KR20200034518A - Nanofiber filter and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노 섬유 필터 및 나노 섬유 필터의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nanofiber filter and a method for manufacturing the nanofiber filter.
필터는 유체 속의 이물질을 걸러내는 여과장치로서 액체필터와 에어필터로 나뉜다. 그 중 에어필터는 가정, 사무실 등 실내 공기 중의 미세 먼지, 미립자, 세균이나 곰팡이 등의 생물입자, 박테리아 등과 같은 생물학적으로 유해한 것을 제거하기 위한 공기 청정기, 에어컨, 공조기, 차량 내부 등에 사용될 수 있으며, 첨단산업의 발달과 함께 첨단제품의 불량방지를 위해 클린룸(Clean room)의 설치에 적용될 수 있다.The filter is a filtration device that filters foreign substances in the fluid and is divided into a liquid filter and an air filter. Among them, the air filter can be used for air cleaners, air conditioners, air conditioners, and interiors of vehicles to remove biologically harmful substances such as fine dust, particulates, biological particles such as bacteria or fungi, bacteria from indoor air such as homes and offices. With the development of industry, it can be applied to the installation of clean rooms to prevent defects in high-tech products.
또한, 상기 에어 필터는 나노 섬유 필터로 제조될 수 있는데, 상기 나노섬유 필터 (Nanofiber filter)의 대부분은 유사한 크기의 직경으로 구성된 시트(sheet)이거나, 또는 섬유 직경을 달리하여 시트를 제조한 후 다층 매체(multi-layer filter media)로 제작하고 있다.In addition, the air filter may be made of a nano-fiber filter, most of the nanofiber filter (Nanofiber filter) is a sheet (sheet) composed of a diameter of a similar size, or after manufacturing a sheet by varying the fiber diameter to multi-layer It is produced as a medium (multi-layer filter media).
상기 나노섬유 필터의 기공 크기와 밀도는 대부분 섬유 직경에 의해 결정되며, 섬유 직경이 작아질수록 기공 크기는 작아지고 밀도가 증가하여, 동일 평량 대비 두께가 얇아지는 경향을 보인다. 그러므로, 섬유 직경이 결정되면 기공 크기 및 밀도를 조절하는데 한계가 생기게 된다. 또한, 상기 나노섬유 필터의 두께가 너무 얇으면 많은 양의 먼지를 포집할 수 없기 때문에, 필터의 크기를 넓혀야 한다.The pore size and density of the nanofiber filter are mostly determined by the fiber diameter, and as the fiber diameter decreases, the pore size decreases and the density increases, showing a tendency to become thinner compared to the same basis weight. Therefore, once the fiber diameter is determined, there are limitations in controlling the pore size and density. In addition, if the thickness of the nanofiber filter is too thin, a large amount of dust cannot be collected, so the size of the filter must be enlarged.
따라서, 먼지 포집 효율을 증가시킬 수 있는 두께와 면적을 가지는 나노 섬유 필터의 개발이 요구된다.Accordingly, there is a need to develop a nanofiber filter having a thickness and area that can increase dust collection efficiency.
본 발명의 동일 평량 대비 종래보다 밀도를 낮추고 두께를 증가시킬 수 있고 차압에 유리한 먼지 포집용 에어필터 또는 수처리용 필터로 사용하기 적합한 나노 섬유 필터를 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a nanofiber filter suitable for use as an air filter for collecting dust or a filter for water treatment, which can lower the density and increase the thickness compared to the same basis weight of the present invention and is advantageous for differential pressure.
또한, 본 발명은 상기 나노 섬유 필터의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a method for manufacturing the nanofiber filter.
본 명세서에서는, 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 나노 섬유 다공성층;을 포함하고, 상기 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하는 특징을 갖는 나노 섬유 필터가 제공될 수 있다. In this specification, the description; And a nanofiber porous layer formed on the substrate, wherein the nanofiber porous layer is a bundle of polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 50 nm to 500 nm and polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 1 μm to 5 μm. A nanofiber filter with this present feature can be provided.
상기 나노 섬유 다공성층에서, 상기 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유: 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들의 개수 비율이 1:1 내지 1:50, 또는 1:2 내지 1:40, 또는 1:3 내지 1:10 일 수 있다. In the nanofiber porous layer, the polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 50 nm to 500 nm: the ratio of the number of bundles of polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 1 μm to 5 μm is 1: 1 to 1:50, or 1: 2 to 1:40, or 1: 3 to 1:10.
하기 일반식1에 의하여 정의되는 상기 나노 섬유 다공성층의 다공도가 0.01 내지 0.25 일 수 있다.The porosity of the nanofiber porous layer defined by the following general formula 1 may be 0.01 to 0.25.
[일반식1][Formula 1]
다공도 = 1 - (나노 섬유 다공성층의 밀도 / 나노 섬유 다공성층에 포함되는 고분자 고유의 밀도)Porosity = 1-(density of nanofiber porous layer / density inherent in nanofiber porous layer)
상기 나노 섬유 다공성층에는 1㎛ 내지 30㎛의 단면 최대 직경을 갖는 기공이 존재할 수 있다. The nanofiber porous layer may have pores having a cross-sectional maximum diameter of 1 μm to 30 μm.
상기 기재의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 상기 기재는 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포일 수 있다. Although the example of the substrate is not particularly limited, the substrate may be a porous substrate or a non-woven fabric having a mesh structure.
상기 고분자 나노 섬유 및 고분자 나노 섬유의 번들은 각각 플루오르화 폴리비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리이미드, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함할 수 있다. The polymer nanofibers and bundles of polymer nanofibers are each polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyurethane, polyether sulfone, polyimide, polybutylene succinate, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, and It may include at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene terephthalate.
