KR20170085467A - 나노섬유필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

나노섬유필터 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노섬유필터의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상향식 전기방사를 이용한 나노 섬유필터의 제조방법에 있어서, 상향식 전기방사 장치유닛내에 복수의 노즐관체를 포함한 상향식 전기방사 장치로 제조되는 폭 방향(CD)으로 나노섬유의 평량이 상이한 나노 섬유필터의 제조방법에 관한 것으로, 폭 방향(CD)으로 노즐블록을 2, 3 혹은 9부분으로 설계하여 동일 나노섬유의 특정부분 평량을 상이하게 조절할 수 있는 폭 방향(CD)으로 나노섬유의 평량이 상이한 나노 섬유필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

나노섬유필터 및 이의 제조방법{Nano fiber filter and method of manufacturing the same}
본 발명은 평명방향으로 평량이 상이한 나노섬유필터의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폭 방향(CD)으로 평량이 상이한 나노섬유필터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 나노섬유필터 관한 것이다
일반적으로, 나노섬유(Nano Fiber)란, 지름이 수십에서 수백 나노미터에 불과한 초극세사(超極細絲 : Micro Fiber)를 지칭하는 것으로서, 전기장에 의해 생산된다. 즉, 나노섬유는 원료인 고분자 물질에 고전압의 전기장을 걸어서 원료인 고분자 물질 내부에 전기적인 반발력을 발생시키고, 이로 인해 분자들이 뭉쳐 나노 크기의 실 형태로 갈라짐으로써 나노섬유가 제조 및 생산된다.
이때, 전기장이 강할수록 원료인 고분자 물질이 가늘게 찢어지기 때문에 10 내지 1000㎚의 가늘기를 갖는 나노섬유를 얻을 수 있다.
종래의 나노섬유를 방사하는 기술의 경우, 실험실 위주의 소규모 작업 라인으로 한정되어 있기 때문에 방사구간을 구획하여 유닛 개념으로 나노섬유를 방사하는 기술이 요구되고 있는 실정이다.
한편, 종래의 전기방사장치는 외부에서 공급되는 기재 일면에 방사용액을 전기방사하여 나노 섬유필터를 적층형성하여 나노섬유를 제조한다. 즉, 종래의 전기방사장치는 상향식 또는 하향식 전기방사장치로 이루어져 전기방사장치 내로 공급되는 기재의 하부면 또는 상부면에만 방사용액을 전기방사하여 나노 섬유필터를 적층형성하여 나노 섬유필터를 제조한다.
상술한 바와 같이, 상기 전기방사장치가 상향식 전기방사장치 또는 하향식 전기방사장치로 이루어짐으로써 외부에서 공급되어 일정방향으로 이송되는 기재의 하부면 또는 상부면에 방사용액이 전기방사되어 나노 섬유필터를 제조할 수 있다.
이러한 상향식 또는 하향식 전기방사장치 중 하향식 전기방사장치는 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이, 고분자 방사용액이 충진되는 방사용액 주탱크(120)와 상기 방사용액 주탱크(120) 내에 충진된 고분자 방사용액을 정량으로 공급하기 위한 계량 펌프(미도시)와 상기 방사용액 주탱크 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(111a)이 다수개로 배열설치되는 노즐블록(111)과 상기 노즐(111a)에서 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(111a)에서 일정간격 이격격되게 설치되는 컬렉터(113) 및 상기 컬렉터(113)에 고전압을 발생시키는 전압 발생장치(114)를 포함하는 적어도 하나 이상의 유닛(110, 110')으로 구성된다.
이러한 전기방사장치(100)를 통한 나노 섬유필터의 제조방법은 방사용액 주탱크(120) 내에 충진되는 고분자 방사용액이 계량 펌프를 통해 높은 전압이 부여되는 노즐블록(111)으로 연속적으로 정량 공급되고, 상기 노즐블록(111)으로 공급되는 고분자 방사용액은 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(113) 상에 노즐(111a)을 통하여 전기방사장치(100) 내에서 이송되는 기재(115) 상에 방사 및 집속되어 나노 섬유필터가 적층형성된다.
