WO2014137095A1 - 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재 및 이의 제조방법 - Google Patents

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WO2014137095A1
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electrospinning
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박종철
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(주)에프티이앤이
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    • B01D2239/0604—Arrangement of the fibres in the filtering material
    • B01D2239/0631—Electro-spun

Definitions

  • the present invention relates to a substrate double-sided nanofiber filter medium with improved heat resistance and a method of manufacturing the same, and more particularly, after forming a first nanofiber by electrospinning a first spinning solution composed of a first polymer on a substrate,
  • the present invention relates to a substrate double-sided nanofiber filter media having improved heat resistance by electrospinning a second spinning solution composed of a second polymer on a back surface of a substrate on which first nanofibers are not laminated.
  • a filter is a filtration device that filters foreign substances in a fluid, and is divided into a liquid filter and an air filter.
  • the air filter is a clean room in which airborne particulates such as dust in the air, biological particles such as bacteria or molds, and biologically harmful substances such as bacteria are completely removed to prevent defects of high-tech products.
  • Clean room is widely used in semiconductor manufacturing, computer equipment assembly, tape manufacturing, rushing coating, hospital, pharmaceutical manufacturing, food processing plant, agriculture, forestry and fisheries.
  • gas turbines generally used in thermal power plants inhale and compress purified air from the outside, and then compress and mix the compressed air with a fuel into a combustor, and burn the mixed air and fuel to burn high temperature and high pressure. After the combustion gas is obtained, this hot, high-pressure combustion gas is injected into the vane of the turbine to obtain rotational force.
  • the air filter removes foreign substances such as dust and dust contained in the atmosphere when the combustion air sucked into the gas turbine in the air is cleaned and purified and then supplied to the gas turbine.
  • the filter currently used for the gas turbine Is weak to high temperature, there is a problem that the foreign matter is not removed well.
  • the air filter performs a function of preventing the dust from penetrating into the filter medium by forming a pore layer having a microporous structure on the surface of the filter medium, and performs filtration.
  • large particles are formed as a filter cake on the surface of the filter media, and fine particles are gradually accumulated in the filter media through the primary surface layer to block the pores of the filter.
  • the large particles and fine particles blocking the pores of the filter not only increase the pressure loss of the filter and reduce the life of the filter, but also have a difficulty in filtering the micro-contaminant particles having a size of less than 1 ⁇ m with the existing filter media. .
  • the conventional air filter was applied to the fiber assembly constituting the filter medium, the efficiency was measured by the principle that the particles are collected by the electrostatic force.
  • EN779 the European air filter classification standard, decided to exclude the efficiency of the filter due to the electrostatic effect in 2012, and it has been found that the actual efficiency of the existing filter is reduced by more than 20%.
  • the situation in Europe and the United States regulates the use of glass fiber for environmental stability due to the adverse effects on the environment of the glass fiber used as a material of the heat-resistant filter.
  • microfibers commonly manufactured are produced by forcibly spinning the polymer solution through the micropores by mechanical force in a spinning manner such as melt spinning, dry spinning, wet spinning, and the like.
  • a spinning manner such as melt spinning, dry spinning, wet spinning, and the like.
  • the diameter of the nanofibers produced in this manner has a range of approximately 5 to 500 ⁇ m, and it is difficult to produce nanoscale fibers of 1 ⁇ m or less. Therefore, a filter composed of large diameter fibers can filter large diameter contaminants, but it is virtually impossible to filter nano-sized fine contaminants.
  • a method for forming organic nanofibers includes forming nanostructure materials by block segments and nano-assembly by self-assembly. Structural material formation, nanofiber formation by polymerization using silica catalyst, nanofiber formation by carbonization after melt spinning, nanofiber formation by electrospinning of polymer solution or melt.
  • the specific target is much larger than the nanofiber filter having a large diameter, the flexibility of the surface functional group is good, and the nano-scale pore size is used to prevent harmful particles or gases. It can be removed efficiently.
  • the implementation of the filter using the nano-fiber is not a small production cost, and it is not easy to control various conditions for the production, it is not possible to supply and supply the filter using the nano-fiber at a low price, the current gas turbine, Filters used in furnaces and the like require heat resistance.
  • An object of the present invention is to provide a substrate double-sided nanofiber filter media excellent in heat resistance.
  • the present invention is described; First polymer nanofibers laminated on one surface of the substrate by electrospinning; And it provides a substrate double-sided nanofiber filter media with improved heat resistance including the second polymer nanofibers are laminated on the back surface of the base material is not laminated to the first polymer nanofibers.
  • the first polymer nanofiber is made of metaaramid
  • the second polymer nanofiber is selected from the group consisting of polyacrylonitrile, metaaramid, polyethersulfone, polyimide, polyvinylidene fluoride and polyamide It may be made of one polymer.
  • first polymer nanofibers are made of one polymer selected from the group consisting of polyacrylonitrile, polyethersulfone and polyimide
  • second polymer nanofibers are polyacrylonitrile, polyethersulfone, It may also consist of one polymer selected from the group consisting of polyimide, metaaramid and polyamide.
  • the first polymer nanofiber is composed of a silane group or a siloxane group homopolymer, or a copolymer polymer of silane group or siloxane group
  • the second polymer nanofiber is polyacrylonitrile, polyethersulfone, poly It may also consist of one polymer selected from the group consisting of mead, metaaramid, polyvinylidene fluoride and polyamide.
  • the substrate double-sided nanofiber filter medium having improved heat resistance may be disposed with the first polymer nanofibers in the air inflow direction and the second polymer nanofibers with the air discharge direction.
  • the diameter of the first polymer nanofibers is preferably thicker than the diameter of the second polymer nanofibers.
  • the said base material is a cellulose base material or a meta aramid base material.
  • the present invention is a method for producing a filter medium formed by electrospinning the polymer on both sides of the substrate, the first spinning solution prepared by dissolving the first polymer in an organic solvent is supplied to a nozzle connected to the first block, the second Supplying a second spinning solution prepared by dissolving a polymer in an organic solvent to a nozzle connected to a second block; Stacking the first polymer nanofibers by electrospinning the first spinning solution on one surface of a substrate at a nozzle connected to a block located at the first block; And stacking the second polymer nanofibers by continuously electrospinning the second spinning solution on the back surface of the substrate on which the first polymer nanofibers are not stacked in a nozzle connected to the block located in the second block. It also provides a method for producing a substrate double-sided nanofiber filter media with improved heat resistance.
  • the first polymer is metaaramid
  • the second polymer may be one selected from the group consisting of polyacrylonitrile, metaaramid, polyethersulfone, polyimide, polyvinylidene fluoride and polyamide.
  • the first polymer is one selected from the group consisting of polyacrylonitrile, polyethersulfone and polyimide
  • the second polymer is polyacrylonitrile, polyethersulfone, polyimide, metaaramid and polyamide. It may be one selected from the group consisting of.
  • the first polymer is a silane group or a siloxane group homopolymer or a copolymer polymer of silane group or siloxane group
  • the second polymer is polyacrylonitrile, polyethersulfone, polyimide, metaaramid, polyvinylidene It may be one selected from the group consisting of fluoride and polyamide.
  • the said base material is a cellulose base material or a meta aramid base material.
  • the electrospinning is preferably performed by using a hybrid electrospinning device is designed in a bottom-up and top-down combination.
  • the method of manufacturing the substrate double-sided nanofiber filter media with improved heat resistance is arranged in the air filter manufacturing process, the nanofibers with a large diameter of the fibers in the air inlet direction, the nanofibers with a narrow diameter of the fibers in the air discharge direction It is characterized by arranging.
  • the electrospinning is performed using an electrospinning device having a collector staggering device between the blocks, the electrospinning device is preferably a bottom-up electrospinning device or a top-down electrospinning device.
  • the substrate double-sided nanofiber filter medium according to the present invention has excellent heat resistance, is easy to be applied to a high-efficiency filter with nanofibers, and gives a thickness gradient of nanofibers formed on both sides of the substrate, thereby preventing filter damage due to pressure loss. I can alleviate it.
  • the manufacturing method of the substrate double-sided nanofiber filter medium according to the present invention can be equipped with a continuous electrospinning method, the manufacturing process can be efficient and cost competitive.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a substrate double-sided nanofiber filter media with improved heat resistance according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a composite electrospinning device for producing a substrate double-sided nanofiber filter media with improved heat resistance according to the present invention.
  • 3 is a view schematically showing a continuous electrospinning value.
  • FIG. 4 is a view schematically showing a block of the continuous electrospinning apparatus.
  • FIG. 5 is a view schematically showing a thickness measuring apparatus of a continuous electrospinning apparatus.
  • FIG. 6 is a view schematically showing a nozzle block and a nozzle of a continuous electrospinning apparatus.
  • FIG. 7 is a schematic view of a composite nano nonwoven fabric according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows data on air permeability and pressure strengthening for each type of composite nonwoven fabric.
  • 1, 1a, 1b voltage generator, 2, 115, 135: nozzle,
  • 300 heat resistant polymer nanofibers
  • 100 composite electrospinning apparatus
  • the present invention First polymer nanofibers laminated on one surface of the substrate by electrospinning; And it provides a substrate double-sided nanofiber filter media with improved heat resistance including the second polymer nanofibers are laminated on the back surface of the base material is not laminated to the first polymer nanofibers.
  • the first polymer nanofiber is made of metaaramid
  • the second polymer nanofiber is selected from the group consisting of polyacrylonitrile, metaaramid, polyethersulfone, polyimide, polyvinylidene fluoride and polyamide It may be made of one polymer.
  • first polymer nanofibers are made of one polymer selected from the group consisting of polyacrylonitrile, polyethersulfone and polyimide
  • second polymer nanofibers are polyacrylonitrile, polyethersulfone, It may also consist of one polymer selected from the group consisting of polyimide, metaaramid and polyamide.
  • the first polymer nanofiber is composed of a silane group or a siloxane group homopolymer, or a copolymer polymer of silane group or siloxane group
  • the second polymer nanofiber is polyacrylonitrile, polyethersulfone, poly It may also consist of one polymer selected from the group consisting of mead, metaaramid, polyvinylidene fluoride and polyamide.
  • the substrate double-sided nanofiber filter media with improved heat resistance of the present invention in the air filter manufacturing process, it is preferable to arrange the first polymer nanofibers in the air inlet direction, the second polymer nanofibers in the air discharge direction. .
  • the diameter of the first polymer nanofibers is preferably thicker than the diameter of the second polymer nanofibers.
  • the said base material is a cellulose base material or a meta aramid base material excellent in heat resistance.
  • meta-aramid is a benzene ring is bonded to the amide group in the meta position, the strength and elongation is similar to the normal nylon, but the thermal stability is very good, and compared with other heat-resistant materials, light and absorbent to some extent has the advantage.
  • This can be suitably used as a filter substrate because the higher the operating conditions of the high temperature can ensure the filter stability.
  • cellulose is produced by plant photosynthesis, and representative cellulose fibers as main components of the cell membrane of higher plants include cotton, hemp, and rayon.
  • cotton has a high specific gravity, good heat and flame resistance, and is relatively heat stable. It is also hygroscopic, weak against acids but strong against alkalis. It is widely used in a wide range of coating materials due to its excellent hygroscopicity and durability, and many studies have been conducted to overcome disadvantages through functional processing.
  • Flax fiber is 5-6 hexagonal and consists of a fiber yarn with a thick outer shell and a small hollow. It is a natural material that can be used stably even at high temperatures due to its high strength and heat resistance.
  • cellulose fibers such as ramie, hemp, jute, etc.
  • a common feature is that it is composed of a high heat-resistant material, it can be used as a heat-resistant filter substrate that can operate stably at high temperatures.
  • the composite electrospinning apparatus 100 of FIG. 2 includes a bottom-up electrospinning apparatus 110 and a top-down electrospinning apparatus 130, and the bottom-up electrospinning apparatus 110 and the top-down electrospinning apparatus 130 are horizontal. Alternately arranged in succession toward the direction.
  • the bottom-up electrospinning device 110 and the top-down electrospinning device 130 is a spinning solution main tank (111, 131) filled with a polymer spinning solution (not shown) and the spinning solution main tank (111, A metering pump (not shown) for quantitatively supplying the polymer spinning solution filled in 131 and the polymer spinning solution in the spinning solution main tanks 111 and 131 are discharged, and a plurality of nozzles 115 and 135 having a pin shape are provided.
  • Collectors 117 and 137 spaced at regular intervals from the nozzles 115 and 135 in order to accumulate nozzle blocks 113 and 133 which are arranged to be arranged and polymer spinning liquids which are disposed at the lower ends of the nozzles 115 and 135.
  • a voltage generator (not shown) for generating a voltage at the collectors 117 and 137.
  • a high voltage is applied to the spinning solution filled in the spinning solution main tank 111 of the bottom-up electrospinning apparatus 110 through a metering pump.
  • the polymer spinning solution supplied to the nozzles 115 is spun and concentrated on the collector 117 where a high voltage is applied through the nozzles 115 to form a nanofiber web.
  • the nanofibers are manufactured by embossing or needle punching the formed nanofibers.
  • the support 121 in which the polymer spinning solution is injected from the bottom-up electrospinning apparatus 110 and the top-down electrospinning apparatus 130 at the front end of the mixed electrospinning apparatus 100 to form nanofibers (not shown). It is provided with a supply roller 120 for supplying, the rear end is provided with a winding roller 118 for winding the support body 121 in which the nanofibers are laminated.
  • the support 121 in which the polymer spinning solution of the bottom-up electrospinning device 110 and the top-down electrospinning device 130 is stacked is preferably made of a nonwoven fabric or a fabric, but is not limited thereto.
  • the bottom-up electrospinning device 110 and the top-down electrospinning device 130 are arranged to be symmetrical to each other in the up and down directions based on the collectors 117 and 137. That is, in the bottom-up electrospinning apparatus 110, the collector 117 is located at the top of the nozzle 115, and in the top-down electrospinning apparatus 130, the collector 137 is located at the bottom of the nozzle 135.
