KR20240083284A - A Composite nonwoven fabric for air purification and manufacturing method thereof - Google Patents

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오현주
임정남
양병진
심의진
최영옥
도성준
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 섬유 기재 및 섬유 기재에 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소, 폴리비닐알코올(PVA)과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 혼합된 혼합액이 전기방사된 후 폴리비닐알코올에 에스터 결합을 유도하여 가교결합 형성을 촉진시켜 수난용화된 복합 섬유층을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포 및 이의 제조 방법을 제공한다.In the present invention, a mixture of polyvinyl alcohol (PVA) and polytetrafluoroethylene (PTFE), an aliphatic hydrocarbon having a divalent or higher carboxyl group, is electrospun on a fiber substrate and then an ester bond is induced in polyvinyl alcohol. Provided is a composite nonwoven fabric for air purification, which includes a composite fiber layer that promotes crosslink formation and is poorly water-soluble, and a method for manufacturing the same.

Description

공기 정화용 복합 부직포 및 이의 제조 방법{A Composite nonwoven fabric for air purification and manufacturing method thereof}Composite nonwoven fabric for air purification and manufacturing method thereof}

본 발명은 공기 정화용 복합 부직포 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리비닐알코올과 폴리테트라플루오로에틸렌을 혼합하여 섬유 기재에 전기방사한 후 열처리하여 폴리비닐알코올에 에스터 결합을 유도하는 공기 정화용 복합 부직포 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite nonwoven fabric for air purification and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a composite nonwoven fabric for air purification and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a mixture of polyvinyl alcohol and polytetrafluoroethylene, electrospun on a fiber base, and then heat treated to induce an ester bond in the polyvinyl alcohol. It relates to a composite nonwoven fabric for purification and a method of manufacturing the same.

최근 감염병의 대규모 확산으로 안면부 여과식 보건용 마스크의 수요가 급격하게 증가하고 있으며, 이러한 대기 중 오염원(바이러스, 비말)을 통하여 호흡기로 전염되는 감염 경로를 차단하기 위해 섬유 소재의 필터가 주로 사용된다.Due to the recent large-scale spread of infectious diseases, the demand for face filtering health masks is rapidly increasing, and fiber filters are mainly used to block the route of infection transmitted to the respiratory tract through airborne pollutants (viruses, droplets). .

또한, 최근 대기 환경오염이 심화됨에 따라, 공기 중의 중금속, 미세먼지, 휘발성 유기화합물 등의 오염 물질에 의한 질병 유발에 대한 이슈가 있어 공기 여과 분야에 있어서 섬유 필터가 많은 관심을 받고 있다.In addition, as air pollution has recently worsened, there has been an issue regarding disease induction by pollutants such as heavy metals, fine dust, and volatile organic compounds in the air, so fabric filters are receiving a lot of attention in the field of air filtration.

보건용 마스크의 여과층의 핵심소재로 사용되는 멜트블로운 및 스펀본드 부직포의 주 원료로는 가공 안정성이 우수한 비분해성 고분자인 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)이 사용되고 있다.Polypropylene (PP), a non-degradable polymer with excellent processing stability, is used as the main raw material for meltblown and spunbond nonwoven fabrics, which are used as the core material of the filtration layer of health masks.

멜트블로운 부직포의 필터 중량을 높이거나 부직포의 조밀한 구조를 형성시키는 것은 높은 여과 효율을 달성하기 위한 일반적인 접근 방식이지만 공기 흐름 저항(차압)을 크게 증가시킨다.Increasing the filter weight of meltblown nonwovens or forming a denser structure of the nonwovens are common approaches to achieve high filtration efficiency, but they significantly increase air flow resistance (differential pressure).

또한, 높은 여과 성능은 차징 공정을 통해 부여되며, 차징 공정에는 정전차징과 하이드로차징이 주로 사용되고 있다.In addition, high filtration performance is provided through a charging process, and electrostatic charging and hydrocharging are mainly used in the charging process.

정전 차징법은 건식 코로나 방법으로 고전압 형성을 통해 유전체인 고분자 물질 표면에 전하를 도입하여 부직포를 정전물질(Electret)로 만들고, 여과시 기계적 포집 및 정전기력 포집을 통하여 고효율의 필터성능을 보인다.The electrostatic charging method is a dry corona method that introduces charges to the surface of a dielectric polymer material through the formation of high voltage, turning the non-woven fabric into an electrostatic material (electret). It shows highly efficient filter performance through mechanical collection and electrostatic force collection during filtration.

그러나 이렇게 부여된 정전효과는 온습도 증가, 휘발성 유기화합물의 흡착, 섬유 표면의 물리적 변화, 장기간 보관에 의해 여과 성능이 감소되는 문제점이 있었다.However, the electrostatic effect provided in this way had the problem of reduced filtration performance due to increased temperature and humidity, adsorption of volatile organic compounds, physical changes in the surface of the fiber, and long-term storage.

구체적으로 종래기술에 따른 멜트블로운 부직포는 장기간 사용하는 것이 어렵고, 휘발성 유기화합물의 흡착, 섬유 표면의 물리적 변화, 장기간 보관에 의해 성능이 감소되며, 습도 증가에 의해 표면에 부여된 전하가 중화되어 효율이 더욱 빠르게 감소하는 문제점이 있었다.Specifically, the meltblown nonwoven fabric according to the prior art is difficult to use for a long period of time, and its performance is reduced due to adsorption of volatile organic compounds, physical changes on the fiber surface, and long-term storage, and the charge given to the surface is neutralized by increased humidity. There was a problem in which efficiency decreased more rapidly.

최근, 여과 효율을 높이는 동시에 공기 흐름 저항을 낮게 유지하기 위해 섬유 미세 여과 기술이 활발하게 연구되고 있고, 이와 같은 미세 섬유 여과 소재를 만드는 일반적인 방법으로는 멜트블로운(melt-blown), 습식 부직포(wet-laid), 스펀 본딩(spun bonding), 니들 펀칭(needle punching), 전기 방사(Electrospinning) 등이 있다. Recently, fiber microfiltration technology has been actively researched to increase filtration efficiency while maintaining low airflow resistance, and common methods of making such microfiber filtration materials include melt-blown and wet nonwoven fabrics ( wet-laid, spun bonding, needle punching, electrospinning, etc.

기존 멜트블로운과 비교시 전기방사를 통해 제조된 나노섬유 부직포는 높은 종횡비, 높은 비표면적, 작은 기공크기의 특성으로 적은 양으로도 정전기 효과가 없이도 높은 여과 효율을 보인다. 하지만, 치밀한 물리적 구조로 인해 차압이 높은 단점이 있다. 또한, 최근 필터소재로 주로 사용되고 있는 폴리비닐리덴 플루오르화물는 불용성 소재로 강유전성 특성을 지닌 소재로 별도의 차징 공정이 없이도 우수한 여과 효율을 보인다. 하지만, 제조 과정에서 유기용매(DMAc, DMF, Acetone 등)기반의 혼합용매를 사용함에 따라 다량의 폐기 용액 발생하고 부직포에 잔류하는 용매 제거가 어렵다는 등의 문제가 있어 필터 여과체로의 사용이 제한적이다. Compared to existing melt blown, nanofiber nonwoven fabric manufactured through electrospinning has high aspect ratio, high specific surface area, and small pore size, showing high filtration efficiency even in small amounts without electrostatic effect. However, it has the disadvantage of having a high differential pressure due to its dense physical structure. In addition, polyvinylidene fluoride, which has been mainly used as a filter material recently, is an insoluble material with ferroelectric properties and shows excellent filtration efficiency even without a separate charging process. However, due to the use of mixed solvents based on organic solvents (DMAc, DMF, Acetone, etc.) during the manufacturing process, there are problems such as the generation of a large amount of waste solution and the difficulty in removing the solvent remaining in the nonwoven fabric, so its use as a filter medium is limited. .

(특허문헌 0001) 한국공개특허 제0-2022-0027313호(2022.03.08.)(Patent Document 0001) Korean Patent Publication No. 0-2022-0027313 (2022.03.08.)

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 폴리비닐알코올을 물에 녹인 수용액과 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산된 에멀전을 혼합한 혼합액을 섬유 기재 위에 전기방사한 후 형성된 복합 섬유층을 열처리하여 폴리비닐알코올에 에스터 결합을 유도함으로써 내열성, 분진 포집 효율(PFE), 표면 거칠기 및 구조적 안정성을 향상시키고, 종래기술의 멜트블로운과 비교시 적은 양으로도 고효율의 여과 성능을 갖는 복합섬유(=나노섬유)로 이루어진 공기 정화용 복합 부직포 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention to solve the above problems is to heat-treat the composite fiber layer formed after electrospinning a mixture of an aqueous solution of polyvinyl alcohol in water and an emulsion in which polytetrafluoroethylene is dispersed on a fiber substrate, thereby producing polyvinyl alcohol. By inducing an ester bond to vinyl alcohol, it improves heat resistance, dust collection efficiency (PFE), surface roughness and structural stability, and is a composite fiber (=nano) that has high efficiency filtration performance even in a small amount compared to the melt blown of the prior art. To provide a composite nonwoven fabric for air purification made of (fiber) and a method for manufacturing the same.

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.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 섬유 기재; 및 상기 섬유 기재에 폴리비닐알코올(PVA)과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 혼합된 혼합액이 전기방사된 후 폴리비닐알코올에 에스터 결합을 유도하여 가교결합 형성을 촉진시켜 수난용화된 복합 섬유층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포를 제공한다.The configuration of the present invention to achieve the above object includes a fiber base; and a composite fiber layer that is poorly soluble in water by electrospinning a mixture of polyvinyl alcohol (PVA) and polytetrafluoroethylene (PTFE) on the fiber substrate and then inducing ester bonds in polyvinyl alcohol to promote the formation of crosslinks; It provides a composite nonwoven fabric for air purification, comprising:

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 폴리비닐알코올(PVA) 및 상기 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 혼합비는 95:5 또는 60:40인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the mixing ratio of polyvinyl alcohol (PVA) and polytetrafluoroethylene (PTFE) may be 95:5 or 60:40.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 혼합액은 상기 폴리비닐알코올을 물에 녹인 수용액과 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산된 에멀전이 혼합된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the mixed solution may be characterized as a mixture of an aqueous solution in which the polyvinyl alcohol is dissolved in water and an emulsion in which polytetrafluoroethylene is dispersed.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 혼합액에는 촉매가 더 포함되고, 상기 촉매는 상기 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 대비 5 중량부(wt%) 내지 50중량부(wt%)의 함량을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the mixed solution further includes a catalyst, and the catalyst has a content of 5 parts by weight (wt%) to 50 parts by weight (wt%) relative to the aliphatic hydrocarbon having a carboxyl group of two or more valences. It can be characterized.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소의 함량은 상기 복합섬유층 100 기준으로 5 중량부(wt%) 내지 30 중량부(wt%)인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the content of the aliphatic hydrocarbon having a divalent or higher carboxyl group may be 5 parts by weight (wt%) to 30 parts by weight (wt%) based on 100 parts of the composite fiber layer.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌의 함량이 증가할수록 내열성 및 분진 포집 효율(PFE)을 향상되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, as the content of polytetrafluoroethylene increases, heat resistance and dust collection efficiency (PFE) may be improved.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복합 섬유층은 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물에 의해 에스터 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the composite fiber layer may be characterized in that it is ester bonded by an aliphatic hydrocarbon compound having a divalent or higher carboxyl group.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물은 시트르산, 부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산, 석신산(succinic acid), 말레산, 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the aliphatic hydrocarbon compound having a divalent or higher carboxyl group is citric acid, butane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid, succinic acid, maleic acid, or two of them. It may be characterized as including the above.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 섬유 기재의 융점은 200℃ 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the melting point of the fiber substrate may be 200°C or higher.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 섬유 기재는 부직포, 직물 및 편물 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fiber substrate may be any one of non-woven fabric, fabric, and knitted fabric.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 섬유 기재는 스펀본드 부직포인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fiber substrate may be a spunbond nonwoven fabric.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공기 정화용 복합 부직포는 안면 여과 마스크 또는 공기정화용 필터여재로 적용되는 여과체 또는 필터 유닛 물품인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the composite nonwoven fabric for air purification may be a filter element or filter unit product applied as a face filtration mask or a filter medium for air purification.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 (a) 폴리비닐알코올과 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소를 물에 녹인 수용액을 준비하는 단계; (b) 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산된 에멀전과 상기 수용액을 기설정된 비율로 혼합한 혼합액을 형성시키는 단계; (c) 상기 혼합액을 섬유 기재 위에 전기방사하여 복합 섬유층을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 복합 섬유층을 열처리하여 폴리비닐알코올에 에스터 결합을 유도하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention for achieving the above object includes the steps of (a) preparing an aqueous solution of polyvinyl alcohol and an aliphatic hydrocarbon having a divalent or higher carboxyl group dissolved in water; (b) forming a mixed solution by mixing an emulsion in which polytetrafluoroethylene is dispersed and the aqueous solution at a preset ratio; (c) electrospinning the mixed solution onto a fiber substrate to produce a composite fiber layer; and (d) heat treating the composite fiber layer to induce an ester bond in polyvinyl alcohol.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계에서, 상기 혼합액에는 촉매가 더 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step (d), the mixed solution may further include a catalyst.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계에서, 상기 복합 섬유층은 160℃ 내지 200℃의 온도에서 열처리되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step (d), the composite fiber layer may be heat treated at a temperature of 160°C to 200°C.

상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 폴리비닐알코올과 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소를 물에 녹인 수용액과 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산된 에멀전을 혼합한 혼합액을 섬유 기재 위에 전기방사한 후 형성된 복합 섬유층을 열처리하여 폴리비닐알코올에 에스터 결합을 유도함으로써 내열성, 분진 포집 효율(PFE), 표면 거칠기 및 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.The effect of the present invention according to the above configuration is that a mixture of an aqueous solution of polyvinyl alcohol and an aliphatic hydrocarbon having a divalent or higher carboxyl group dissolved in water and an emulsion in which polytetrafluoroethylene is dispersed is electrospun on a fiber substrate. By heat treating the formed composite fiber layer to induce an ester bond to polyvinyl alcohol, heat resistance, dust collection efficiency (PFE), surface roughness, and structural stability can be improved.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법에 의해 제조된 공기 정화용 부직포의 내열내습 사이클 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법에서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 함량이 증가할수록 표면 거칠기(roughness)가 증가하는 것을 나타낸 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법에서 온도에 따른 중량 손실을 나타낸 그래프이다.
도 5의 (a), (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법에서 면속도에 따른 분진 포집 효율(PFE) 및 저항(Resistance)을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법에서 폴리비닐알콜과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 함량에 따라 제조한 여재의NaCl 입자와 Paraffin-oil 입자에 대한 분진 포집 효율(PFE) 및 저항(Resistance)을 나타낸 그래프이다.
1 is a flowchart showing a method of manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the results of a heat and moisture resistance cycle test of a nonwoven fabric for air purification manufactured by a method for manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an image showing that surface roughness increases as the content of polytetrafluoroethylene (PTFE) increases in the method of manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing weight loss according to temperature in the method of manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention.
Figures 5 (a) and (b) are graphs showing dust collection efficiency (PFE) and resistance according to surface speed in the method of manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows dust collection of NaCl particles and paraffin-oil particles of the filter medium manufactured according to the content of polyvinyl alcohol and polytetrafluoroethylene (PTFE) in the method of manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention. This is a graph showing efficiency (PFE) and resistance.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

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.Throughout the specification, when a part is said to be “connected (connected, contacted, combined)” with another part, this means not only “directly connected” but also “indirectly connected” with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part "includes" a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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.The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

1. 공기 정화용 복합 부직포1. Composite nonwoven fabric for air purification

본 발명의 일 실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포는 섬유 기재 및 복합 섬유층을 포함한다.A composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention includes a fiber base and a composite fiber layer.

섬유 기재는 단일의 섬유 또는 복수의 섬유 다발 형태일 수도 있고, 또는 복수의 섬유가 규칙 또는 불규칙적으로 서로 결합하여 이루어진 섬유 결합 구조물일 수 있다.The fiber substrate may be in the form of a single fiber or a plurality of fiber bundles, or may be a fiber bonding structure in which a plurality of fibers are regularly or irregularly bonded to each other.

구체적으로 상기 섬유 기재는 마이크로 섬유로서, 직물, 편물, 방적사, 필라멘트, 또는 부직포 등일 수 있다. 더욱 바람직하기로는 상기 섬유 기재는 스펀본드 부직포일 수 있고, 그 결과, 물리적 강도를 유지하는데 유리할 수 있다.Specifically, the fiber substrate is a microfiber and may be a fabric, knitted fabric, spun yarn, filament, or non-woven fabric. More preferably, the fiber substrate may be a spunbond nonwoven fabric, and as a result, it may be advantageous in maintaining physical strength.

예시적으로 섬유 기재는 마이크로 섬유로서, 융점이 200℃ 이상, 또는 200 내지 600℃ 또는 300 내지 500℃인 고분자를 포함하거나, 금속 소재(예를 들어, SUS mesh나 철망 등)를 포함할 수 있다.Illustratively, the fiber base is a microfiber, which may include a polymer with a melting point of 200°C or higher, or 200 to 600°C or 300 to 500°C, or may include a metal material (e.g., SUS mesh or wire mesh, etc.) .

상기한 섬유 기재는 스펀본드 부직포 또는 멜트블로운 부직포 중 어느 하나일 수 있다.The above-described fiber substrate may be either a spunbond nonwoven fabric or a meltblown nonwoven fabric.

복합 섬유층은 나노 섬유층으로서, 섬유 기재에 폴리비닐알코올(PVA)과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 혼합된 혼합액이 전기방사된 후 폴리비닐 알코올에 에스터 결합을 유도하여 가교결합 형성을 촉진시켜 수난용화된다.The composite fiber layer is a nano-fiber layer, and a mixture of polyvinyl alcohol (PVA) and polytetrafluoroethylene (PTFE) is electrospun on a fiber base and then induces ester bonds in polyvinyl alcohol to promote the formation of cross-links to protect against water damage. It is dissolved.

여기서, 혼합액은 폴리비닐알코올(PVA)을 물에 녹인 수용액과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 분산된 에멀전이 혼합된 용액이다.Here, the mixed solution is a mixture of an aqueous solution of polyvinyl alcohol (PVA) dissolved in water and an emulsion in which polytetrafluoroethylene (PTFE) is dispersed.

이때, 폴리비닐알코올(PVA) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 혼합비는 95:5 또는 60:40일 수 있다.At this time, the mixing ratio of polyvinyl alcohol (PVA) and polytetrafluoroethylene (PTFE) may be 95:5 or 60:40.

특히, 폴리비닐알코올(PVA) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)는 80:20 내지 70:30으로 혼합되는 것이 바람직할 수 있다.In particular, it may be desirable to mix polyvinyl alcohol (PVA) and polytetrafluoroethylene (PTFE) at 80:20 to 70:30.

그 외의 혼합비로 혼합되는 경우 폴리비닐알코올(PVA)의 균일한 섬유화에 어려움이 있다.When mixed at other mixing ratios, there is difficulty in uniformly forming polyvinyl alcohol (PVA) into fibers.

또한, 혼합액에는 촉매가 더 포함될 수 있고, 상기 촉매는 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 대비 5 중량부(wt%) 내지 50 중량부(wt%)의 함량을 가질 수 있다.In addition, the mixed solution may further include a catalyst, and the catalyst may have a content of 5 parts by weight (wt%) to 50 parts by weight (wt%) relative to the aliphatic hydrocarbon having a carboxyl group of two or more valences.

또한, 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소의 함량은 복합섬유층 100 기준으로 5 중량부(wt%) 내지 30 중량부(wt%)일 수 있다.Additionally, the content of the aliphatic hydrocarbon having a divalent or higher carboxyl group may be 5 parts by weight (wt%) to 30 parts by weight (wt%) based on 100 parts of the composite fiber layer.

또한, 폴리테트라플루오로에틸렌 입자는 폴리비닐알코올 복합섬유(=나노섬유)의 소수성을 강화하는 강유전체 무기입자로서 섬유 필터의 성능 및 내열성을 향상시켜 고온용 필터 적용을 위한 보강재로 사용된다.In addition, polytetrafluoroethylene particles are ferroelectric inorganic particles that enhance the hydrophobicity of polyvinyl alcohol composite fibers (=nanofibers) and are used as reinforcing materials for high-temperature filter applications by improving the performance and heat resistance of fiber filters.

구체적으로 복합 섬유층은 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물에 의해 에스터 결합된다.Specifically, the composite fiber layer is ester bonded by an aliphatic hydrocarbon compound having a divalent or higher carboxyl group.

여기서, 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물은 시트르산, 부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산, 석신산(succinic acid), 말레산, 또는 이들 중 2 이상을 포함한다.Here, the aliphatic hydrocarbon compound having a divalent or higher carboxyl group includes citric acid, butane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid, succinic acid, maleic acid, or two or more of these.

구체적으로 복합 섬유층 100 중량부 기준으로 적어도 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 그룹의 함량은 5 내지 30 중량부, 또는 5내지 20 중량부, 또는 7 내지 12 중량부 일 수 있다. 또한, 적어도 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 그룹의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에 나노 섬유 형태를 유지하면서도 가습 환경에 노출되었을 때에도 여과 성능을 유지한다는 측면에서 유리하다.Specifically, based on 100 parts by weight of the composite fiber layer, the content of the aliphatic hydrocarbon group having at least a divalent carboxyl group may be 5 to 30 parts by weight, or 5 to 20 parts by weight, or 7 to 12 parts by weight. In addition, when the content of the aliphatic hydrocarbon group having at least a divalent or higher carboxyl group satisfies this range, it is advantageous in terms of maintaining the nanofiber form and maintaining filtration performance even when exposed to a humidified environment.