이때, 상기 전기방사장치(100)는 이송롤러(116b) 사이에서 회전되는 이송벨트(116a)에 의해 기재(115)가 이송된다.
상술한 바와 같은 전기방사장치를 통하여 고분자 방사용액을 전기방사하여 제조된 나노 섬유필터를 산업현장에서 사용되는 필터 소재로 적용할 경우, 필터 소재로 사용되는 전체 나노 섬유필터의 평량이 일정 및 균일해야만 표준규격을 만족하여 제품의 생산 및 판매가 가능하였는데, 실제 화력발전소의 가스터빈등에 사용되는 필터의 경우, 공기가 유입되는 방향, 공기의 유입부분 위치, 공기의 배기부분 방향 및 배기부분의 위치에 따라 필터 소재를 구성하는 나노 섬유필터의 평량이 일정할 필요가 없는 경우도 있으며, 오히려 공기여과가 활발한 필터 부분은 공기여과 효율을 높이기 위해 나노 섬유필터의 평량을 작게 조절하여야 하는 반면, 공기여과가 활발하지 않은 필터 부분은 공기유량이 많지 않으므로 나노 섬유필터의 평량을 크게 조절하여 공기여과 측면보다 내구성을 높이는 설계의 요구가 필요한 실정이다.
이렇게, 나노 섬유필터의 평량은 공기유입부와 배출구의 위치에 따라 동일 나노 섬유필터 상에서도 상이한 평량을 갖는 나노 섬유필터 소재가 요구되고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 나노 섬유필터 제작 시, 내마모성과 생산성을 높이기 위해, 나노 섬유필터층의 평면방향 중 폭 방향(CD)으로 평량이 상이한 나노 섬유필터 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은
기재와;
상기 기재상에 전기방사에 의하여 적층 형성되는 하나 이상의 나노섬유층과;
상기 기재와 나노섬유층 및 나노섬유층들간 사이에 형성되는 접착층으로 구성되는 나노섬유필터의 제조방법에 있어서,
상기 나노섬유층은 폭 방향으로 나노섬유의 평량이 상이하고,
상기 접착층은 저융점 고분자 용액을 전기방사한 것을 특징으로 한 나노섬유필터의 제조방법를 과제 해결을 위한 수단으로 제공한다.
본 발명은 폭 방향으로 평량이 상이한 나노 섬유필터를 제공함으로써, 내구성 향상 및 나노섬유 제조의 생산성을 높일 수 있다.
도 1은 나노 섬유필터 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 측면도,
도 2는 본 발명에 의한 나노 섬유필터 전기방사장치의 노즐블록에 배열설치되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 평면도,
도 3은 본 발명에 의한 나노 섬유필터 전기방사장치의 노즐블록에 배열설치되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명에 의한 나노 섬유필터 전기방사장치의 노즐블록에 배열되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 측면도,
도 5 내지 도 6은 본 발명에 의한 나노 섬유필터 전기방사장치의 각 노즐관체의 노즐을 통하여 고분자 방사용액이 기재의 동일 평면 상에 전기방사되는 동작과정(도 5에서 파선으로 표시된 노즐이 폐쇄된 노즐을 나타내고, 도 6에서 파선으로 표시된 노즐은 기재 하부에 위치하는 것을 나타냄)을 개략적으로 나타내는 평면도,
도 7 내지 도 9는 본 발명에 의해 제조된 폭 방향(CD)으로 평량이 나노 섬유필터의 평면도.