  • the electrode directions of the collectors 117 and 137 provided in the bottom-up electrospinning apparatus 110 and the top-down electrospinning apparatus 130 are positioned to face each other. That is, the electrode direction of each collector 117 provided in each of the bottom-up electrospinning devices 110 and 110 ′ faces the nozzle block 113 including the plurality of nozzles 115.
  • Located in the bottom of the collector 137 so that the electrode direction of each collector 137 provided in each of the top-down electrospinning device (130, 130 ') toward the nozzle block 133 is provided with a plurality of nozzles 135 It is located on the side.
  • support rollers are provided at both ends of the collectors 117 and 137, respectively, and are integrated in the collectors 117 and 137 through the transfer rollers 119 to stack nanofibers. 13 is conveyed in the horizontal direction. That is, the nanofibers manufactured by stacking the polymer spinning solution sprayed from the nozzle 115 of the bottom-up electrospinning apparatus 110 on the support 121 of the collector 117 are collected in the top-down electrospinning apparatus 130.
  • the feed rollers 119 are provided at both ends of each of the collectors 117 and 137 for horizontally moving upwards and repeatedly and continuously the above-described processes.
  • the polymer spinning solution filled in the spinning solution main tank 111 of the bottom-up electrospinning apparatus 110 is sprayed onto the support 121 of the collector 117 through the nozzle 115, After the polymer spinning solution sprayed on the support 121 of the collector 117 is integrated to form nanofibers, the support 121 in which the nanofibers are laminated is formed through the transfer roller 119.
  • the polymer chamber filled in the spinning solution main tank 131 of the top-down electrospinning apparatus 130 on the support 121 on which the nanofibers transferred onto the collector 137 and stacked on the collector 137 are stacked.
  • Upward electrospinning apparatus (110, 110 ') and top-down electrospinning apparatus (130, 130') are alternately arranged in such a manner that the use liquid is injected through the nozzle (135), and repeatedly performing the above process continuously. The final product is manufactured.
  • a bottom-up electrospinning apparatus 110 is provided at the front end of the complex electrospinning apparatus 100, and a bottom-up electrospinning apparatus 130 is provided at a rear end of the bottom-up electrospinning apparatus 110.
  • the bottom-up electrospinning apparatus (110, 110 ') and the top-down electrospinning apparatus (130, 130') are arranged in sequence, but the top-down electrospinning apparatus (130) at the tip of the composite electrospinning apparatus (100).
  • top-down electrospinning device (130, 130 ') and the bottom-up electrospinning device (110, 110') such that the bottom-up electrospinning device (110) is provided at the rear end of the top-down electrospinning device (130). It is also possible to arrange them in series.
  • two or more bottom-up electrospinning devices 110 are continuously installed at the front end of the complex electrospinning device 100, and two or more bottom-up electrospinning devices 130 are continuously arranged at the rear end thereof.
  • two or more top-down electrospinning devices 130 are continuously arranged at the front end, and two or more bottom-up electrospinning devices 110 are continuously arranged at the rear end thereof.
  • the nanofibers produced while passing through the bottom-up electrospinning apparatus 110 and the top-down electrospinning apparatus 130 of the complex electrospinning apparatus 100 according to the present invention by the structure as described above is the bottom-up electrical to the support 121
  • Polymer spinning solution is injected through the nozzles 115 and 135 of the spinning device 110 and the top-down electrospinning device 130 to deposit nanofibers on the lower and upper surfaces of the support 121 on the collectors 117 and 137.
  • the polymer spinning solution sprayed from the nozzles 115 and 235 of the bottom-up electrospinning apparatus 110 and the top-down electrospinning apparatus 130 is stacked on the support 121 such that the nanofibers are formed in a plurality of layers to form a final nano Fiber products are made.
  • the support 121 in which the polymer spinning solution is injected from the bottom-up electrospinning apparatus 110 and the top-down electrospinning apparatus 130 at the front end of the mixed electrospinning apparatus 100 to form nanofibers (not shown). It is provided with a supply roller 120 for supplying, the rear end is provided with a winding roller 118 for winding the support body 121 in which the nanofibers are laminated.
  • a second spinning solution prepared by dissolving a first polymer in an organic solvent is supplied to a nozzle connected to the first block, and a second spinning solution prepared by dissolving a second polymer in an organic solvent.
  • the first spinning solution and the second spinning solution may be the same or different.
  • a spinning solution main tank (not shown) filled with a spinning solution therein, a metering pump (not shown) for quantitative supply of polymer spinning solution filled in the spinning solution main tank, and a polymer spinning solution is discharged through the metering pump
  • a nozzle block 3 having a plurality of pin-shaped nozzles 2 arranged thereon and a collector 4 spaced at a predetermined interval from the nozzle 2 to accumulate the discharged polymer spinning solution located at the lower end of the nozzle
  • the spinning solution main tank (not shown) is shown as one, when the spinning solution is composed of two or more, provided with two or more spinning solution main tank, or one spinning solution main tank inside It is also possible to divide two or more spaces and supply two or more polymer spinning solutions to each compartment.
  • the electrospinning apparatus 10 uses a bottom-up electrospinning device for spraying the spinning solution upward.
  • the embodiment of the present invention uses a bottom-up electrospinning device for spraying the spinning solution upward as an electrospinning device, a top-down electrospinning device for spraying the spinning solution in the downward direction, or a bottom-up and top-down electrospinning device in combination
  • the combined electrospinning apparatus used together may be used, but is not limited thereto.
  • the electrospinning apparatus 10 is continuously provided in the plurality of nozzles 2 in which the spinning solution filled in the spinning solution main tank in the block 20 is provided with a high voltage through a metering pump.
  • the spinning solution of the polymer which is supplied in a fixed quantity and supplied to the nozzle 2, is radiated and focused on a collector 13 in which a high voltage is applied through the nozzle 2 to form nanofibers (not shown), and the formed nano The fibers are laminated to make a filter.
  • the front end of the electrospinning device 10 is provided with a feed roller 11 for supplying a long sheet of the polymer spinning solution is sprayed from each block 20 to form a nanofiber lamination, the long end of the nanofiber lamination is formed at the rear end A winding roller 12 for winding the sheet is provided.
  • the long sheet is provided to prevent sagging and transport of the nanofibers, and in the present invention, the filter substrate 5 is used as the long sheet, and the polymer spinning solution is laminated and sprayed on the filter substrate 5 to form nanofibers. .
  • the filter substrate 5 is used as a long sheet, but a release paper or a nonwoven fabric may be used, but is not limited thereto.
  • the electrospinning values of the respective blocks 20 are installed in the direction of travel a of radiation on the basis of the collector 4, respectively.
  • the auxiliary belt (6) is provided between each of the collector 4 and the filter substrate (5), respectively, the filter substrate is integrated in each collector (4) through each auxiliary belt (6) to form a nanofiber laminated (5) is conveyed in the horizontal direction. That is, the auxiliary belt 6 rotates in synchronization with the feed rate V of the filter substrate and has a roller 7 for the auxiliary belt for driving the auxiliary belt 6.
  • the roller 7 for the auxiliary belt is an automatic roller having extremely low two or more frictional forces. Since the auxiliary belt 6 is provided between the collector and the filter base material 5, the filter base material 5 is made to be conveyed smoothly without being attracted to the collector to which the high voltage is applied.
  • the spinning solution filled in the spinning solution main tank in the block 20 of the electrospinning device 10 is placed on the filter substrate 5 positioned on the collector 4 through the nozzle 2. Sprayed on, and the spinning solution sprayed on the filter substrate 5 is integrated to form a nanofiber. Then, the auxiliary belt 6 is driven by the rotation of the auxiliary belt rollers 7 provided on both sides of the collector 4 so that the filter substrate 5 is transferred and the block 20 at the rear end of the electrospinning apparatus 10. ) And repeat the above process.
  • the nozzle block 3 includes a plurality of nozzles 2 in which the spinning solution is disposed upward from the discharge port, a tubular body 43 in which the nozzles 2 are arranged in a row, and a spinning solution storage tank 44. And a spinning solution flow pipe 45.
  • the spinning solution storage tank 44 connected to the spinning solution main tank to receive and store the spinning solution stores the discharge amount of the solution through the spinning solution distribution pipe 45 by the metering pump (not shown).
  • Spinning proceeds by supplying spinning solution to
  • the pipe body 43 in which the plurality of nozzles 2 are arranged in a row receives the same spinning solution from the spinning solution storage tank 44, but is provided with a plurality of spinning solution storage tanks and each has a different kind of polymer. It is also possible to supply and spin the spinning solution of different types for each of the tubular body 43.
  • the solution that has not been radiated and overflowed is moved to the overflow solution storage tank 41.
  • the overflow solution storage tank 41 is connected to the spinning solution main tank (not shown) so that the overflow solution can be reused for spinning.
  • the main control device 30 is a device for adjusting the spinning conditions in the overall process of spinning, and controls the amount of spinning solution supplied to the nozzle block (3), the voltage of the voltage supply device (1) for each block 20 Adjusting, it is possible to control the feed rate (V) of each block in accordance with the thickness of the nanofiber and the filter substrate measured by the thickness measuring device (9).
  • the thickness measuring apparatus 9 of the present invention is disposed so as to face each other with the filter substrate 5 having nanofibers laminated on the front and rear ends of the block 20 interposed therebetween.
  • the thickness measuring device 9 is connected to the main control device 30 for controlling the radiation conditions of the electrospinning device 10, the thickness measuring device 9 measures the thickness of the nanofiber and filter substrate (5) Based on a value, the main controller 30 controls the feed rate V of each block 20. For example, in the electrospinning, if the amount of variation in the thickness of the nanofibers discharged for each block 20 is measured thinly, the thickness of the nanofibers is reduced by reducing the feed rate (V) of the block 20 located at the rear end. Adjust it constantly.
  • the main controller 30 increases the discharge amount of the nozzle block 3 and adjusts the intensity of the voltage of the voltage generator 1 to increase the discharge amount of the nanofibers per unit area to uniformly control the thickness of the nanofibers. It is possible.
  • the thickness measuring device 9 includes a thickness measuring unit including a pair of ultrasonic longitudinal and transverse waves measuring methods for measuring the distance to the nanofibers and the filter substrate 5 on which the nanofibers are laminated by ultrasonic measuring methods. 5, which calculates the thickness of the nanofibers and the filter substrate 5 based on the distance measured by the pair of ultrasonic measuring devices. More specifically, the ultrasonic longitudinal wave and the transverse wave are projected together on the filter substrate 5 on which the nanofibers are laminated so that each ultrasonic signal of the longitudinal wave and the transverse wave reciprocates in the filter substrate 5, that is, the propagation of the longitudinal wave and the transverse wave.
  • test results are calculated from a predetermined equation using the temperature constants of the propagation speed and propagation speed of the longitudinal and transverse waves at the measured propagation time of the longitudinal and transverse waves and the reference temperature of the filter substrate 5 on which the nanofibers are laminated. It is a thickness measuring device that calculates the thickness of the carcass.
  • the thickness deviation amount P of the nanofibers when the thickness deviation amount P of the nanofibers is less than a predetermined value, the deviation amount P is not changed from the initial value, and the deviation amount P is a predetermined value.
  • the feed rate V it is also possible to control the feed rate V to be changed from the initial value, thereby simplifying the control of the feed rate V by the feed rate V controller.
  • the discharge amount and voltage intensity of the nozzle block 3 can be adjusted in addition to the control of the feed rate V. When the thickness deviation amount P is less than a predetermined value, the discharge amount and voltage intensity of the nozzle block 3 are adjusted.
  • the deviation amount P is equal to or larger than a predetermined value without changing from the initial value, it is possible to control the discharge amount of the nozzle block 3 and the intensity of the voltage to be changed from the initial value. It becomes possible to simplify the control of the discharge amount and the intensity of the voltage.
  • the block 20 of the electrospinning apparatus 10 is divided into a front end block 20a located at the front end and a rear end block 20b located at the rear end according to the radiation position.
  • the number of blocks is limited to two, but it may be configured as two or more.
  • the same polymer spinning solution is spun in each block 20a, 20b, it is also possible to spin different types of polymer spinning solution in each block, and two or more different in one block. It is also possible for the polymer spinning solution to be spun. In the case of supplying and spinning at least two or more different kinds of spinning solutions for each block 20, different types of polymer nanofibers may be continuously stacked.
  • nanofibers having different fiber thicknesses may be continuously stacked, and the nozzles 2 located in the nozzle block 3 within one block 20 may be formed.
  • a laminating apparatus 19 is provided at the rear end of the electrospinning apparatus 10 of the present invention.
  • the laminating apparatus 19 imparts heat and pressure, and through this, the filter substrate having the nanofibers laminated thereon, ie, the nanofiber filter, is wound around the winding roller 12 to form a nanofiber filter.
  • Electrospinning is performed by the electrospinning method, and the substrate double-sided nanofiber filter media prepared as shown in FIG. 1 shows different stacking of nanofibers depending on the inflow direction of air.
  • the first polymer is electrospun in the air inflow direction of the substrate, and the second polymer is electrospun in the air discharge direction to be laminated.
  • the first polymer is electrospun on the upper surface of the substrate, and the lower surface of the substrate is the air discharge direction, so that the nanofibers are formed on both sides of the substrate by electrospinning the second polymer.
  • the first polymer is metaaramid
  • the second polymer may be one selected from the group consisting of polyacrylonitrile, metaaramid, polyethersulfone, polyimide, polyvinylidene fluoride and polyamide.
  • the first polymer is one selected from the group consisting of polyacrylonitrile, polyethersulfone and polyimide
  • the second polymer is polyacrylonitrile, polyethersulfone, polyimide, metaaramid and polyamide. It may be one selected from the group consisting of.
  • the first polymer is a silane group or a siloxane group homopolymer or a copolymer polymer of silane group or siloxane group
  • the second polymer is polyacrylonitrile, polyethersulfone, polyimide, metaaramid, polyvinylidene It may be one selected from the group consisting of fluoride and polyamide.
