열압착 없이 180℃에서 약 20분 동안 열처리하였다. 평균 섬유 직경 2.2 μm, 기공도 91% 및 기공크기 5.6μm를 갖는 알루미늄 산화물/PVP 초극세 섬유상 다공체를 제조하였다.
상기 다공체를 필터 여과층으로 사용하여 여과 정밀도와 투수량을 측정하여 표 1에 나타내었다. 상기 필터는 직경 90 nm 입자를 거의 대부분 투과시키는 매우 낮은 필터효율을 나타내었다.
실시예 섬유 평균직경(nm) 기공크기(μm) 여과효율(%) 투과유량(L/m2.hr.Pa)
실시예 1 160 1.1 94 0.051
2 116 0.82 96 0.043
3 151 1.06 91 0.062
4 208 1.0 93 0.034
5 110 0.25 98 0.032
6 105 0.15 98 0.030
비교예 1 629 2.1 60 0.271
비교예 2 2200 5.6 0.4 15.20

Claims (11)

  1. 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이의 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자 수지의 혼합용액을 전기방사(electrospinning)하여 배출된 초극세 섬유가 연속적으로 랜덤하게 배열 및 축적되어 이루어진 섬유상 다공체를 여과층으로 포함하고, 상기 초극세 섬유의 평균직경이 10~500 nm이고, 상기 섬유상 다공체의 기공 크기 분포에서 최대 빈도의 기공크기가 0.05~2 μm인 것을 특징으로 하는 고분자 섬유상 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리카 전구체 또는 알루미나 전구체가 M(OR)x, MRx(OR)y, MXy 또는 M(NO3)y로 표시되며, 여기서 M은 Si 또는 Al이고; R은 C1-C10 알킬기이며; X는 F, Cl, Br 또는 I이고; x 및 y는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수인 것을 특징으로 하는 고분자 섬유상 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이의 혼합물의 졸-겔 용액으로부터 형성되는 실리카 또는 알루미나 또는 이들의 혼합물이 고분자 섬유 내에서 고분자 수지 100 중량부에 대하여 5~80 중량부로 존재하는 것을 특징으로 하는 고분자 섬유상 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고분자 수지가 폴리아크릴로니트릴; 폴리비닐알콜; 폴리비닐리덴플루오라이드; 셀룰로오스; 폴리비닐피롤리돈; 폴리아마이드이미드; 폴리에테르이미드; 폴리이미드; 폴리아마이드; 폴리페닐렌술폰; 폴리술폰; 폴리에테르술폰; 폴리에테르에테르케톤; -SO3H, COOH 또는 이온성 작용기를 갖는 고분자 수지; 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고분자 섬유상 필터.
  5. 제 1 항에 있어서
    상기 졸-겔 용액 또는 졸-겔 용액과 고분자 수지의 혼합용액이 나노알루미나를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 섬유상 필터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유상 다공체가 50~350℃ 온도 구간에서 열처리된 것임을 특징으로 하는 고분자 섬유상 필터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 섬유상 다공체가 열처리에 앞서 고분자의 유리전이온도(Tg) 내지 용융온도(Tm)의 범위에서 열압착된 것임을 특징으로 하는 고분자 섬유상 필터.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 섬유상 다공체가 열처리 후 나노알루미나 현탁액으로 함침 또는 코팅되어 섬유의 표면에 상기 나노알루미나가 흡착된 것임을 특징으로 하는 고분자 섬유상 필터.
  9. 제 5 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 나노알루미나가 나노로드, 나노튜브 또는 나노섬유 형상을 갖는 보헤마이트(AlOOH), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 또는 감마-알루미나(γ-Al2O3)인 것을 특징으로 하는 고분자 섬유상 필터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기방사가 용융취입(melt-blowing), 플래쉬 방사(flash spinning) 또는 전기취입(electro-blowing)인 것을 특징으로 하는 고분자 섬유상 필터.
  11. 실리카 전구체, 알루미나 전구체 또는 이의 혼합물의 졸-겔 용액과 고분자 수지의 혼합용액을 전기방사(electrospinning)하여, 초극세 섬유의 평균직경이 10~500 nm이고, 기공 크기 분포에서 최대 빈도의 기공크기가 0.05~2 μm인 다공체를 형성시키는 것을 포함하는 고분자 섬유상 필터의 제조방법.
KR1020100041293A 2010-05-03 2010-05-03 내열성이 향상된 초극세 고분자 섬유상 필터 및 이의 제조방법 KR101142853B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100041293A KR101142853B1 (ko) 2010-05-03 2010-05-03 내열성이 향상된 초극세 고분자 섬유상 필터 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100041293A KR101142853B1 (ko) 2010-05-03 2010-05-03 내열성이 향상된 초극세 고분자 섬유상 필터 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110121824A true KR20110121824A (ko) 2011-11-09
KR101142853B1 KR101142853B1 (ko) 2012-05-08