나노섬유를 제조 및 생산하기 위한 전기방사장치는 방사용액이 내부에 충진되는 방사용액 주탱크, 방사용액의 정량 공급을 위한 계량 펌프, 방사용액을 토출하기 위한 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐블록, 노즐 하단에 위치하여 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터 및 전압을 발생시키는 전압 발생장치를 포함하여 구성된다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어지는 전기방사장치는 방사용액이 충진되는 방사용액 주탱크와 상기 방사용액 주탱크 내에 충진된 고분자 방사용액의 정량 공급을 위한 계량 펌프와 상기 방사용액 주탱크 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐 블록과 상기 노즐의 상단에 위치하여 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐에서 일정간격 이격되는 컬렉터 및 상기 컬렉터에 고전압을 발생시키는 전압 발생장치를 포함하는 유닛으로 구성된다.
여기서, 전기방사장치는 컬렉터 상의 위치하는 방향에 따라 상향식 전기방사장치, 하향식 전기방사장치 및 수평식 전기방사장치로 나뉜다. 즉, 전기방사장치는 컬렉터가 노즐의 상단에 위치하는 구성으로 이루어지고, 균일하고 상대적으로 가는 나노 섬유필터를 제조할 수 있는 상향식 전기방사장치, 컬렉터가 노즐의 하단에 위치하는 구성으로 이루어지고, 상대적으로 굵은 나노 섬유필터를 제조할 수 있으며, 단위시간 당 나노섬유의 생산량을 증대시킬 수 있는 하향식 전기방사장치 및 컬렉터와 노즐이 수평방향으로 배열되는 구성으로 이루어지는 수평식 전기방사장치로 나뉜다.
상향식 전기방사장치는 상향 노즐 블록의 노즐을 통하여 방사용액이 분사되고, 분사되는 방사용액이 지지체의 하부면에 적층되면서 나노 섬유필터를 형성하는 구성으로 이루어진다.
상술한 바와 같은 구성에 의하여 상기 상향식 전기방사장치의 어느 한 유닛 내부에서 노즐을 통하여 방사용액을 분사하여 나노 섬유필터가 적층형성되는 장척시트는 다른 한 유닛 내부로 이송되고, 다른 한 유닛 내부로 이송되는 장척시트에 노즐을 통하여 방사용액을 분사하여 또 다시 나노섬유를 적층형성하는 등 상기한 공정을 반복적으로 수행하면서 나노 섬유필터를 제조한다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
나노섬유란 일반적으로 평균직경이 50 내지 1000㎚ 이하인 섬유를 의미하며, 전기방사장치를 이용하여 제조가 가능하다.
전기방사장치는 전원공급장치, 방사노즐 및 컬렉터 등을 포함한다. 전원공급장치는 노즐과 컬렉터 사이에 고전압의 전계를 형성시킨다. 방사노즐은 방사공간 쪽으로 방사용액을 공급한다. 컬렉터는 전기방사된 나노섬유를 집속한다. 전기방사장치의 방사공간에서 형성된 필라멘트는 방사조건에 따라 다양한 평균직경을 가질 수 있으며, 50 내지 1000㎚의 평균직경을 가지는 나노섬유일 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 나노 섬유필터 전기방사장치의 노즐블록에 배열설치되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 나노 섬유필터 전기방사장치의 노즐블록에 배열설치되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 4는 본 발명에 의한 나노 섬유필터 전기방사장치의 노즐블록에 배열되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 측면도이고, 도 5 내지 도 6은 본 발명에 의한 나노 섬유필터 전기방사장치의 각 노즐관체의 노즐을 통하여 고분자 방사용액이 기재의 동일 평면 상에 전기방사되는 동작과정을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 전기방사장치(100)는 상향식 전기방사장치로 이루어지되, 저융점 고분자 유닛(110)과 방사용액 유닛(110')으로 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 전기방사장치(100)가 상향식 전기방사장치로 이루어져 있으나, 하향식 전기방사장치로 이루어지는 것도 가능하다.
여기서, 상기 저융점 고분자 유닛(110)에는 접착층을 형성하기 위한 저융점 고분자 용액이 전기방사되며, 상기 방사용액 유닛(110')에는 나노섬유층을 형성하기 위한 고분자 용액이 전기방사된다.