  • the said base material is a cellulose base material or a meta aramid base material excellent in heat resistance.
  • the heat resistant polymer resin is composed of a polymer having a melting point of 180 ° C. or more so that the nanofiber layer does not collapse due to melting even if the temperature is continuously increased.
  • the heat resistant polymer resin constituting the heat resistant polymer ultrafine fiber layer may be polyamide, polyimide, polyamideimide, poly (meth-phenylene isophthalamide), polysulfone, polyether ketone, polyetherimide, polyethylene terephthalate.
  • Aromatic polyesters such as polytrimethylene telephthalate, polyethylene naphthalate and the like, polyphosphates such as polytetrafluoroethylene, polydiphenoxyphosphazene, polybis [2- (2-methoxyethoxy) phosphazene] Melting copolymers having a melting point of 180 ° C. or higher, such as polyurethane copolymers including benzenes, polyurethanes and polyetherurethanes, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate and the like.
  • the resin without melting point refers to a resin that burns without undergoing a melting process even when the temperature rises above 180 ° C. It is preferable that the heat resistant polymer resin used in the present invention can be dissolved in an organic solvent for ultrafine fiberization such as electrospinning.
  • the most preferable heat resistant polymer resin is polyacrylonitrile, polyethersulfone, polyimide, metaaramid, polyvinylidene fluoride or polyamide.
  • Meta-aramid is the first high heat-resistant aramid fiber, it can be used at 350 °C in a short time, 210 °C in continuous use, and when exposed to a temperature higher than this has the property of carbonizing without melting or burning like other fibers. Above all, unlike other products that have been flame retardant or fireproof, it does not emit toxic gases or harmful substances even when carbonized and has excellent properties as an eco-friendly fiber.
  • meta-aramid since meta-aramid has a very strong molecular structure, the molecules constituting the fiber are not only strong in nature but also easily oriented in the fiber axial direction in the spinning step, thereby improving crystallinity and improving the strength of the fiber. It can increase.
  • the specific gravity of meta-aramid is characterized in that 1.3 to 1.4 and the weight average molecular weight is preferably 300,000 to 1,000,000. Most preferred weight average molecular weight is 300,000 to 500,000.
  • Meta-oriented aromatic polyamides The polymer should have a fibrous molecular weight and can include polyamide homopolymers, copolymers, and mixtures thereof, which are primarily aromatic.
  • the polymer becomes meta-aramid when two rings or radicals are meta-oriented relative to each other along the molecular chain.
  • the copolymer has up to 10% other diamines substituted with the primary diamine used to form the polymer, or up to 10% other substituted with the primary diacid chloride used to form the polymer. Have diacid chloride.
  • Preferred meta-aramids are poly (meth-phenylene isophthalamide) (MPD-I) and copolymers thereof. One such meta-aramid fiber is Lee. Wilmington, Delaware, USA. Child.
  • the organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the polymer sufficiently and is a solvent applicable to the charge induction spinning method, and when the porous polymer nanofibers are prepared by the charge induction spinning method, the organic solvent is almost removed. Influences on properties can also be used.
  • DMF dimethylformamide
  • DMAc dimethylacetamide
  • Polyacrylonitrile resins are copolymers made from a mixture of acrylonitrile and monomers. Frequently used units are vinyl compounds containing butadiene styrene vinylidene chloride and the like. The same acrylic fiber, of course, contains at least 85% acrylonitrile and modacryl contains 35 to 85% acrylonitrile. When other monomers are included, the desired properties can be obtained, such as an increase in affinity for the dye in the fiber.
  • the weight percent of acrylonitrile monomer in the polymerization of polymer is 3: 4 ratio of the hydrophilic monomer and the hydrophobic monomer in a ratio of 3: 4, and the viscosity is too low for electrospinning when the total monomer subtracts less than 60%. Even if a crosslinking agent is added thereto, it is difficult not only to cause nozzle contamination but also to form a stable jet during electrospinning.
  • the amount of the comonomer is increased in the acrylic polymer, the amount of the crosslinking agent must be added to ensure the stability of electrospinning and to prevent the mechanical properties of the nanofibers from deteriorating.
  • the degree of polymerization of polyacrylonitrile is 1,000 to 1,000,000, preferably 2,000 to 1,000,000.
  • the degree of polymerization is lower than 1,000, the dissolution or swelling in the carbonate-based electrolyte causes a detachment of the electrode from the current collector as the cycle progresses, and the efficiency of the battery tends to be lowered.
  • the hydrophobic monomer is an ethylene compound such as methyl acrylate, ethyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, vinyl acetate, vinylpyrrolidone, vinylidene chloride, vinyl chloride and derivatives thereof. It is preferable to use any one or more selected.
  • the hydrophilic monomer is acrylic acid, allyl alcohol, metaallyl alcohol, hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl acrylate, butanediol monoacrylate, dimethylaminoethyl acrylate, butene tricarboxyl It is preferable to use any one or more selected from ethylene-based compounds such as acid, vinylsulfonic acid, allyl sulfonic acid, metalylsulfonic acid, parastyrene sulfonic acid, and polyhydric acid or derivatives thereof.
  • the initiator used to prepare the acrylonitrile-based polymer may be used as an initiator or a sulfate compound. However, it is generally preferable to use a radical initiator used for a redox reaction.
  • Polyvinylidene fluoride (PVDF) resin is one of fluoro-based polymers, and the fluoro resin contains fluorine and has excellent thermal and chemical properties.
  • the polyvinylidene fluoride comprises a homopolymer of vinylidene fluoride or a copolymer polymer containing at least 50% of vinylidene fluoride in a molar ratio in preparing a spinning solution dissolved in a suitable organic solvent. From the viewpoint of excellent strength of the polyvinylidene fluoride resin, a homopolymer is more preferable.
  • polyvinylidene fluoride resin is a copolymer
  • other known copolymerization monomers copolymerized with vinylidene fluoride monomers are known as appropriate. Although it can select and use, it does not specifically limit, For example, a fluorine monomer, a chlorine monomer, etc. can be used suitably.
  • the weight average molecular weight (Mw) is not specifically limited, It is preferable that it is 10,000-500,000, It is more preferable that it is 50,000-500,000, When the weight average molecular weight of polyvinylidene fluoride resin is less than 10,000, it is nano which comprises a nanofiber. If the fiber cannot obtain sufficient strength and exceeds 500,000, handling of the solution is not easy and the processability is poor, making it difficult to obtain uniform nanofibers.
  • Polyethersulfone is a transparent amorphous resin.
  • the polyether sulfone is amorphous, the physical property decrease due to the temperature rise is small, and the temperature dependence of the flexural modulus is very small and hardly changes at 100 to 200 ° C.
  • the load distortion temperature is 200 to 220 ° C and the glass transition temperature is 225 ° C.
  • the creep resistance up to 180 ° C is the most excellent among thermoplastic resins, and has the characteristics of withstanding hot water or steam of 150 to 160 ° C. Therefore, due to the above characteristics of the polyether sulfone, it is used in optical discs, magnetic discs, electrical, electronic fields, hydrothermal fields, automotive fields, heat-resistant coatings and the like.
  • Polyethersulfone has the characteristics of improving heat resistance and thermal dimensional stability and is not difficult to dissolve in a solvent.
  • the molecular weight of polyether sulfone is a viscosity average molecular weight, and is the range of 8,000-200,000. If the viscosity average molecular weight is less than 8,000, the strength of the molded product is weak and easily withdrawn, which is not preferable. Moreover, when it exceeds 200,000, melt fluidity will worsen easily and it will be hard to obtain a favorable molded object. More preferably, the viscosity is in the range of 400-1,200 cps.
  • Examples of the solvent include dichloromethane, chloroform, tetrahydrohydrofuran, methanol, ethanol, butanol, toluene, xylene, acetone, ethyl acetate, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidinone, dimethylacetamide, and the like. Although it is mentioned, it is not limited to these.
  • Polyimide prepares a spinning solution dissolved in tetrahydrofuran (THF) / dimethylacetamide (DMAc) mixed solvent (THF / DMAc).
  • a polyamic acid (Poly (amic acid), PAA) is synthesized, and dissolved in a (THF / DMAc) mixed solvent of tetrahydrofuran (Tetrahydrofuran, THF) and dimethylacetamide (DMAc) polyamic acid dope (Dope) ), And after preparing polyamic acid nanofibers using electrospinning, polyimide (PI) nanofibers may be prepared through imidization.
  • the polyimide is prepared by a two step reaction.
  • the first step is to prepare a polyamic acid.
  • the polyamic acid proceeds by adding dianhydride to a reaction solution in which diamine is dissolved.
  • the reaction temperature, the water content of the solvent, and the monomers are increased. Purity control is required.
  • organic polar solvents of dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide (DMF) and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) are mainly used.
  • the anhydrides include pyromellyrtic dianhydride (PMDA), benzophenonetetracarboxylicdianhydride (BTDA), 4,4'-oxydiphthalic anhydride (4,4'-oxydiphthalic anhydride, ODPA), biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) and bis (3,4'-dicarboxyphenyl) dimethylsilanedihydride (bis (3,4-dicarboxyphenyl) dimethylsilane dianhydride (SIDA) It can be used to include one.
  • PMDA pyromellyrtic dianhydride
  • BTDA benzophenonetetracarboxylicdianhydride
  • ODPA 4,4'-oxydiphthalic anhydride
  • BPDA biphenyltetracarboxylic dianhydride
  • SIDA bis (3,4'-dicarboxyphenyl) dimethylsilane dianhydride
  • the diamine may be 4,4'-oxydianiline (4,4'-oxydianiline, ODA), paraphenylenediamine (p-penylene diamine, p-PDA) and orthophenylenediamine (o-penylenediamine, o-PDA) may be used.
  • ODA 4,4'-oxydianiline
  • paraphenylenediamine p-penylene diamine, p-PDA
  • orthophenylenediamine o-penylenediamine, o-PDA
  • the second step is a dehydration and ring-closure reaction step for preparing polyimide from polyamic acid.
  • the following four methods are representative.
  • the reprecipitation method is a method of obtaining a solid polyamic acid by adding a polyamic acid solution to an excess poor solvent.
  • Water is mainly used as a reprecipitation solvent, but toluene or ether is used as a cosolvent.
  • the chemical imidization method is a method of chemically imidizing a reaction using a dehydration catalyst such as acetic anhydride / pyridine, and is useful for producing a polyimide film.
  • the thermal imidization method is a method of thermally imidating a polyamic acid solution by heating it to 150 to 200 ° C.
  • the simplest process or crystallinity is high, and the polymer is decomposed because an amine exchange reaction occurs when an amine solvent is used. have.
  • Isocyanate method uses diisocyanate as a monomer instead of diamine, and polyimide is produced while CO 2 gas is generated when the monomer mixture is heated to a temperature of 120 ° C. or higher.
  • the polyamide is selected from the group consisting of polyamide 6, polyamide 66 and polyamide 46, which is divided into aromatic polyamides and aliphatic polyamides, and representative aliphatic polyamides are nylon.
  • Nylon was originally a trademark of DuPont, USA but is currently used as a generic name. Nylon is a hygroscopic polymer and reacts sensitively to temperature. Representative nylons include nylon 6, nylon 66, and nylon 46.
  • nylon 6 has excellent heat resistance, moldability, and chemical resistance properties, and is manufactured by ring-opening polymerization of caprolactam to prepare it.
  • Nylon 6 is because caprolactam has 6 carbon atoms.
  • Nylon 66 has excellent heat resistance, excellent self-extinguishing and abrasion resistance, and is very similar to nylon 6 in general. Nylon 66 is made by the dehydration condensation polymerization of hexamethylenediamine with adipic acid.
  • Nylon 46 is made by polycondensation of tetramethylenediamine with adipic acid.
  • Diaminobutane (DAB) a raw material, is prepared from the reaction between acrylonitrile and hydrogen cyanide.
  • DAB diaminobutane
  • a salt is prepared from DAB and adipic acid, and then a polymerization reaction is carried out under a suitable pressure to be converted into a prepolymer.
  • Prepolymer solid of the prepolymer
  • Prepolymer is treated at about 250 °C in the presence of nitrogen and water vapor to polymerize at a high temperature to produce nylon 46.
  • the inorganic polymer refers to a polymer containing an inorganic element in the polymer main chain or side chain.
  • Inorganic elements are narrowly divided into various metals (aluminum filling the s and p orbits, typical metals such as magnesium, titanium, zirconium, tungsten filling, transition metals such as tungsten, and internal transitions such as the lanthanide-actinium filling the f orbit. Metal), but broadly includes a skeleton formed of elements such as Si, Ge, P, and B, which are nonmetallic inorganic elements.
  • Inorganic polymers are divided into four types:
  • SiC silicon carbide
  • NICALON polycarbosilane
  • the application method of the composite of the inorganic polymer to the polymer is polymer impregnation and pyrolysis (PIP) method, which is made by mixing organic compounds such as PCS with silicon carbide powder to make a slurry, and then turning the slurry into silicon carbide It is a method of obtaining a silicon carbide matrix by penetrating into a fiber preform and pyrolyzing. Recently, attention has been paid to the development of fibers having excellent heat resistance. Therefore, by developing a new organic compound having excellent properties and improving the PIP method, it is possible to produce a silicon carbide matrix with an excellent crystallinity and stoichiometric ratio by increasing the thermal decomposition temperature.
  • PIP polymer impregnation and pyrolysis
  • a spinning solution prepared by dissolving an inorganic polymer (meta aramide) in an acetone solvent is prepared, and the inorganic polymer spinning solution is stored in a spinning solution main tank and metered by a separate metering pump and supplied to the spinning solution dropping device one by one.
  • the number average molecular weight of the inorganic polymer is 5,000 to 100,000, and the number average molecular weight is 10,000 when making nanofibers by mixing or adding other polymers or inorganic materials. It is used in the range of from 100,000 to 100,000.
