KR20230082451A - 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법 및 그 부직포 - Google Patents

전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법 및 그 부직포 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법 및 그 방법, 그리고 이에 의해 제조된 여과재를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법은, 부직포 기재를 콜렉터에 설치하는 단계; 액상의 PAN 고분자에 계면 활성제를 첨가한 방사용액을 마련하여 전기방사장치에 수용하는 단계; 콜렉터와 전기방사장치에 40~100KV의 전위차를 제공하는 단계; 전기방사장치에서 방사용액이 테일러 콘 양상으로 부직포 기재에 방사가 이루어지도록 방사용액을 가압하는 단계; 및 전기방사장치에서 방사되는 섬유를 콜렉터에 집적하여 수집하는 단계를 포함한다.

Description

전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법 및 그 부직포{METHOD FOR MANUFACTURING NONWOVEN FABRIC FOR FILTRATION HAVING NANO-SUBNET STRUCTURE USING ELECTROSPINNING AND NONWOVEN FABRIC THEREBY}
본 발명은 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 멜트블로운의 기재에 나노 섬유를 전기 방사하는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법 및 그 부직포에 관한 것이다.
최근에는, 산업 현장에 미세한 유해물질이 발생되는 작업 환경이 상당수 존재하며, 황사 및 미세 먼지 또는 초미세 먼지로 인한 대기질의 악화로 인해서, 필터 성능이 강화된 여과 소재를 사용하는 마스크들이 출시되고 있다.
일반적인 마스크로는, 수술실에서 주로 사용되고 비말 차단용 위생마스크, 기침 목아픔 등 호흡기 증상이 있는 경우, 또는 건강취약계층과 기저질환자가 다른 사람과 접하는 경우 착용하도록 만든 KF80 이상의 마스크, 미세 필터 성능이 있어 코로나 19 의심환자를 돌보는 의료인이나 관계자가 착용하도록 만든 KF94가 있다. KF94 마스크는 코로나바이러스 차단을 위해 일반인도 상당수 착용하고 있는 상황이다.
KF80 및 KF94마스크는, 비말차단용 마스크에 비해서, 미세 입자까지 차단하도록 필터 성능이 보장된 것으로서, 호흡이 용이하지 않고, 마스크를 장시간 착용해야 하는 경우나, 습윤한 여름철 및 호흡이 불편한 환경에는 호흡에 상당한 불편함을 겪게 된다.
한편, 현재의 국내에서 마스크 여과재의 제조에는, 주로 고분자 물질을 녹여 노즐에서 유출함과 동시에 송풍에 의해 섬유질로 방사하여 부직포를 만드는 멜트블로운 방식이 주로 사용되고 있다.
이러한 멜트블로운 방식으로 제조된 여과재로 제작된 마스크는, 미세 물질을 차단하도록 수백 마이크로미터 직경의 크기를 갖는 섬유 조직으로 조밀하게 구성됨으로써 호흡 성능 및 차압 개선에 한계가 있었다.
이를 해결하기 위해서, 전기방사 방식의 나노섬유로 제조된 여과재가 개발되어 사용되고 있으며, 실용화된 마스크로 제작되는 추세이다.
전기방사 방식으로 제조된 나노섬유는, 기존 섬유에 비해 부피 대비 표면적 비가 매우 높고, 높은 기공도를 지니고 있어 내부의 땀 등을 배출할 수 있는 호흡성과 방풍성을 가짐과 동시에 외부에서 입자의 유입을 효과적으로 차단할 수 있는 특성을 가지고 있다.
예를 들어, 미국특허, Pub.No.: US20190160405A1은, 필터 미디어에 나노섬유를 적층하여 필터 효과를 극대화시키는 기술에 관한 것으로서, 기존 전기방사 웹보다 더 고효율의 성능을 가진 필터를 제작하기 위해 다양한 첨가제나 재료를 혼합하여 고효율의 필터를 생산하는 방법들을 제안하고 있다.