상기 접착층에 사용되는 저융점 고분자는 저융점 폴리비닐리덴플루오라이드, 저융점 폴리우레탄, 저융점 폴리에스테르로부터 선택된다.
상기 저융점 고분자 용액은 상기 저융점 폴리우레탄은 연화온도가 80-100℃인 저중합도 폴리우레탄을 사용한다.
상기 저융점 폴리에스테르는 테레프탈산, 이소프탈산 및 이들의 혼합물을 사용하는 것이 좋다. 여기에 융점을 더욱 강하시키기 위하여 디올성분으로 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 첨가하는 것도 무방하다.
상기 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드는 중량 평균 분자량 5,000이고 융점 80~160℃인 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용한다.
상기한 저융점 폴리우레탄, 저융점 폴리에스테르, 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드는 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있음은 물론이다.
상기 저융점 고분자 유닛(110) 및 방사용액 유닛(110')은 각각 주탱크(120)와 연결된다.
상기 방사용액 주탱크(120) 내에 충진된 방사용액을 정량으로 공급하기 위한 계량 펌프(미도시)와 상기 방사용액 주탱크(120) 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(111a)이 다수개로 구비되는 노즐관체(112)가 기재(115)의 폭방향으로 다수개 배열설치되는 노즐블록(111)과 상기 노즐(111a)에서 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(111a)에서 일정간격 이격격되게 설치되는 컬렉터(113) 및 상기 컬렉터(113)에 고전압을 발생시키는 전압 발생장치(114)를 포함하여 구성된다.
상기한 바와 같은, 나노 섬유필터 전기방사장치(1)는 방사용액 주탱크(120) 내에 충진되는 고분자 방사용액이 계량 펌프를 통해 높은 전압이 부여되는 노즐블록(111)으로 연속적으로 정량 공급되고, 노즐블록(111)으로 공급되는 고분자 방사용액은 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(113) 상에 노즐(111a)을 통하여 전기방사장치 내에서 이송되는 기재(115) 상에 방사 및 집속되어 나노 섬유필터가 적층형성된다.
이때, 상기 나노 섬유필터 전기방사장치(1)에 구비되는 적어도 하나 이상의 유닛(110, 110')은 일정간격 이격되어 순차적으로 구비되되, 각 유닛(110, 110')을 통하여 고분자 방사용액이 전기방사되어 나노 섬유필터를 제조한다.
한편, 상기 전기방사장치(100)의 노즐블록(111)은 그 폭방향으로 다수개의 노즐관체(112)가 배열설치되고, 상기 노즐관체(112)에 고분자 방사용액을 공급하는 방사용액 주탱크(120)가 적어도 하나 이상 연결구비된다.
즉, 직육면체형상으로 형성되되, 그 상부면에 다수개의 노즐(111a)이 선형으로 구비되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)가 노즐블록(111)에 기재(115)의 폭방향으로 다수개 배열설치되고, 상기 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)는 방사용액 주탱크(120)에 연결되어 상기 방사용액 주탱크(120) 내에 충진된 고분자 방사용액이 공급된다.
여기서, 상기 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)는 방사용액 주탱크(120)에 용액공급관(121)으로 연결되되, 상기 용액공급관(121)은 다수개의 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)와 방사용액 주탱크(120)를 연결하기 위하여 다수개로 분기형성된다.
*이때, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 연설되는 용액공급관(121)에는 공급량 조절수단(도번 미도시)이 구비되되, 상기 공급량 조절수단은 공급밸브(122)로 이루어진다.
이렇게 상기 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 연설되는 용액공급관(121)에 공급밸브(122)가 각각 구비되고, 상기 각 공급밸브(122)에 의하여 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어되는 on-off 시스템에 의해 제어된다.
즉, 상기 용액공급관(121)을 통하여 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액의 공급 시 상기 방사용액 주탱크(120)와 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 연설하는 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122)의 개, 폐에 의해 노즐블록(111)에 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 특정위치의 노즐관체(112b, 112d, 112f, 112g, 112h, 112i)에만 선택적으로 고분자 방사용액을 공급하는 등 상기 공급밸브(122)의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어된다.