  • the inorganic polymer is a siloxane group or a siloxane group homopolymer, a copolymer polymer of silane group or siloxane group, monomethacrylate, vinyl, hydride, distearate, bis (12-hydroxy stearate), methoxy , Ethoxylate, propoxylate, diglycidyl ether, monoglycidyl ether, monohydroxy, bis (hydroxyalkyl), chlorine, bis (3-aminopropyl) and bis ((aminoethyl-aminopropyl A polymer including a linking group selected from dimethoxysilyl) ether may be used.
  • the first spinning solution prepared by dissolving the first polymer in an organic solvent is supplied to the spinning solution main tank of the electrospinning apparatus 10, and the first spinning solution supplied to the spinning solution main tank is supplied through a metering pump. It is continuously metered into the plurality of nozzles 2 of the nozzle block 3 to which a high voltage is applied.
  • the first spinning solution supplied to each of the nozzles 2 is sprayed onto the substrate 5 while being radiated and focused on the collector 4 where the high voltage is applied through the nozzles 2 to form the first polymer nanofibers.
  • the substrate on which the first polymer nanofibers are stacked in the front end block 20a of the electrospinning apparatus 10 is a feed roller 11 and the feed roller 11 operated by driving of a motor (not shown). It is conveyed from the front end block 20a into the rear end block 20b by the rotation of the auxiliary belt 6 driven by the rotation of.
  • a staggering device (not shown) is installed to invert the substrate between the front end block 20a and the rear end block 20b so that the upper surface and the lower surface of the base material are transferred from the front end block 20a to the rear end block 20b.
  • the position of the negative will change.
  • the base material of which the upper and lower parts are inverted is positioned at the rear end block 20b, and the spinning solution supplied to the main tank into which the second spinning solution prepared by dissolving the second polymer in the organic solvent is injected.
  • a fixed quantity is continuously supplied in the several nozzle 2 of the nozzle block 3 to which this is given.
  • the front end block 20a is called a first supply device
  • the rear end block 20b is called a second supply device.
  • the first spinning solution and the second spinning solution for storing the spinning solution of the electrospinning of the present invention is entirely sealed It is designed to have a cylindrical shape, and serves to supply the spinning solution continuously injected from the spinning main tank by section.
  • the nozzle block is divided into two sections and each section includes a first and a second supply device.
  • the spinning solution uses a first spinning solution for the first supply device and a second spinning solution for the second supply device. .
  • the first polymer nanofiber is disposed in the air inflow direction and the second polymer nanofiber is disposed in the air discharge direction during the air filter process.
  • gas turbine air filter When gas turbine air filter is used, high temperature air flows in the air inflow direction, so it is possible to extend the life of the filter because it uses high heat resistant polymer.
  • the fiber diameter of the nanofibers of the present invention is 250 to 500nm is a thick nanofiber, the fiber diameter is 50 to 250nm is a thin nanofiber.
  • a high voltage of the rear end block 20b to give a high fiber diameter The thin nanofibers are laminated on a substrate surface on which the nanofibers having a large fiber diameter are not laminated to prepare a filter in which nanofiber layers on both sides of the substrate are formed.
  • nanofibers having a thin fiber thickness are spun from the front end block 20a and nanofibers having a large fiber thickness are spun from the rear end block 20b by varying the voltage intensity.
  • the upper and lower surfaces of the substrate are reversed by a staggering device (not shown) when the collector 4 is transferred from the front end block 20a to the second half block 20b.
  • the bottom-up electrospinning may be manufactured using a nanofiber having a thin fiber diameter in a lower form using a composite electrospinning nanofiber having a large fiber diameter.
  • the length of the section partitioned from the nozzle block can be adjusted according to the thickness of each layer constituting the filter medium.
  • the grounded collector is controlled to move in one direction, and then a continuous process of forming a continuous nanofiber layer is possible.
  • the present invention simplifies the manufacturing process of the double-sided filter media through such a process and increases the production speed. There is.
  • the thickness of the polymer film, the diameter of the fiber, the mechanical properties of the fiber shape, and the like can be arbitrarily adjusted by controlling the electrospinning process conditions such as the applied voltage strength, the type of the polymer solution, the viscosity of the polymer solution, the discharge flow rate, and the like. have.
  • Preferred electrospinning process conditions are that when the spinning solution transferred to the spinning solution supply pipe is discharged to the collector through the multi-tubular nozzle to form fibers, the nanofibers electrospun from the multi-tubular nozzle are sprayed by the air supply nozzles. When spreading widely and being collected on the collector, the collection area becomes wider and the integration density becomes uniform. The excess spinning solution that is not fibrous in the multi-tubular nozzle is collected at the overflow elimination nozzle and then moved back to the spinning solution supply plate through the temporary storage plate of the overflow solution.
  • the speed of air in the air supply nozzle is preferably 0.05 m to 50 m / sec, more preferably 1 to 30 m / sec. If the air velocity is less than 0.05 m / sec, the nanofiber spreading property of the collector is low, and the collection area is not significantly improved. If the air velocity exceeds 50 m / sec, the air velocity is too fast and the nanofibers are collected. Rather, the area focused on is reduced, so that a more serious problem is that not a nanofiber but a thick thread attached to the collector, causing a serious problem that the formation ability of the nanofiber is significantly reduced.
  • the spinning solution oversupplied to the top of the nozzle block is forcibly transferred to the spinning solution main tank by the spinning solution discharge device.
  • a conductor plate and a collector installed at the lower end of the nozzle block are subjected to a voltage of 1 kV or more, more preferably 20 kV or more, generated by the voltage generator. It is more advantageous in terms of productivity to use an endless belt as the collector.
  • the collector is preferably reciprocating a predetermined distance from side to side to make the density of nanofibers uniform.
  • the nanofibers formed on the collector are wound on the winding roller via the web support roller to complete the manufacturing process of the nanofibers.
  • the manufacturing apparatus can make the integration density of nanofibers uniform by widening the trapping area, effectively preventing the droplet phenomenon and improving the quality of the nanofibers, and the fiber forming effect by the electric force is increased, thereby the nanofibers Can be mass produced.
  • the nozzles composed of a plurality of pins in the form of blocks the width and thickness of the nanofibers and filaments can be freely changed and adjusted.
  • the temperature is different depending on the polymer material, but the temperature tolerance is 30 to 40 ° C, and the humidity is most preferably performed under the environmental conditions of 40 to 70%.
  • the diameter of the nanofibers forming the multilayer filter media is preferably 30 to 2000 nm, more preferably 50 to 1500 nm.
  • the third supply device is the average diameter of the fibers constituting the nano nonwoven fabric It should be the melting method of the second nano-nonwoven layer of 100 ⁇ 300nm.
  • the nano nonwoven fabric prepared as shown in FIG. 7 shows a nanolayer nonwoven fabric having a large diameter and a nanolayer nonwoven fabric having a small diameter.
  • the nano nonwoven fabric and the nanofiber fabrication technique are manufactured by fusing different diameters, and thus the nano nonwoven fabric layer is made of a polymer resin material having a dielectric constant of at least a constant to enable electrospinning. It is desirable to.
  • a polyacrylonitrile (PAN) resin or polyamide (nylon 6) is preferable as the polymer resin soluble in an organic solvent including water.
  • PAN polyacrylonitrile
  • nylon polyvinylacetate, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile
  • Polyurethane polybutylene terephthalate, polyvinyl butyral, polyvinyl chloride, polystyreneimine, polysulfone, nitrocellulose and the like.
  • polystyrene, polyvinylidene fluoride, polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile, polyurethane, polyvinylbutyral, polyvinylchloride, polysulfone, nitrocellulose are water and chemical resistance (alkali resistance, Acid resistance, etc.) is good, and can be preferably applied to form a nano nonwoven fabric layer of the water filter.
  • Metaaramid dope was prepared by dissolving metaaramid having a viscosity of 50,000 cps and a solid content of 20% by weight in dimethylacetamide (DMAc) in the first and second sections. Under electrospinning conditions of 40 cm distance between the electrode and the collector, 15 kV applied voltage, 0.1 mL / h of spinning solution flow rate, 22 ° C., and 20% humidity, 3 ⁇ m-thick meta-aramid nanofibers were formed on the meta-aramid substrate at a constant speed.
  • DMAc dimethylacetamide
  • the collector was moved to spin the meta-aramid so as to have a thickness of 3 ⁇ m on the back surface of the substrate on which the meta-aramid nanofibers were not laminated in two sections, and the nanofibers were laminated to form a filter medium in which the nanofibers were laminated on both sides of the substrate.
  • metaaramid having a viscosity of 50,000 cps and a solid content of 20 wt% was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to prepare a metaaramid dope
  • DMAc dimethylacetamide
  • PAA a polyamic acid having a weight average molecular weight of 100,000
  • THF / DMAc tetrahydrofuran
  • DMAc dimethylacetamide
  • Meta-aramid nanofibers having a thickness of 3 ⁇ m were formed on the meta-aramid substrate at a constant speed under the electrospinning conditions of 40 cm between the electrode and the collector, an applied voltage of 15 kV, a spinning solution flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 ° C., and a humidity of 20%.
  • the collector was moved to spun polyamic acid nanofibers to form a nanofiber layer with a thickness of 3 ⁇ m on the back surface of the substrate where the meta-aramid nanofibers were not laminated in two sections, and then formed a nanofiber layer. Imide with the mid nanofibers to form a filter medium in which nanofibers were laminated on both sides of the substrate.
  • metaaramid having a viscosity of 50,000 cps and a solid content of 20% by weight was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to prepare a metaaramid dope
  • DMAc dimethylacetamide
  • a polyethersulfone having a viscosity of 50,000 cps and a solid content of 20% by weight was used. It was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to prepare a polyether sulfone dope.
  • meta-aramid nanofibers Under electrospinning conditions of 40 cm distance between the electrode and the collector, 15 kV applied voltage, 0.1 mL / h of spinning solution flow rate, 22 ° C., and 20% humidity, 3 ⁇ m-thick meta-aramid nanofibers were formed on the meta-aramid substrate at a constant speed.
  • the collector was moved to spun polyethersulfone such that the thickness was 3 ⁇ m on the back surface of the substrate where the meta-aramid nanofibers were not laminated in two sections, and the nanofibers were laminated to form a filter medium in which the nanofibers were laminated on both sides of the substrate.
  • metaaramid with a viscosity of 50,000 cps and a solid content of 20% by weight was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to prepare a metaaramid dope
  • DMAc dimethylacetamide
  • polyacrylonitrile (Hanil Synthesis) having a weight average molecular weight of 157,000. ) was dissolved in dimethylformamide (DMF) to prepare a spinning solution.
  • Three-thick meta-aramid nanofibers were formed on the meta-aramid substrate under electrospinning conditions with a distance of 40 cm between the electrode and the collector, an applied voltage of 15 kV, a spinning solution flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 ° C., and a humidity of 20%.
  • the polyacrylonitrile was spun to have a thickness of 3 ⁇ m on the back surface of the substrate on which the meta-aramid nanofibers were not laminated, and nanofibers were laminated to form a filter medium in which nanofibers were laminated on both sides of the substrate.
  • metaaramid with a viscosity of 50,000 cps and a solid content of 20% by weight was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to prepare a metaaramid dope
  • DMAc dimethylacetamide
  • polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight (Mw) of 500,000 Ride (KYNAR 741) was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) solvent to prepare a spinning solution.
  • the distance between the electrode and the collector was 40 cm, an applied voltage of 15 kV, a spinning solution flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 ° C., and a humidity of 20%.
  • meta-aramid nanofibers Under the electrospinning conditions, 3 ⁇ m-thick meta-aramid nanofibers were formed on the meta-aramid substrate, and the collector moved at a constant speed so that the polyvinylidene was 3 ⁇ m thick on the back surface of the substrate where the meta-aramid nanofibers were not laminated in two sections. Fluoride was radiated to stack nanofibers to form filter media in which nanofibers were laminated on both sides of the substrate.
  • metaaramid with a viscosity of 50,000 cps and a solid content of 20% by weight was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to prepare metaaramid dope, and in the second section, 100% nylon 6 homopolymer, a kind of polyamide, was used.
  • DMAc dimethylacetamide
  • a spinning solution was prepared by dissolving in a solvent having a weight ratio of tetrafluoroacetic acid sheet (TFA) and dichloromethane (Dcm) 5: 5, and the distance between the electrode and the collector was 40 cm, an applied voltage of 15 kV, and a flow rate of the spinning solution was 0.1 mL / h, 3 micrometer-thick metaaramid nanofibers were formed on the metaaramid substrate under electrospinning conditions with a temperature of 22 DEG C and a humidity of 20%, and the collector was moved at a constant speed so that the metaaramide nanofibers were not laminated in two sections.
  • the polyamide was spun to have a thickness of 3 ⁇ m, and nanofibers were laminated to form a filter medium in which nanofibers were laminated on both sides of the substrate.
  • a polyacrylonitrile (Korea Synthesis) having a weight average molecular weight of 157,000 was dissolved in dimethylformamide (DMF) to prepare a spinning solution
  • DMF dimethylformamide
  • metaaramid having a viscosity of 50,000 cps and a solid content of 20% by weight was used as dimethylacetate.
  • Metaaramid dope was prepared by dissolving in dimethylacetamide (DMAc). The distance between the electrode and the collector is 40 cm, an applied voltage of 15 kV, a spinning solution flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 ° C, and a humidity of 20%.
  • the collector moved at a constant speed, and the nano-fibers were spun onto the back surface of the substrate where the polyacrylonitrile nanofibers were not laminated in two sections to have a thickness of 3 ⁇ and an average diameter of 200 nm.
  • the collector moved at a constant speed, and the nano-fibers were spun onto the back surface of the substrate where the polyacrylonitrile nanofibers were not laminated in two sections to have a thickness of 3 ⁇ and an average diameter of 200 nm.
  • polyamic acid (PAA) having a weight average molecular weight of 100,000 was dissolved in a mixed solvent (THF / DMAc) of tetrahydrofuran (THF) and dimethylacetamide (DMAc).
  • a methasan dope was prepared, and in the second section, metaaramid having a viscosity of 50,000 cps and a solid content of 20% by weight was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to prepare a metaaramid dope.