바람직하게는, 지방족 탄화수소 화합물은 3가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물일 수 있다. 지방족 탄화수소 화합물이 3가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물일 경우에는, 지방족 탄화수소 화합물을 매개로 폴리비닐알코올을 복합섬유(=나노섬유)의 히드록시기가 더 많이 에스터 결합을 형성하게 되어 폴리비닐알코올의 수난용화 정도를 제어할 수 있다.Preferably, the aliphatic hydrocarbon compound may be an aliphatic hydrocarbon compound having a trivalent or higher carboxyl group. When the aliphatic hydrocarbon compound is an aliphatic hydrocarbon compound having a trivalent or higher carboxyl group, the hydroxyl groups of the composite fiber (=nanofiber) form more ester bonds with polyvinyl alcohol through the aliphatic hydrocarbon compound, leading to the suffering of polyvinyl alcohol. The degree of pulverization can be controlled.

상기한 공기 정화용 복합 부직포의 섬유 기재는 에스터 결합에 의해 수난용화된 폴리비닐알코올 복합 섬유층과 합제되어 복합섬유층이 물리적으로 손상되는 것을 방지하고 물리적 강도를 보완하는 역할을 한다.The fiber base of the above-described composite nonwoven fabric for air purification is combined with a polyvinyl alcohol composite fiber layer that is poorly water-soluble by ester bonding, thereby preventing physical damage to the composite fiber layer and serving to supplement physical strength.

상기 섬유 기재가 이러한 범위의 융점을 갖는 고분자 또는 금속 소재를 포함하는 경우, 후술하는 공기 정화용 복합 부직포의 제조 공정 중 160℃ 이상의 열처리를 받았을 때에도 섬유 기재의 특성이 변하는 것을 방지할 수 있다.When the fiber base contains a polymer or metal material having a melting point in this range, the properties of the fiber base can be prevented from changing even when subjected to heat treatment of 160°C or higher during the manufacturing process of the composite nonwoven fabric for air purification described later.

이를 위한 섬유 기재에 포함되는 고분자로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.Polymers included in the fiber base for this may include polyethylene terephthalate, nylon, polybutylene terephthalate, or two or more of these.

구체적으로 상기한 섬유 기재는 폴리에틸렌테레프탈레이트 스펀본드 부직포, 나일론 스펀본드 부직포, 폴리부틸렌테레프탈레이트 스펀본드 부직포, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.Specifically, the above-described fiber substrate may include polyethylene terephthalate spunbond nonwoven fabric, nylon spunbond nonwoven fabric, polybutylene terephthalate spunbond nonwoven fabric, or two or more thereof.

상기한 섬유 기재는 수난용화된 복합섬유층과 물리적으로 결합된 구조로 서로 합제될 수 있다.The above-described fiber substrate can be combined with a poorly water-soluble composite fiber layer in a physically bonded structure.

본 발명의 공기 정화용 복합 부직포는 수난용화된 폴리비닐알코올로 이루어진 복합섬유층이 섬유 기재에 결합된 형태를 갖는 복합 부직포로서, 수난용성을 가지며 가습 환경에 노출된 후에도 가습 환경에 노출되기 전 분진 포집 효율의 80% 이상을 유지한다.The composite nonwoven fabric for air purification of the present invention is a composite nonwoven fabric having a composite fiber layer made of poorly water-soluble polyvinyl alcohol bonded to a fiber base. It has poor water solubility and has a dust collection efficiency before exposure to a humidified environment even after exposure to a humidified environment. Maintain more than 80% of

호흡기 보호용 마스크 등과 같은 공기 정화용 소재는 가습 환경에 노출되기 쉽기 때문에 수난용성을 가질 뿐만 아니라 여과 효율을 유지하는 것이 매우 중요하다.Since air purification materials such as respiratory protective masks are easily exposed to humidified environments, it is very important to not only have poor water solubility but also maintain filtration efficiency.

상기 가습 전후 여과 효율 유지율이라 함은 여과 효율 평가 대상물을 가습 환경에 노출하기 전 분진 포집 효율과 대비하여 노출 후의 분진 포집 효율의 비율을 통해서, 가습 후 분진 포집 효율, 즉 가습 전후 여과 효율의 유지 정도를 판단하는 수치이다. 따라서, 가습 전후 여과 효율 유지율은 가습 전후 분진 포집 효율 유지율이라고 칭할 수 있다.The filtration efficiency maintenance rate before and after humidification refers to the ratio of the dust collection efficiency after exposure to the dust collection efficiency before exposing the filtration efficiency evaluation object to the humidifying environment. The dust collection efficiency after humidification, that is, the degree of maintenance of filtration efficiency before and after humidification. This is the number by which to judge. Therefore, the filtration efficiency maintenance rate before and after humidification can be referred to as the dust collection efficiency maintenance rate before and after humidification.

본 발명의 공기 정화용 복합 부직포는 80% 이상의 가습 전후 여과효율 유지율을 가지고, 구체적으로 82% 이상, 85% 이상, 87% 이상, 88.3% 이상, 89.6% 이상, 100% 이하, 95% 이하, 89.6% 이하일 수 있고, 80% 내지 100%, 또는 85% 내지 95%, 또는 80% 내지 90%, 또는 80% 내지 89.6%, 또는 88.3% 내지 89.6%일 수 있다.The composite nonwoven fabric for air purification of the present invention has a filtration efficiency maintenance rate before and after humidification of 80% or more, specifically 82% or more, 85% or more, 87% or more, 88.3% or more, 89.6% or more, 100% or less, 95% or less, 89.6% or more. % or less, and may be 80% to 100%, or 85% to 95%, or 80% to 90%, or 80% to 89.6%, or 88.3% to 89.6%.

상기 공기 정화용 복합 부직포의 가습 전후 여과 효율 유지율이 80%미만인 경우에는 공기 정화용 복합 부직포가 가습 환경에 노출되는 경우에 여전히 물에 녹아 공기 정화용으로 사용자체가 불가하거나, 또는 설사 물에 녹지는 않더라도 공기 압력이 가해졌을 때 부직포 내의 기공 구조 등의 형태 변형이 쉽게 일어나분진 포집 효율이 현저하게 떨어지는 문제가 있어 바람직하지 않다. If the filtration efficiency maintenance rate before and after humidification of the air purifying composite nonwoven fabric is less than 80%, when the air purifying composite nonwoven fabric is exposed to a humidifying environment, it will still dissolve in water and cannot be used for air purification, or even if it is not soluble in water, it will not be used for air purification. When pressure is applied, the shape of the pore structure within the nonwoven fabric easily deforms, which is undesirable because the dust collection efficiency is significantly reduced.

전술한 가습 전후 여과 효율 유지율은 하기 [수학식 1]로 정의된다:The filtration efficiency maintenance rate before and after humidification described above is defined as [Equation 1]:

[수학식 1][Equation 1]

가습 전후 여과 효율 유지율 (%) = (가습 후 분진 포집 효율) / (가습 전 분진 포집 효율) × 100Filtration efficiency maintenance rate before and after humidification (%) = (Dust collection efficiency after humidification) / (Dust collection efficiency before humidification) × 100

상기 [수학식 1]에서 가습 조건은 38±2.5℃, 85±5% RH로 셋팅된 항온항습기에 25±1 시간 동안 처리되는 것이다.In the above [Equation 1], the humidification conditions are treated in a constant temperature and humidity chamber set at 38 ± 2.5°C and 85 ± 5% RH for 25 ± 1 hours.

이때, 분진 포집 효율은 당해 기술 분야에 적용가능한 방법으로 측정할 수 있고, 예를 들어, NIOSH(National Institute for Industriation and Health) 규격인 42 CFR 84 평가법을 기초로 하여 자동화된 필터 테스터(Automater Filter Tester, TSI 8130, TSI사)를 사용하여 측정할 수 있다. 이때, 자동화된 필터 테스터를 사용한 측정 방법은, 둥근 모양의 구멍이 있는 시료 홀더에 복합 부직포를 고정한 후 자동 필터 테스터에 장착하여 10.4 cm/sec의 면속도(Face velocity) 조건하에서 분진 포집 효율을 측정할 수 있으며, 시험용 에어로졸로 질량중위직경(mass median diameter)이 0.26㎛인 염화나트륨(polydispedrse solid NaCl) 에어로졸을 사용할 수 있다.At this time, dust collection efficiency can be measured by a method applicable to the relevant technical field, for example, using an automated filter tester based on the 42 CFR 84 evaluation method, which is a NIOSH (National Institute for Industry and Health) standard. , TSI 8130, TSI company) can be used to measure. At this time, the measurement method using an automated filter tester involves fixing the composite nonwoven fabric to a sample holder with a round hole and then mounting it on an automatic filter tester to measure dust collection efficiency under the condition of a face velocity of 10.4 cm/sec. It is possible to use sodium chloride (polydisperse solid NaCl) aerosol with a mass median diameter of 0.26㎛ as the test aerosol.

본 발명에서 수난용성이라 함은 물과 접촉했을 때 녹지 않는다는 것을 의미한다. 이러한 수난용성은 겔 분율(gel fraction)로 평가하며, 겔 분율이90% 이상일 때 수난용성이라고 정의할 수 있다.In the present invention, poorly water-soluble means that it does not dissolve when in contact with water. This water solubility is evaluated by gel fraction, and when the gel fraction is 90% or more, it can be defined as poor water solubility.

예시적으로 수난용화된 복합 섬유층은 90% 이상, 92% 이상, 93.5% 이상, 95% 이상, 97.5% 이하, 98% 이하, 99%이하, 100% 이하의 겔 분율을 가질 수 있다. 복합섬유층의 겔 분율이 이러한 범위를 만족하는 경우에 폴리비닐알코올 복합섬유가 가습환경에 노출되어도 용해되지 않아, 미세기공을 갖는 복합섬유층을 유지할 수 있어 유리할 수 있다.For example, the poorly water-soluble composite fiber layer may have a gel fraction of 90% or more, 92% or more, 93.5% or more, 95% or more, 97.5% or less, 98% or less, 99% or less, and 100% or less. When the gel fraction of the composite fiber layer satisfies this range, the polyvinyl alcohol composite fiber does not dissolve even when exposed to a humidified environment, which can be advantageous because the composite fiber layer with micropores can be maintained.

이때, 수난용화된 복합섬유층의 겔 분율은 하기의 [수학식 2]으로 계산될 수 있다.At this time, the gel fraction of the poorly water-soluble composite fiber layer can be calculated using the following [Equation 2].