이를 위하여 상기 공급밸브(122)는 제어부(미도시)에 제어가능하게 연결되되, 상기 공급밸브(122)의 개, 폐가 제어부에 의해 자동으로 제어되는 것이 바람직하나, 현장상황 및 작업자의 요구에 따라 상기 공급밸브(122)의 개, 폐가 수동으로 제어되도록 이루어지는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 공급량 조절수단이 공급밸브(122)로 이루어져 있으나, 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량의 조절 및 제어가 용이하다면 상기 공급량 조절수단은 기타 다양한 구조 및 수단으로 이루어지는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 방사용액 주탱크(120)와 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 연설하되, 분기형성되는 용액공급관(121)에 공급밸브(122)가 각각 구비되어 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액의 공급 시 다수개의 공급밸브(122) 중 특정 공급밸브(122)를 개방하여 노즐블록(111)에 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 특정위치의 노즐관체(112b, 112d, 112f, 112g, 112h, 112i)에만 고분자 방사용액을 공급하거나, 특정 공급밸브(122)를 폐쇄하여 노즐블록(111)에 배열설치되는 노즐관체 중 특정위치의 노즐관체(112a, 112c, 112e)에만 고분자 방사용액의 공급을 차단하는 등 상기 공급밸브(122)의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어된다.
한편, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 용액공급관(121)을 통하여 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액은 상기 용액공급관(121)에 연설되는 노즐공급관(125)을 통하여 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a)로 공급된다.
즉, 상기 용액공급관(121)과 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a)은 노즐공급관(125)으로 연설되되, 상기 노즐공급관(125)은 노즐(111a)의 갯수와 대응되게 분기형성된다.
여기서도, 상기 노즐공급관(125)에는 방사량 조절수단(도번 미도시)이 구비되되, 상기 방사량 조절수단은 노즐밸브(126)로 이루어진다.
이렇게, 상기 방사량 조절수단으로 노즐밸브(126)가 구비됨으로써 상기 노즐밸브(126)의 개, 폐에 의하여 노즐공급관(125)에서 각 노즐(111a)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 개별적으로 제어되고, 상기 노즐밸브(126)는 제어부(미도시)에 제어가능하게 연결되되, 상기 노즐밸브(126)의 개, 폐가 제어부에 의해 자동으로 제어되는 것이 바람직하나, 현장상황 및 작업자의 요구에 따라 상기 노즐밸브(126)의 개, 폐가 수동으로 제어되도록 이루어지는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 방사량 조절수단이 노즐밸브(126)로 이루어져 있으나, 노즐관체에서 노즐(111a)로 공급된 후 방사되는 고분자 방사용액의 방사량의 조절 및 제어가 용이하다면 상기 방사량 조절수단은 기타 다양한 구조 및 수단으로 이루어지는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 용액공급관(121)과 각 노즐(111a)이 연결설치되되, 분기형성되는 노즐공급관(125)에 노즐밸브(126)가 각각 구비되어 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 통하여 각 노즐(111a)로 고분자 방사용액의 공급 시 다수개의 노즐밸브(126) 중 특정 노즐밸브(126)를 개방하여 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a) 중 특정위치의 노즐(111a)에서만 선택적으로 고분자 방사용액이 전기방사되거나, 특정 노즐밸브(126)를 폐쇄하여 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a) 중 특정위치의 노즐(111a)에서 고분자 방사용액의 전기방사를 선택적으로 차단하는 등 상기 노즐밸브(126)에 의해 방사용액 주탱크(120)에서 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 통하여 각 노즐(111a)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 개별적으로 조절 및 제어된다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 용액공급관(121)에 공급밸브(122)가 구비되어 상기 방사용액 주탱크(120)에서 노즐블록(111)의 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량을 조절 및 제어함과 동시에 상기 노즐공급관(125)에 노즐밸브(126)가 구비되어 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에서 공급되어 각 노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절 및 제어함으로써 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 각 노즐(111a)에서 전기방사되는 고분자 방사용액에 의해 기재(115)의 폭 방향에 평량이 상이한 나노 섬유필터를 적층형성하도록 이루어져 있으나, 상기 노즐블록(111)에 노즐(111a)을 배열설치한 후 각 노즐(111a)이 개별적으로 직접 조절 및 제어되어 상기 각 노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절 및 제어함으로써 기재(115)의 폭 방향에 평량이 상이한 나노 섬유필터를 적층형성하도록 이루어지는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
본 발명에 사용되는 MD방향이란 Machine Direction을 의미하며, 필름이나 부직포 등의 섬유를 연속제조하는 경우에 진행방향에 해당하는 길이 방향을 의미하며 CD방향은 Cross Direction로서 MD방향의 직각 방향을 의미한다. MD는 기계방향/종방향, CD는 폭방향/횡방향을 지칭하기도 한다.