  • the distance between the electrode and the collector was 40 cm, applied voltage 15 kV, spinning solution flow rate 0.1 mL / h, temperature 22 ° C., and electrospinning condition with 20% humidity.
  • the collector moves at a constant speed to form a nanofiber layer by spinning the meta-aramid nanofibers to have a thickness of 3 ⁇ m and an average diameter of 200 nm on the back side of the substrate where the polyamic acid nanofibers are not laminated in two sections.
  • the polyamic acid nanofibers were imidized with polyimide nanofibers to form filter media in which nanofibers were laminated on both sides of the substrate.
  • polyethersulfone having a viscosity of 1,200 cps and a solid content of 20% by weight was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to prepare a polyethersulfone dope
  • DMAc dimethylacetamide
  • a polyacrylonitrile having a weight average molecular weight of 157,000 Hanil Synthetic Fiber
  • DMF dimethylformamide
  • a polyacrylonitrile (Korean Synthesis) having a weight average molecular weight of 157,000 was dissolved in dimethylformamide (DMF) to prepare a spinning solution.
  • the distance between the electrode and the collector is 40 cm, applied voltage 15 kV, spinning solution flow rate 0.1 mL / h, temperature 22 ° C., and electrospinning condition of 20% humidity.
  • the collector moves at a constant speed, and polyacrylonitrile is spun on the back surface of the substrate where polyacrylonitrile nanofibers are not laminated in two sections to have a thickness of 3 ⁇ and an average diameter of 200 nm.
  • the fiber was laminated to form a filter medium in which nanofibers were laminated on both sides of the substrate.
  • polyethersulfone having a viscosity of 1,200 cps and a solid content of 20% by weight was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to prepare polyethersulfone dope
  • DMAc dimethylacetamide
  • nylon 6 which is a kind of polyamide
  • the homopolymer was dissolved in a solvent having a weight ratio of 5: 5 of tetrafluoroacetic acid sheet (TFA) and dichloromethane (Dcm) to prepare a spinning solution.
  • TFA tetrafluoroacetic acid sheet
  • Dcm dichloromethane
  • polysiloxane (DOW CORNINGMB50-010) having a number average molecular weight of 50,000, which is one of the inorganic polymers, was dissolved in an acetone solvent to prepare 20% by mass of polysiloxane dope, and in the second section, a polyamic acid having a weight average molecular weight of 100,000 was used.
  • Poly (amic acid), PAA was dissolved in a mixed solvent (THF / DMAc) of tetrahydrofuran (Tetrahydrofuran, THF) and dimethylacetamide (Dimethylacetamide, DMAc) to prepare a polyamic acid dope (Dope).
  • the distance between the electrode and the collector was 40 cm, an applied voltage of 15 kV, a flow rate of 0.1 mL / h of spinning solution, a temperature of 22 ° C., and a humidity of 20%.
  • the thickness of the polysiloxane nanofibers having a thickness of 3 ⁇ m and an average diameter of 500 nm was 30 gsm.
  • Formed on the meta-aramid substrate and the collector moved at a constant speed to form a nanofiber layer by spinning polyamic acid nanofibers such that the thickness of the microsiloxane nanofibers was not laminated in the second section so that the thickness was 3 ⁇ and the average diameter was 200 nm.
  • the polyamic acid nanofibers were imidized with polyimide nanofibers to form a filter medium in which nanofibers were laminated on both sides of the substrate.
  • polysiloxane (DOW CORNINGMB50-010) having a number average molecular weight of 50,000, which is one of the inorganic polymers, was dissolved in an acetone solvent to prepare 20% by mass of polysiloxane dope, and in the second section, a viscosity of 50,000 cps and a solid content of 20 wt% Metaaramid was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to prepare metaaramid dope.
  • the distance between the electrode and the collector was 40 cm, an applied voltage of 15 kV, a spinning solution flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 ° C., and an electrospinning condition of 20% of humidity.
  • the collector moves at a constant speed, and the meta-aramid nanofibers are laminated by spinning meta-aramid to have a thickness of 3 ⁇ and an average diameter of 200 nm on the back surface of the substrate where the polysiloxane nanofibers are not laminated in the second section.
  • a filter medium in which nanofibers were stacked on both sides of the substrate was formed.
  • polysiloxane (DOW CORNINGMB50-010) having a number average molecular weight of 50,000, which is one of the inorganic polymers, was dissolved in an acetone solvent to prepare 20% by mass of polysiloxane dope, and in the second section, the viscosity was 1,200 cps and 20% by weight of solid content Polyethersulfone was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to dissolve polyethersulfone electrospinning solution (Dope, dope) to prepare a spinning solution.
  • DMAc dimethylacetamide
  • the distance between the electrode and the collector was 40 cm, an applied voltage of 15 kV, a spinning solution flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 ° C., and an electrospinning condition of 20% of humidity.
  • the collector moves at a constant speed, and the nanoether is laminated by spinning polyethersulfone to have a thickness of 3 ⁇ m and an average diameter of 200 nm on the back side of the substrate where the polysiloxane nanofibers are not laminated in the second section.
  • a filter medium in which nanofibers were stacked on both sides was formed.
  • polysiloxane (DOW CORNINGMB50-010) having a number average molecular weight of 50,000, which is one of the inorganic polymers, was dissolved in an acetone solvent to prepare 20% by mass of polysiloxane dope, and in the second section, polyacrylonitrile having a weight average molecular weight of 157,000.
  • Nitrile (Hansyn) was dissolved in dimethylformamide (DMF) to prepare a spinning solution.
  • the distance between the electrode and the collector was 40 cm, applied voltage 15 kV, spinning solution flow rate 0.1 mL / h, temperature 22 ° C., and electrospinning conditions of 20% humidity.
  • the collector moves at a constant speed, and polyacrylonitrile is spun on the back surface of the substrate where the polysiloxane nanofibers are not laminated in two sections so as to have a thickness of 3 ⁇ m and an average diameter of 200 nm.
  • a filter medium in which nanofibers were stacked on both sides was formed.
  • polysiloxane (DOW CORNINGMB50-010) having a number average molecular weight of 50,000, which is one of the inorganic polymers, was dissolved in an acetone solvent to prepare 20% by mass of polysiloxane dope, and in the second section, a weight average molecular weight (Mw) of 500,000 was obtained.
  • a polyvinylidene fluoride (KYNAR 741) was dissolved in a dimethylacetamide (DMAc) solvent to prepare a spinning solution.
  • DMAc dimethylacetamide
  • the distance between the electrode and the collector was 40 cm, an applied voltage of 15 kV, a spinning solution flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 ° C., and an electrospinning condition of 20% of humidity.
  • the nanofibers were formed by spinning a polyvinylidene fluoride spinning solution formed on the aramid substrate and moving the collector at a constant speed so that the thickness of the microsiloxane nanofibers was not laminated in two sections on the back side of the substrate so that the thickness was 3 ⁇ m and the average diameter was 200 nm. Lamination to form a filter medium in which nanofibers were laminated on both sides of the substrate.
  • polysiloxane (DOW CORNINGMB50-010) having a number average molecular weight of 50,000, which is one of the inorganic polymers, is dissolved in an acetone solvent to prepare 20% by mass of polysiloxane dope, and in the second section, 100%, which is a kind of polyamide, A polyamide spinning solution was prepared in which a nylon 6 homopolymer was dissolved in a solvent having a weight ratio of 5: 5 of tetrafluoroacetic acetate (TFA) and dichloromethane (Dcm).
  • TFA tetrafluoroacetic acetate
  • Dcm dichloromethane
  • the distance between the electrode and the collector was 40 cm, an applied voltage of 15 kV, a spinning solution flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 ° C., and an electrospinning condition of 20% of humidity.
  • the collector moves at a constant speed, so that the polyamide spinning solution is spun onto the back side of the substrate where the polysiloxane nanofibers are not laminated in two sections so as to have a thickness of 3 ⁇ and an average diameter of 200 nm.
  • a filter medium in which nanofibers were stacked on both sides was formed.
  • metaaramid with a viscosity of 50,000 cps and a solid content of 20% by weight was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to prepare a metaaramid dope.
  • DMAc dimethylacetamide
  • a 6-micrometer-thick meta-aramid nanofiber was laminated on a meta-aramid substrate having a basis weight of 30 gsm at an electrospinning condition of 40 cm, an applied voltage of 15 kV, a spinning solution flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 ° C, and a humidity of 20%.
  • a filter medium To form a filter medium.
  • the DOP test method was used to measure the filtration efficiency of the filter media prepared in Examples 1 to 17 and Comparative Example 1, and the results are shown in Table 1 below.
  • DOP test method is to measure the dioctyl phthalate (DOP) efficiency by TSI Incorporated's TSI 3160's automated filter analyzer (AFT), which measures the air permeability, filter efficiency and differential pressure of the filter media material. It was able to measure and the target particle diameter was 0.35um.
  • AFT automated filter analyzer
  • the automated analyzer is a device that measures the air velocity, DOP filtration efficiency, air permeability (breathability), etc. by counting the DOP through the filter sheet to make particles of the desired size and is a very important device for high efficiency filters.
  • DOP transmittance (%) 100 (DOP concentration downstream / DOP concentration upstream)
  • the filter media (Examples 1 to 17) in which the nanofibers are formed on both sides of the substrate according to the present invention has a heat shrinkage rate compared to the filter media (Comparative Example 1) in which the nanofibers are formed only on one side of the substrate.
  • DOP transmittance is high, it can be seen that the excellent heat resistance and filtration efficiency.
  • the average diameter of the fibers constituting the nano-nonwoven fabrics of Examples and Comparative Examples was measured using a scanning electron microscope (HITACHI S-4300) and an image analyzer (JVC Digital Camera KY-F70B in software of Image-Pro Plus). Measured. At this time, 10 or more measurement samples were taken and measured and averaged.
  • the spinning solution was prepared by dissolving polyacrylonitrile (HNP) having a molecular weight of 157,000 in a dimethylformamide (DMF) solvent.
  • HNP polyacrylonitrile
  • DMF dimethylformamide
  • the ratio of the weight ratio of the nano nonwoven fabric having an average diameter of 500 nm to the nano nonwoven fabric having a mean diameter of 200 nm on the base film at a flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 ° C., and a humidity of 20% was 85 to 15. And spun.
  • the polyacrylonitrile was dissolved in DMF solvent to prepare a spinning solution.
  • the average diameter of the nano-nonwoven fabric is 500 nm
  • the distance between the electrode and the collector is 40 cm
  • a flow rate of the spinning solution is 0.1 mL / h
  • a temperature of 22 ° C. and humidity.
  • the average diameter of the nano nonwoven fabric is 200 nm
  • the distance between the electrode and the collector is 40 cm
  • the applied voltage 15kV, the spinning solution flow rate 0.1mL / h the temperature 22 ° C, and the humidity 20%.
  • the weight ratio of the nano nonwoven fabric of which the average diameter of the nano nonwoven fabric is 500 nm to the nano nonwoven fabric of which the average diameter of the nano nonwoven fabric is 200 nm was set to 70 to 30.
  • a polyacrylonitrile was dissolved in a DMF solvent to prepare a spinning solution.
  • the average diameter of the nano-nonwoven fabric is 500 nm
  • the distance between the electrode and the collector is 40 cm
  • a spinning solution flow rate of 0.1 mL / h a temperature of 22 ° C.
  • the distance between electrode and collector is 40cm
  • applied voltage 15kV spinning solution flow rate 0.1mL / h
  • temperature 22 °C temperature 22 °C
  • the nonwoven fabric having a mean diameter of 500 nm and a nanononwoven fabric having a mean diameter of 200 nm were spun at a weight ratio of 60 to 40.
  • the polyacrylonitrile was dissolved in DMF solvent to prepare a spinning solution, and the base film under electrospinning conditions with a distance of 40 cm, an applied voltage of 10 kV, a spinning solution flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 ° C., and a humidity of 20%. 100 wt% of the nano nonwoven fabric having an average diameter of 500 nm was spun onto the nonwoven fabric.
  • the polyacrylonitrile was dissolved in DMF solvent to prepare a spinning solution, and the distance between the electrode and the collector was 40 cm, an applied voltage of 15 kV, a spinning solution flow rate of 0.1 mL / h, a temperature of 22 ° C., and a humidity of 20% on the base film under electrospinning conditions. 100 wt% of the nonwoven fabric having an average diameter of the nanononwoven fabric of 200 nm was spun.
  • the air permeability and the pressure drop ratio are set to 100.
  • the best ratio is obtained when the weight ratio of the nano nonwoven fabric of 400 to 700 nm of the composite nano nonwoven fabric to the nano nonwoven fabric of 100 to 300 nm is 60 to 40.

Abstract

본 발명은 종래의 나노섬유 필터가 가지는 낮은 열적 안정성을 해결하기 위하여, 전기방사법을 이용하여 기재 양면에 고분자 나노섬유를 적층형성하여 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 연속적으로 전기방사하여 기재 양면에 고분자 나노섬유를 제조함으로써, 공정효율 및 가격 경쟁력을 갖추고, 고효율 및 내열성이 보장되는 기능성 필터여재를 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재 및 이의 제조방법
본 발명은 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기재 상에 제1 고분자로 이루어지는 제1 방사용액을 전기방사하여 제1 나노섬유를 형성한 후, 상기 제1 나노섬유가 적층형성되어 있지 않은 기재의 이면 상에 제2 고분자로 이루어지는 제2 방사용액을 전기방사하여 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 필터는 유체 속의 이물질을 걸러내는 여과장치로서 액체필터와 에어필터로 나뉜다. 그 중 에어필터는 첨단산업의 발달과 함께 첨단제품의 불량방지를 위해 공기 중의 먼지 등 미립자, 세균이나 곰팡이 등의 생물입자, 박테리아 등과 같은 생물학적으로 유해한 것이 완벽하게 제거된 클린룸(Clean room)의 사용처가 날로 확산되면서 그 수요가 점차 증가하는 추세이다. 클린룸이 적용되는 분야로는 반도체 제조, 전산기기 조립, 테이프 제조, 쇄도장, 병원, 약품제조, 식품가공공장, 농림수산분야 등 광범위하게 사용된다.