[수학식 2][Equation 2]

겔 분율 (%) = Ws/Wi * 100Gel fraction (%) = Ws/Wi * 100

(여기서, Wi = 증류수에 침지시키기 전 폴리비닐알코올 부직포(수난용화된 폴리비닐알코올 복합섬유층)의 무게(g), Ws = 증류수에 침지시킨 후 건조시킨 폴리비닐알코올 부직포(수난용화된 폴리비닐알코올 복합섬유층)의 무게(g)(Where, Wi = weight (g) of polyvinyl alcohol nonwoven fabric (polyvinyl alcohol composite fiber layer poorly soluble in water) before immersion in distilled water, Ws = polyvinyl alcohol nonwoven fabric (polyvinyl alcohol poorly soluble in water) dried after immersion in distilled water Weight of composite fiber layer (g)

전술한 바에 따른 본 발명은 수난용성/소수성의 표면 특성을 가지며 장시간 환경(0 ~ 80℃ 온도/20 ~ 90% 습도, 96 시간) 노출에도 색상/형태 안정성을 보이고, 노출전 여과 효율의 80% 이상의 성능을 유지한다.As described above, the present invention has surface characteristics of poor water solubility/hydrophobicity, shows color/shape stability even when exposed to a long-term environment (0 to 80°C temperature/20 to 90% humidity, 96 hours), and reduces 80% of the filtration efficiency before exposure. Maintain above-mentioned performance.

전술한 바에 따른 본 발명은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 함량이 증가할수록 내열성 및 분진 포집 효율(PFE)을 향상되며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.In the present invention as described above, heat resistance and dust collection efficiency (PFE) are improved as the content of polytetrafluoroethylene (PTFE) increases, and a detailed description of this will be provided later.

상기한 공기 정화용 복합 부직포는 안면 여과 마스크 또는 공기정화용 필터여재로 적용되는 여과체 또는 필터 유닛 물품일 수 있다.The above-described composite nonwoven fabric for air purification may be a filter element or filter unit article applied as a face filtration mask or a filter media for air purification.

2. 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법2. Method for manufacturing composite nonwoven fabric for air purification

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a flowchart showing a method of manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법은 (a) 폴리비닐알코올(PVA)과 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물을 물에 녹인 수용액을 준비하는 단계(S100), (b) 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 분산된 에멀전과 수용액을 기설정된 비율로 혼합한 혼합액을 형성시키는 단계(S200), (c) 혼합액을 섬유 기재 위에 전기방사하여 복합 섬유층을 제조하는 단계(S300) 및 (d) 복합 섬유층을 열처리하여 폴리비닐알코올에 에스터 결합을 유도하는 단계(S400)를 포함한다.Referring to Figure 1, the method for manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention includes the steps of (a) preparing an aqueous solution in which polyvinyl alcohol (PVA) and an aliphatic hydrocarbon compound having a divalent or higher carboxyl group are dissolved in water; (S100), (b) forming a mixed solution by mixing an emulsion in which polytetrafluoroethylene (PTFE) is dispersed and an aqueous solution at a preset ratio (S200), (c) electrospinning the mixed solution on a fiber substrate to form a composite fiber layer It includes a step of manufacturing (S300) and (d) heat treating the composite fiber layer to induce an ester bond to polyvinyl alcohol (S400).

상기 (a) 단계에서는 폴리비닐알코올(PVA)을 물에 녹인 수용액이 준비된다.In step (a), an aqueous solution is prepared by dissolving polyvinyl alcohol (PVA) in water.

일반적으로 폴리비닐알코올(PVA)은 친수도가 큰 수산기를 가지고 있어 물에 대한 용해도가 커서 물을 이용하여 용액을 제조하여 전기방사를 통해 용이하게 복합섬유를 제조할 수 있고, 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물을 용액에 함께 첨가한 후 얻어진 복합섬유(=나노섬유)의 열처리를 통해 에스터 반응을 유도하여 수난용성 성질로 개질할 수도 있다. 이렇게 수난용성을 갖는 폴리비닐알코올 복합섬유는 가습 환경에 노출되어도 용해되지 않고 안정적으로 형태를 유지하여 높은 수준의 여과 효율을 유지할 수 있다.In general, polyvinyl alcohol (PVA) has hydroxyl groups with high hydrophilicity and has high solubility in water, so it can easily produce composite fibers through electrospinning by preparing a solution using water, and can easily produce composite fibers with carboxyl groups of more than two valences. After adding an aliphatic hydrocarbon compound to the solution, the obtained composite fiber (=nanofiber) can be modified to be poorly water-soluble by inducing an ester reaction through heat treatment. Polyvinyl alcohol composite fibers that have poor water solubility do not dissolve even when exposed to a humidified environment and maintain their shape stably, thereby maintaining a high level of filtration efficiency.

상기 폴리비닐알코올(PVA)의 중량평균분자량은 특별히 제한되는 것은 아니며, 증류수에 녹을 수 있는 폴리비닐알코올이라면 사용될 수 있다.The weight average molecular weight of polyvinyl alcohol (PVA) is not particularly limited, and any polyvinyl alcohol that can dissolve in distilled water can be used.

예시적으로 폴리비닐알코올(PVA)의 중량평균분자량(MW)은 8,000 내지 250,000g/mol, 또는 9,000 내지 200,000 g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있고, 특히9,000 내지 10,000 g/mol, 31,000 내지 50,000 g/mol, 85,000 내지 146,000 g/mol, 124,000 내지 186,000 g/mol의 중량평균분자량을 갖는 폴리비닐알코올들이 적용될 수 있다.For example, the weight average molecular weight (MW) of polyvinyl alcohol (PVA) may be 8,000 to 250,000 g/mol, or 9,000 to 200,000 g/mol, particularly 9,000 to 10,000 g/mol, or 31,000 to 31,000 g/mol. Polyvinyl alcohols having a weight average molecular weight of 50,000 g/mol, 85,000 to 146,000 g/mol, and 124,000 to 186,000 g/mol can be applied.

또한, 상기 폴리비닐알코올의 검화도는 80 내지 90또는 87 내지 90%일 수 있다. 이때, 상기 폴리비닐알코올의 중량평균분자량과 검화도가 이러한 범위를 만족하는 경우에 물에 대한 용해도를 확보하고 전기 방사를 통해 복합섬유(=나노섬유)를 제조하는 측면에서 유리하다.Additionally, the degree of saponification of the polyvinyl alcohol may be 80 to 90 or 87 to 90%. At this time, when the weight average molecular weight and saponification degree of the polyvinyl alcohol satisfy these ranges, it is advantageous in terms of securing solubility in water and manufacturing composite fibers (=nanofibers) through electrospinning.

만약, 폴리비닐알코올의 검화도가 90% 이상으로 올라갈 경우, 전기방사가 전혀 이루어지지 않기 때문에 폴리비닐알코올의 검화도는 전술한 범위를 갖는 것이 바람직하다.If the degree of saponification of polyvinyl alcohol rises to 90% or more, electrospinning does not occur at all, so it is preferable that the degree of saponification of polyvinyl alcohol has the above-mentioned range.

상기 폴리비닐알코올 복합섬유를 수난용성화하는 역할을 하는 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물로는 시트르산, 부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산, 석신산(succinic acid), 말레산, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다. 이때, 상기 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물로 3가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물로 시트르산, 부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산이 적용되는 경우에, 카르복실기를 2개 갖는 지방족 탄화수소 화합물에 비하여 동량을 적용해도 2가 이상의 에스터 결합을 더 많이 유도할 수 있어 수난용성화를 더 촉진할 수 있어 유리하다.Aliphatic hydrocarbon compounds having a divalent or higher carboxyl group that serve to make the polyvinyl alcohol composite fiber poorly soluble in water include citric acid, butane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid, succinic acid, and maleic acid. acid, or two or more of these. At this time, when citric acid or butane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid is applied as the aliphatic hydrocarbon compound having a trivalent or higher carboxyl group, the aliphatic hydrocarbon compound having two carboxyl groups Compared to this, even if the same amount is applied, it is advantageous because more divalent or higher ester bonds can be induced and water solubility can be further promoted.

이때, 상기 혼합 용액에서 상기 폴리비닐알코올은 상기 용매 100 중량부 기준으로 1 내지 20 중량부, 또는 5 내지 20 중량부, 또는 8 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 폴리비닐알코올의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에, 안정적으로 복합섬유(=나노섬유)를 제조하는 측면에서 유리할 수 있다.At this time, the polyvinyl alcohol in the mixed solution may be 1 to 20 parts by weight, or 5 to 20 parts by weight, or 8 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the solvent. When the polyvinyl alcohol content satisfies this range, it can be advantageous in terms of stably producing composite fibers (=nanofibers).

또한, 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소의 함량은 복합섬유층 100 기준으로 5 중량부(wt%) 내지 30 중량부(wt%)일 수 있다.Additionally, the content of the aliphatic hydrocarbon having a divalent or higher carboxyl group may be 5 parts by weight (wt%) to 30 parts by weight (wt%) based on 100 parts of the composite fiber layer.

구체적으로 상기 폴리비닐알코올 복합섬유 100 중량부 기준으로 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물의 함량은 5내지 30 중량부, 또는 5 내지 20 중량부, 또는 5 내지 15 중량부, 또는 7 내지 12 중량부일 수 있다. 상기 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에 복합섬유 방사성을 저해하지 않으면서도 가습환경에서 여과 성능을 유지하는 측면에서 유리하다. Specifically, based on 100 parts by weight of the polyvinyl alcohol composite fiber, the content of the aliphatic hydrocarbon compound having a divalent or higher carboxyl group is 5 to 30 parts by weight, or 5 to 20 parts by weight, or 5 to 15 parts by weight, or 7 to 12 parts by weight. It could be wealth. When the content of the aliphatic hydrocarbon compound having a divalent or higher carboxyl group satisfies this range, it is advantageous in terms of maintaining filtration performance in a humidified environment without impairing the spinnability of the composite fiber.

다음, 상기 (b) 단계에서는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 분산된 에멀전과 수용액을 기설정된 비율로 혼합한 혼합액을 형성시킨다.Next, in step (b), a mixed solution is formed by mixing an emulsion in which polytetrafluoroethylene (PTFE) is dispersed and an aqueous solution at a preset ratio.

상기 (c) 단계에서는 혼합액을 섬유 기재 위에 전기방사하여 복합 섬유층이 제조된다.In step (c), a composite fiber layer is manufactured by electrospinning the mixed solution onto a fiber substrate.

이때, 상기 섬유 기재는 직물, 편물, 방적사, 필라멘트, 또는 부직포 등일 수 있다. 더욱 바람직하기로는 상기 섬유 기재는 스펀본드 부직포일 수 있고, 그 결과, 물리적 강도를 유지하는데 유리할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 섬유 기재는 폴리에틸렌테레프탈레이트 스펀본드 부직포, 나일론 스펀본드 부직포, 폴리부틸렌테레프탈레이트 스펀본드 부직포, 또는 이들 중 2 이상을 포함할수 있다.At this time, the fiber substrate may be a fabric, knitted fabric, spun yarn, filament, or non-woven fabric. More preferably, the fiber substrate may be a spunbond nonwoven fabric, and as a result, it may be advantageous in maintaining physical strength. According to one embodiment of the present invention, the fiber substrate may include polyethylene terephthalate spunbond nonwoven fabric, nylon spunbond nonwoven fabric, polybutylene terephthalate spunbond nonwoven fabric, or two or more thereof.

상기 섬유 기재에 관한 보다 상세한 내용은 전술한 바를 참조할 수 있다. For more detailed information regarding the fiber substrate, refer to the above.