제안된 방법 중에는, 나노 섬유상에 나노서브넷을 발생시키기 위해 PVdF에 계면활성제(음이온, 양이온, 양쪽성)를 첨가하여 방사하는 연구도 포함되어 있다. PVdF는 Polyvinylidene fluoride(폴리비닐리덴 플로라이드)라고 불리는 불소계 고분자 물질이다.
미국특허, Pub.No.: US20160166959A1은, PAN고분자가 타 고분자(PVP, PS, PVA, PP)에 비해 극성이 높은 고분자이므로 전기 방사웹으로 제작 시 높은 필터 효과를 나타내는 것을 보여주고 있다.
기존에 제시된 전기방사 나노웹 제작방법으로는, PAN 고분자로 나노서브넷이 발생하는 것이 거의 불가능했다.
그러나, 후술되는 바와 같이, 전기방사용액에 첨가제를 혼합하고 콜렉터에 기재를 다양하게 함으로써 나노서브넷을 발생시켰다.
1. 미국특허, Pub.No.: US20160166959A1 2. 미국특허, Pub.No.: US20190160405A1
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 나노섬유 사이에 나노서브넷을 발생시켜 기공크기를 작게 만듦으로써 필터의 성능을 충분히 개선하면서, 고효율 및 저차압을 제공하는 고기능성 여과소재를 제조할 수 있는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법 및 그 부직포를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 부직포 기재를 콜렉터에 설치하는 단계; 액상의 PAN 고분자에 계면 활성제를 첨가한 방사용액을 마련하여 전기방사장치에 수용하는 단계; 상기 콜렉터와 전기방사장치에 40~100KV의 전위차를 제공하는 단계; 상기 전기방사장치에서 상기 방사용액이 테일러 콘 양상으로 상기 부직포 기재에 방사가 이루어지도록 상기 방사용액을 가압하는 단계; 및 상기 전기방사장치에서 방사되는 섬유를 상기 콜렉터에 집적하여 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 계면 활성제는 양이온성 계면활성제를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 부직포 기재는 정전 처리된 것일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 전기방사장치에서 방사되는 방사용액의 액적이 원형 및 테일러 콘 양상으로 변화됨을 영상 촬영으로 검사 확인하면서, 상기 전기방사장치에서 상기 방사용액의 토출 압력과 유량을 조절하고, 상기 콜렉터와 전기방사장치에 40~100KV의 전위차를 10KV부터 시작하여 제공하며, 상기 부직포 기재에 집적되는 방사 섬유의 조직과 굵기를 영상 촬영과 초음파 검사 및 레이저 동축 변위센서 중 하나 이상으로 확인한 후, 상기 전기방사장치에서 방사되는 섬유를 상기 콜렉터에 집적 수집하는 단계를 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 부직포 기재 상에서 상기 방사용액의 섬유는, 수십에서 수백 나노 미터 단위 굵기의 섬유망상구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 섬유망상구조는 0.1~5g/m2 범위의 단위 면적당 질량을 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 섬유망상구조의 여과는, 80~99.99% 이며, 3~4 mmH2O 여과 차압을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 전기방사장치의 전기방사는, 일정 구간 배치되는 복수의 노즐을 통해 상기 부직포 기재를 컨베이어 방식으로 연속 공급되도록 마련되는 상기 콜렉터 상으로 이루어지며, 상기 콜렉터에서 상기 방사용액의 전기방사가 이루어진 부직포 기재는 와인딩기에 롤 형상으로 감길 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 컨베이어 방식의 콜렉터를 정지하고, 상기 전기방사장치에 의해 상기 부직포 기재에 전기방사를 수행하되, 상기 부직포 기재 상의 전기 방사된 섬유층의 두께를 두께 측정기로 측정하여, 일정 두께 이상이면 상기 부직포 기재를 상기 와인딩기 측으로 이송하여 감을 수 있다.
본 발명의 다른 구성은, 전술한 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법에 전기 방사된 나노 망사구조의 섬유층을 포함하는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포를 제공할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 나노섬유 사이에 나노서브넷을 발생시켜 기공크기를 작게 만듦으로써 필터의 성능을 충분히 개선하면서, 고효율 및 저차압을 제공하는 고기능성 여과소재를 제조할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 도 1의 제조 방법에 사용되는 제조 장치의 개념도이다.
