KR20150017204A - Wrinkle Filter and Manufacturing Method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 주름 필터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 여과면적을 증가시킬 수 있는 주름필터에 관한 것이며, 전기방사 (electrospinning)에 의한 3차원 미세기공구조 나노섬유 웹층과 멜트블로운방사(meltblown spinning)에 의한 마이크로미터(micrometer)급 섬유층으로 구성된다. 상기 두 개의 층은 별도로 분획되어 하나의 층을 이루거나 또는 혼재된 상태로 존재한다. The present invention relates to a wrinkle filter and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a wrinkle filter capable of increasing a filtration area, and more particularly, to a wrinkle filter having a three- And a micrometer-class fiber layer by meltblown spinning. The two layers are separately separated into a single layer or in a mixed state.
나노섬유웹층은 100~1000nm 급의 섬유에 의해 매우 복잡한 구조의 미세공을 이루고 있으며 유체에 포함된 미립자들을 관성효과(inertial effect), 중력효과(gravity effect), 거름효과(interception effect), 확산효과(diffusion effect) 등의 체거름메카니즘(sieve mechanism)에 의해 핵심적인 필터링 역할을 하며, 마이크로미터급의 섬유층은 전처리여과(pre-filtration), 입자포집(dust holding), 내수압 보강 등의 역할을 수행하게 된다. The nanofiber web layer is composed of fine fibers of 100 to 1000 nm in size and has a very complicated structure. The fine particles contained in the fluid are classified into inertial effect, gravity effect, interception effect, diffusion effect and the sieve mechanism such as the diffusion effect and the micrometer-sized fiber layer plays a role of pre-filtration, dust holding, and water pressure reinforcement. .
최근 산업의 고도화로 고순도, 고품질의 제품이 요구됨에 따라 분리막(membrane) 기술이 매우 중요한 분야로 인식되고 있다. 특히 환경분야에서는 맑은 물에 대한 욕구와 물 부족에 대한 인식이 증가함에 따라 이를 해결하기 위한 방안의 하나로 분리막을 이용한 기술이 크게 주목을 받고 있다. 분리막을 이용한 정수, 하수, 폐수, 담수화 등의 공정은 이미 보급이 급격히 확산되고 있다. 또한, 분리막 자체에 대한 기술개발에서 벗어나 이를 응용제품에 활용하고 있으며 응용에 따른 분리막 성능 향상에 대한 제고와 함께 주변기술로의 개발확대가 이루어지고 있다. Recently, membrane technology has been regarded as a very important field as high purity and high quality products are required due to advancement of industry. Particularly in the field of environment, as the desire for clear water and the awareness of water shortage increase, technology using membrane has attracted much attention as one of solutions to solve this problem. Processes such as water purification, sewage, wastewater, and desalination using membranes are already spreading rapidly. In addition, the membrane is deviated from the technology development for the membrane itself, and it is applied to the application product, and the membrane performance improvement according to the application is improved and the development to the peripheral technology is being expanded.
분리막이란 서로 다른 두 물질 사이에 존재하는 선택능을 가진 물질로서, 어떤 물질을 선택적으로 통과시키거나 배제시키는 역할을 하는 소재를 의미한다. 분리막의 구조나 재료, 그리고 분리막을 통과하는 물질의 상태나 이동원리 등의 제한은 없으며, 단지 두 물질 사이를 서로 격리시키고, 그 사이의 막을 통해 물질의 선택적 이동이 일어난다면 그 소재를 일반적으로 분리막이라 부를 수 있다. A separation membrane is a material having selectivity existing between two different materials, and means a material that selectively passes or excludes a substance. There are no limitations on the structure or material of the separation membrane, the state of the material passing through the separation membrane, the principle of movement, etc. If the separation of the two substances is performed separately and the selective movement of the material occurs through the interstices, .
분리막의 종류는 매우 다양하며 여러 가지 기준으로 분류되어 진다.The types of membranes are very diverse and classified into several criteria.
먼저 분리조작에 의한 분류는 분리하려는 대상물질의 상태에 따른 분류법으로서 액체분리, 기액분리, 기체분리 등으로 분류된다. 그리고 액체분리는 여과대상물의 크기에 따라 정밀여과(micro filtration), 한외여과(Ultra filtration), 나노여과(nano filtration), 역삼투(reverse osmosis)등으로 분류된다. 기체분리는 분리하려는 기체의 종류에 따라 세부적으로 분리할 수 있는데, 산소기체를 분리하기 위한 막일 경우에는 산소부화, 질소를 분리하기 위한 막일 경우에는 질소부화, 수소분리, 제습막 등으로 분류된다. First, the classification by the separation operation is classified into liquid separation, gas-liquid separation, gas separation, and the like according to the state of the substance to be separated. The liquid separation is classified into micro filtration, ultrafiltration, nano filtration, and reverse osmosis depending on the size of the filtration object. The gas separation can be finely divided according to the type of gas to be separated. In the case of a membrane for separating oxygen gas, it is classified into oxygen enrichment, nitrogen enrichment, hydrogen separation, and dehumidification membrane in the case of a membrane for separating nitrogen.