상기 전기방사(electrospinning)법은 전기장을 이용하여서 고분자용액을 하전시켜, 수 마이크로미터에서 수 나노미터 사이즈의 섬유를 제조할 수 있는 기술이다. 기존의 전기장을 활용한 주형합성(template synthesis), 상 분리(phase separation), 자가조립 (self-assembly) 방법에 대비하여 제조 방법 및 장치가 간단하며, 고분자 재료의 조성비에 따라서 다양한 특성을 나타낼 수 있는 섬유를 제조할 수 있다. 전기방사법에 의해 얻어진 섬유는 매우 유연하며 높은 비표면적을 가지기 때문에 필터, 마스크 시트 등 다양한 분야에서 널리 사용할 수 있다는 장점이 있다. The electrospinning method is a technology that can produce fibers ranging in size from several micrometers to several nanometers by charging a polymer solution using an electric field. Compared to template synthesis, phase separation, and self-assembly methods using existing electric fields, the manufacturing method and device are simple, and various properties can be exhibited depending on the composition ratio of the polymer material. fibers can be manufactured. Fibers obtained by electrospinning are very flexible and have a high specific surface area, so they have the advantage of being widely used in various fields such as filters and mask sheets.

혼합용액의 농도 5 내지 20 중량%, 전압 5 내지 100 kV, 용액의 토출속도 0.1 내지 10 ㎖/h 및 방사거리 3 내지 50 ㎝의 전기방사 조건으로 수행할 수 있다.Electrospinning can be performed under the conditions of a mixed solution concentration of 5 to 20% by weight, a voltage of 5 to 100 kV, a solution discharge rate of 0.1 to 10 mL/h, and a spinning distance of 3 to 50 cm.

이어서, 상기 복합섬유층을 160℃ 이상의 온도에서 열처리하여 폴리비닐알코올과 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물 간에 에스터 결합을 유도한다.Next, the composite fiber layer is heat treated at a temperature of 160° C. or higher to induce an ester bond between polyvinyl alcohol and an aliphatic hydrocarbon compound having a divalent or higher carboxyl group.

상기 (d) 단계에서는, 복합 섬유층을 열처리하여 에스터 결합을 유도함에 따라 섬유 기재와 복합 섬유층을 가교결합킴으로써 본 발명에 따른 공기 정화용 복합 부직포가 제조된다.In step (d), the composite nonwoven fabric for air purification according to the present invention is manufactured by crosslinking the fiber base and the composite fiber layer by heat treating the composite fiber layer to induce ester bonding.

이때, 상기 (d) 단계에서, 복합 섬유층은 160℃ 내지 200℃의 온도에서 열처리된다.At this time, in step (d), the composite fiber layer is heat treated at a temperature of 160°C to 200°C.

보다 상세하게 지방족 탄화수소 화합물의 카르복시기와 폴리비닐알코올 복합섬유(=나노섬유)의 히드록시기가 에스터 반응을 하여 지방족 탄화수소 화합물이 폴리비닐알코올 복합섬유와 에스터 연결기로 결합하게 되어, 폴리비닐알코올 복합섬유가 수난용화된다.In more detail, the carboxyl group of the aliphatic hydrocarbon compound and the hydroxyl group of the polyvinyl alcohol composite fiber (=nanofiber) undergo an ester reaction, and the aliphatic hydrocarbon compound combines with the polyvinyl alcohol composite fiber through an ester linker, causing the polyvinyl alcohol composite fiber to suffer. It is dissolved.

구체적으로 열처리 조건은 160℃ 내지 200℃ 또는 160℃ 내지 180℃, 또는 160℃ 내지 170℃에서, 1분 내지 30분, 또는 3분 내지 10분 동안 실시될 수 있다. 상기 (d) 단계가 상기한 조건을 만족하는 경우에, 에스터 결합이 잘 일어나 작업 속도가 빨라질 수 있고, 기재 섬유층이 열에 의해 변형되는 것을 최소화할 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.Specifically, heat treatment conditions may be performed at 160°C to 200°C, 160°C to 180°C, or 160°C to 170°C for 1 minute to 30 minutes, or 3 minutes to 10 minutes. When step (d) satisfies the above-mentioned conditions, it can be advantageous in that ester bonding occurs easily, the work speed can be increased, and deformation of the base fiber layer by heat can be minimized.

추가적으로 상기 (d) 단계에서, 에스터 반응의 효율을 높이기 위해 혼합 용액에 촉매가 더 포함될 수 있다.Additionally, in step (d), a catalyst may be further included in the mixed solution to increase the efficiency of the ester reaction.

상기 촉매로는 소디움 아세테이트(sodium acetate), 차아인산 나트륨(sodium hypophosphite) 등이 있을 수 있으며, 이중 소디움 아세테이트가 더 바람직하게 적용될 수 있다. The catalyst may include sodium acetate, sodium hypophosphite, etc., of which sodium acetate may be more preferably applied.

상기 촉매는 실제 실험에서 상기 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 대비 5 중량부(wt%) 내지 50중량부(wt%)의 함량을 가질 수 있다.In actual experiments, the catalyst may have a content of 5 parts by weight (wt%) to 50 parts by weight (wt%) compared to the aliphatic hydrocarbon having the divalent or higher carboxyl group.

구체적으로 촉매의 함량은 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물 100 중량부 기준으로 1 내지 20 중량부, 또는 5 내지 15중량부, 또는 8 내지 15 중량부, 또는 8 내지 20 중량부, 또는 1 내지 8 중량부, 또는 5 내지 8 중량부일 수 있다. 상기 촉매의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에 에스터 결합을 촉진할 수 있다는 측면에서 유리할 수 있다.Specifically, the catalyst content is 1 to 20 parts by weight, or 5 to 15 parts by weight, or 8 to 15 parts by weight, or 8 to 20 parts by weight, or 1 to 8 parts by weight, based on 100 parts by weight of an aliphatic hydrocarbon compound having a carboxyl group. , or 5 to 8 parts by weight. When the content of the catalyst satisfies this range, it can be advantageous in terms of promoting ester bonding.

상기 (d) 단계에서, 열처리 온도가 ℃160 내지 180℃이고, 동시에 상기 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물의 함량은 폴리비닐알코올 100 중량부 기준으로 10 내지 20 중량부를 만족하는 경우에, 에스터 가교결합 및 폴리비닐알코올의 재결정화에 의해 90% 이상의 높은 겔(gel) 분율을 나타내어 수난용화가 효과적으로 일어날 수 있고, 나아가 다수의 에스터 결합에 의한 망상(network) 구조를 형성할 수 있어 형태 안정성이 크게 개선되어, 가습 환경에 노출될 경우 가습 처리하기 전에 비해 가습 처리한 후에 분진 포집 효율이 유지되어 우수한 가습 전후 여과 효율 유지율을 발휘할 수 있다.In step (d), when the heat treatment temperature is 160 to 180 ℃ and the content of the aliphatic hydrocarbon compound having the carboxyl group is 10 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of polyvinyl alcohol, ester crosslinking and By recrystallizing polyvinyl alcohol, a high gel fraction of more than 90% can be effectively soluble in water, and further, a network structure can be formed by multiple ester bonds, greatly improving shape stability. , when exposed to a humidified environment, dust collection efficiency is maintained after humidification treatment compared to before humidification treatment, and excellent filtration efficiency maintenance rate before and after humidification can be achieved.

실시예 1Example 1

폴리비닐알코올 고분자(중량평균분자량 85,000 내지 124,000 g/mol, 87 내지 89% hydrolyzed, Sigma-Aldrich)를 80℃의 증류수에 약 12 시간 동안 용해하여 10 wt% 폴리비닐알코올 수용액을 제조하였다. 폴리비닐알코올 수용액을 실온까지 냉각시킨 다음, 폴리비닐알코올 100 중량부, 시트르산 12 중량부, 및 에스터 반응촉매로서 아세트산 나트륨(sodium, acetate)을 시트르산 대비 8 중량%를 첨가하고 교반하여 폴리비닐알코올 혼합 수용액을 제조하였다.A 10 wt% polyvinyl alcohol aqueous solution was prepared by dissolving polyvinyl alcohol polymer (weight average molecular weight 85,000 to 124,000 g/mol, 87 to 89% hydrolyzed, Sigma-Aldrich) in distilled water at 80°C for about 12 hours. After cooling the polyvinyl alcohol aqueous solution to room temperature, 100 parts by weight of polyvinyl alcohol, 12 parts by weight of citric acid, and 8% by weight of sodium acetate (sodium acetate) as an ester reaction catalyst relative to citric acid were added and stirred to mix polyvinyl alcohol. An aqueous solution was prepared.

이후 상기 혼합 수용액을 전기 방사 장치를 이용하여 평판형 폴리에틸렌테레프탈레이트 스펀본드 부직포가 부착된 집전판(collector)에 전기 방사하여 기재 섬유층에 복합섬유층(=나노섬유층)이 부착된 형태를 갖는 폴리비닐알코올 복합 부직포를 제조하였다. 이때, 전기 방사시에 인가전압은 25 kV, 방사 거리(실린지 팁과 집전판의 거리)는 15cm, 방사 속도(유체 속도)는 0.3 mL/hr였으며 25게이지 니들을 사용하였다.Thereafter, the mixed aqueous solution was electrospun on a current collector to which a flat polyethylene terephthalate spunbond nonwoven fabric was attached using an electrospinning device to produce polyvinyl alcohol having a composite fiber layer (=nanofiber layer) attached to the base fiber layer. A composite nonwoven fabric was prepared. At this time, during electrospinning, the applied voltage was 25 kV, the spinning distance (distance between the syringe tip and the current collector plate) was 15 cm, the spinning speed (fluid speed) was 0.3 mL/hr, and a 25-gauge needle was used.

그 후 형성된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 컨벡션 오븐을 이용해170℃에서 10분간 열처리하여 열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 제조하였다.Afterwards, the formed polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was heat-treated at 170°C for 10 minutes using a convection oven to produce a heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric.

실시예 2Example 2

그 후 형성된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 컨벡션 오븐을 이용해160℃에서 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 제조하였다.Afterwards, a heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the formed polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was heat-treated at 160° C. using a convection oven.

비교예 1Comparative Example 1

시트르산과 아세트산 나트륨을 첨가하지 않고 폴리비닐알코올 수용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 제조하였다.A heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as Example 1, except that an aqueous polyvinyl alcohol solution was prepared without adding citric acid and sodium acetate.

비교예 2Comparative Example 2

폴리비닐알코올 100 중량부, 시트르산 4 중량부를 첨가하여 폴리비닐알코올 혼합 수용액을 제조한 것과 열처리를 150℃에서 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 제조하였다.A heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except that 100 parts by weight of polyvinyl alcohol and 4 parts by weight of citric acid were added to prepare a polyvinyl alcohol mixed aqueous solution and heat treatment was performed at 150°C. .