도 3은 도 1의 제조 방법에 의해 제조된 부직포 기재 상의 방사 섬유의 섬유층을 전자 현미경으로 촬영한 방사섬유조직의 도면이다.
도 4는 도 1의 제조 방법에 의해 제조된 부직포 기재 상의 방사 섬유의 섬유층의 여과 정도를 나타낸 그래프와 전자 현미경으로 촬영한 방사섬유조직의 도면이다.
도 5는 도 1의 제조 방법에 의해 제조된 부직포의 층상 구조 및 여과 효율의 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법의 순서도이며, 도 2는 도 1의 제조 방법에 사용되는 제조 장치의 개념도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법은, 부직포 기재(10)를 콜렉터(101)에 설치하는 단계(P10), 액상의 PAN 고분자에 계면 활성제를 첨가한 방사용액(20)을 마련하여 전기방사장치(100)에 수용하는 단계(P20), 콜렉터(101)와 전기방사장치(100)에 40~100KV의 전위차를 제공하는 단계(P30), 전기방사장치(100)에서 방사용액(20)이 테일러 콘 양상으로 부직포 기재(10)에 방사가 이루어지도록 방사용액(20)을 가압하는 단계(P40), 및 전기방사장치(100)에서 방사되는 섬유를 콜렉터(101)에 집적하여 수집하는 단계(P50)를 포함한다.
부직포 기재(10)는, 주로 멜트블로운 방식으로 제조되면서 정전 처리된 것을 사용할 수 있는데, 부직포 기재(10)의 정전 처리는 기재에 정전하를 부여하여 여과되는 물질들이 잘 부착되게 만든다.
부직포 기재(10)의 정전 처리는 멜트블로운 방식에 적용되는 코로나 방전으로 이루어질 수 있다. 이러한 코로나 방전은 주로 절연소재에 적용되며, 일반적인 폴리머 재질 사용하게 된다. 즉 코로나 방전에서 발생하는 이온을 액체상태의 폴리머에 직접 분사하여 정전기를 주입하면, 폴리머가 리시버(Receiver)에서 응고되면서 강한 정전기력을 보유하게 된다.
한편, 부직포 기재(10)는 멜트블로운 방식에 한정되지 않으며, 다른 방식으로 제조되어 정전 처리된 것을 사용할 수도 있다.
계면 활성제는 양이온성 계면활성제를 사용할 수 있다. 이러한 양이온 계면 활성제로는, DTAB, TTAB 및 CTAB가 있을 수 있다.
DTAB는 [Dodecyltrimethylammonium bromide, CH3 (CH2)11N+(CH3)3Br-]이며, TTAB는 [Tetradecyltrimethylammonium bromide, CH3(CH2)13N+(CH3)3Br-]이며, CTAB는 [Cetyltrimethylammonium bromide, CH3(CH2)15N+(CH3)3Br-]이다. 이들 중 CTAB(cetyltrimethylammonium bromide)가 사용됨이 적절하다.
이러한 양이온 계면 활성제는 PAN고분자 용액에 첨가되어 방사용액(20)을 만들게 된다. PAN고분자는 타 고분자(예를 들어, PVP, PS, PVA, PP 등)에 비해 극성이 높은 고분자이므로 전기방사 웹으로 제작 시 높은 필터 효과를 나타낸다.
계면 활정제는, 양이온성 계면활성제에 반드시 한정되지 않으며, 음이성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 및 솔트(salt)류 등이 사용될 가능성도 있다.
본 실시 예에 따르면, 부직포 기재(10)가 콜렉터(101)에 설치되고, 방사용액(20)이 전기방사장치(100)의 실린더(110)에 주입된 상태에서, 실린더(110)에 결합된 노즐(111)에 해당되는 시린지와 콜렉터(101) 사이에 40KV 전압을 인가함으로써 전기방사가 이루어지기 위한 전위차를 형성하고, 전기방사작업을 수행할 수 있다.
본 실시 예에서는, 40KV 전압을 사용하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 100KV까지 더 높은 전압이 사용될 수 있다.