상기 기재는 0.1 내지 100 mm의 두께를 가지며, 상기 나노 섬유 다공성층은 0.01 내지 2 mm의 두께를 가질 수 있다. The substrate may have a thickness of 0.1 to 100 mm, and the nanofiber porous layer may have a thickness of 0.01 to 2 mm.
상기 나노 섬유 필터는 상기 기재와 상기 나노 섬유다공성층 사이에 형성되고 0.1 내지 20 ㎛의 두께를 갖는 접착층을 더 포함할 수 있다. The nanofiber filter may further include an adhesive layer formed between the substrate and the nanofiber porous layer and having a thickness of 0.1 to 20 μm.
또한, 본 명세서에서는, 5 내지 20 중량%의 농도로 고분자 수지를 포함하는 방사액을 기재 상에 용액 방사하는 단계;를 포함하는 상술한 나노 섬유 필터를 제조하는 방법이 제공될 수 있다. In addition, in the present specification, a method of manufacturing the above-described nanofiber filter including the step of spinning a solution containing a polymer resin at a concentration of 5 to 20% by weight on a substrate may be provided.
상기 방사액에 포함되는 고분자 수지는 100,000 내지 600,000 의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 상기 중량평균분자량은 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량평균분자량을 의미한다. The polymer resin contained in the spinning solution may have a weight average molecular weight of 100,000 to 600,000. The weight average molecular weight means the weight average molecular weight in terms of polystyrene measured by the GPC method.
상기 용액 방사는 2개 이상의 용액 방사 노즐을 이용하여 수행될 수 있다. The solution spinning may be performed using two or more solution spinning nozzles.
상기 용액 방사하는 단계는 상기 용액 방사 노즐에서 0.1 내지 1.0 MPa의 압력을 작용하여 상기 방사액을 방사하는 단계를 포함할 수 있다. The step of spinning the solution may include spinning the spinning solution by applying a pressure of 0.1 to 1.0 MPa in the solution spinning nozzle.
상기 용액 방사하는 단계에서 상기 방사액 각각은 토출되는 노즐부에서 가열되어 30 내지 60 ℃의 온도를 가질 수 있다. In the solution spinning step, each of the spinning solutions may be heated in a nozzle unit to be discharged to have a temperature of 30 to 60 ° C.
상기 기재는 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포일 수 있다. The substrate may be a porous substrate or a non-woven fabric having a mesh structure.
상기 고분자 수지는 플루오르화 폴리비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리이미드, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함할 수 있다. The polymer resin is selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyurethane, polyether sulfone, polyimide, polybutylene succinate, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride and polyethylene terephthalate. It may contain one or more polymers.
본 발명에 따르면, 동일 평량 대비 종래보다 밀도를 낮추고 두께를 증가시킬 수 있고 차압에 유리한 먼지 포집용 에어필터로 사용하기 적합한 나노 섬유 필터와 이의 제조 방법이 제공될 수 있으며, 이러한 나노 섬유 필터는 건물 공조용, 공기청정기, 자동차용 캐빈필터 등의 에어필터 또는 수처리용 필터로 사용하기 적합하다.According to the present invention, it is possible to provide a nanofiber filter suitable for use as an air filter for dust collection, which can lower the density and increase the thickness compared to the same basis weight compared to the prior art, and is advantageous for differential pressure, and a method for manufacturing the same. It is suitable for use as an air filter for air conditioning, air cleaners, cabin filters for automobiles, or water treatment filters.
도 1은 실시예 1의 나노 섬유 다공성층의 FE-SEM 사진이다.
도 2는 실시예1의 나노 섬유 다공성층에 포함되는 고분자 나노 섬유 및 고분자 나노 섬유의 번들 각각의 FE-SEM 사진이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예1 각각의 나노 섬유 다공성층의 FE-SEM 사진이다.
도 4는 실시예 1과 2 및 비교예 1과 2 각각의 공극 크기 분포를 비교한 그래프이다.1 is a FE-SEM photograph of the nanofiber porous layer of Example 1.
Figure 2 is a FE-SEM photograph of each of the bundle of polymer nanofibers and polymer nanofibers included in the nanofiber porous layer of Example 1.
3 is a FE-SEM photograph of each of the nanofiber porous layer of Example 1 and Comparative Example 1.
4 is a graph comparing pore size distributions of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 나노 섬유 필터 및 나노 섬유 필터의 제조 방법에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, a nanofiber filter and a method for manufacturing a nanofiber filter according to a specific embodiment of the present invention will be described in more detail.
발명의 일 구현예에 따르면, 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 나노 섬유 다공성층;을 포함하고, 상기 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하는 특징을 갖는 나노 섬유 필터가 제공될 수 있다. According to one embodiment of the invention, the substrate; And a nanofiber porous layer formed on the substrate, wherein the nanofiber porous layer is a bundle of polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 50 nm to 500 nm and polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 1 μm to 5 μm. A nanofiber filter with this present feature can be provided.
본 발명자들은 후술하는 소정의 제조 방법을 통해서, 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하는 나노 섬유 다공성층이 형성된 나노 섬유 필터를 제조하였다. The present inventors have formed a nanofiber porous layer in which bundles of polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 50 nm to 500 nm and polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 1 μm to 5 μm are formed through a predetermined manufacturing method described below. Nanofiber filters were prepared.
상기 나노 섬유 필터는 동일 섬유 직경을 가진 시트에서, 다양한 기공 크기의 부여가 가능하면 차압에 유리할 수 있다. 또한, 동일 섬유 직경을 가진 시트에서, 밀도를 감소시키면 동일 평량 대비 두께를 증가시킬 수 있으며 그에 따라 먼지 포집 용량(capacity)을 증가시킬 수 있다.The nanofiber filter may be advantageous in differential pressure when sheets having the same fiber diameter can be given various pore sizes. In addition, in a sheet having the same fiber diameter, reducing the density can increase the thickness compared to the same basis weight, thereby increasing the dust collection capacity (capacity).