막의 형상에 의한 분류는 평막(flat membrane), 중공사막(hollow fiber membrane), 관형막(tubular membrane)으로 분류되며, 또한 이들은 필터모듈형태에 따라 플레이트형, 나권형, 카트리지형, 평막셀형, 침적형, 튜브형 등으로 분류된다. The classification by the shape of membrane is classified into flat membrane, hollow fiber membrane and tubular membrane, and they are classified into plate type, spiral type, cartridge type, flat cell type, Type, and tube type.
재료에 의한 분류는 무기막과 고분자를 이요한 유기막이 있다. 최근에는 무기막이 내열성, 내구성 등의 장점을 바탕으로 그 용도를 확대하고 있으나, 현재 제품화된 대부분은 고분자 분리막이 차지하고 있다. Classification by material has inorganic film and organic film which applied polymer. In recent years, inorganic membranes have been expanding their use based on their advantages such as heat resistance and durability, but polymer membranes are mostly occupied at present.
일반적으로, 여과(filtration)란 유체로부터 2종류 이상의 성분을 분리하는 것을 의미하는 것으로써, 용해되지 않은 입자, 즉 고체를 분리하는 것을 의미한다. 고체의 분리에 있어서 여과메카니즘은 체거름, 흡착, 용해, 확산 메카니즘으로 설명할 수 있으며 기체분리막, 역삼투막 등 일부의 분리막을 제외하면 대부분은 전적으로 체거름 메카니즘에 의존한다고 할 수 있다. In general, filtration means separating two or more components from a fluid, meaning separating undissolved particles, i.e., solids. In the separation of solids, the filtration mechanism can be explained by sieving, adsorption, dissolution, and diffusion mechanisms, and most of them can be said to depend entirely on the sieving mechanism except for some membranes such as gas separation membrane and reverse osmosis membrane.
따라서 기공을 가지고 있는 소재라면 어떠한 것이든 필터미디어로써 사용이 가능한데, 대표적인 필터미디어로는 부직포(nonwovens), 직물(fabric), 메쉬(mesh), 다공성멤브레인(porous membrane)등이 있다.Thus, any material with pores can be used as a filter media. Typical filter media include nonwovens, fabrics, meshes, and porous membranes.
부직포, 직물, 메쉬등은 1um이하의 기공을 만들기 어려워 입자여과(particle filtration) 영역대에 국한하여 전처리 필터 개념으로 사용이 된다. 반면 다공성 멤브레인은 정밀하고 작은 기공을 만들 수 있어 정밀여과(micro filtration), 한외여과(ultra filtration), 나노여과(nano filtration), 역삼투여과(reverse osmosis) 등의 광범위한 여과 영역대와 최고의 정밀도를 요구하는 공정에 사용되고 있다.Nonwoven fabrics, fabrics, meshes, etc. are difficult to make pores of less than 1 μm, so they are used as a pre-treatment filter concept only for the particle filtration area. Porous membranes, on the other hand, are capable of producing precise and small pores that require a wide range of filtration areas and highest precision, such as micro filtration, ultrafiltration, nano filtration, and reverse osmosis. .
부직포, 메쉬, 직물은 수마이크로에서 수백마이크로 굵기의 섬유로 이루어져 있어 1마이크로 이하의 미세기공을 만들기 어렵다. 특히 부직포의 경우 섬유의 무작위 배열에 의해 웹이 형성됨으로 균일한 기공을 만드는 것이 사실상 불가능하다. 멜트블로운(melt-blown)의 경우 1~5um 범위의 섬경을 가지는 가장 미세한 섬유로 이루어진 부직포라고 할 수 있는데, 열카렌딩 전의 기공크기는 6마이크로 이상이며 카렌딩 후의 기공크기는 약 3마이크로에 불과하며 평균기공크기의 편차가 기준점을 중심으로 ±15% 이상 발생하며 상당히 큰 기공들이 공존하는 구조를 가진다. 이러한 결과 상대적으로 큰 기공을 통한 오염물질의 유출을 막기 어려워 필터효율이 낮을 수 밖에 없다. 따라서 상기의 필터미디어들은 정밀하지 못한 여과공정이나 정밀여과공정에 있어서 전처리 개념으로 사용되고 있다. Nonwovens, meshes and fabrics are made from several micro fibers to several hundred micro fibers, making it difficult to produce micro pores of less than 1 micron. In particular, in the case of nonwoven fabrics, webs are formed by random arrangement of fibers, making it virtually impossible to produce uniform pores. In the case of meltblown, it can be said that the nonwoven fabric is made of the finest fibers having a fineness ranging from 1 to 5 um. The pore size before thermal calendering is 6 microns or more and the pore size after calendering is about 3 microns And the deviation of the average pore size occurs more than ± 15% with respect to the reference point and has a structure in which a considerably large pore coexists. As a result, it is difficult to prevent the pollutant from leaking out through relatively large pores, so that the filter efficiency is low. Therefore, the above-mentioned filter media are used as a pre-processing concept in an inaccurate filtration process or a microfiltration process.