또한, 일반적으로 화력발전소에서 사용하는 가스터빈은 외부로부터 정화된 공기를 흡입하여 압축한 뒤, 압축된 공기를 연료와 함께 연소기 내로 분사하여 혼합하고, 혼합된 공기와 연료를 연소시켜 고온, 고압의 연소가스를 얻은 다음, 이 고온, 고압의 연소가스를 터빈의 베인에 분사하여 회전력을 얻는 회전식 내연기관의 일종이다.
이러한 가스터빈은 매우 정밀한 부품으로 구성되어 있기 때문에 주기적인 계획 예방정비를 실시하며, 이때 압축기로 유입되는 대기중의 공기를 정화시켜 주기위한 전처리용으로 에어필터를 사용한다.
에어필터는 가스터빈으로 흡입되는 연소용 공기를 대기 중에서 취할 때 대기 중에 포함된 먼지, 분진 등의 이물질을 제거하여 깨끗이 정화시킨 다음 가스터빈에 공급하는 역할을 하는 것으로, 현재 가스터빈에 사용되는 필터는 높은 온도에 약하며, 이물질이 잘 제거되지 않는 문제점이 있다.
또한, 에어필터는 필터 여재의 표면에 미세다공 구조의 기공층을 형성시킴으로 분진이 여재 내로 침투하지 못하는 기능을 수행하며 여과를 한다. 하지만, 큰 입자들은 필터 여재 표면에 필터 케이크(Filter Cake)로 형성되고, 미세한 입자들은 1차 표면층을 통과하여 필터 여재에 점차 쌓이게 되어 필터의 기공을 막는다. 결국 필터의 기공을 막은 큰 입자들 및 미세 입자들은 필터의 압력손실을 높이고 필터의 수명을 저하시킬 뿐 아니라, 기존의 필터 여재로는 1㎛ 이하 나노사이즈의 미세 오염입자를 필터링하는 것에 어려움이 있었다.
한편, 기존의 에어필터는 필터 여재를 구성하는 섬유집합체에 정전기를 부여하여 입자가 정전기력에 의해 포집되는 원리에 의해 효율이 측정되었다. 그러나 최근 유럽의 에어필터 분류 표준인 EN779는 2012년에 정전기 효과에 의한 필터의 효율을 배제하기로 결정함 따라 기존의 필터의 실제 효율은 20%이상 저하되는 것이 밝혀졌으며. 또한 기존의 내열성 필터의 소재로 사용되었던 유리섬유가 환경에 미치는 악영향으로 인해 유럽과 미국에서는 환경안정성을 위해 유리섬유의 이용을 규제하고 있는 실정이다.
또한, 통상적으로 제조되고 있는 대부분의 마이크로 섬유는 용융방사, 건식방사, 습식방사 등과 같은 방사방식으로 고분자 용액을 기계적인 힘으로 미세구멍을 통해 강제압출 방사시킴으로써 제조된다. 하지만, 이러한 방식으로 제조되는 나노섬유의 직경은 대략 5 내지 500㎛범위를 가지며, 1㎛ 이하의 나노급 섬유를 제조하는 것에는 곤란함이 있다. 그러므로 이렇게 직경이 큰 섬유로 구성된 필터로는 직경이 큰 오염입자는 필터링할 수 있지만, 나노사이즈의 미세 오염입자를 필터링하는 것은 사실상 불가능하다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 나노사이즈의 섬유(부직포)를 제조하기 위한 다양한 방식들이 개발 및 사용되고 있으며, 그 중 유기 나노섬유를 형성하는 방법은 블록 세그먼트에 의한 나노구조 물질 형성, 자기조립에 의한 나노구조 물질형성, 실리카 촉매를 이용한 중합에 의한 나노섬유 형성, 용융방사 후 탄화공정에 의한 나노섬유 형성, 고분자 용액 또는 용융체의 일렉트로스피닝에 의한 나노섬유 형성 등이 있다.
이와 같이 제조되는 나노섬유를 이용하여 나노섬유 필터를 구현할 경우, 직경이 큰 나노섬유 필터에 비해서 비표적이 매우 크고, 표면 작용기에 대한 유연성도 좋으며, 나노급 기공사이즈를 가지므로 유해한 입자나 가스 등을 효율적으로 제거할 수 있다.
하지만, 나노섬유를 이용한 필터 구현은 적지 않은 생산비용이 발생하며, 생산을 위한 여러가지 조건 등을 조절하기가 쉽지 않으므로, 나노섬유를 이용한 필터를 낮은 단가에 생산보급하지 못하는 실정이며, 현재 가스터빈, 용광로 등에 사용되는 필터는 내열성을 요구하고 있다.
또한, 종래의 나노섬유를 방사하는 기술로는 실험실 위주의 소규모 작업라인으로 한정되어있어, 방사구획을 유닛 혹은 블록 개념이 없었으며, 이런 경우 섬유굵기가 일정한 나노섬유만 방사되었다. 이는 필터로 사용할 시 통기도와 수명의 한계를 갖는 한계점이 있다.
본 발명은 내열성이 우수한 기재 양면 나노섬유 필터여재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 연속적인 전기방사법을 이용하여 제조공정이 효율적인 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법을 제공하는 것도 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기재; 상기 기재의 일면 상에 전기방사에 의해 적층형성되는 제1 고분자 나노섬유; 및 상기 제1 고분자 나노섬유가 적층이 되어있지 않은 상기 기재의 이면 상에 적층형성되는 제2 고분자 나노섬유를 포함하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재를 제공한다.
여기서, 상기 제1 고분자 나노섬유는 메타아라미드로 이루어지며, 상기 제2 고분자 나노섬유는 폴리아크릴로니트릴, 메타아라미드, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 상기 제1 고분자 나노섬유는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자로 이루어지며, 상기 제2 고분자 나노섬유는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 메타아라미드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자로 이루어질 수도 있다.
한편, 상기 제1 고분자 나노섬유는 실란기 또는 실록산기 단독 고분자로 이루어지거나, 실란기 또는 실록산기의 공중합체 고분자로 이루어지며, 상기 제2 고분자 나노섬유는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 메타아라미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재는 에어필터 제조공정에 있어서, 공기유입방향으로 제1 고분자 나노섬유를 배치하고, 공기배출방향으로 제2 고분자 나노섬유를 배치하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제1 고분자 나노섬유의 직경은 상기 제2 고분자 나노섬유의 직경보다 굵은 것이 바람직하다.
또한, 상기 기재는 셀룰로오스 기재 또는 메타아라미드 기재인 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명은 기재 양면에 고분자를 전기방사하여 형성된 필터여재의 제조방법에 있어서, 제1 고분자를 유기용매에 용해시켜 제조한 제1 방사용액을 제1 블록에 연결된 노즐에 공급하고, 제2 고분자를 유기용매에 용해시켜 제조한 제2 방사용액을 제2 블록에 연결된 노즐에 공급하는 단계; 상기 제1 블록에 위치한 블록과 연결된 노즐에서 상기 제1 방사용액을 기재의 일면 상에 전기방사하여 제1 고분자 나노섬유를 적층형성하는 단계; 및 상기 제2 블록에 위치한 블록과 연결된 노즐에서 상기 제2 방사용액을 제1 고분자 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재의 이면 상에 연속적으로 전기방사하여 제2 고분자 나노섬유를 적층형성하는 단계를 포함하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법도 제공한다.
여기서, 상기 제1 고분자는 메타아라미드이고, 상기 제2 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 메타아라미드, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있다.
또한, 상기 제1 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종이고, 상기 제2 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 메타아라미드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수도 있다.
한편, 상기 제1 고분자는 실란기 또는 실록산기 단독 고분자이거나, 실란기 또는 실록산기의 공중합체 고분자이고, 상기 제2 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 메타아라미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수도 있다.
또한, 상기 기재는 셀룰로오스 기재 또는 메타아라미드 기재인 것이 바람직하다.
또한, 상기 전기방사는 상향식과 하향식이 복합으로 설계된 하이브리드 전기방사장치를 이용하여 수행되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법은 에어필터 제조공정에 있어서, 공기유입방향으로 섬유의 직경이 굵은 나노섬유를 배치하고, 공기배출방향으로 섬유의 직경이 가는 나노섬유를 배치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기방사는 블록과 블록 사이에 컬렉터 엇갈림장치가 설치되어 있는 전기방사장치를 이용하여 수행되며, 상기 전기방사장치는 상향식 전기방사장치 또는 하향식 전기방사장치인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 기재 양면 나노섬유 필터여재는 내열성이 우수하고, 나노섬유를 구비하여 고효율 필터로의 적용이 용이하며, 기재 양면에 형성되는 나노섬유의 굵기 구배를 줌으로써, 압력손실에 의한 필터 손상을 완화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법은 연속적인 전기방사법을 이용함으로써, 제조공정이 효율적이고 가격경쟁력을 갖출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재를 제조하기 위한 복합식 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 연속식 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 연속식 전기방사장치의 블록을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 연속식 전기방사장치의 두께측정장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 연속식 전기방사장치의 노즐블록 및 노즐을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 복합 나노 부직포의 모식도이다.
도 8은 복합 나노 부직포 종류 마다의 효율에 관한 데이터를 나타낸 것이다.
도 9는 복합 나노 부직포 종류 마다의 공기투과도와 압력강화에 관한 테이터를 나타낸 것이다.
<부호의 설명>
1, 1a, 1b: 전압발생장치, 2, 115, 135: 노즐,
3, 113,133: 노즐블록, 4, 137, 117 : 컬렉터,
5: 기재, 6: 보조벨트,
7: 보조벨트 롤러, 8: 케이스,
9: 두께측정장치, 10: 전기방사장치,
11, 120: 공급롤러, 12, 118: 권취롤러,
19: 라미네이팅 장치, 20, 20a, 20b: 블록,
30: 주제어장치, 41: 오버플로우 용액 저장탱크,
43: 관체, 44: 방사용액 저장탱크,
45: 방사용액 유통 파이프, 200: 메타아라미드 나노섬유,
300: 내열성 고분자 나노섬유, 100 : 복합식 전기방사장치,
121: 지지체, 119 : 이송롤러,
110, 110' : 상향식 전기방사장치, 111, 131 : 주탱크,
130, 130' : 하향식 전기방사장치.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 기재; 상기 기재의 일면 상에 전기방사에 의해 적층형성되는 제1 고분자 나노섬유; 및 상기 제1 고분자 나노섬유가 적층이 되어있지 않은 상기 기재의 이면 상에 적층형성되는 제2 고분자 나노섬유를 포함하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재를 제공한다.
여기서, 상기 제1 고분자 나노섬유는 메타아라미드로 이루어지며, 상기 제2 고분자 나노섬유는 폴리아크릴로니트릴, 메타아라미드, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 상기 제1 고분자 나노섬유는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자로 이루어지며, 상기 제2 고분자 나노섬유는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 메타아라미드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자로 이루어질 수도 있다.
한편, 상기 제1 고분자 나노섬유는 실란기 또는 실록산기 단독 고분자로 이루어지거나, 실란기 또는 실록산기의 공중합체 고분자로 이루어지며, 상기 제2 고분자 나노섬유는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 메타아라미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자로 이루어질 수도 있다.
또한, 본 발명의 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재는 에어필터 제조공정에 있어서, 공기유입방향으로 제1 고분자 나노섬유를 배치하고, 공기배출방향으로 제2 고분자 나노섬유를 배치하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제1 고분자 나노섬유의 직경은 상기 제2 고분자 나노섬유의 직경보다 굵은 것이 바람직하다.
또한, 상기 기재는 내열성이 우수한 셀룰로오스 기재 또는 메타아라미드 기재인 것이 바람직하다.
여기서, 메타아라미드는 벤젠고리가 메타 위치에서 아미드기와 결합된 것으로 강도와 신도는 보통의 나일론과 비슷하나 열에 대한 안정성이 대단히 좋으며, 다른 내열성 소재에 비하여 가볍고 흡수도 어느 정도 가능한 장점을 가지고 있다. 이는 고온의 작동조건일수록 필터 안정성을 확보할 수 있기 때문에 필터 기재로 적절하게 사용할 수 있다.
또한, 셀룰로오스는 식물광합성으로 생산되며 고등식물의 세포막의 주성분으로 대표적인 셀룰로오스 섬유로는 면, 마, 레이온 등이 있다. 우선 면의 경우, 비중이 크며, 내열 및 내연성이 좋아 비교적 열에 안정적인 소재이다. 또한 흡습성이 좋으며 산에는 약하나 알칼리에는 강한 특징을 가진다. 흡습성 및 내구성이 우수하여 광범위한 피복재료로 널리 사용되며, 기능성 가공을 통해 단점을 극복하는 연구가 많이 진행되어 있다. 아마섬유는 5-6각형으로 두꺼운 외피와 작은 중공을 가지는 섬유사로 구성되어 있으며 강도 및 내열성이 높아 고온에서도 안정적으로 사용될 수 있는 천연소재이다. 그 밖에도 모시, 대마, 황마 등의 셀룰로오스 섬유들이 존재하는데, 공통적인 특징은 내열성이 높은 소재로 구성되어 있다는 점이며, 이를 활용하여 고온에서도 안정적으로 작동할 수 있는 내열성 필터 기재로 사용할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 기재 양면 나노섬유 필터여재를 제조하기 위한 전기방사장치에 대하여 도 2, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2의 복합식 전기방사장치(100)는 상향식 전기방사장치(110) 및 하향식 전기방사장치(130)를 포함하여 구성되되, 상기 상향식 전기방사장치(110) 및 하향식 전기방사장치(130)가 수평방향을 향하여 교대로 연속되게 배열설치된다.