특히, 상기 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하는데, 이와 같이 상이한 단면 직경을 갖는 고분자 섬유와 고분자 나노 섬유의 번들이 함께 존재함에 따라서, 나노 섬유의 그물 구조가 형성되거나 또는 상기 나노 섬유 다공성층에서 다양한 크기의 기공이 형성될 수 있다. Particularly, in the nanofiber porous layer, there are bundles of polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 50 nm to 500 nm and polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 1 μm to 5 μm. As the bundles of the polymer nanofibers exist together, a net structure of the nanofibers may be formed, or pores of various sizes may be formed in the nanofiber porous layer.
이에 따라, 상기 나노 섬유 필터동일 평량 대비 종래보다 밀도를 낮추고 두께를 증가시킬 수 있고 차압에 유리한 먼지 포집용 에어필터 또는 수처리용 필터 등으로 사용하기 적합한 특성을 가질 수 있다. Accordingly, the nano-fiber filter can have a property suitable for use as a dust collecting air filter or a water treatment filter, which can lower the density and increase the thickness compared to the conventional basis weight, and are advantageous for differential pressure.
상기 고분자 나노 섬유의 번들은 2개 이상이 고분자 나노 섬유가 결합되어 형성되는 것으로서, 보다 구체적으로 2개 이상, 또는 10개 이상, 또는 20개 이상의 고분자 나노 섬유가 결합되어 형성되는 것일 수 있다. The bundle of the polymer nanofibers may be formed by combining two or more polymer nanofibers, more specifically, two or more, or ten or more, or twenty or more polymer nanofibers are combined.
한편, 상기 나노 섬유 다공성층에서, 상기 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유: 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들의 개수 비율이 1:1 내지 1:50, 또는 1:2 내지 1:40, 또는 1:3 내지 1:10 일 수 있다. On the other hand, in the nanofiber porous layer, the polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 50 nm to 500 nm: the ratio of the number of bundles of polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 1 μm to 5 μm is 1: 1 to 1:50. , Or 1: 2 to 1:40, or 1: 3 to 1:10.
상기 고분자 나노 섬유 대비 고분자 나노 섬유의 번들의 개수 비율이 상술한 범위임에 따라서, 상기 나노 섬유 다공성층 내부에 형성되는 나노 섬유의 그물 구조는 섬유간의 간격을 확보하여 충분한 공극을 형성하는 특징을 가질 수 있다. 이에 따라 상기 구현예의 나노 섬유 필터가 평량 대비 두께를 증가시켜 공기의 흐름을 원활하게 하여 차압을 낮추고, 형성된 공극에 먼지를 포집할 수 있는 포집량이 큰 장점을 가질 수 있다.As the ratio of the number of bundles of polymer nanofibers to polymer nanofibers is within the above-described range, the net structure of the nanofibers formed inside the nanofiber porous layer has a characteristic of securing a gap between the fibers and forming sufficient voids. You can. Accordingly, the nanofiber filter of the above embodiment can have an advantage of increasing the thickness compared to the basis weight to smooth the flow of air to lower the differential pressure, and to collect a large amount of dust to collect dust in the formed pores.
상기 고분자 나노 섬유의 번들 대비 나노 섬유의 양이 과다하게 많게 되면, 나노 섬유가 적층되는 과정에 섬유간 압착을 억제시킬 수 없으며, 나노 섬유간 압착이 발생할 경우 그물 구조의 섬유간 간격을 충분히 확보하지 못하여 차압 증가가 쉽게 발생한다. 또한 나노 섬유가 번들 내부를 충진할 수 있어 차압 증가가 이뤄질 수 있다.When the amount of the nanofibers compared to the bundle of the polymer nanofibers is excessively large, the interfiber bonding cannot be suppressed during the process of laminating the nanofibers, and when the interfiber bonding occurs, the interfiber spacing of the net structure is not sufficiently secured. It is not easy to increase the differential pressure. In addition, the nano-fibers can fill the inside of the bundle, thereby increasing the differential pressure.
기존 나노 섬유 원단은 에어필터에서 대부분 표면 여과 방식으로 이뤄지는데 이는 일정 시간 사용 후 입자의 케이트(cake)층이 필터 표면에 형성되어 차압이 급격히 상승할 수 있다. 이에 반하여, 상기 구현예의 나노 섬유 필터의 나노 섬유 다공성층은 고분자 나노 섬유 번들이 충분하여 나노 섬유간의 충분한 공극을 형성할 수 있으며, 표면 여과 방식과 함께 심층 여과까지 가능한 형태를 가질 수 있다. 그리고, 이러한 특징으로 통해서 나노 섬유로만 이뤄진 필터보다 더 많은 입자를 포집할 수 있으며, 사용 기간에 있어 더 오래 필터로 이용할 수 있다. Most of the existing nanofiber fabrics are made of a surface filtration method in an air filter, and after a certain period of time, a cake layer of particles is formed on the filter surface, so that a differential pressure can rapidly increase. On the contrary, the nanofiber porous layer of the nanofiber filter of the embodiment has sufficient polymer nanofiber bundles to form sufficient voids between nanofibers, and may have a form capable of deep filtration along with a surface filtration method. In addition, through this feature, more particles can be collected than a filter made of nanofibers, and it can be used as a filter for a longer period of use.
상술한 바와 같이, 상기 나노 섬유 다공성층은 상기 고분자 나노 섬유와 고분자 나노 섬유의 번들을 함께 포함하고, 이에 따라 특징적인 내부 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 일반식1에 의하여 정의되는 상기 나노 섬유 다공성층의 다공도가 0.01 내지 0.25 일 수 있다.As described above, the nanofiber porous layer includes the bundle of the polymer nanofiber and the polymer nanofiber together, and thus may have a characteristic internal structure. Specifically, the porosity of the nanofiber porous layer defined by Formula 1 may be 0.01 to 0.25.