한편, 다공성 멤브레인은 용매상전이법(NIPS), 열유도상전이법(TIPS), 연신법(stretching process), 조사에칭법(track etching), 졸겔법(sol-gel) 등의 방법으로 제조되는데, 재질은 대부분 유기고분자로써, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리비닐라이덴플루오르(PVDF), 나일론(nylon6, nylon66), 폴리술폰(PS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 니트로셀룰로오스(NC)등이 대표적으로 사용되고 있다. 이러한 종래의 다공성멤브레인은 정밀하고 작은 크기의 기공을 만들 수 있는 반면, 닫힌기공(closed pore), 막힌기공(blinded pore)이 제조공정상 불가피하게 발생할 수밖에 없어 여과유량이 적고 운전압력이 많이 걸리며 여과수명이 짧은 문제점을 가지고 있어 높은 운전비용 및 잦은 필터교체가 문제점으로 지적되고 있다. On the other hand, the porous membrane is manufactured by a method such as a solvent phase transition method (NIPS), a thermally induced phase transfer method (TIPS), a stretching process, a track etching method, a sol-gel method, (PT), polyvinylidene fluoride (PVDF), nylon (nylon6, nylon66), polysulfone (PS), polyether sulfone (PES), polypropylene (PP), polyethylene PE), nitrocellulose (NC), and the like are typically used. Such conventional porous membranes can produce precise and small pores, while closed pores and blinded pores are inevitable to occur inevitably in the manufacturing process, resulting in a low filtration flow rate and a high operating pressure, It is pointed out that high operating cost and frequent filter replacement are problems.
한국 등록특허공보 제10-0714219호에는 일단이 접지되며 회전구동되는 도전성재질 성형봉 상에 용융방사기로 용융방사하여 마이크로 섬유사로 구성된 마이크로 섬유층을 형성하고, 상기 마이크로 섬유층상에 전기방사 가능한 일정 유전상수를 갖는 고분자수지 용액을 전기방사기로 전기방사하여 나노 섬유사로 구성된 나노 섬유층을 적층 형성하여 복합섬유필터를 제조하는 기술이 개시되어 있어, 필터에 고효율 및 고기능을 부여시키고, 마이크로 섬유층의 마이크로 섬유사와 나노섬유층의 나노 섬유사에 은나노 성분이 내재되도록 하여 항균성 기능을 갖는 장점이 있으나, 한국 등록특허공보 제10-0714219호의 복합섬유필터는 원통형 형상으로 제한된 면적에서 여과 면적을 증가시키는데 한계가 있어, 고수명 및 고효율의 필터를 구현하지 못하는 단점이 있다.Korean Patent Registration No. 10-0714219 discloses a method of forming a microfiber layer composed of a microfiber yarn by melt-spinning a conductive rod which is grounded and rotated at one end with a melt-spinning machine to form a microfiber layer, Discloses a technique for producing a composite fiber filter by layering a nanofiber layer composed of nanofiber yarns by electrospinning a polymer resin solution with an electrospinning machine so that high efficiency and high performance are imparted to the filter, However, the composite fiber filter of Korean Patent Registration No. 10-0714219 has a limitation in increasing the filtration area in a limited area in a cylindrical shape, and the number of fibers And the disadvantage of not implementing a high efficiency filter have.
따라서, 본 발명자들은 수명을 증가시키고, 효율을 높일 수 있는 차세대 필터에 대한 연구를 지속적으로 진행하여 동일한 크기에서 필터 면적을 극대화시킬 수 있는 주름형 필터의 구조적인 특징 및 방법적인 특징을 도출하여 발명함으로써, 보다 경제적이고, 활용 가능하고 경쟁력있는 본 발명을 완성하였다. Therefore, the inventors of the present invention have been studying the next generation filters capable of increasing the life span and increasing the efficiency, and by deriving the structural and methodological characteristics of the pleated filter capable of maximizing the filter area at the same size, Thereby completing the present invention which is more economical, utilizable and competitive.
본 발명은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 필터의 제한된 공간내에서 여과 면적을 극대화시킬 수 있고, 여과 유량과 여과 수명을 증가시킬 수 있는 주름 필터를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a wrinkle filter capable of maximizing a filtration area within a limited space of a filter and increasing a filtration flow rate and a filtration life.
본 발명의 다른 목적은 나노 섬유를 전기 방사하여 필터를 제조하여, 극미세 기공 크기를 갖게 하여 여과 특성을 향상시킬 수 있는 주름 필터를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a wrinkle filter capable of enhancing filtration characteristics by having a very fine pore size by manufacturing a filter by electrospinning nanofibers.