전기방사장치(100)의 전기방사는, 전기방사장치(100)의 실린더(110)에 압력을 가해 시린지의 노즐(111)을 통해 방사용액(20)의 둥근 초기 액적을 형성하고, 액적이 테일러 콘 형상으로 변화된 후, 테일러 콘 형상에서 나노 섬유들이 콜렉터(101) 측으로 방사되는 순서로 일어난다.
이러한 전기방사는 방사용액(20)의 점성과 표면장력에 의해 결정된다. 전기방사장치(100)의 실린더(110)의 내부 압력은 방사 시에 액적의 테일러 콘으로 변화된 형상이 유지되기 위한 유량이 시린지 측으로 공급되도록 설정된다.
본 실시 예에서는, PAN고분자 용액에 계면 활성제를 첨가하고, 10kV 이상의 전압을 부여하여 나노넷(Nanonet)구조의 전기방사가 원활하게 이루어지게 된다.
실질적으로, 본 실시 예에서는, 전기방사장치(100)에서 방사되는 방사용액(20)의 액적이 원형 및 테일러 콘 양상으로 변화됨을 영상 촬영으로 검사 확인하면서, 전기방사장치(100)에서 방사용액(20)의 토출 압력과 유량을 조절하고, 콜렉터(101)와 전기방사장치(100)에 40~100KV의 전위차를 10KV부터 시작하여 서서히 높여 제공하며, 부직포 기재(10)에 집적되는 방사 섬유의 조직과 굵기를 전자현미경(120)에 의한 영상 촬영과 초음파 탐촉자(150)에 의한 초음파 검사 및 레이저 동축변위센서(160) 중 하나 이상으로 확인한 후, 전기방사장치(100)에서 방사되는 섬유를 콜렉터(101)에 집적 수집하는 단계를 더 수행할 수 있다.
영상 촬영은 콜렉터(101)에 대해 위치 정렬 및 이동 가능하게 설치되는 전자현미경(120)을 사용하여 수행될 수 있다. 또한 섬유 조직의 영상 촬영 검사는, 컴퓨터(130)에 연결하여 모니터를 통해 작업자가 직접 관찰하거나, 방사된 섬유 조직의 영상 판독의 수행이 가능하도록 만들어진 자동 영상 검사가 가능한 영상검사 프로그램(135)을 컴퓨터(130)에 탑재하여 수행할 수 있다.
이러한 영상 촬영 검사는 전기방사장치(100)의 전위차와 실린더(110)의 압력 조절을 위해 피드백된다.
전기방사장치(100)와 콜렉터(101)의 급격한 전위 상승은 실린더(110)에서 토출되는 액적이 둥근 형상에서 테일러 콘으로 원활하게 변화되는 현상을 방해할 수 있으므로, 전위차를 서서히 높이어 액적을 전기방사가 원활하게 이루어지는 테일러 콘으로 변화시킬 수 있으며, 섬유에 비드 형성을 방지하면서 길게 늘어지는 나노 섬유로 만들어지는 나노 섬유망상 조직인 나노 서브웹을 형성할 수 있다.
나노서브넷(30)이 콜렉터(101)에 부착되어 수집되는 현상이 영상 촬영 검사를 통해 확인되면, 여과재의 용도에 따른 나노서브넷(30)의 섬유층 두께를 정해 형성할 수 있다.
예를 들어, 섬유층이 0.2mm의 두께로 정해지면, 초음파 탐촉자(150)를 사용한 초음파 두께 검사 및 레이저 동축변위센서(160) 중 어느 하나를 통해 섬유층의 두께를 측정할 수 있다. 초음파 검사는 초음파 탐촉자(150)와 초음파 매질인 카플런트를 부직포 기재(10) 상에 접촉시켜 측정할 수 있으며, 레이저 동축변위센서(160)는 재질 형상에 제약 없이 고정도 측정이 가능한 일반적인 두께 측정센서이다.