[일반식1][Formula 1]
다공도 = 1 - (나노 섬유 다공성층의 밀도 / 나노 섬유 다공성층에 포함되는 고분자 고유의 밀도)Porosity = 1-(density of nanofiber porous layer / density inherent in nanofiber porous layer)
또한, 상기 나노 섬유 다공성층 내부에 형성되는 나노 섬유의 그물 구조에 따라서, 내부에서는 다양한 형태의 기공이 존재하게 되는데, 상기 나노 섬유 다공성층에는 1㎛ 내지 30㎛의 단면 최대 직경을 갖는 기공이 존재할 수 있다. In addition, according to the network structure of nanofibers formed inside the nanofiber porous layer, various types of pores exist inside, and the nanofiber porous layer has pores having a maximum cross-sectional diameter of 1 μm to 30 μm. You can.
한편, 상기 기재로 사용될 수 있는 재료 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 상기 기재는 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포일 수 있다. On the other hand, the material that can be used as the substrate is not particularly limited, the substrate may be a porous substrate or a non-woven fabric having a mesh structure.
상기 고분자 나노 섬유 및 고분자 나노 섬유의 번들은 각각 플루오르화 폴리비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리이미드, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함할 수 있다. The polymer nanofibers and bundles of polymer nanofibers are each polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyurethane, polyether sulfone, polyimide, polybutylene succinate, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, and It may include at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene terephthalate.
상기 기재는 0.1 내지 100mm의 두께를 가질 수 있다. The substrate may have a thickness of 0.1 to 100mm.
상기 나노 섬유 다공성층은 0.01 내지 2mm의 두께를 가질 수 있다. The nanofiber porous layer may have a thickness of 0.01 to 2mm.
상기 나노 섬유 필터는 상기 기재와 상기 나노 섬유다공성층 사이에 형성되고 0.1 내지 20 ㎛의 두께를 갖는 접착층을 더 포함할 수 있다. 상기 접착층에 포함되는 성분이 크게 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 폴리우레탄계 접착제, 폴리비닐알코올계 접착제, 열융착계 접착제 등을 사용할 수 있다The nanofiber filter may further include an adhesive layer formed between the substrate and the nanofiber porous layer and having a thickness of 0.1 to 20 μm. The components included in the adhesive layer are not particularly limited, and for example, a polyurethane-based adhesive, a polyvinyl alcohol-based adhesive, a heat-fusion-based adhesive, etc. may be used.
한편, 상기 나노 섬유 필터에서, 상기 나노 섬유 다공성층의 면 밀도는 1 g/m2에서 50 g/m2의 범위가 바람직하다.On the other hand, in the nanofiber filter, the surface density of the nanofiber porous layer is preferably in the range of 1 g / m 2 to 50 g / m 2 .
또한, 상기 나노 섬유 다공성층은 서로 반복적인 구조로 형성될 수 있으며, 상기 구조는 종래 1종의 나노 섬유만 포함하는 구조에 비해 차압이 낮은 장점이 있다.In addition, the nano-fiber porous layer may be formed in a repetitive structure with each other, and the structure has an advantage that the differential pressure is low compared to a structure containing only one type of nano-fiber.
상기 나노 섬유 필터는 상대적으로 낮은 밀도를 가지면서 평량 대비 두께가 큰 특성을 가질 수 있으며, 상기 나노 섬유 다공성층의 내부 구조에 따라서 다양한 크기를 갖는 기공이 형성될 수 있고, 이에 따라 차압에 유리한 나노 섬유 시트를 제공할 수 있다. 즉, 상기 나노 섬유 필터는 밀도가 낮고 두께가 두꺼워 먼지 포집 용량(capacity)이 크게 되어 먼지 포집 효율이 향상될 수 있으며, 이에 따라 건물 공조용, 공기청정기, 자동차용 캐빈필터 등의 에어필터 또는 수처리용 필터 등으로 사용하기 적합하다.The nanofiber filter may have a relatively low density and a large thickness compared to a basis weight, and pores having various sizes may be formed according to the internal structure of the nanofiber porous layer. A fiber sheet can be provided. That is, the nanofiber filter has a low density and a thick thickness, so that the dust collection efficiency can be improved by increasing the dust capacity, and accordingly, air filters or water treatment for building air conditioning, air cleaners, automobile cabin filters, etc. It is suitable for use as a filter for dragons.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 5 내지 20 중량%의 농도로 고분자 수지를 포함하는 방사액을 기재 상에 용액 방사하는 단계;를 포함하는 상술한 나노 섬유 필터를 제조하는 방법이 제공될 수 있다. On the other hand, according to another embodiment of the invention, a method of manufacturing the above-described nano-fiber filter comprising; spinning the solution on the substrate with a spinning solution containing a polymer resin in a concentration of 5 to 20% by weight can be provided have.
5 내지 20 중량%의 농도로 고분자 수지를 포함하는 방사액을 기재 상에 용액 방사 함에 따라서, 최종 제조되는 나노 섬유 필터는 다양한 기공 크기의 부여가 가능하면 밀도를 감소시키면 동일 평량 대비 두께를 증가시킬 수 있으며 그에 따라 먼지 포집 용량(capacity)을 증가시킬 수 있다.As the spinning solution containing the polymer resin is concentrated on the substrate at a concentration of 5 to 20% by weight, the nanofiber filter to be finally produced increases the thickness compared to the same basis weight by reducing the density if possible to impart various pore sizes. It can increase the dust capture capacity accordingly.