본 발명의 또 다른 목적은 나노 섬유를 시트형태로 만들지 않고 직접 필터를 제조함으로써, 나노 섬유의 단점인 취급성을 개선하고 오염이 없는 필터를 제조할 수 있는 주름 필터를 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a wrinkle filter capable of improving the handling property, which is a disadvantage of the nanofiber, and producing a filter free from contamination by directly manufacturing the filter without making the nanofiber into a sheet form.
본 발명의 또 다른 목적은 다양한 모폴로지(morphology)를 갖는 필터를 구현할 수 있는 주름 필터를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a wrinkle filter capable of implementing a filter having various morphologies.
본 발명의 또 다른 목적은 심실링(seam sealing)이 필요없어, 누설 문제를 해결할 수 있으며, 공정 자동화에 의해 제조할 수 있는 주름 필터를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a wrinkle filter which can solve the leakage problem without requiring seam sealing and can be manufactured by process automation.
상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예는, 전기방사되어 집적된 나노 섬유로 이루어지고, 내부에 관통홀이 형성되어 있는 통체 형상이고, 상기 관통홀의 측벽과 상기 통체의 외주면에 주름이 형성되어 있는 주름 필터를 제공한다.In order to achieve the above-described object, an embodiment of the present invention is a nanofiber of the present invention comprising a nanofiber that is electrospun and integrated, and has a through-hole formed therein, and a sidewall of the through- Is provided on the surface of the wrinkle filter.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 고전압 발생기가 연결된 방사노즐, 상기 방사노즐로부터 이격되어 위치되고 접지된 전극봉, 및 상기 전극봉이 삽입된 성형관을 포함하는 전기방사장치를 준비하는 단계; 및 상기 고분자 물질과 용매가 혼합된 방사용액을 상기 성형관에 방사하여, 집적된 나노 섬유로 이루어지고, 내부에 관통홀이 형성되어 있는 통체 형상이고, 상기 관통홀의 측벽과 상기 통체의 외주면에 주름이 형성되어 있는 주름 필터를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 성형관의 외주면에는 주름 형상이 형성되어 있는 주름 필터의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrospinning device, comprising: preparing an electrospinning device including a spinning nozzle to which a high voltage generator is connected, an electrode rod positioned and spaced apart from the spinning nozzle, and a molding tube into which the electrode is inserted; And a spinning solution in which the polymer material and a solvent are mixed is spun into the molding tube to form a through hole in the inside of the through hole and the outer peripheral surface of the tubular body, And forming a wrinkle filter on the outer circumferential surface of the molding tube, wherein the wrinkle filter is formed on the outer circumferential surface of the molding tube.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 내주면과 외주면에 주름을 형성하여, 제한된 공간내에서 여과 면적을 극대화시킬 수 있는 기술을 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide a technique capable of maximizing the filtration area within a limited space by forming wrinkles on the inner and outer circumferential surfaces.
본 발명에서는 주름 구조의 필터를 구현하여, 여과 유량과 여과 수명을 증가시킬 수 있어, 고부가가치의 필터 제품을 제조할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.According to the present invention, a filter having a wrinkle structure can be implemented to increase the filtration flow rate and filtration life, thereby providing a technique for manufacturing a filter product with a high added value.
본 발명에서는 나노 섬유를 전기 방사하여 주름형 필터를 구현하여, 서브 마이크론(sub-micron)의 기공 사이즈를 구현할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.In the present invention, it is possible to provide a technology capable of realizing sub-micron pore size by embodying a pleated filter by electrospinning nanofibers.
본 발명에서는 나노 섬유의 섬경 조절이 용이한 전기 방사 방법으로, 다양한 모폴로지(morphology)를 갖는 필터를 구현할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a technique capable of realizing a filter having various morphologies by an electrospinning method in which the nanofibers can be easily controlled in size.
본 발명에서는 성형관의 외측에 집적된 나노 섬유로 이루어진 필터를 구현함으로써, 심실링(seam sealing)이 필요없어, 누설 문제를 해결할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.According to the present invention, a filter made of nanofibers integrated on the outside of the molding tube is implemented, so that seam sealing is not required and a technique for solving the leakage problem can be provided.
본 발명에서는 성형관에 전기 방사하여 필터를 제조함으로써, 제조 비용을 낮출 수 있고 공정 자동화가 가능한 기술을 제공할 수 있다.According to the present invention, by manufacturing a filter by electrospinning to a molding tube, the manufacturing cost can be lowered and a technique capable of automating the process can be provided.
본 발명에서는 성형관을 이용하여 주름 필터를 제조함으로써, 나노 섬유의 취급성 문제를 극복할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.According to the present invention, by manufacturing a wrinkle filter using a molding tube, it is possible to provide a technique capable of overcoming the handling problem of the nanofibers.