비교예 3Comparative Example 3

폴리비닐알코올 100 중량부, 시트르산 4 중량부를 첨가하여 폴리비닐알코올 혼합 수용액을 제조한 것과 열처리를 160℃에서 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 제조하였다.A heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except that 100 parts by weight of polyvinyl alcohol and 4 parts by weight of citric acid were added to prepare a polyvinyl alcohol mixed aqueous solution and heat treatment was performed at 160°C. .

비교예 4Comparative Example 4

폴리비닐알코올 100 중량부, 시트르산 4 중량부를 첨가하여 폴리비닐알코올 혼합 수용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 제조하였다.A heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except that 100 parts by weight of polyvinyl alcohol and 4 parts by weight of citric acid were added to prepare a polyvinyl alcohol mixed aqueous solution.

비교예 5Comparative Example 5

폴리비닐알코올 100 중량부, 시트르산 8 중량부를 첨가하여 폴리비닐알코올 혼합 수용액을 제조한 것과 열처리를 150℃에서 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 제조하였다.A heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except that 100 parts by weight of polyvinyl alcohol and 8 parts by weight of citric acid were added to prepare a polyvinyl alcohol mixed aqueous solution and heat treatment was performed at 150°C. .

비교예 6Comparative Example 6

폴리비닐알코올 100 중량부, 시트르산 8 중량부를 첨가하여 폴리비닐알코올 혼합 수용액을 제조한 것과 열처리를 160℃에서 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 제조하였다.A heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except that 100 parts by weight of polyvinyl alcohol and 8 parts by weight of citric acid were added to prepare a polyvinyl alcohol mixed aqueous solution and heat treatment was performed at 160°C. .

비교예 7Comparative Example 7

폴리비닐알코올 100 중량부, 시트르산 8 중량부를 첨가하여 폴리비닐알코올 혼합 수용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 제조하였다.A heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except that 100 parts by weight of polyvinyl alcohol and 8 parts by weight of citric acid were added to prepare a polyvinyl alcohol mixed aqueous solution.

비교예 8Comparative Example 8

폴리비닐알코올 100 중량부, 시트르산 12 중량부를 첨가하여 폴리비닐알코올 혼합 수용액을 제조한 것과 열처리를 150℃에서 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 제조하였다.A heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except that 100 parts by weight of polyvinyl alcohol and 12 parts by weight of citric acid were added to prepare a polyvinyl alcohol mixed aqueous solution and heat treatment was performed at 150°C. .

비교예 9Comparative Example 9

폴리비닐알코올 100 중량부, 시트르산 12 중량부를 첨가하여 폴리비닐Add 100 parts by weight of polyvinyl alcohol and 12 parts by weight of citric acid to make polyvinyl

알콜 혼합 수용액을 제조한 것과 열처리를 150℃에서 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 제조하였다.A heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except that an alcohol mixed aqueous solution was prepared and heat treatment was performed at 150°C.

(실험예)(Experimental example)

겔 분율(gel fraction) 측정Gel fraction measurement

폴리비닐알코올 복합섬유(=나노섬유) 부직포의 무게(Wi)를 측정한 후 증류수 20mL에 담근 상태로 진탕배양기(shaking incubator, VS-8480 TSI, Vision Scientific사)를 사용하여 24시간 동안 60 rpm으로 흔들었다. 이후 팽윤된 폴리비닐알코올 시료를 증류수에서 꺼낸 후 컨백션 오븐을 이용해 105℃에서 건조하여 건조된 무게(Ws)를 측정한다. 겔 분율은 다음 식으로부터 계산한다. 복합섬유(=나노섬유) 부직포의 수난용성을 평가하기 위해 겔 분율 측정시 폴리에틸렌테레프탈레이트 스펀본드 부직포가 없는 복합섬유(=나노섬유) 부직포 층만을 사용하여 측정하였다.After measuring the weight (Wi) of the polyvinyl alcohol composite fiber (=nanofiber) nonwoven fabric, it was immersed in 20 mL of distilled water and incubated at 60 rpm for 24 hours using a shaking incubator (VS-8480 TSI, Vision Scientific). I shook it. Afterwards, the swollen polyvinyl alcohol sample is removed from distilled water, dried at 105°C using a convection oven, and the dried weight (Ws) is measured. The gel fraction is calculated from the following equation: To evaluate the water solubility of the composite fiber (=nanofiber) nonwoven fabric, the gel fraction was measured using only the composite fiber (=nanofiber) nonwoven fabric layer without the polyethylene terephthalate spunbond nonwoven fabric.

겔 분율 (%) = Ws/Wi * 100Gel fraction (%) = Ws/Wi * 100

Wi ; 증류수에 침지시키기 전 건조한 시료의 무게Wi; Weight of dried sample before immersion in distilled water

Ws ; 증류수에 침지시킨 후 건조시킨 시료의 무게Ws; Weight of sample dried after immersion in distilled water

여과 성능 평가 (분진 포집 효율 평가)Filtration performance evaluation (dust collection efficiency evaluation)

열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포의 분진 포집 효율(여과 효율(PFE))은 NIOSH(National Institute for Industriation and Health) 규격인 42 CFR84 평가법을 기초로 하여 자동화된 필터 테스터(Automater Filter Tester, TSI8130, TSI사)를 사용하여 측정하였다.The dust collection efficiency (filtration efficiency (PFE)) of heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was measured using an automated filter tester (TSI8130, TSI) based on the 42 CFR84 evaluation method, which is a NIOSH (National Institute for Industry and Health) standard. ) was measured using.

둥근 모양의 구멍이 있는 시료 홀더에 복합 부직포를 고정한 후 자동 필터 테스터에 장착하여 10.4 cm/sec의 면속도(Face velocity) 조건하에서 분진 포집 효율을 측정하였다. 시험용 에어로졸로 질량중위직경(mass median diameter)이 0.26㎛인 염화나트륨(polydispedrse solid NaCl) 에어로졸을 사용했다.The composite nonwoven fabric was fixed to a sample holder with a round hole and then mounted on an automatic filter tester to measure dust collection efficiency under the condition of a face velocity of 10.4 cm/sec. Sodium chloride (polydisperse solid NaCl) aerosol with a mass median diameter of 0.26㎛ was used as the aerosol for testing.

가습 환경 처리 후 여과 성능 평가 및 가습 전후 여과 효율 유지율Filtration performance evaluation after humidification environment treatment and filtration efficiency maintenance rate before and after humidification

열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 38±2.5℃, 85±5% RH로 셋팅된 항온항습기에 25±1 시간 넣어 두어 가습 처리하였다.The heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was humidified by placing it in a constant temperature and humidity chamber set at 38 ± 2.5°C and 85 ± 5% RH for 25 ± 1 hours.

가습 환경에 노출한 시료를 여과 성능 평가법에 따라 분진 포집 효율을 측정하였으며, 가습 전후 여과 효율 유지율을 다음 식으로부터 계산하였다.The dust collection efficiency of samples exposed to a humidified environment was measured according to the filtration performance evaluation method, and the filtration efficiency maintenance rate before and after humidification was calculated from the following equation.

가습 전후 여과 효율 유지율 (%) = (가습 후 분진 포집 효율) / (가습 전 분진 포집 효율) × 100Filtration efficiency maintenance rate before and after humidification (%) = (Dust collection efficiency after humidification) / (Dust collection efficiency before humidification) × 100

측정 공기 압력과 공기 유량과의 상관 관계Correlation between measured air pressure and air flow rate

열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포를 이용해 PMI capillary flow porometer (CFP-1500AEX, Porous Materials사)를 이용해 측정 공기 압력(airflow resistance)과 공기 유량(flow rate)과의 상관관계를 드라이(dry) 상태에서 분석하였다. 가습 환경에 노출되기 전 시료와 가습 환경에 노출된 후의 시료를 비교 평가하였다.Using heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric, the correlation between measured air pressure (airflow resistance) and air flow rate (flow rate) was analyzed using a PMI capillary flow porometer (CFP-1500AEX, Porous Materials) in dry conditions. did. Samples before exposure to the humidified environment and samples after exposure to the humidified environment were compared and evaluated.


겔 분율 (%)

Gel fraction (%)
가습 전
분진 포집 효율
[B (%)]
Before humidification
Dust collection efficiency
[B (%)]
가습 후
분진 포집 효율
[A (%)]
After humidification
Dust collection efficiency
[A (%)]
가습 전후
여과 효율
유지율
[A/B (%)]
Before and after humidification
filtration efficiency
retention rate
[A/B (%)]
실시예1Example 1 97.597.5 73.673.6 65.065.0 88.388.3 실시예2Example 2 93.593.5 78.778.7 70.570.5 89.689.6 비교예1Comparative Example 1 72.672.6 76.376.3 25.925.9 33.933.9 비교예2Comparative example 2 6.96.9 71.871.8 27.027.0 37.637.6 비교예3Comparative example 3 74.574.5 75.675.6 51.451.4 68.068.0 비교예4Comparative Example 4 91.491.4 73.073.0 35.435.4 48.548.5 비교예5Comparative Example 5 53.653.6 83.483.4 21.221.2 25.425.4 비교예6Comparative Example 6 88.188.1 81.781.7 52.752.7 64.564.5 비교예7Comparative example 7 95.395.3 71.771.7 47.147.1 65.765.7 비교예8Comparative example 8 74.274.2 70.570.5 40.140.1 56.956.9 비교예9Comparative Example 9 4.34.3 83.283.2 13.013.0 15.715.7

[표 1]에서와 같이 시트르산 첨가량이 증가할수록 동일한 열처리 온도에서도 겔 분율이 증가하고 시트르산 첨가량이 동일하더라도 열처리 온도가 증가할수록 겔 분율이 증가하는 것을 알 수 있다. 이것으로부터 시트르산 첨가후 열처리에 의해 에스터 결합이 형성되면서 수난용성이 증가하는 것을 알 수 있다. As shown in [Table 1], as the amount of citric acid added increases, the gel fraction increases even at the same heat treatment temperature, and even if the amount of citric acid added is the same, the gel fraction increases as the heat treatment temperature increases. From this, it can be seen that water solubility increases as an ester bond is formed through heat treatment after adding citric acid.

공기 정화용 복합 부직포의 내열내습 Cycle 실험Heat and moisture resistance cycle experiment of composite nonwoven fabric for air purification

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법에 의해 제조된 공기 정화용 부직포의 내열내습 사이클 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the results of a heat and moisture resistance cycle test of a nonwoven fabric for air purification manufactured by a method for manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 내열 사이클 실험은 내한내열장비(IS-16-SF1200, 아이에스바이오)로 여러 환경 조건을 설정하였다. 실험은 아래와 같은 온도 습도 조건에서 진행되었고, 약 3회 반복 실험하였다. 먼저, 1 cycle의 조건은 챔버 내의 초기온도 20 ℃에서 2시간 이내로 온도 80 ±2 ℃, 습도 0% 조건으로 승온 한 뒤 8시간 지속시키고 다시 2시간 이내로 온도 20 ± 2 ℃, 습도 90% 조건으로 이동시킨 뒤, 안정화된 조건에서 8시간 유지하도록 설정했다. 이 사이클은 대략 20시간이 소요되며, 제조된 복합부직포(PVA/PTFE 7:3 비율 조건)를 챔버 안에 넣고, 총 3회 반복한 뒤 처리된 부직포의 분진포집효율을 확인하였다. In the heat resistance cycle experiment shown in Figure 2, various environmental conditions were set using heat resistance equipment (IS-16-SF1200, IS Bio). The experiment was conducted under the following temperature and humidity conditions, and the experiment was repeated approximately three times. First, the conditions for one cycle are to increase the temperature from an initial temperature in the chamber of 20 ℃ to a temperature of 80 ± 2 ℃ and 0% humidity within 2 hours, then continue for 8 hours, and then again within 2 hours to a temperature of 20 ± 2 ℃ and humidity of 90%. After moving, it was set to be maintained for 8 hours under stabilized conditions. This cycle takes approximately 20 hours, and the manufactured composite nonwoven fabric (PVA/PTFE 7:3 ratio condition) was placed in the chamber and repeated a total of three times to confirm the dust collection efficiency of the treated nonwoven fabric.