상술한 바와 같이, 상기 제조되는 나노 섬유 필터는 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 나노 섬유 다공성층;을 포함하고, 상기 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하는 특징을 가질 수 있다. As described above, the nanofiber filter manufactured is a substrate; And a nanofiber porous layer formed on the substrate, wherein the nanofiber porous layer is a bundle of polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 50 nm to 500 nm and polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 1 μm to 5 μm. It can have existing features.
상기 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하는데, 이와 같이 상이한 단면 직경을 갖는 고분자 섬유와 고분자 나노 섬유의 번들이 함께 존재함에 따라서, 나노 섬유의 그물 구조가 형성되거나 또는 상기 나노 섬유 다공성층에서 다양한 크기의 기공이 형성될 수 있다. In the nanofiber porous layer, there are bundles of polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 50 nm to 500 nm and polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 1 μm to 5 μm, such as polymer fibers and polymers having different cross-sectional diameters. As the bundles of nanofibers exist together, a net structure of nanofibers may be formed, or pores of various sizes may be formed in the nanofiber porous layer.
이에 따라, 상기 나노 섬유 필터동일 평량 대비 종래보다 밀도를 낮추고 두께를 증가시킬 수 있고 차압에 유리한 건물 공조용, 공기청정기, 자동차용 캐빈필터 등의 에어필터 또는 수처리용 필터 등으로 사용하기 적합한 특성을 가질 수 있다. Accordingly, the nano-fiber filter can reduce the density and increase the thickness compared to the conventional basis for the same basis weight, and is suitable for use as an air filter, such as an air filter or water filter for a building air conditioner, an air purifier, and a car cabin filter. Can have
상술한 바와 같이, 상기 방사액에 포함되는 고분자 수지는 100,000 내지 600,000 의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 상기 중량평균분자량은 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량평균분자량을 의미한다. As described above, the polymer resin included in the spinning solution may have a weight average molecular weight of 100,000 to 600,000. The weight average molecular weight means the weight average molecular weight in terms of polystyrene measured by the GPC method.
상기 용액 방사는 2개 이상의 용액 방사 노즐을 이용하여 수행될 수 있다. The solution spinning may be performed using two or more solution spinning nozzles.
상기 용액 방사하는 단계는 상기 용액 방사 노즐에서 0.1 내지 1.0 MPa의 압력을 작용하여 상기 방사액을 방사하는 단계를 포함할 수 있다.The step of spinning the solution may include spinning the spinning solution by applying a pressure of 0.1 to 1.0 MPa in the solution spinning nozzle.
상기 용액 방사하는 단계에서 상기 방사액 각각은 토출되는 노즐부에서 가열되어 30 내지 60 ℃의 온도를 가질 수 있다. In the solution spinning step, each of the spinning solutions may be heated in a nozzle unit to be discharged to have a temperature of 30 to 60 ° C.
상기 기재는 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포일 수 있다. The substrate may be a porous substrate or a non-woven fabric having a mesh structure.
상기 고분자 수지는 플루오르화 폴리비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리이미드, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함할 수 있다. The polymer resin is selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyurethane, polyether sulfone, polyimide, polybutylene succinate, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride and polyethylene terephthalate. It may contain one or more polymers.
한편, 상기 구현예의 나노 섬유 필터를 제조하는 방법은 섬유 제조에 사용되는 일반적인 용액 방사 장치를 이용할 수 있다. On the other hand, the method of manufacturing the nano-fiber filter of the above embodiment may use a general solution spinning device used for fiber production.
예를 들면, 상기 방사 장치는 2이상의 노즐부를 구비한 용액 방사(solution spinning), 용융 방사 (meltblown spinning), 용액 블로잉(solution blowing) 등의 노즐형 방사 장치 등을 사용할 수 있다. For example, the spinning device may use a nozzle spinning device such as solution spinning, melt spinning, solution blowing, etc. having two or more nozzles.
즉, 상기 방사 장치는, 서로 다른 조건의 방사액이 교차 배치될 수 있도록, 적어도 2종 이상의 노즐부가 구비될 수 있다.That is, the spinning device may be provided with at least two or more nozzle units so that the spinning liquids of different conditions can be cross-placed.
상기 방사 장치의 상기 2종 이상의 노즐부는 고분자 용액을 방사하는 노즐부는 적어도 2 내지 10개 반복 배치할 수 있으며, 기재의 크기에 따라 적절히 조절하여 노즐부 갯수를 교대로 반복하여 설치할 수 있다. 상기 방사 장치에서, 노즐부는 0.1㎛ 내지 3mm크기의 유사한 직경을 가질 수 있다. The two or more nozzle portions of the spinning device may be repeatedly disposed at least 2 to 10 nozzle portions for emitting a polymer solution, and may be alternately installed to alternately adjust the number of nozzle portions according to the size of the substrate. In the spinning device, the nozzle portion may have a similar diameter of 0.1㎛ to 3mm size.
상기 구현예의 나노 섬유 필터를 제조하는 방법에서, 고분자 용액이 기재로 방사되면, 나노 섬유 웹이 형성될 수 있고, 고분자 용액에 사용된 용매 휘발 및 수분 조절을 위한 건조 방법, 예를 들면 열풍 건조 등의 공정을 거친 후, 캘린더링 공정에 의해 나노 섬유간 결합을 유도하고, 기공 크기 및 두께가 다르게 조절된 나노 섬유 필터가 시트 형태로 제조될 수 있다.In the method of manufacturing the nanofiber filter of the above embodiment, when the polymer solution is spun into a substrate, a nanofiber web may be formed, a drying method for controlling solvent volatilization and moisture used in the polymer solution, for example, hot air drying, etc. After the process of inducing the bonding between nanofibers by a calendering process, the nanofiber filter having different pore sizes and thicknesses can be manufactured in a sheet form.