도 1a와 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 주름 필터를 설명하기 위한 개념적인 단면도 및 사시도,
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 주름 필터의 관통홀 측벽에 형성된 홈 형태를 설명하기 위한 도시한 개념적인 일부 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 주름 필터를 제조하기 위한 전기 방사 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 방사 노즐들을 배치한 상태를 설명하기 위한 개념적인 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 방사 노즐과 분사 노즐을 배치한 상태를 설명하기 위한 개념적인 도면,
도 6은 도 3의 A-A'선 단면도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 성형관에 나노 섬유가 집적된 상태를 촬영한 사진,
도 8a와 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따라 주름 필터의 구조를 설명하기 위한 도면이다. FIGS. 1A and 1B are conceptual sectional views and perspective views for explaining a wrinkle filter according to an embodiment of the present invention,
FIGS. 2A to 2D are conceptual diagrams illustrating grooves formed on side walls of through holes of a wrinkle filter according to an embodiment of the present invention;
3 is a view for explaining a schematic configuration of an electrospinning apparatus for manufacturing a wrinkle filter according to an embodiment of the present invention,
4 is a conceptual view for explaining a state in which spinning nozzles are arranged according to an embodiment of the present invention,
5 is a conceptual view for explaining a state in which a spinning nozzle and an injection nozzle are arranged according to an embodiment of the present invention,
6 is a cross-sectional view taken along line A-A 'in Fig. 3,
FIG. 7 is a photograph showing a state in which nanofibers are integrated in a molded tube according to an embodiment of the present invention,
8A and 8B are views for explaining the structure of a wrinkle filter according to an embodiment of the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 여재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments shown in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, It should be understood that various equivalents and modifications may be present.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
이하의 설명에서는 본 발명에 따른 주름 필터의 실시예로, 성형관에 나노 섬유를 전기 방사하여 통체 구조의 내주면과 외주면에 주름을 갖는 필터 구조를 형성함으로써, 여과 면적을 증가시킬 수 있고, 여과 유량과 여과 수명을 증가시킬 수 있어, 고부가가치의 필터를 구현할 수 있다. In the following description, it is an embodiment of the wrinkle filter according to the present invention, in which the filtration area can be increased by electrospinning the nanofibers to the molding tube and forming a filter structure having corrugations on the inner and outer circumferential surfaces of the tubular structure, And the filtration life can be increased, so that a high value-added filter can be realized.
도 1a와 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 주름 필터를 설명하기 위한 개념적인 단면도 및 사시도이고, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 주름 필터의 관통홀 측벽에 형성된 홈 형태를 설명하기 위한 도시한 개념적인 일부 도면이다. FIGS. 1A and 1B are conceptual sectional views and perspective views for explaining a wrinkle filter according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2A to 2D are views illustrating a wrinkle filter according to an embodiment of the present invention, And is a conceptual illustration showing some of the shapes.
도 1a 및 도 1b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 주름 필터(100)는 전기방사되어 집적된 나노 섬유(110)로 이루어지고, 내부에 관통홀(120)이 형성되어 있는 통체 형상이고, 관통홀(120)의 측벽과 통체의 외주면에 주름이 형성되어 있다.1A and 1B, a
통체는 길이가 직경보다 긴 형상이다. 그리고, 본 발명에서는 관통홀(120)의 측벽에 다수의 홈(111)이 형성되어 있을 수 있고, 이 다수의 홈(111)에 의해 관통홀(120)의 측벽에는 주름 형상이 만들어질 수 있다. 이때, 다수의 홈(111)은 직선형 패턴, 곡선형 패턴, 직선 및 곡선형 패턴이 혼합된 패턴, 다각형 패턴, 격자형 패턴, 도트형 패턴, 마름모형 패턴, 평행사변형 패턴, 메쉬형 패턴, 스트라이프형 패턴, 십자형 패턴, 방사형 패턴, 원형 패턴, 상기 패턴들 중 복수개의 패턴이 혼합된 패턴 중 적어도 한 패턴 형상으로 형성될 수 있다.The cylinder is a shape whose length is longer than the diameter. In the present invention, a plurality of
본 발명에서는, 통체의 외주면에 형성된 주름은 관통홀(120)의 측벽에 형성된 주름에 대응하여 닮은 형상으로 형성될 수 있다. 이경우, 관통홀(120)의 측벽에 형성된 다수의 홈(111)에 대응된 볼록한 돌출 형상(112)이 통체의 외주면에 형성된다.In the present invention, the corrugation formed on the outer circumferential surface of the cylinder may be formed in a shape resembling the corrugation formed on the side wall of the through
도 2a 내지 도 2d를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 주름 필터의 관통홀 측벽에 형성된 홈 형태는 V홈(111a)(도 2a), 다각형홈(111b)(도 2b), 원형홈(111c) 등이 될 수 있고, 상호 이격된 다수의 홈 또는 연속적으로 이어진 다수의 홈(111d)(도 2d)이 될 수 있다.2A to 2D, a groove formed in a side wall of a through hole of a wrinkle filter according to an embodiment of the present invention includes a
이와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 주름 필터는 내주면과 외주면에 형성된 주름으로 제한된 공간내에서 여과 면적을 최대화할 수 있으며, 여과 유량을 증가시킬 수 있고, 여과 수명을 향상시킬 수 있는 탁월한 성능을 가질 수 있다.The wrinkle filter according to an embodiment of the present invention can maximize the filtration area within the space limited by the wrinkles formed on the inner and outer circumferential surfaces, and can increase the filtration flow rate and improve the filtration life. Lt; / RTI >
또한, 기존의 섬유형 필터의 경우, 1um 이하의 기공을 만들기 어려웠으나, 본 발명에서는 전기 방사에 의해 집적된 나노 섬유로 주름형 필터를 제작함으로써, 나노 섬유의 섬경이 200nm 수준까지 작게 형성할 수 있어, 서브 마이크론(sub-micron)의 기공 사이즈를 구현할 수 있다.Further, in the case of the conventional fiber type filter, it is difficult to make pores of 1 μm or less. However, in the present invention, by forming the corrugated filter with nanofibers integrated by electrospinning, the nanofiber can be formed as small as 200 nm And can achieve a pore size of sub-micron.