Family

ID=45392551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100041293A KR101142853B1 (ko) 2010-05-03 2010-05-03 내열성이 향상된 초극세 고분자 섬유상 필터 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101142853B1 (ko)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492912C2 (ru) * 2011-12-20 2013-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (ФГУП "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") Способ получения фильтрующего полимерного материала и фильтрующий материал
KR20160131301A (ko) * 2015-05-06 2016-11-16 한국과학기술연구원 고투과유량 및 고여과효율을 갖는 초극세 섬유상 필터 및 그 제조방법
KR101683475B1 (ko) * 2015-07-08 2016-12-07 광주과학기술원 기능성 나노섬유 필터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기능성 나노섬유 필터
KR200490091Y1 (ko) * 2019-05-21 2019-09-25 추대명 신발 소독기
KR20200110601A (ko) * 2019-03-14 2020-09-24 한국기계연구원 세라믹 나노섬유 구조체 및 그 제조방법
KR20220052398A (ko) * 2020-10-20 2022-04-28 주식회사 에이런 Pvdf 복합 분리막 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 pvdf 복합 분리막
EP3939693A4 (en) * 2019-03-14 2022-12-14 Korea Institute Of Materials Science CERAMIC NANOFIBRE STRUCTURE, CERAMIC NANOFIBRE SEPARATION MEMBRANE MODIFIED WITH PHOTOCATALYST AND PROCESS FOR THEIR MANUFACTURE
CN115839522A (zh) * 2022-11-01 2023-03-24 光谷洁净(武汉)科技有限公司 一种高效低阻空气过滤器
WO2023068433A1 (ko) * 2021-10-19 2023-04-27 주식회사 에이런 Pvdf 복합 분리막 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 pvdf 복합 분리막
CN117845426A (zh) * 2024-03-04 2024-04-09 宇科(天津)新材料科技有限公司 一种透液阻气无纺布及其制备方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101319558B1 (ko) 2012-08-17 2013-10-17 한국과학기술연구원 나노그물망 구조의 보헤마이트를 포함하는 나노복합체 및 그 제조 방법
KR101409421B1 (ko) * 2012-09-20 2014-06-18 한국과학기술연구원 나노네트층을 갖는 섬유상 필터 및 그 제조 방법
KR20200011179A (ko) 2018-07-24 2020-02-03 주식회사 퓨어코리아 바이러스 및 박테리아 제거용 일체형 정수필터

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100412241B1 (ko) 2001-12-13 2003-12-31 주식회사 라이지오케미칼코리아 극세 무기섬유 및 그의 제조방법
KR100596543B1 (ko) * 2004-12-06 2006-07-04 박원호 은을 함유하는 실리카 나노섬유 및 제조 방법
KR100791518B1 (ko) 2006-12-21 2008-01-04 단국대학교 산학협력단 생체활성 유리 나노섬유(ｂｇｎｆ) 및 그 제조방법