이후, 권취롤을 이용하여 시트를 회수하면 나노 섬유 필터가 롤링된 상태로 제공될 수 있다.Thereafter, when the sheet is recovered using the winding roll, the nanofiber filter may be provided in a rolled state.
한편, 상기 기재는 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포일 수 있고, 예를 들어 셀룰로오스계 기재가 사용될 수 있다. On the other hand, the substrate may be a porous substrate or a non-woven fabric having a mesh structure, for example, a cellulose-based substrate may be used.
상기 셀룰로오스계 기재는 미세 다공 구조를 형성하고 있어서 고온에서 치수 안정성이 좋고, 내열성, 고결정성 등의 나타낼 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 기재 상에 상술한 2종의 방사 용액을 방사하여, 2종의 직경이 다른 나노 섬유 웹이 형성되도록 하여, 별도의 접착제 사용 없이도 나노 섬유 필터를 제조할 수 있다. 이때, 상기 셀룰로오스계 기재는 재생 셀룰로오스 기재, 또는 아크릴 바인더를 사용한 레이온-폴리에스테르계로 구성된 합성 섬유일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The cellulose-based substrate has a fine porous structure, and thus has good dimensional stability at high temperatures, and can exhibit heat resistance, high crystallinity, and the like. Therefore, the present invention is to spin the above-mentioned two types of spinning solution on such a substrate, so that nanofiber webs having different diameters are formed, so that a nanofiber filter can be manufactured without using a separate adhesive. At this time, the cellulose-based substrate may be a regenerated cellulose substrate, or a synthetic fiber composed of rayon-polyester using an acrylic binder, but is not limited thereto.
이하 상기 구현예들을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 상기 구현예들을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the above embodiments will be described in more detail in the following Examples. However, the following examples are merely illustrative of the above embodiments, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.
<제조예><Production Example>
제조예1: 방사액의 제조Preparation Example 1: Preparation of spinning solution
디메틸포름아마이드: 톨루엔: 폴리불화비닐리덴(PVDF, 중량평균분자량 350,000)을 78 : 9 : 13 중량비율로 용해 및 혼합한 고분자 용액을 제조하였다.A polymer solution was prepared by dissolving and mixing dimethylformamide: toluene: polyvinylidene fluoride (PVDF, weight average molecular weight 350,000) at a weight ratio of 78: 9: 13.
<실시예: 나노 섬유 필터의 제조><Example: Preparation of nanofiber filter>
실시예1Example 1
폴리에스터 소재의 정사각형 매쉬 구조를 갖는 0.3㎜ 두께의 기재를 접착제 분사 노즐 및 나노 섬유 형성용 고분자 용액을 방사하는 노즐이 형성된 방사 장치에서 연속적으로 이동시키면서, 접착층 및 나노 섬유 다공성층을 순차적으로 형성하였다. The 0.3 mm thick substrate having a square mesh structure of polyester material was continuously moved in a spinning device having an adhesive spray nozzle and a nozzle for spinning a polymer solution for forming nanofibers, and the adhesive layer and the nanofiber porous layer were sequentially formed. .
구체적으로, 상기 기재 상에, 폴리우레탄계 접착제를 멜트블로운(Melt blown) 방법 및 장치를 이용하여 10㎛ 이하의 두께로 접착층을 형성하였다. Specifically, on the substrate, an adhesive layer was formed to a thickness of 10 µm or less using a melt blown method and apparatus for polyurethane-based adhesives.
그 이후에, 상기 제조예에서 제조된 고분자 용액 방사 시 토출부를 가열하여 40℃로 유지하였으며, 노즐부에 약0.25 MPa의 압력을 적용하는 13개의 노즐을 용액 블로잉(solution blowing) 하여 상기 형성된 접착층 상에 방사하고, 그 이후에 상온 건조하여 나노 섬유 다공성층을 형성하였다.After that, when the polymer solution prepared in the above manufacturing example was spun, the discharge part was heated to maintain it at 40 ° C., and 13 nozzles applying a pressure of about 0.25 MPa to the nozzle part were solution blown to form the adhesive layer. And then dried at room temperature to form a nanofiber porous layer.
실시예2Example 2
상기 폴리에스터 소재의 정사각형 매쉬 구조의 기재 대신에 폴리프로필렌 부직포(0.3㎜ 두께)를 사용한 점을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 방법으로 실시예2의 나노 섬유 다공성층을 형성하고 나노 섬유 필터을 제조하였다. The nanofiber porous layer of Example 2 was formed in the same manner as in Example 1, except that a polypropylene nonwoven fabric (0.3 mm thick) was used instead of the base of the square mesh structure of the polyester material. It was prepared.
<비교예: 나노 섬유 필터의 제조><Comparative Example: Preparation of nanofiber filter>
비교예1Comparative Example 1
제1 노즐부 및 제2 노즐부가 교대로 반복 배치되어 있는 노즐형 전기 방사 장치(제품명: Nano NC, Machine 5)를 이용하여 폴리에스터 소재의 정사각형 매쉬 구조를 갖는 0.3㎜ 두께의 기재 상에 상기 제조예에서 제조된 방사액을 을 방사 하였다. The above-mentioned preparation on a 0.3 mm thick substrate having a square mesh structure of polyester material using a nozzle type electrospinning device (product name: Nano NC, Machine 5) in which the first nozzle part and the second nozzle part are alternately arranged alternately. The spinning solution prepared in Example was spun.
-방사 조건: 디메틸포름아마이드: 폴리아크릴로나이트릴 (PAN, 중량평균 분자량 150,000)을 92:8 중량비율로 용해한 고분자 용액을 사용하였다. 시린지 펌프를 이용하여 시간당 1.5ml 속도로 주입하였으며, 이때 0.86 ㎜ 직경의 전기방사용 노즐에 30kV를 인가하여 나노섬유를 제조하였다.-Spinning conditions: Dimethyl formamide: A polyacrylonitrile (PAN, weight average molecular weight 150,000) was used as a polymer solution in a 92: 8 weight ratio. Nano syringes were prepared by applying 30 kV to a 0.86 mm diameter electrospinning nozzle at a rate of 1.5 ml per hour using a syringe pump.