평량(Basis Weight or Grammage)은 단위 면적당 질량, 즉 바람직한 단위로서 제곱미터당 그램(g/㎡)으로 정의된다.
독립된 노즐블럭을 기반으로 on-off 시스템으로 기재상에 적층되는 고분자 용액의 평량을 상이하게 조절할 수 있다. 통상적으로 나노 섬유필터층의 평량은 용도에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 평량이 0.1 내지 0.5g/㎡의 범위에 있다.
이하, 본 발명에서 사용되는 고분자에 대하여 설명한다. 본 발명의 고분자 및 그에 바람직한 것으로 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리우레탄 및 나일론이 있다.
먼저, 상기 고분자는 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오르 프로필렌 공중합체, 혹은 이들의 복합 조성물, 폴리우레탄, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 메타아라미드, 폴리에틸렌클로로트리플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리비닐리덴클로라이드-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리아크릴아미드 등으로 구성되는 군에서 선택된 어느 하나 이상의 물질이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예에서의 물성 값은 이하의 방법에 의해 측정했다.
평량[g/m2]
나노섬유 층으로부터 200mm(MD)×50mm(CD)의 시험편을 6점 채취했다. 한편, 채취 장소는 on-off 조절시스템에 의해 평량이 상이한 부분 각각에서 임의의 3군데로 했다. 이어서, 채취한 각 시험편을 윗접시 전자저울을 사용하여, 각각 질량(g)을 측정했다. 각 시험편의 질량의 평균값을 구했다. 구한 평균값으로부터 1m2 당 질량(g)으로 환산하고, 소수점 제1자리를 반올림하여 부분별 나노섬유층 샘플의 평량으로 했다.
실시예1
연화온도가 80-100℃인 저중합도 폴리우레탄을 DMAc(N,N-dimethylaceticamide) 용매에 15중량%가 되도록 용해하여 저융점 고분자 용액을 제조하고 전기방사장치의 저융점 고분자 유닛(110)의 주탱크에 투입하였다. 또한 중량평균분자량이 50,000인 폴리비닐리덴 플루오라이드를 디메틸아세트아미드(N,N-Dimethylacetamide, DMAc)에 용해시켜 각각의 방사용액을 제조하고, 이를 방사용액 유닛(110‘)와 연결된 주탱크에 투입하였다.
저융점 고분자 유닛(110)에서 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가전압 25kV, 70℃에서 전기방사하여 평량 0.1g/m2인 접착층을 셀룰로오스 기재위에 형성하였고, 이어서 방사용액 유닛(110‘)에서 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가전압 20kV, 70℃에서 폭 방향(CD) 중 일방향으로 1m는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유의 평량이 0.2g/m2이고 나머지 일방향으로 1m는 나노섬유의 평량이 0.5g/m2인 CD 폭이 2m인 나노섬유필터를 제조하였다.