여기서, 상기 상향식 전기방사장치(110)와 하향식 전기방사장치(130)는 고분자 방사용액(도번 미도시)이 내부에 충진되는 방사용액 주탱크(111, 131)와 상기 방사용액 주탱크(111, 131) 내에 충진된 고분자 방사용액의 정량 공급을 위한 계량 펌프(미도시)와 상기 방사용액 주탱크(111, 131) 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(115, 135)이 다수 개 배열설치되는 노즐블록(113, 133)과 상기 노즐(115, 135)의 하단에 위치하여 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(115, 135)에서 일정간격 이격되는 컬렉터(117, 137) 및 상기 컬렉터(117, 137)에 전압을 발생시키는 전압 발생장치(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 본 발명에 의한 혼합식 전기방사장치(100)는 상향식 전기방사장치(110)의 방사용액 주탱크(111) 내에 충진되는 방사용액이 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(115) 내에 연속적으로 정량 공급되고, 노즐(115)로 공급되는 고분자 방사용액은 노즐(115)을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(117) 상에 방사, 집속되어 나노섬유 웹을 형성하며, 형성된 나노섬유를 엠보싱 또는 니들펀칭하여 나노섬유를 제조한다.
그리고, 상기 혼합식 전기방사장치(100)의 전단에는 상향식 전기방사장치(110) 및 하향식 전기방사장치(130)에서 고분자 방사용액이 분사되어 나노섬유(미도시)가 적층형성되는 지지체(121)를 공급하는 공급롤러(120)가 구비되고, 후단에는 나노섬유가 적층형성되는 지지체(121)를 권취하기 위한 권취롤러(118)가 구비된다.
여기서, 상기 상향식 전기방사장치(110) 및 하향식 전기방사장치(130)의 고분자 방사용액이 적층되는 지지체(121)는 부직포 또는 직물 등으로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
이때, 상기 상향식 전기방사장치(110)와 하향식 전기방사장치(130)는 컬렉터(117, 137)를 기준으로 그 하, 상방향으로 상호 대칭되게 각각 배열설치된다. 즉, 상기 상향식 전기방사장치(110)는 컬렉터(117)가 노즐(115)의 상단에 위치하고, 상기 하향식 전기방사장치(130)는 컬렉터(137)가 노즐(135)의 하단에 위치한다.
그리고, 상기 상향식 전기방사장치(110) 및 하향식 전기방사장치(130)에 각각 구비되는 컬렉터(117, 137)의 전극방향은 상호 대향되게 위치한다. 즉, 상기 각 상향식 전기방사장치(110, 110')에 구비되는 각 컬렉터(117)의 전극방향은 다수 개의 노즐(115)이 구비되는 노즐블록(113)을 향하도록 컬렉터(117)의 상부면에 위치하고, 상기 각 하향식 전기방사장치(130, 130')에 구비되는 각 컬렉터(137)의 전극방향은 다수 개의 노즐(135)이 구비되는 노즐블록(133)을 향하도록 컬렉터(137)의 하부면에 위치한다.
한편, 상기 각 컬렉터(117, 137)의 양 단부에는 이송롤러(119)가 각각 구비되고, 상기 각 이송롤러(119)를 통하여 각 컬렉터(117, 137)에 집적되어 나노섬유가 적층형성되는 지지체(13)가 수평방향으로 이송된다. 즉, 상기 상향식 전기방사장치(110)의 노즐(115)에서 분사되는 고분자 방사용액을 컬렉터(117)의 지지체(121) 상에 적층형성시켜 제조된 나노섬유를 하향식 전기방사장치(130)의 컬렉터(137) 상으로 수평 이동시킴과 상기한 공정을 반복적 및 연속적으로 진행하기 위한 이송롤러(119)가 상기 각 컬렉터(117, 137)의 양 단부에 각각 구비된다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 상향식 전기방사장치(110)의 방사용액 주탱크(111) 내에 충진된 고분자 방사용액이 노즐(115)을 통하여 컬렉터(117)의 지지체(121) 상에 분사되고, 상기 컬렉터(117)의 지지체(121) 상에 분사된 고분자 방사용액이 집적되면서 나노섬유를 형성한 후 나노섬유가 적층형성된 지지체(121)가 이송롤러(119)를 통하여 하향식 전기방사장치(130)의 컬렉터(137) 상으로 이송되고, 상기 컬렉터(137) 상으로 이송된 나노섬유가 적층된 지지체(121)에 상기 하향식 전기방사장치(130)의 방사용액 주탱크(131) 내에 충진된 고분자 방사용액이 노즐(135)을 통하여 분사되는 등 상향식 전기방사장치(110, 110')와 하향식 전기방사장치(130, 130')가 교대로 연속되게 배열설치되어 상기한 과정을 연속되게 반복적으로 수행하면서 최종 제품이 제조된다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 복합식 전기방사장치(100)의 선단에 상향식 전기방사장치(110)가 구비되고, 상기 상향식 전기방사장치(110)의 후단에 하향식 전기방사장치(130)가 구비되는 등 상향식 전기방사장치(110, 110')와 하향식 전기방사장치(130, 130')의 순서로 연속되게 배열설치되어 있으나, 상기 복합식 전기방사장치(100)의 선단에 하향식 전기방사장치(130)가 구비되고, 상기 하향식 전기방사장치(130)의 후단에 상향식 전기방사장치(110)가 구비되는 등 하향식 전기방사장치(130, 130')와 상향식 전기방사장치(110, 110')의 순서로 연속되게 배열설치되는 것도 가능하다.
또한, 상기 복합식 전기방사장치(100)의 선단에 상향식 전기방사장치(110)가 연속되게 2개 이상으로 배열설치되고, 그 후단에 하향식 전기방사장치(130)가 연속되게 2개 이상으로 배열설치되거나, 선단에 하향식 전기방사장치(130)가 연속되게 2개 이상으로 배열설치되고, 그 후단에 상향식 전기방사장치(110)가 연속되게 2개 이상으로 배열설치되는 것도 가능하다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 본 발명에 의한 복합식 전기방사장치(100)의 상향식 전기방사장치(110) 및 하향식 전기방사장치(130)를 통과하면서 제조되는 나노섬유는 지지체(121)에 상기 상향식 전기방사장치(110) 및 하향식 전기방사장치(130)의 각 노즐(115, 135)을 통하여 고분자 방사용액이 분사되어 컬렉터(117, 137) 상의 지지체(121) 하부면 및 상부면에 나노섬유가 적층형성되는 등 상기 지지체(121)에 상향식 전기방사장치(110) 및 하향식 전기방사장치(130)의 노즐(115, 235)에서 분사되는 고분자 방사용액이 적층되어 나노섬유가 다수 층으로 형성됨으로써 최종 나노섬유 제품이 제조된다.
그리고, 상기 혼합식 전기방사장치(100)의 전단에는 상향식 전기방사장치(110) 및 하향식 전기방사장치(130)에서 고분자 방사용액이 분사되어 나노섬유(미도시)가 적층형성되는 지지체(121)를 공급하는 공급롤러(120)가 구비되고, 후단에는 나노섬유가 적층형성되는 지지체(121)를 권취하기 위한 권취롤러(118)가 구비된다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 제1 고분자를 유기용매에 용해시켜 제조한 제1 방사용액을 제1 블록에 연결된 노즐에 공급하고, 제2 고분자를 유기용매에 용해시켜 제조한 제2 방사용액을 제2 블록에 연결된 노즐에 공급하는 단계; 상기 제1 블록에 위치한 블록과 연결된 노즐에서 상기 제1 방사용액을 기재의 일면 상에 전기방사하여 제1 고분자 나노섬유를 적층형성하는 단계; 및 상기 제2 블록에 위치한 블록과 연결된 노즐에서 상기 제2 방사용액을 제1 고분자 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재의 이면 상에 연속적으로 전기방사하여 제2 고분자 나노섬유를 적층형성하는 단계를 포함하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 제1 방사용액 및 제2 방사용액은 동일할 수도 있으며, 상이할 수도 있다.
또한, 상기 블록은 2개 이상이 가능하다.
도 3과 도 4는 일반적인 연속식 전기방사 장치를 모식도로 표현한 것이다. 방사용액이 내부에 충진되는 방사용액 주탱크(미도시)와 상기 방사용액 주탱크 내에 충진된 고분자 방사용액의 정량 공급을 위한 계량 펌프(도번 미도시), 상기 계량펌프를 통해 고분자 방사용액을 토출 할 수 있는 핀 형태의 노즐(2)이 다수 개 배열된 노즐블록(3)과 상기 노즐의 하단에 위치하여 토출된 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(2)에서 일정간격 이격되는 컬렉터(4) 및 상기 컬렉터에 전압을 발생시키는 전압 발생장치(1)를 그 내부에 수용하는 블록(20), 블록(20)을 둘러싼 전도체 또는 부전도체로 이루어져 있는 케이스(8)를 포함하여 구성된다.
본 발명에서는 방사용액 주탱크(미도시)가 1개로 도시되어 있으나, 방사용액이 2가지 이상으로 구성되는 경우에는, 방사용액 주탱크를 2개 이상으로 구비하거나, 하나의 방사용액 주탱크 내부가 2개 이상의 공간으로 구획되고 각 구획된 공간에 2개 이상의 고분자 방사용액이 충진되어 공급하는 경우도 가능하다.
본 발명에서는 상기 전기방사장치(10)가 방사용액을 상방향으로 분사하는 상향식 전기방사장치를 사용한다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 전기방사장치로 방사용액을 상방향으로 분사하는 상향식 전기방사장치를 사용하나, 방사용액을 하방향으로 분사하는 하향식 전기방사장치나, 상향식과 하향식 전기방사장치를 복합으로 함께 사용하는 복합식 전기방사장치가 사용될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 전기방사장치(10)는 상기 블록(20)내의 방사용액 주탱크에 충진되는 방사용액이 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(2) 내에 연속적으로 정량 공급되고, 상기 노즐(2)로 공급되는 고분자의 방사용액은 노즐(2)를 통해 높은 전압이 걸려 있는 컬렉터(13) 상에 방사 및 집속되어 나노섬유(미도시)를 형성하며, 형성된 나노섬유를 라미네이팅하여 필터로 제조한다.
그리고 전기방사장치(10) 전단에는 각 블록(20)에서 고분자 방사용액이 분사되어 나노섬유가 적층형성되는 장척시트를 공급하는 공급롤러(11)가 구비되고, 후단에는 나노섬유가 적층형성되는 장척시트를 권취하기 위한 권취롤러(12)가 구비된다.
상기 장척시트는 나노섬유의 처짐 방지 및 이송을 위하여 구비되는 것으로서 본 발명에서는 장척시트로 필터 기재(5)를 사용하며, 필터 기재(5) 상에 고분자 방사용액이 적층분사되어 나노섬유가 형성된다.
본 발명의 실시예에서는 필터 기재(5)가 장척시트로 사용되었으나, 이형지나 부직포 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
각 블록(20)의 전기방사장치는 컬렉터(4)를 기준으로 각각 방사의 진행방향(a)으로 설치된다. 또한, 상기 각 컬렉터(4)와 필터 기재(5) 사이에 보조벨트(6)가 각각 구비되고, 각 보조벨트(6)를 통하여 각 컬렉터(4)에 집적되어 나노섬유가 적층형성되는 필터 기재(5)가 수평방향으로 이송된다. 즉, 보조벨트(6)는 필터 기재의 이송속도(V)에 동기하여 회전하고, 보조벨트(6)를 구동하기 위한 보조벨트용 롤러(7)를 갖는다. 보조벨트용 롤러(7)는 2개 이상의 마찰력이 극히 적은 자동 롤러이다. 컬렉터와 필터 기재(5)와의 사이에 보조벨트(6)가 구비되기 때문에, 필터 기재(5)는 고전압이 인가되어 있는 컬렉터에 끌어 당겨지는 일이 없이 부드럽게 이송되도록 이루어진다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 전기방사장치(10)의 블록(20) 내의 방사용액 주탱크 내에 충진된 방사용액이 노즐(2)을 통하여 컬렉터(4) 상에 위치한 필터 기재(5)상에 분사되고, 상기 필터 기재(5) 상에 분사된 방사용액이 집적되면서 나노섬유를 적층형성한다. 그리고 상기 컬렉터(4)의 양측에 구비되는 보조벨트용 롤러(7)의 회전에 의해 보조벨트(6)가 구동되어 필터 기재(5)가 이송되면서 전기방사장치(10) 후단에 있는 블록(20) 내에 위치되어 상기한 공정을 반복적으로 수행한다.
한편, 노즐블록(3)은 도 5에서 나타내는 바와 같이 방사용액을 토출구로부터 상향 배치되는 복수의 노즐(2), 노즐(2)이 일렬로 구성되는 관체(43), 방사용액 저장탱크(44) 및 방사용액 유통 파이프(45)로 구성된다.
먼저, 방사용액 주탱크와 연결되어 방사용액을 공급받아 저장하는 방사용액 저장탱크(44)는 용액의 토출량을 상기 계량 펌프(미도시)에 의해 방사용액 유통 파이프(45)를 통하여 노즐(2)에 방사용액을 공급하여 방사가 진행된다. 여기서, 복수의 노즐(2)이 일렬로 구성되는 관체(43)는 상기 방사용액 저장탱크(44)로부터 동일한 방사용액을 공급받지만, 방사용액 저장탱크를 복수로 구비하고 각각에 서로 다른 종류의 고분자를 저장하여 관체(43)마다 서로 종류가 다른 방사용액을 공급 및 방사하는 것도 가능하다.
상기 복수의 노즐(2)의 토출구로부터 방사될 때, 방사되지 못하고 오버플로우된 용액은 오버플로우 용액 저장탱크(41)에 이동된다. 상기 오버플로우 용액 저장탱크(41)는 방사용액 주탱크(미도시)에 연결되어 있어 오버플로우 용액은 방사에 재이용될 수 있다.
주제어장치(30)는 방사 전반의 과정에서 방사조건을 조절하는 장치로서, 노즐블록(3)에 공급되는 방사용액의 양을 제어하고, 각 블록(20)마다 전압공급장치(1)의 전압을 조절하며, 두께측정장치(9)에 의해 측정된 나노섬유 및 필터 기재의 두께에 따라서 각 블록의 이송속도(V)를 제어를 할 수 있다.