즉, 본 발명에서의 주름 필터는 집적된 나노 섬유에 의해 만들어진 기공 크기는 0.2um - 1um인 것이 바람직하다.That is, it is preferable that the pore size of the wrinkle filter produced by the integrated nanofiber in the present invention is 0.2 um - 1 um.
아울러, 본 발명에서는 전기 방사에 의해 나노 섬유의 섬경 조절이 자유로워, 주름 필터의 형상을 비대칭 구조로 형성할 수 있는 등, 주름 필터의 다양한 모폴로지(morphology) 구현이 가능하다. 예컨대, 처리수가 입력되는 필터의 입력단의 크기를, 처리수가 출력되는 출력단의 크기보다 상대적으로 크게 형성하여 주름 필터를 구현할 수 있고, 이때, 주름 필터는 좌우 크기가 다른 비대칭 구조를 갖는다.In addition, in the present invention, it is possible to control the size of the nanofibers by electrospinning, and the shape of the wrinkle filter can be formed in an asymmetric structure, and various morphologies of the wrinkle filter can be realized. For example, a wrinkle filter can be implemented by forming a size of an input end of a filter into which the process wastewater is inputted relatively larger than a size of an output end at which the wastewater is output, and the wrinkle filter has an asymmetric structure with different left and right sizes.
게다가, 본 발명에 적용된 필터는 수세 공정 운용이 가능하여, 필터가 제조된 후 잔류 용제를 최소화시킬 수 있고, 바이오, 제약, 의학분야에 적합한 제품의 생산이 가능하다.In addition, the filter applied to the present invention can operate the water washing process to minimize the residual solvent after the filter is manufactured, and it is possible to produce products suitable for bio, pharmaceutical, and medical fields.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 주름 필터를 제조하기 위한 전기 방사 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 방사 노즐들을 배치한 상태를 설명하기 위한 개념적인 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 방사 노즐과 분사 노즐을 배치한 상태를 설명하기 위한 개념적인 도면이며, 도 6은 도 3의 A-A'선 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 성형관에 나노 섬유가 적층된 상태를 촬영한 사진이다.FIG. 3 is a view for explaining a schematic configuration of an electrospinning device for manufacturing a wrinkle filter according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view illustrating a state in which spinning nozzles are arranged according to an embodiment of the present invention FIG. 5 is a conceptual view for explaining a state in which a spinning nozzle and an injection nozzle are arranged according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a sectional view taken on line A-A 'of FIG. 3, 7 is a photograph of a state in which nanofibers are laminated on a molded tube according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 주름 필터는 성형관(260)에 전기방사된 나노 섬유가 집적되어 형성된다. 이때, 성형관(260)은 일측면에서 타측면까지 관통된 관통홀이 형성되어 있고, 이 관통홀에 접지된 전극봉(250)이 삽입된다.Referring to FIG. 3, the wrinkle filter according to the present invention is formed by integrating electrospun nanofibers into a