한편, 전기방사장치(100)의 전기방사는, 일정 구간 배치되는 복수의 노즐(111)을 통해 부직포 기재(10)를 컨베이어(170) 방식으로 연속 공급되도록 마련되는 콜렉터(101) 상으로 이루어지며, 콜렉터(101)에서 방사용액(20)의 전기방사가 이루어진 부직포 기재(10)는 와인딩기(180)에 롤 형상으로 감길 수 있다.
이러한 전기방사는, 컨베이어(170) 방식의 콜렉터(101)를 정지하고, 전기방사장치(100)에 의해 부직포 기재(10)에 전기방사를 수행하되, 부직포 기재(10) 상의 전기 방사된 섬유층의 두께를 두께 측정기로 측정하여, 일정 두께 이상이면 부직포 기재(10)를 와인딩기(180) 측으로 이송하여 감을 수 있다.
도 3은 도 2의 제조 방법에 의해 제조된 부직포 기재 상의 방사 섬유의 섬유층을 전자 현미경으로 촬영한 방사섬유조직의 도면이며, 도 4는 도 2의 제조 방법에 의해 제조된 부직포 기재 상의 방사 섬유의 섬유층의 여과 정도를 나타낸 그래프와 전자 현미경으로 촬영한 방사섬유조직의 도면이다.
도 3과 도 4를 참조하면, 부직포 기재(10) 상에서 방사용액(20)의 섬유는, 수십에서 수백 나노 미터 단위 굵기의 섬유망상구조를 형성할 수 있으며, 섬유망상구조는 0.1~5g/m2 범위의 단위 면적당 질량을 가질 수 있고, 섬유망상구조의 여과는, 80~99.99% 이며, 3~4 mmH2O 여과 차압을 형성할 수 있다.
도 3에서 인가전압 및 기재 기재별 PAN 방사용액(20)(a-d) 및 PAN-CTAB 방사용액(20)(e-h)로서, 나노 섬유/나노서브 웹의 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM) 이미지이다.
특히, 도 3에서 (h)로 제시된 이미지는, 나노넷, 나노서브넷, 나노서브웹 등이라 불리는 구조가 충분히 형성된 것으로서, 대략 300~500 나노 굵기의 섬유들 사이나 섬유들에 걸쳐 훨씬 더 가는 섬유인 30~50 나노의 거미줄과 같은 망상 구조가 형성된 것을 나타낸다. 굵은 나노 섬유들 사이의 더 미세한 나노 섬유의 망상 구조는, 굵은 섬유들 사이에 더 미세한 필터 효과를 만든다.
(a, e)는 전위차 15kV의 멜트블로운(MB) 제조 이미지이며, (b, f)는 15kV의 전위차 e-MB 전기방사 이미지며, (c, g)는40kV 멜트블로운 이미지이며, (d, g) 40kV 전기방사 이미지이다.
도 4는 다른 중량의 전기방사 나노웹을 가진 PAN 및 PAN-CTAB 필터 매체의 (a) 여과 효율, (b) 차압, 및 (c) Quality factor(QF)를 각각 나타내며, TSI8130 여과 평가 테스트를 5회 반복한 후의 (d) PAN 나노섬유 및 (e) PAN-CTAB 필터미디어의 SEM 이미지를 나타낸다.
상기와 같은 본 실시 예들에 따르면, 고효율을 가지는 필터를 발명하기 위해 나노서브넷(30) 구조를 가진 PAN 나노섬유/나노서브넷(30)을 가진 전기방사 웹을 제조할 수 있으며, 그 결과 나노섬유 사이에 발생한 나노서브넷(30)으로 인해 기공크기가 작아지는 것이 확인되며, 필터의 성능 또한 고효율(99%), 저차압(3.4mmH2O)을 갖는 고기능성 여과소재가 제작된다. 이중 QF가 가장 높은 여과재를 이용하여 80L/min에서 98.5%의 여과 효율을 갖는 마스크 제작할 수 있다.
도 5는 도 1의 제조 방법에 의해 제조된 부직포의 층상 구조 및 여과 효율의 그래프이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 전술한 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법에 전기 방사된 나노 망사구조의 섬유층을 포함하는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포를 제공할 수 있다.