열처리된 폴리비닐알코올 복합 부직포의 분진 포집 효율(여과 효율(PFE))은 NIOSH(National Institute for Industriation and Health) 규격인 42 CFR84 평가법을 기초로 하여 자동화된 필터 테스터(Automater Filter Tester, TSI8130, TSI사)를 사용하여 측정하였다.The dust collection efficiency (filtration efficiency (PFE)) of heat-treated polyvinyl alcohol composite nonwoven fabric was measured using an automated filter tester (TSI8130, TSI) based on the 42 CFR84 evaluation method, which is a NIOSH (National Institute for Industry and Health) standard. ) was measured using.

둥근 모양의 구멍이 있는 시료 홀더에 복합 부직포를 고정한 후 자동 필터 테스터에 장착하여 10.4 cm/sec의 면속도(Face velocity) 조건하에서 분진 포집 효율을 측정하였다. 시험용 에어로졸로 질량중위직경(mass median diameter)이 0.26㎛인 염화나트륨(polydispedrse solid NaCl) 에어로졸을 사용했다.The composite nonwoven fabric was fixed to a sample holder with a round hole and then mounted on an automatic filter tester to measure dust collection efficiency under the condition of a face velocity of 10.4 cm/sec. Sodium chloride (polydisperse solid NaCl) aerosol with a mass median diameter of 0.26㎛ was used as the aerosol for testing.

도 2에 도시된 바와 같이 온도 80℃, 습도 0% 의 고온환경과 온도 0℃, 습도 90% 이상의 다습환경에서 48시간 이상으로 처리 후에도 분진 포집 효율의 성능을 80%이상 유지하는 것을 확인할 수 있다.As shown in Figure 2, it can be confirmed that the dust collection efficiency is maintained at more than 80% even after treatment for more than 48 hours in a high temperature environment of 80℃ and 0% humidity and a high humidity environment of 0℃ and 90% humidity. .

더욱 상세하게, 테스트 전과 비교하여 분진포집효율이 초기시료 대비 90% 이상의 분진포집효율 성능을 나타내는 것을 확인하였다. In more detail, compared to before the test, it was confirmed that the dust collection efficiency was more than 90% compared to the initial sample.

특히, 실시예 2, 비교예 4, 및 비교예 7에서와 같이 열처리 온도가 170℃일 경우 시트르산을 첨가한 모든 시료가 90% 이상의 겔 분율을 나타내 수난용화가 효과적으로 일어났다는 것을 알 수 있다. 이에 반해 비교예 1과 같이 열처리 온도가 170℃임에도 시트르산이 첨가되지 않을 경우 겔 분율이 72.6%로 충분하지 않음을 알 수 있다.In particular, when the heat treatment temperature was 170°C as in Example 2, Comparative Example 4, and Comparative Example 7, all samples to which citric acid was added showed a gel fraction of more than 90%, indicating that water solubleness was effectively achieved. On the other hand, when citric acid is not added even though the heat treatment temperature is 170°C as in Comparative Example 1, it can be seen that the gel fraction is not sufficient at 72.6%.

또, 비교예 8 및 9에서와 같이 시트산을 12 중량% 첨가했을지라도 열처리를 하지 않거나 열처리가 충분하지 않을 경우 겔 분율이 낮은 결과를 나타냈다.In addition, even when 12% by weight of citric acid was added as in Comparative Examples 8 and 9, the gel fraction was low when heat treatment was not performed or heat treatment was insufficient.

호흡기 보호용 마스크의 경우 체온과 호흡한 공기내 포함된 수분에 의해 고온 다습한 환경에 노출되기 쉬우며, 공기 정화용 필터의 경우에도 수분이 있는 환경에서 사용되는 경우가 많다. 따라서, 수분이 있는 환경에서도 여과 효율이 유지되는 것은 공기 정화용 필터 소재로서 매우 중요하다.Respiratory protective masks are easily exposed to high temperature and humidity due to body temperature and moisture contained in the breathed air, and air purification filters are often used in humid environments. Therefore, maintaining filtration efficiency even in a humid environment is very important as a filter material for air purification.

비교예 4 및 7의 경우 겔 분율이 90% 이상으로 수난용성을 띄고 있음에도 가습 환경에 노출될 경우 가습 처리하기 전에 비해 현저하게 분진 포집 효율이 감소해 가습 전후 여과 효율 유지율이 70% 미만을 나타냈다. 이에 반해, 실시예 1과 2의 경우 가습 환경에 노출된 후에도 가습 환경에 노출되기 전의 분진 포집 효율 대비 대략 90% 정도의 높은 수준으로 여과 효율이 유지되었다. In Comparative Examples 4 and 7, although the gel fraction was more than 90% and had poor water solubility, when exposed to a humidified environment, the dust collection efficiency decreased significantly compared to before humidification treatment, and the filtration efficiency maintenance rate before and after humidification was less than 70%. On the other hand, in Examples 1 and 2, even after exposure to a humidified environment, the filtration efficiency was maintained at a high level of approximately 90% compared to the dust collection efficiency before exposure to the humidified environment.

실시예 2로부터 제조한 복합 부직포를 가습 환경에 노출한 후의 전자주사현미경(SEM) 사진으로 가습 환경에 노출한 후에도 기재 섬유층 위에 폴리비닐알코올 섬유층의 형상이 잘 유지되는 것을 알 수 있다. 이에 반해 비교예 1로부터 제조한 복합 부직포를 가습 환경에 노출한 후의 전자주사현미경 사진으로 가습 환경에 노출됨에 따라 용해되지는 않은 부분이 상당부분 존재함에도 기재 섬유층 위의 폴리비닐알코올 부직포 층이 섬유 형상을 대부분 잃어버릴 수 있다는 것을 알 수 있다. A scanning electron microscope (SEM) photograph of the composite nonwoven fabric prepared in Example 2 after exposure to a humidified environment shows that the shape of the polyvinyl alcohol fiber layer on the base fiber layer is well maintained even after exposure to a humidified environment. On the other hand, a scanning electron microscope photograph of the composite nonwoven fabric prepared in Comparative Example 1 after exposure to a humidified environment shows that the polyvinyl alcohol nonwoven fabric layer on the base fiber layer has a fibrous shape even though there is a significant portion that does not dissolve as a result of exposure to the humidified environment. You can see that most of it can be lost.

실시예 1로부터 제조한 시료의 경우 측정 공기 압력과 유량과의 상관 관계가 가습 환경에 노출되기 전과 가습 환경에 노출된 후의 차이가 거의 없음을 알 수 있다. 이에 반해 비교예 4로부터 제조한 시료의 경우 가습 환경에 노출된 시료의 경우 2 mmAq 이하의 낮은 측정 압력에서부터 측정 압력이 증가함에 따라 유량이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다. In the case of the sample prepared in Example 1, it can be seen that there is little difference in the correlation between the measured air pressure and flow rate before and after exposure to the humidified environment. On the other hand, in the case of the sample prepared in Comparative Example 4 and exposed to a humidified environment, it can be seen that the flow rate increases rapidly as the measurement pressure increases from a low measurement pressure of 2 mmAq or less.

이는 실시예 1의 경우 가습 환경에 노출된다고 하더라도 공기압에 의한 구조 변화가 거의 일어나지 않는데 반해, 비교예 4의 경우 가습 환경에 노출됨에 따라 공기 압력을 조금만 받더라도 형태 변형이 크게 일어난다는 것을 의미한다. 이처럼 형태 변형이 크게 일어날 경우 여과 효율 측정시 약간의 공기 압력이 가해지더라도 쉽게 변형이 일어나 여과 효율이 떨어지기 쉬울 수 있다는 것을 암시한다.This means that in the case of Example 1, little structural change occurs due to air pressure even when exposed to a humidified environment, whereas in the case of Comparative Example 4, a large shape deformation occurs even when exposed to a small amount of air pressure due to exposure to a humidified environment. This suggests that if a large amount of shape deformation occurs, the deformation may easily occur even if a small amount of air pressure is applied when measuring filtration efficiency, which could easily result in a decrease in filtration efficiency.

이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 전술한 바에 따른 공기 정화용 부직포의 제어 방법에 의해 제조된 공기 정화용 부직포의 효과를 설명하도록 한다.Hereinafter, the effect of the nonwoven fabric for air purification manufactured by the method for controlling the nonwoven fabric for air purification according to the above will be described with reference to FIGS. 3 to 6.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법에서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 함량이 증가할수록 표면 거칠기(roughness)가 증가하는 것을 나타낸 이미지이다.Figure 3 is an image showing that surface roughness increases as the content of polytetrafluoroethylene (PTFE) increases in the method of manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention.

도 3에서 가장 좌측 상하에 있는 2개의 이미지는 폴리비닐알코올(PVA)가 100%일 때의 복합 부직포의 표면 거칠기(roughness)를 나타낸 이미지이고, 도 3에서 좌측으로부터 2번째 상하에 있는 2개의 이미지는 폴리비닐알코올(PVA)와 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 9:1의 혼합비율로 혼합된 복합 부직포의 표면 거칠기(roughness)를 나타낸 이미지이며, 도 3에서 좌측으로부터 3번째 상하에 있는 2개의 이미지는 폴리비닐알코올(PVA)와 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 8:2의 혼합비율로 혼합된 복합 부직포의 표면 거칠기(roughness)를 나타낸 이미지이며, 도 3에서 가장 우측 상하에 있는 2개의 이미지는 폴리비닐알코올(PVA)와 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 7:3의 혼합비율로 혼합된 복합 부직포의 표면 거칠기(roughness)를 나타낸 이미지이다.The two images at the top and bottom on the leftmost in Figure 3 are images showing the surface roughness of the composite nonwoven fabric when polyvinyl alcohol (PVA) is 100%, and the two images at the top and bottom from the left in Figure 3 are images showing the surface roughness of the composite nonwoven fabric when polyvinyl alcohol (PVA) is 100%. is an image showing the surface roughness of a composite nonwoven fabric mixed with polyvinyl alcohol (PVA) and polytetrafluoroethylene (PTFE) at a mixing ratio of 9:1, and in Figure 3, 2 is the third top and bottom from the left. The image shows the surface roughness of a composite nonwoven fabric mixed with polyvinyl alcohol (PVA) and polytetrafluoroethylene (PTFE) at a mixing ratio of 8:2, and is 2 at the top and bottom rightmost in Figure 3. The image shows the surface roughness of a composite nonwoven fabric containing polyvinyl alcohol (PVA) and polytetrafluoroethylene (PTFE) mixed at a mixing ratio of 7:3.