본 발명의 일실시예에 따른 주름 필터를 제조하기 위한 전기방사장치는 고전압 발생기가 연결된 방사노즐(200a)과, 방사노즐(200a)로부터 이격된 하부에 위치되고, 접지된 전극봉(250)이 삽입된 성형관(260)을 포함한다. 방사노즐(200a)은 고분자 물질과 용매가 혼합된 방사용액이 저장되어 있는 저장부(미도시)와 연결되어, 저장부로부터 방사용액을 공급받는다. 방사노즐(200a)은 성형관(260)의 길이 방향으로 직선 왕복운동을 하면서 나노 섬유를 방사한다. 이때, 방사노즐(200a)의 이동은 성형관(260)의 일 영역에 나노 섬유를 소정 두께로 집적시킨 후, 이웃 영역으로 이동하여 나노 섬유를 방사하도록 제어할 수도 있다. 즉, 방사노즐(200a)은 세부 이동 영역마다 이동을 멈추고 나노 섬유를 방사한 후, 다른 세부 이동 영역으로 이동하는 것이다. 방사노즐(200a)은 성형관(260)의 일측에서 성형관(260)의 타측까지 성형관(260)을 따라 직선 왕복으로 이동하면서 나노 섬유를 전기방사하고, 전기방사되는 동안 회전되는 전극봉(250)에 의해 성형관(260)도 회전되어 성형관(260)의 외주면에는 나노 섬유가 대략적으로 균일하게 집적된다. '200b'는 성형관(260) 타측에 위치된 방사노즐을 나타낸 것이다. An electrospinning device for manufacturing a wrinkle filter according to an embodiment of the present invention includes a
이와 같이, 전기방사장치를 이용하여, 성형관(260)의 외주면에 나노 섬유를 집적할 수 있게 된다. 이때, 성형관(260)의 외주면에는 주름이 형성되어 있고, 이 주름 형상을 따라 집적된 나노 섬유(110)는 성형관(260)에서 이탈되면, 일측에서 타측으로 관통홀이 형성된 통체가 되고, 성형관(260)의 주름이 전사되어 관통홀의 측벽과 통체의 외주면에 전사된 주름이 형성된다.As described above, the nanofiber can be accumulated on the outer peripheral surface of the
즉, 성형관(260)의 주름은 희생 몰드(sacrificial mold) 패턴과 동일한 기능을 수행하여, 이 희생 몰드 패턴과 반대 형상의 패턴이 주름 필터의 관통홀 측벽에 형성되는 것이다.That is, the corrugation of the forming
한편, 기존에는 평판형 필터 여재를 만들고, 평판형 필터 여재의 일단을 내측으로 하여 롤형상으로 말은 후, 평판형 필터 여재의 타단을 말아진 필터 외측에 심실링(seam sealing)하여 원통형 필터를 제작하였으나, 본 발명에서는 성형관의 외측에 집적된 나노 섬유로 이루어진 필터는 기존의 심실링을 수행할 필요가 없어, 누설 문제가 없는 완성도 높은 필터를 제조할 수 있는 것이다.In the conventional method, a plate-like filter material is formed, and after one end of the plate-like filter material is rolled inward, the other end of the plate-type filter material is seam-sealed to the outside of the rolled filter, However, in the present invention, the filter made of the nanofibers integrated on the outside of the molding tube does not need to perform the existing ventricular ring, and thus a high-quality filter having no leakage problem can be manufactured.
또한, 기존의 원통형 필터의 경우, 평판형 필터 여재를 제조한 후, 롤형상으로 감는 공정과 실링하는 공정 등 복잡한 다수의 공정을 수행하여 제조 비용이 증가되는 원인이 되었으나, 본 발명에서는 성형관에 전기 방사하는 공정으로 제조 비용을 낮출 수 있고 공정 자동화가 가능한 장점이 있다. 결국, 오염을 최소화시킬 수 있고 균일성과 경제성이 뛰어난 제품을 제조할 수 있다. In addition, in the case of the conventional cylindrical filter, the manufacturing cost is increased by performing a complicated process such as a process of winding the plate-shaped filter material, Electrospinning process can reduce manufacturing cost and can automate process. As a result, it is possible to manufacture a product which can minimize contamination and is excellent in uniformity and economy.
더불어, 본 발명에서는 성형관을 이용하여 주름 필터를 제조함으로써, 나노 섬유의 취급성 문제를 극복할 수 있는 것이다.In addition, in the present invention, the problem of handling of the nanofibers can be overcome by manufacturing a wrinkle filter using a molded tube.