비교예2Comparative Example 2
상기 폴리에스터 소재의 정사각형 매쉬 구조의 기재 대신에 폴리프로필렌 부직포(0.3㎜ 두께)를 사용한 점을 제외하고, 비교예1과 동일한 방법으로 방법으로 비교예2의 나노 섬유 다공성층을 형성하고 나노 섬유 필터을 제조하였다. The nanofiber porous layer of Comparative Example 2 was formed in the same manner as in Comparative Example 1, except that a polypropylene nonwoven fabric (0.3 mm thick) was used instead of the base of the square mesh structure of the polyester material, and the nanofiber filter was formed. It was prepared.
시험예 1Test Example 1
실시예 및 비교예에서 제조된 나노 섬유 필터에 대하여, SEM 분석 및 porometer 측정을 통해 기공 크기 및 기공도(porosity)를 비교 분석하였다. 또한, 입자 제거효율 및 차압을 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.For the nanofiber filters prepared in Examples and Comparative Examples, the pore size and porosity were comparatively analyzed through SEM analysis and porometer measurement. In addition, particle removal efficiency and differential pressure were measured and the results are shown in Table 3.
디지털 두께 게이지를 이용하여 3개 sample의 ramdom한 위치의 두께를 측정하여 그 평균값을 나타내었다. 측정한 두께와 평량을 바탕으로 사용한 방사 고분자의 밀도를 적용하여 sample의 밀도, 기공도를 계산하였다.Using a digital thickness gauge, the thickness of the ramdom positions of three samples was measured and the average value was shown. The density and porosity of the sample were calculated by applying the density of the spinning polymer used based on the measured thickness and basis weight.
기공의 크기는 PMI (Porous materials Inc)사의 Capillary flow porometer를 사용하여 측정하였으며, 원단을 적절한 크기(3cmХ3cm)로 준비한 후 표면장력을 알고 있는 Galwick 용액을 이용하여 측정하였다.The size of the pores was measured using a capillary flow porometer from PMI (Porous materials Inc.), and the fabric was prepared to an appropriate size (3 cmХ3 cm) and then measured using a Galwick solution with known surface tension.
입자 제거효율은 필터 자동화 측정 장치를 이용하여 입자 제거 효율(%)을 측정하였다. 이때, TSI 사(USA)의 필터자동화 측정장치인 TSI 8130A 장비를 이용하여 32 L/min 의 유량으로 측정하였다. 입자로는 NaCl 을 Aerogel 형태로 분사한 것을 이용하였다. The particle removal efficiency was measured using a filter automatic measurement device (%). At this time, it was measured at a flow rate of 32 L / min using the TSI 8130A equipment, a filter automation measuring device of TSI (USA). As the particles, NaCl was sprayed in the form of an Aerogel.
차압은 필터 자동화 측정 장치를 이용하여 차압(mmAQ)을 측정하였다. 이때, TSI사(USA)의 필터자동화 측정장치인 TSI 8130A 장비를 이용하여 32 L/min의 유량으로 측정하였다 The differential pressure was measured by using a filter automatic measurement device (mmAQ). At this time, it was measured at a flow rate of 32 L / min using the TSI 8130A equipment, a filter automation measurement device of TSI (USA).
또한, 실시예 1 및 비교예 1 의 FE-SEM 사진을 도 1 내지 도 3에 나타내었다. In addition, FE-SEM pictures of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 1 to 3.
/
고분자 나노 섬유의 번들의 직경Polymer nanofiber diameter
/
Diameter of bundle of polymer nanofibers
(㎛)Average pore size
(㎛)
(%)Particle removal efficiency
(%)
(mmH2O)Foreclosure
(mmH2O)
/ 1 내지 3 ㎛100 to 400 nm
/ 1 to 3 μm
도 1 내지 3에서, 실시예1의 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재한다는 점이 확인된다. 1 to 3, it is confirmed that a bundle of polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 50 nm to 500 nm and a polymer nanofiber having a cross-sectional diameter of 1 μm to 5 μm exists in the nanofiber porous layer of Example 1 .
이에 반하여, 도3에 나타난 바와 같이, 비교예1의 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유가 주로 분포한다는 점이 확인되었다. On the other hand, as shown in Figure 3, it was confirmed that the polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 50 nm to 500 nm are mainly distributed in the nanofiber porous layer of Comparative Example 1.
표 1 및 도 4에 나타난 바와 같이, Porometer로 측정한 기공의 크기에 있어서, 본 발명의 실시예들의 나노 섬유 필터가 비교예의 나노 섬유 필터에 비하여 상대적으로 큰 평균 기공 크기를 가지면서 낮은 차압을 나타내서 저차압에 유리함을 보였으며, 먼지 포집 효율도 높아진다는 점이 확인되었다.As shown in Table 1 and Figure 4, in the pore size measured by Porometer, the nanofiber filter of the embodiments of the present invention has a relatively large average pore size and a low differential pressure compared to the nanofiber filter of the comparative example, It was found to be advantageous for low pressure differentials, and it was confirmed that the efficiency of dust collection was also increased.
Claims (13)
상기 기재 상에 형성된 나노 섬유 다공성층;을 포함하고,
상기 나노 섬유 다공성층에는 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유 및 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들이 존재하는, 나노 섬유 필터.
materials; And
The nano-fiber porous layer formed on the substrate; includes,
In the nanofiber porous layer, there is a bundle of polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 50 nm to 500 nm and polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 1 μm to 5 μm.