도 3에 도시된 바와 같이 복합 부직포는 폴리비닐알코올(PVA)이 100%일 때보다 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 혼합비율이 증가할수록 표면 거칠기(roughness)가 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 혼합비율이 증가할수록 분진 포집 효율(PFE)이 증가하는 것을 의미한다.As shown in Figure 3, it can be seen that the surface roughness of the composite nonwoven fabric increases as the mixing ratio of polytetrafluoroethylene (PTFE) increases compared to when the polyvinyl alcohol (PVA) is 100%, which is This means that as the mixing ratio of polytetrafluoroethylene (PTFE) increases, the dust collection efficiency (PFE) increases.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 일실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법에서 온도에 따른 중량 손실을 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing weight loss according to temperature in a method of manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention.

도 4에서 PV는 폴리비닐알코올(PVA)을 의미하고, PT는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 의미하며, H는 열처리(열처리에 의한 가교결합)를 의미한다.In Figure 4, PV means polyvinyl alcohol (PVA), PT means polytetrafluoroethylene (PTFE), and H means heat treatment (crosslinking by heat treatment).

도 4에 도시된 바와 같이 폴리비닐알코올(PVA)에 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 함량이 증가할수록 내열성(=내열 특성)이 향상되는 것을 확인할 수 있다.As shown in Figure 4, it can be seen that as the content of polytetrafluoroethylene (PTFE) in polyvinyl alcohol (PVA) increases, heat resistance (=heat resistance characteristics) improves.

도 5의 (a), (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 일실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법에서 면속도에 따른 분진 포집 효율(PFE) 및 저항(Resistance)을 나타낸 그래프이다.Figures 5 (a) and (b) are graphs showing dust collection efficiency (PFE) and resistance according to surface speed in the method of manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention. am.

도 5의 (a), (b)에서, PV는 폴리비닐알코올(PVA)을 의미하고, PF는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 의미한다.In Figures 5 (a) and (b), PV means polyvinyl alcohol (PVA), and PF means polytetrafluoroethylene (PTFE).

또한, 면속도(Face velocity)는 측정할 때 공기의 유량을 의미하고, 일반적으로 유량이 커지면 효율이 떨어지는데 반해 나노섬유는 유량에 큰 영향을 받지 않기 때문에 기존의 멜트블로운보다 안정성이 높다.In addition, face velocity refers to the flow rate of air when measured, and while efficiency generally decreases as the flow rate increases, nanofibers are not significantly affected by the flow rate, so they are more stable than existing melt blown.

도 5의 (a)를 참조하면, 폴리비닐알코올(PVA)에 혼합되는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 함량이 증가할수록 분산 포집 효율(PFE)이 증가하는 것을 확인할 수 있다.Referring to (a) of FIG. 5, it can be seen that the dispersion capture efficiency (PFE) increases as the content of polytetrafluoroethylene (PTFE) mixed with polyvinyl alcohol (PVA) increases.

반면, 도 5의 (b)를 참조하면, 차압(=저항력)은 유량에 영향을 받고 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 입자가 보강될수록 커진다.On the other hand, referring to (b) of FIG. 5, the differential pressure (=resistance) is affected by the flow rate and increases as polytetrafluoroethylene (PTFE) particles are reinforced.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 본 발명의 일실시예에 따른 일실시예에 따른 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법에서 건조한 환경과 습윤환경에서의 효율을 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the efficiency in a dry environment and a wet environment in a method for manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification according to an embodiment of the present invention according to an embodiment of the present invention.

일반적인 테스트는 도 6의 좌측에 도시된 건조한 환경(Nacl), 도 6의 우측에 도시된 습윤환경(Praffin oil)(마스크 안)에서의 효율 저하를 확인하는 도구로 생각되지만 기존 PP 기반 멜트블로운(MB)은 파라핀 오일 상에서 효율 저하가 많이 발생한다.The general test is considered to be a tool to check the decrease in efficiency in the dry environment (Nacl) shown on the left of Figure 6 and the wet environment (Praffin oil) (inside the mask) shown on the right of Figure 6, but the existing PP-based melt blown (MB) has a significant decrease in efficiency on paraffin oil.

반면, 복합섬유(=나노섬유)는 입자의 성질에 크게 영향을 받지는 않고, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 입자가 폴리비닐알코올(PVA)에 들어갈수록 더 안정된 결과를 보인다.On the other hand, composite fibers (=nanofibers) are not greatly affected by the properties of the particles, and the more polytetrafluoroethylene (PTFE) particles are added to polyvinyl alcohol (PVA), the more stable the results are.

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 실시예들은 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.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

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.The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (15)

섬유 기재; 및
상기 섬유 기재에 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소, 폴리비닐알코올(PVA), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 혼합된 혼합액이 전기방사된 후 폴리비닐알코올에 에스터 결합을 유도하여 가교결합 형성을 촉진시켜 수난용화된 복합 섬유층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포.
fiber substrate; and
A mixture of aliphatic hydrocarbons, polyvinyl alcohol (PVA), and polytetrafluoroethylene (PTFE) having a divalent or higher carboxyl group is electrospun on the fiber substrate, and then an ester bond is induced in the polyvinyl alcohol to form a crosslink. A composite nonwoven fabric for air purification comprising a composite fiber layer that promotes and becomes poorly soluble in water.
제1 항에 있어서,
상기 폴리비닐알코올(PVA) 및 상기 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 혼합비는 95:5 또는 60:40인 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포.
According to claim 1,
A composite nonwoven fabric for air purification, characterized in that the mixing ratio of the polyvinyl alcohol (PVA) and the polytetrafluoroethylene (PTFE) is 95:5 or 60:40.
제1 항에 있어서,
상기 혼합액은 상기 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물과 폴리비닐알코올을 물에 녹인 수용액과 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산된 에멀전이 혼합된 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포.
According to claim 1,
The mixed solution is a composite nonwoven fabric for air purification, characterized in that an aqueous solution of an aliphatic hydrocarbon compound having a carboxyl group of more than 2 valence and polyvinyl alcohol dissolved in water, and an emulsion in which polytetrafluoroethylene is dispersed.
제1 항에 있어서,
상기 혼합액에는 촉매가 더 포함되고,
상기 촉매는 상기 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 대비 5 중량부(wt%) 내지 50 중량부(wt%)의 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포.
According to claim 1,
The mixed solution further contains a catalyst,
The catalyst is a composite nonwoven fabric for air purification, characterized in that the catalyst has a content of 5 parts by weight (wt%) to 50 parts by weight (wt%) relative to the aliphatic hydrocarbon having a carboxyl group of more than two valence.
제1 항에 있어서,
상기 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소의 함량은 상기 복합섬유층 100 기준으로 5 중량부(wt%) 내지 30 중량부(wt%)인 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포.
According to claim 1,
A composite nonwoven fabric for air purification, wherein the content of the aliphatic hydrocarbon having a divalent or higher carboxyl group is 5 parts by weight (wt%) to 30 parts by weight (wt%) based on 100 of the composite fiber layer.
제1 항에 있어서,
상기 폴리테트라플루오로에틸렌의 함량이 증가할수록 내열성 및 분진 포집 효율(PFE)을 향상되는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포.
According to claim 1,
A composite nonwoven fabric for air purification, characterized in that heat resistance and dust collection efficiency (PFE) improve as the content of polytetrafluoroethylene increases.
제1 항에 있어서,
상기 복합 섬유층은 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물에 의해 폴리비닐알코올이 에스터 결합되는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포.
According to claim 1,
The composite nonwoven fabric for air purification, characterized in that the composite fiber layer is ester bonded to polyvinyl alcohol by an aliphatic hydrocarbon compound having a divalent or higher carboxyl group.
제7 항에 있어서,
상기 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물은 시트르산, 부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산, 석신산(succinic acid), 말레산, 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포.
According to clause 7,
The aliphatic hydrocarbon compound having a divalent or higher carboxyl group is characterized in that it includes citric acid, butane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid, succinic acid, maleic acid, or two or more of these. Composite non-woven fabric for air purification.
제1 항에 있어서,
상기 섬유 기재의 융점은 200℃ 이상인 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포.
According to claim 1,
A composite nonwoven fabric for air purification, characterized in that the melting point of the fiber base is 200°C or higher.
제1 항에 있어서,
상기 섬유 기재는 부직포, 직물 및 편물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포.
According to claim 1,
A composite nonwoven fabric for air purification, wherein the fiber substrate is any one of nonwoven fabric, fabric, and knitted fabric.
제1 항에 있어서,
상기 섬유 기재는 스펀본드 부직포인 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포.
According to claim 1,
A composite nonwoven fabric for air purification, wherein the fiber substrate is a spunbond nonwoven fabric.
제1 항에 있어서,
상기 공기 정화용 복합 부직포는 안면 여과 마스크 또는 공기정화용 필터여재로 적용되는 여과체 또는 필터 유닛 물품인 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포.
According to claim 1,
The composite nonwoven fabric for air purification is a composite nonwoven fabric for air purification, characterized in that it is a filter element or filter unit product applied as a face filtration mask or a filter media for air purification.
(a) 2가 이상의 카르복실기를 갖는 지방족 탄화수소 화합물과 폴리비닐알코올을 물에 녹인 수용액을 준비하는 단계;
(b) 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산된 에멀전과 상기 수용액을 기설정된 비율로 혼합한 혼합액을 형성시키는 단계;
(c) 상기 혼합액을 섬유 기재 위에 전기방사하여 복합 섬유층을 제조하는 단계; 및
(d) 상기 복합 섬유층을 열처리하여 폴리비닐알코올에 에스터 결합을 유도하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법.
(a) preparing an aqueous solution of an aliphatic hydrocarbon compound having a divalent or higher carboxyl group and polyvinyl alcohol dissolved in water;
(b) forming a mixed solution by mixing an emulsion in which polytetrafluoroethylene is dispersed and the aqueous solution at a preset ratio;
(c) electrospinning the mixed solution onto a fiber substrate to produce a composite fiber layer; and
(d) heat treating the composite fiber layer to induce an ester bond to polyvinyl alcohol.
제13 항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 혼합액에는 촉매가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법.
According to claim 13,
In step (d) above,
A method for producing a composite nonwoven fabric for air purification, characterized in that the mixed solution further contains a catalyst.
제13 항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 복합 섬유층은 160℃ 내지 200℃의 온도에서 열처리되는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 부직포의 제조 방법.
According to claim 13,
In step (d) above,
A method of manufacturing a composite nonwoven fabric for air purification, characterized in that the composite fiber layer is heat treated at a temperature of 160 ℃ to 200 ℃.
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