실시예2
중량평균 분자량이 157,000인 폴리우레탄을 디메틸포름아마이드(DMF)에 용해시켜 폴리우레탄 용액을 제조한다. 상기 폴리우레탄 용액을 방사용액 주탱크 각각에 투입하고 폭 방향(CD) 중 한 방향으로 노즐블럭이 3부분으로 분리되어 있게 설계된 on-off시스템을 포함한 노즐블록에 인가전압을 20kV로 부여하고, 평량 3g/m2인 기재 상에 전기방사하였다. 전기방사된 컬렉터 상에 폭 방향(CD) 중 중간부분 1m는 평량이 0.5/m2의 폴리우레탄 나노섬유가, 나머지 가장자리 50cm은 평량이 0.2g/m2으로 CD 폭이 2m인 폴리우레탄 나노섬유가 형성되어 폴리우레탄 나노 섬유필터를 제조하였다. 이 때 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 온도 22℃의 조건으로 상향식 전기방사를 실시하였다.
실시예3
*중량평균 분자량이 157,000인 폴리우레탄을 디메틸포름아마이드(DMF)에 용해시켜 폴리우레탄 용액을 제조한다. 상기 폴리우레탄 용액을 방사용액 주탱크에 투입하고 폭 방향(CD) 중 한 방향으로 노즐블럭이 9부분으로 분리되어 있게 설계된 on-off시스템을 포함한 노즐블록에 인가전압을 20kV로 부여하고, 평량 0.3g/m2인 기재 상에 전기방사하였다. 전기방사된 셀룰로오스 기재 상에 폭 방향(CD)으로 교호적으로 폴리우레탄 나노섬유의 평량이 0.2g/m2이고 나머지 부분의 평량이 0.5g/m2인 CD 폭이 2m인 폴리우레탄 나노섬유가 형성되어 폴리우레탄 나노 섬유필터를 제조하였다. 이 때 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 온도 22℃의 조건으로 상향식 전기방사를 실시하였다.
100 : 전기방사장치, 110, 110' : 유닛,
111 : 노즐블록, 111a : 노즐,
112 : 노즐관체,
112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i : 노즐관체
113 : 컬렉터, 114 : 전압발생장치,
115 : 기재,
115a, 115b, 115c : 나노 섬유필터,
116a : 이송벨트, 116b : 이송롤러,
120 : 방사용액 주탱크, 121 : 용액공급관,
122 : 공급밸브, 125 : 노즐공급관,
126 : 노즐밸브.
a, b, c, d, e, f : 상이한 평량의 나노섬유

Claims (4)

  1. 기재와;
    상기 기재상에 전기방사에 의하여 적층 형성되는 하나 이상의 나노섬유층과;
    상기 기재와 나노섬유층 및 나노섬유층간 사이에 형성되는 접착층으로 구성되는 나노섬유필터의 제조방법에 있어서,
    상기 나노섬유층은 폭 방향(CD)으로 나노섬유의 평량이 상이하고,
    상기 접착층은 저융점 폴리비닐리덴플루오라이드, 저융점 폴리우레탄, 저융점 폴리에스테르에서 선택되는 저융점 고분자 용액을 전기방사하고,
    상기 나노섬유의 평량은 복수의 노즐관체를 on-off 시스템으로 조작되는 것을 특징으로 하는 폭 방향(CD)으로 나노섬유의 평량이 상이한 나노 섬유필터의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 on-off 시스템은 나노섬유가 집적되는 폭 방향(CD)으로 교호적으로 평량이 상이하게 설계된 것을 특징으로 하는 폭 방향(CD)으로 나노섬유의 평량이 상이한 나노 섬유필터의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 평량은 0.1 내지 0.5g/m2의 범위에서 폭 방향(CD)으로 상이한 것을 특징으로 하는 폭 방향(CD)으로 나노섬유의 평량이 상이한 나노 섬유필터의 제조방법.
  4. 제 1항의 제조방법에 의해 제조된 나노 섬유필터.
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