상기 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유: 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들의 개수 비율이 1:1 내지 1:50인, 나노 섬유 필터.
According to claim 1,
Polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 50 nm to 500 nm: The nanofiber filter having a number ratio of bundles of polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 1 μm to 5 μm is 1: 1 to 1:50.
상기 50㎚ 내지 500㎚의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유: 1 ㎛ 내지 5㎛의 단면 직경을 갖는 고분자 나노 섬유의 번들의 개수 비율이 1:3 내지 1:10 인, 나노 섬유 필터.
According to claim 1,
The polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 50 nm to 500 nm: The nanofiber filter having a ratio of the number of bundles of polymer nanofibers having a cross-sectional diameter of 1 μm to 5 μm is 1: 3 to 1:10.
하기 일반식1에 의하여 정의되는 상기 나노 섬유 다공성층의 다공도가 0.01 내지 0.25 인, 나노 섬유 필터:
[일반식1]
다공도 = 1 - (나노 섬유 다공성층의 밀도 / 나노 섬유 다공성층에 포함되는 고분자 고유의 밀도).
According to claim 1,
The nanofiber filter having a porosity of 0.01 to 0.25 of the nanofiber porous layer defined by the following general formula (1):
[Formula 1]
Porosity = 1-(density of the nanofiber porous layer / density inherent in the polymer contained in the nanofiber porous layer).
상기 나노 섬유 다공성층에는 1㎛ 내지 30㎛의 단면 최대 직경을 갖는 기공이 존재하는, 나노 섬유 필터.
According to claim 1,
In the nanofiber porous layer, pores having a maximum cross-sectional diameter of 1 μm to 30 μm are present, the nanofiber filter.
상기 기재는 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포인, 나노 섬유 필터.
According to claim 1,
The substrate is a porous substrate or a non-woven fabric having a mesh structure, nanofiber filter.
상기 고분자 나노 섬유 및 고분자 나노 섬유의 번들은 각각 플루오르화 폴리비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리이미드, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하는, 나노 섬유 필터.
According to claim 1,
The polymer nanofibers and bundles of polymer nanofibers are each polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyurethane, polyether sulfone, polyimide, polybutylene succinate, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride and A nanofiber filter comprising at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene terephthalate.
상기 기재는 0.1 내지 100 mm 의 두께를 가지며,
상기 나노 섬유 다공성층은 0.01 내지 2 mm 의 두께를 갖는,
나노 섬유 필터.
According to claim 1,
The substrate has a thickness of 0.1 to 100 mm,
The nano-fiber porous layer has a thickness of 0.01 to 2 mm,
Nano fiber filter.
A method of manufacturing a nanofiber filter according to claim 1, comprising: spinning a solution containing a polymer resin at a concentration of 5 to 20% by weight on a substrate.
상기 방사액에 포함되는 고분자 수지는 100,000 내지 600,000 의 중량평균분자량을 갖는, 나노 섬유 필터의 제조 방법.
The method of claim 9,
The polymer resin contained in the spinning solution has a weight average molecular weight of 100,000 to 600,000, a method of manufacturing a nanofiber filter.
상기 용액 방사는 2개 이상의 용액 방사 노즐을 이용하여 수행되며,
상기 용액 방사하는 단계는 상기 용액 방사 노즐에서 0.1 내지 1.0 MPa의 압력을 작용하여 상기 방사액을 포함하는 방사액을 방사하는 단계를 포함하는, 나노 섬유 필터의 제조 방법.
The method of claim 9,
The solution spinning is performed using two or more solution spinning nozzles,
The step of spinning the solution comprises the step of spinning a spinning solution containing the spinning solution by applying a pressure of 0.1 to 1.0 MPa in the solution spinning nozzle.
상기 방사액 각각은 토출되는 노즐부에서 가열되어 30 내지 60 ℃의 온도를 갖는, 나노 섬유 필터의 제조 방법.
The method of claim 9,
Each of the spinning solution is heated in the nozzle portion to be discharged has a temperature of 30 to 60 ℃, the method of manufacturing a nanofiber filter.
상기 기재는 매쉬 구조를 갖는 다공성 기재 또는 부직포이며,
상기 고분자 수지는 플루오르화 폴리비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리이미드, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하는, 나노 섬유 필터의 제조 방법.The method of claim 9,
The substrate is a porous substrate or a non-woven fabric having a mesh structure,
The polymer resin is selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyurethane, polyether sulfone, polyimide, polybutylene succinate, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride and polyethylene terephthalate. Method for producing a nanofiber filter, comprising at least one polymer.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230063001A (en) * | 2021-11-01 | 2023-05-09 | 단국대학교 산학협력단 | Method for preparing non-circular nano fiber, non-circular nano fiber prepared therefrom and filter media comprising the non-circular nano fiber |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009057655A (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Japan Vilene Co Ltd | Ultrafine fiber nonwoven cloth, production method thereof, and production apparatus therefor |
| JP2013079486A (en) * | 2005-02-16 | 2013-05-02 | Toray Ind Inc | Method of manufacturing dry nonwoven fabric composed of polyphenylene sulfide nanofiber |
-
2018
- 2018-09-21 KR KR1020180114405A patent/KR102621800B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013079486A (en) * | 2005-02-16 | 2013-05-02 | Toray Ind Inc | Method of manufacturing dry nonwoven fabric composed of polyphenylene sulfide nanofiber |
| JP2009057655A (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Japan Vilene Co Ltd | Ultrafine fiber nonwoven cloth, production method thereof, and production apparatus therefor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230063001A (en) * | 2021-11-01 | 2023-05-09 | 단국대학교 산학협력단 | Method for preparing non-circular nano fiber, non-circular nano fiber prepared therefrom and filter media comprising the non-circular nano fiber |
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