도 4를 참고하면, 전극봉(250) 외부에 성형관(260)이 위치되고, 성형관(260)과 나노 섬유(205)를 방사하는 방사노즐(211,212)은 소정 간격으로 이격되어 있다. 방사노즐(211,212)은 다수로 설계할 수 있고, 이때, 다수의 방사노즐(211,212)은 소정의 각도(θ1)로 이격시켜 배치할 수 있다. 즉, 다수의 방사노즐(211,212)은 성형관(260)의 길이 방향으로 직선 왕복 이동하므로, 서로 이동이 중첩되지 않도록 하기 위함이다.4, the forming
또한, 도 5와 같이, 방사노즐(213)과 소정의 각도(θ2)로 이격 배치되어 있고, 이온 교환 수지 입자가 내포된 비드를 분사하는 분사노즐(220)이 전기방사장치에는 더 포함될 수 있다. 이경우, 방사노즐(213)에서 방사된 나노 섬유(205) 외측에 이온 교환 수지 입자를 분산시켜 위치시킬 수 있다. Further, as shown in Fig. 5, the
그러므로, 본 발명의 주름 필터는 집적된 나노 섬유의 미세 기공 구조에 의한 수처리 필터 기능 및 이온 교환 수지 입자에 의한 화학적 물질의 특정 이온을 필터링하는 케미컬 필터 기능을 구비할 수 있다. 이온 교환 수지 입자는 내부 표면에 이온 교환능이 있는 관능기를 가지고 있는 것으로 정의할 수 있으며, 교환하는 이온에 따라 양이온 교환 수지, 음이온 교환 수지, 양음 양성의 교환 수지 등을 포함할 수 있다. 특히, 이온 교환능이 있는 다공질의 유기 중합체 또는 폴리스티렌(Polystyrene)과 디비닐벤젠(Divinylbenzene)의 공중합체인 PSDVB를 이온 교환 수지 입자로 적용할 수 있다.Therefore, the wrinkle filter of the present invention can have a water filter function by the micropore structure of the integrated nanofibers and a chemical filter function for filtering specific ions of chemical substances by the ion exchange resin particles. The ion-exchange resin particles can be defined as having an ion-exchangeable functional group on the inner surface, and may include a cation-exchange resin, anion-exchange resin, and a positive-tone exchange resin depending on the ion to be exchanged. Particularly, PSDVB, which is a porous organic polymer having ion exchange ability or a copolymer of polystyrene and divinylbenzene, can be applied as ion exchange resin particles.
이와 같은 전기방사장치에서 도 6과 같은, 성형관(260)의 외주면에 집적된 나노 섬유(110)를 제조할 수 있는 것이다. 또한, 도 7의 사진과 같이, 집적된 나노 섬유(110)는 주름 형상을 갖게 된다. 참고로, '261'은 성형관(260)에 전극봉이 삽입될 수 있는 관통홀이다.In such an electrospinning apparatus, the
도 8a와 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따라 주름 필터의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 8A and 8B are views for explaining the structure of a wrinkle filter according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따라 주름 필터는 집적된 나노 섬유로 이루어져 있다. 여기서, 나노 섬유의 직경이 다른 다수의 나노 섬유층으로 구성될 수 있으며, 도 8a은 제1나노 섬유층(110a)과 제2나노 섬유층(110b)이 적층된 구조로 이루어진 주름 필터를 설명하기 위한 것이고, 제1나노 섬유층(110a)과 제2나노 섬유층(110b)의 나노 섬유는 직경이 다르다. 이때, 도 8b와 같이, 제1나노 섬유층(110a)과 제2나노 섬유층(110b)의 계면 영역에 이온 교환 수지 입자(119)가 분산된 구조로 주름 필터를 구현할 수 있다. 즉, 집적된 나노 섬유의 외측에 이온 교환 수지 입자가 분산되어 있는 것이다.According to an embodiment of the present invention, the wrinkle filter is composed of integrated nanofibers. 8A illustrates a wrinkle filter having a structure in which a
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the embodiments set forth herein. Various changes and modifications may be made by those skilled in the art.
본 발명은 필터의 제한된 공간내에서 여과 면적을 극대화시킬 수 있고, 여과 유량과 여과 수명을 증가시킬 수 있는 주름 필터를 제공한다.The present invention provides a wrinkle filter capable of maximizing the filtration area within a limited space of the filter and increasing the filtration flow rate and filtration life.
100:주름 필터 110:집적된 나노 섬유
110a,110b:나노 섬유층 120,261:관통홀
200a,211,212,213:방사노즐 205:나노 섬유
250:전극봉 260:성형관100: Wrinkle filter 110: Integrated nanofiber
110a, 110b:
200a, 211, 212, 213: spinning nozzle 205: nanofiber
250: Electrode 260: Molding tube
Claims (10)
상기 관통홀의 측벽에 형성된 주름은, 상기 성형관의 주름 형상이 상기 관통홀의 측벽에 전사되어 형성된 주름 필터.The molding apparatus according to claim 1, wherein a wrinkle is formed on an outer circumferential surface of the molding tube,
Wherein the corrugation formed on the sidewall of the through hole is formed by transferring the corrugated shape of the formed tube to the side wall of the through hole.
상기 고분자 물질과 용매가 혼합된 방사용액을 상기 성형관에 방사하여, 집적된 나노 섬유로 이루어지고, 내부에 관통홀이 형성되어 있는 통체 형상이고, 상기 관통홀의 측벽과 상기 통체의 외주면에 주름이 형성되어 있는 주름 필터를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 성형관의 외주면에는 주름 형상이 형성되어 있는 주름 필터의 제조 방법.
Preparing an electrospinning device including a spinning nozzle to which a high voltage generator is connected, an electrode rod positioned and spaced apart from the spinning nozzle, and a molding tube into which the electrode rod is inserted; And
And a spinning solution in which the polymer material and a solvent are mixed is spun into the molding tube to form a tubular body of integrated nanofibers with a through hole formed therein, and the outer wall of the through- And forming a formed wrinkle filter, wherein a wrinkle shape is formed on an outer peripheral surface of the formed tube.
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