도 5를 참조하면, 부직포 기재(10)의 일면에 전술한 전기 방사된 나노서브넷 구조의 여과층(11)이 마련된 후, 이후 양측 면부에 스폰 본드층이 적층된 구조이다.
이러한 여과용 부직포는 도 5의 그래프에서 검은 라인으로 실험된 것으로서, 유속에 따라 여과 효율과 여과 차압이 유지되지만, 기존의 붉은 색 라인으로 실험된 여과용 부직포는 유속에 따라 여과 효율과 여과 압력의 변동이 크다.
상기와 같이, 부직포 기재(10) 상에 나노서브넷(30)이 형성되어 제조된 여과재인 여과용 부직포는, 나노서브넷(30)이 형성되어 동일 중량에서 두께가 얇으면서 표면층 면적이 적고, 표면의 전하소실이 줄어들어 차징된 여과재의 전하소실의 지연이 충분히 이루어지며, 초미세 물질의 여과 효율이 높은 장점이 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 부직포 기재 20: 방사용액
30: 나노서브넷 100: 전기방사장치
110: 실린더 111: 노즐
120: 전자현미경 130: 컴퓨터
135: 영상검사 프로그램 150: 초음파 탐촉자
160: 레이저 동축변위센서
170: 컨베이어
180: 와인딩기

Claims (10)

  1. 부직포 기재를 콜렉터에 설치하는 단계;
    액상의 PAN 고분자에 계면 활성제를 첨가한 방사용액을 마련하여 전기방사장치에 수용하는 단계;
    상기 콜렉터와 전기방사장치에 40~100KV의 전위차를 제공하는 단계;
    상기 전기방사장치에서 상기 방사용액이 테일러 콘 양상으로 상기 부직포 기재에 방사가 이루어지도록 상기 방사용액을 가압하는 단계; 및
    상기 전기방사장치에서 방사되는 섬유를 상기 콜렉터에 집적하여 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 계면 활성제는 양이온성 계면활성제를 사용하는 것을 특징으로 하는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 부직포 기재는 정전 처리된 것을 특징으로 하는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전기방사장치에서 방사되는 방사용액의 액적이 원형 및 테일러 콘 양상으로 변화됨을 영상 촬영으로 검사 확인하면서, 상기 전기방사장치에서 상기 방사용액의 토출 압력과 유량을 조절하고, 상기 콜렉터와 전기방사장치에 40~100KV의 전위차를 10KV부터 시작하여 제공하며, 상기 부직포 기재에 집적되는 방사 섬유의 조직과 굵기를 영상 촬영과 초음파 검사 및 레이저 동축 변위센서 중 하나 이상으로 확인한 후, 상기 전기방사장치에서 방사되는 섬유를 상기 콜렉터에 집적 수집하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 부직포 기재 상에서 상기 방사용액의 섬유는, 수십에서 수백 나노 미터 단위 굵기의 섬유망상구조를 형성한 것을 특징으로 하는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 섬유망상구조는 0.1 ~ 5g/m2 범위의 단위 면적당 중량을 갖는 것을 특징으로 하는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 섬유망상구조의 여과는, 80~99.99% 이며, 3~4 mmH2O 여과 차압을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기방사장치의 전기방사는, 일정 구간 배치되는 복수의 노즐을 통해 상기 부직포 기재를 컨베이어 방식으로 연속 공급되도록 마련되는 상기 콜렉터 상으로 이루어지며,
    상기 콜렉터에서 상기 방사용액의 전기방사가 이루어진 부직포 기재는 와인딩기에 롤 형상으로 감기는 것을 특징으로 하는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 컨베이어 방식의 콜렉터를 정지하고, 상기 전기방사장치에 의해 상기 부직포 기재에 전기방사를 수행하되, 상기 부직포 기재 상의 전기 방사된 섬유층의 두께를 두께 측정기로 측정하여, 일정 두께 이상이면 상기 부직포 기재를 상기 와인딩기 측으로 이송하여 감는 것을 특징으로 하는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포 제조 방법에 전기 방사된 나노 망사구조의 섬유층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사법을 이용한 나노서브넷 구조를 가진 여과용 부직포.
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