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492912C2 (ru) * 2011-12-20 2013-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (ФГУП "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") Способ получения фильтрующего полимерного материала и фильтрующий материал
KR20160131301A (ko) * 2015-05-06 2016-11-16 한국과학기술연구원 고투과유량 및 고여과효율을 갖는 초극세 섬유상 필터 및 그 제조방법
KR101683475B1 (ko) * 2015-07-08 2016-12-07 광주과학기술원 기능성 나노섬유 필터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기능성 나노섬유 필터
WO2017007267A1 (ko) * 2015-07-08 2017-01-12 광주과학기술원 기능성 나노섬유 필터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기능성 나노섬유 필터
EP3939693A4 (en) * 2019-03-14 2022-12-14 Korea Institute Of Materials Science CERAMIC NANOFIBRE STRUCTURE, CERAMIC NANOFIBRE SEPARATION MEMBRANE MODIFIED WITH PHOTOCATALYST AND PROCESS FOR THEIR MANUFACTURE
KR20200110601A (ko) * 2019-03-14 2020-09-24 한국기계연구원 세라믹 나노섬유 구조체 및 그 제조방법
KR200490091Y1 (ko) * 2019-05-21 2019-09-25 추대명 신발 소독기
KR20220052398A (ko) * 2020-10-20 2022-04-28 주식회사 에이런 Pvdf 복합 분리막 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 pvdf 복합 분리막
WO2023068433A1 (ko) * 2021-10-19 2023-04-27 주식회사 에이런 Pvdf 복합 분리막 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 pvdf 복합 분리막
CN115839522A (zh) * 2022-11-01 2023-03-24 光谷洁净(武汉)科技有限公司 一种高效低阻空气过滤器
CN115839522B (zh) * 2022-11-01 2023-08-25 光谷洁净(武汉)科技有限公司 一种高效低阻空气过滤器
CN117845426A (zh) * 2024-03-04 2024-04-09 宇科(天津)新材料科技有限公司 一种透液阻气无纺布及其制备方法
CN117845426B (zh) * 2024-03-04 2024-06-07 宇科(天津)新材料科技有限公司 一种透液阻气无纺布及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101142853B1 (ko) 2012-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101142853B1 (ko) 내열성이 향상된 초극세 고분자 섬유상 필터 및 이의 제조방법
KR101409421B1 (ko) 나노네트층을 갖는 섬유상 필터 및 그 제조 방법
US9994488B2 (en) Ultrafine continuous fibrous ceramic filter and method of manufacturing same
KR101989901B1 (ko) 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터모듈
KR102109724B1 (ko) 액체 필터용 필터여재 및 이를 이용한 액체 필터
JP5483878B2 (ja) 液体ろ過のためのろ材
CN107923092B (zh) 过滤介质用纳米纤维、包含其的过滤介质、其制备方法及包含其的过滤单元
CN109219475B (zh) 过滤器集合体、其制造方法及包括其的过滤器模块
KR101691636B1 (ko) 고투과유량 및 고여과효율을 갖는 초극세 섬유상 필터 및 그 제조방법
CN108339416B (zh) 一种纳滤膜及其用途
JP5062630B2 (ja) 複合繊維体、その製造方法、フィルタ及び流体濾過方法
WO2006115270A1 (ja) フィルタ濾材とその製造方法および使用方法ならびにフィルタユニット
WO2009025900A2 (en) High flux fluid separation membranes comprising a cellulose or cellulose derivative layer
CN116139596A (zh) 具有细孔径分布的过滤介质
KR101619235B1 (ko) 전기방사된 나노 섬유 웹을 이용한 액체처리 케미컬 필터 및 그 제조방법
Gobi et al. Development of PAN nano fibrous filter hybridized by SiO
KR101319558B1 (ko) 나노그물망 구조의 보헤마이트를 포함하는 나노복합체 및 그 제조 방법
KR101757859B1 (ko) 나노입자 함유 이중층 중공사막 및 그 제조방법
Lee et al. Electrospun YSZ/silica nanofibers with controlled fiber diameters for air/water filtration media
KR102563110B1 (ko) 나노 섬유 필터 및 그 제조 방법
JP5428715B2 (ja) ポリマー繊維体の製造方法
KR102157444B1 (ko) 고성능 공기정화필터용 다중층 구조 필터여재
Yalcinkaya et al. 12 Nanofibers in liquid filtration
KR20100023150A (ko) 백혈구 제거용 필터 및 그의 제조방법
CN114602245A (zh) 用于水过滤的层叠片材、圆筒状滤芯以及过滤套件

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160401

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170403

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180409

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190429

Year of fee payment: 8