본 발명의 두께측정장치(9)는 블록(20)의 전단부 및 후단부에 위치하고 나노섬유가 적층형성된 필터 기재(5)를 사이에 두고 마주보게 설치되어 있다. 상기 두께측정장치(9)는 전기방사장치(10)의 방사조건을 조절하는 주제어장치(30)에 연결되어 있어, 상기 두께측정장치(9)가 나노섬유 및 필터 기재(5)의 두께를 측정한 값을 기초로 하여 주제어장치(30)에서는 각 블록(20)의 이송속도(V)를 제어하도록 한다. 예를 들면, 전기방사에 있어서 각 블록(20)마다 토출된 나노섬유의 두께의 편차량이 얇게 측정이 되면, 후단부에 위치한 블록(20)의 이송속도(V)를 감소시켜 나노섬유의 두께를 일정하게 조절한다. 또한 상기 주제어장치(30)가 노즐블록(3)의 토출량을 증가시키고 전압 발생장치(1) 전압의 세기를 조절하여 단위 면적당의 나노섬유의 토출량을 증대시켜 나노섬유의 두께를 균일하게 조절하는 것이 가능하다.
상기 두께측정장치(9)는 초음파 측정방식에 의해 상기 나노섬유가 적층 형성된 나노섬유 및 필터 기재(5)까지의 거리를 측정하는 한 쌍의 초음파 종파와 횡파의 측정방식으로 이루어지는 두께측정부를 구비하고, 상기 한 쌍의 초음파 측정장치에 의해 측정된 거리를 기초로 하여 상기 나노섬유 및 필터 기재(5)의 두께를 산출하는 것으로 이는 도 5에 도시되어 있다. 보다 상세하게는, 나노섬유가 적층된 필터 기재(5)에 초음파 종파와 횡파를 함께 투사하여 종파와 횡파의 각 초음파 신호가 필터 기재(5)에서 왕복 이동하는 시간, 즉 종파와 횡파의 각 전파시간을 측정한 뒤, 상기 측정된 종파와 횡파의 전파시간과 나노섬유가 적층된 필터 기재(5)의 기준온도에서 종파와 횡파의 전파속도 및 전파속도의 온도상수를 이용하는 소정의 연산식으로부터 피검사체의 두께를 계산하는 두께측정장치이다.
본 발명에 이용되는 전기방사장치(10)는 나노섬유의 두께 편차량(P)이 소정의 값 미만인 경우에는 이송속도(V)를 초기 값으로부터 변화시키지 않고, 상기 편차량(P)이 소정값 이상인 경우에는 이송속도(V)를 초기 값으로부터 변화시키도록 제어하는 것도 가능하기 때문에, 이송속도(V) 제어장치에 의한 이송속도(V)의 제어를 단순화하는 것이 가능해진다. 또한, 이송속도(V)의 제어 외에도 노즐블록(3)의 토출량과 전압의 세기도 조절할 수 있어서, 두께 편차량(P)이 소정의 값 미만인 경우에는 노즐블록(3) 토출량과 전압의 세기를 초기 값으로부터 변화시키지 않고, 상기 편차량(P)이 소정의 값 이상인 경우에는 노즐블록(3)의 토출량과 전압의 세기를 초기 값으로부터 변화시키도록 제어하는 것이 가능하기 때문에, 노즐블록(3) 토출량과 전압의 세기의 제어를 단순화하는 것이 가능해진다.
한편, 전기방사장치(10)의 블록(20)은 방사위치에 따라 전단부에 위치한 전단부 블록(20a)과 후단부에 위치한 후단부 블록(20b)으로 구분된다. 본 발명의 일 실시예에서는 블록의 개수를 2개로 한정하고 있으나, 2개 이상 혹은 1개로 구성되는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에서는 각 블록(20a, 20b)에서 같은 고분자 방사용액을 방사하고 있으나, 각 블록마다 서로 다른 종류의 고분자 방사용액을 각각 방사하는 경우도 가능하며, 어느 한 블록 내에서 2가지 이상의 다른 고분자 방사용액이 방사되는 것도 가능하다. 각 블록(20)마다 적어도 2종 이상의 서로 다른 종류의 방사용액을 각각 공급하여 방사하는 경우에는 서로 다른 종류의 고분자 나노섬유가 연속적으로 적층형성되는 것이 가능하다.
이외에도, 사용되는 방사용액의 고분자 종류를 2가지 이상으로 구성하여 하이브리드 나노섬유를 제조하는 것도 가능할 것이다.
또한, 각 블록(20)마다 부여하는 전압의 세기를 달리하여 섬유굵기가 서로 다른 나노섬유가 연속적으로 적층형성되는 것도 가능하며, 한 블록(20) 내에서도 노즐블록(3)의 위치하는 노즐(2)마다 서로 다른 고분자 방사용액을 공급하여 2가지 이상의 고분자가 함께 전기방사되어 적층형성되는 하이브리드 나노섬유를 형성하는 것도 가능할 것이다.
한편, 본 발명의 전기방사장치(10)의 후단부에서는 라미네이팅 장치(19)가 설치되어 있다. 상기 라미네이팅 장치(19)는 열과 압력을 부여하며 이를 통하여 나노섬유가 적층형성된 필터 기재, 즉 나노섬유 필터는 권취롤러(12)에 권취되어 나노섬유 필터가 형성된다.
상기 전기방사 방법으로 전기방사를 실시하여, 도 1에서 도시된 것과 같이 제조된 기재 양면 나노섬유 필터여재는 공기의 유입방향에 따라 나노섬유의 적층을 상이하게 보이고 있다.
본 발명의 나노섬유를 이용한 필터 구현시 기재의 공기유입방향으로 제1 고분자를 전기방사하고, 공기 배출 방향으로 제2 고분자를 전기방사하여 적층시킨다.
더욱더 간단히 설명하면, 기재 윗면이 공기유입방향으로 하였을 때, 기재 윗면에 제1 고분자를 전기방사하고, 기재 아랫면은 공기배출방향이 되므로 제2 고분자를 전기방사하여 기재 양면에 나노섬유가 형성되는 것을 말한다.
여기서, 상기 상기 제1 고분자는 메타아라미드이고, 상기 제2 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 메타아라미드, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있다.
또한, 상기 제1 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종이고, 상기 제2 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 메타아라미드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수도 있다.
한편, 상기 제1 고분자는 실란기 또는 실록산기 단독 고분자이거나, 실란기 또는 실록산기의 공중합체 고분자이고, 상기 제2 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 메타아라미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수도 있다.
또한, 상기 기재는 내열성이 우수한 셀룰로오스 기재 또는 메타아라미드 기재인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에서 사용되는 제1 고분자 및 제2 고분자에 대해 설명한다.
먼저, 내열성 고분자 수지는 온도가 지속적으로 상승하더라도 나노섬유층이 용융에 의해 붕괴가 되지 않도록 융점이 180℃ 이상인 폴리머로 구성되어 있다. 예를 들면, 내열성 고분자 초극세 섬유층을 구성하는 내열성 고분자 수지는 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]과 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등과 같이 융점이 180℃ 이상이거나 융점이 없는 수지들이다. 융점이 없는 수지라 함은 온도가 180℃ 이상으로 올라가더라도 녹는 과정을 겪지 않고 타버리는 수지를 말한다. 본 발명에서 사용되는 내열성 고분자 수지는 전기방사와 같은 초극세 섬유화를 위하여 유기용매에 용해될 수 있으면 바람직하다.
상기 내열성 고분자 수지 중 본 발명에서는 가장 바람직한 내열성 고분자 수지는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 메타아라미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 또는 폴리아미드이다.
메타아라미드는 최초의 고내열성 아라미드 섬유로서, 단시간내에는 350℃, 연속 사용시에는 210℃에서 사용이 가능하며, 이 이상의 온도에 노출되면 다른 섬유와 같이 녹거나 연소되지 않고 탄화되는 성질을 가지고 있다. 무엇보다 방염이나 내화처리를 한 다른 제품들과는 달리, 탄화시에도 유독가스나 유해물질을 배출하지 않아 친환경 섬유로도 우수한 성질을 지니고 있다.
또한, 메타아라미드는 섬유를 구성하는 분자 자체가 매우 견고한 분자구조를 가지고 있기 때문에, 본래 가지고 있는 강도가 강할 뿐만 아니라 방사단계에서 섬유 축방향으로 분자가 쉽게 배향되어 결정성을 향상시켜 섬유의 강도를 높일 수 있다.
일반적으로 메타아라미드의 비중은 1.3 내지 1.4인 것을 특징으로 하며 중량평균 분자량이 300,000 내지 1,000,000인 것이 바람직하다. 가장 바람직한 중량평균분자량은 300,000 내지 500,000이다. 메타-배향된 방향족 폴리아미드를 포함한다. 중합체는 섬유형성 분자량을 가져야하며, 주로 방향족인 폴리아미드 단일중합체, 공중합체 및 그 혼합물을 포함할 수 있다.
여기서 아미드(-CONH-) 결합의 적어도 85%는 2개의 방향족 고리에 직접 부착된다. 고리는 비치환되거나 치환될 수 있다. 중합체는 2개의 고리 또는 라디칼이 분자쇄를 따라 서로에 대하여 메타 배향될 때 메타-아라미드가 된다. 바람직하게는, 공중합체는 중합체를 형성하는 데 사용된 일차 다이아민을 치환한 10% 이하의 다른 다이아민, 또는 중합체를 형성하는 데 사용된 일차 이산(diacid) 클로라이드를 치환한 10% 이하의 다른 이산 클로라이드를 가진다. 바람직한 메타-아라미드는 폴리(메타-페닐렌 아이소프탈아미드)(MPD-I) 및 그 공중합체이다. 하나의 그러한 메타-아라미드 섬유는 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E. I. du Pont de Nemours and Company)로부터 입수가능한 노멕스(Nomex)(등록상표) 아라미드 섬유이지만, 메타-아라미드 섬유는 일본 도쿄 소재의 테이진 리미티드(Teijin Ltd.)로부터 입수가능한 상표명 테이진코넥스(Tejinconex)(등록상표); 중국 산동성 소재의 얀타이 스판덱스 컴퍼니 리미티드(Yantai Spandex Co. Ltd)로부터 입수가능한 뉴스타(NewStar)(등록상표) 메타-아라미드; 및 중국 광동의 신후이 소재의 광동 차밍 케미칼 컴퍼니 리미티드(Guangdong Charming Chemical Co. Ltd.)로부터 입수가능한 친퍼넥스(Chinfunex)(등록상표) 아라미드 1313 등 다양한 스타일로 입수가능하다.
상기 유기 용매는 고분자를 충분히 용해할 수 있고, 전하유도 방사법에 적용 가능한 용매이면 특별히 제한되지 아니할 뿐만 아니라, 전하유도 방사법에 의해 다공성 고분자 나노섬유를 제조할 때, 유기용매는 거의 제거되기 때문에 전지의 특성에 영향을 미치는 것도 사용될 수 있다. 예를 들어 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 1,4-부티로락톤, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 디메틸설폭사이드, 에틸렌카보네이트, 에틸메틸카보네이트, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 폴리에틸렌설포란, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 아세톤, 알코올 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
폴리아크릴로니트릴에 주로 사용되는 용매인 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc)로 용해시킨 방사용액을 제조한다.
폴리아크릴로니트릴 수지는 아크릴로니트릴과 단위체의 혼합물로부터 만들어지는 공중합체이다. 자주 사용되는 단위체는 부타디엔스티렌염화비닐리덴을 포함하는 비닐 화합물 등이다. 물론 같은 아크릴 섬유는 최소한 85%의 아크릴로니트릴을, 모드아크릴은 35 내지 85%의 아크릴로니트릴을 포함하고 있다. 다른 단위체가 포함되면 섬유의 염료에 대한 친화력이 증가하는 등의 원하는 성질을 얻을 수 있다.
더 상세하게는 아크릴로니트릴계 공중합체 및 방사용액을 제조하는데에 있어서. 아크릴로니트릴계 공중합체를 사용하여 제조하는 경우, 전기방사법으로 극세섬유를 제조하는 과정에서 노즐오염이 적고 전기방사성이 우수하며, 용매에 대한 용해도를 증가시킴과 동시에 보다 좋은 기계적 물성을 부여할 수 있다.
아크릴로니트릴 단량체, 소수성 단량체 및 친수성 단량체의 사용량을 만족시키는 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 고분자 중합 시 아크릴로니트릴 단랑체의 중량%는 친수성 단량체의 중량%와 소수성 단량체의 중량%이 3:4 비율로 하여 전체 단량체에서 뺀 값이 60%보다 적을 경우 전기방사하기에 점도가 너무 낮으며 여기에 가교제를 투입하더라도 노즐오염의 유발은 물론 전기방사시 안정적인 젯(JET)형성이 어렵다. 또한 99%이상일 경우 방사점도가 너무 높아 방사가 어렵고 여기에 점도를 낮출 수 있는 첨가제를 투입하더라도 극세섬유의 직경이 굵어지고 전기방사의 생산성이 너무 낮아 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.
또한, 아크릴계 고분자에서 공단량체의 양이 많이 투입될수록 가교제의 양도 많이 투입되어야만 전기방사의 안정성이 확보되고 나노섬유의 기계적 물성 저하를 방지할 수 있다.
폴리아크릴로니트릴의 중합도는 1,000 내지 1,000,000이며, 바람직하게는 2,000 내지 1,000,000인 것을 특징으로 한다. 중합도가 1,000이하로 낮으면 카보네이트계 전해액에 용해되거나 팽윤되어 사이클이 진행될수록 집전체로부터 전극의 탈리를 유발시켜 전지의 효율이 낮아지는 경향이 있으며, 중합도가 1,000,000이상으로 높으면 음극 내 전기저항이 높아지며, 전극 혼합물의 점도를 상승시켜 다루기 어려운 단점이 있다.
상기 소수성 단량체는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 비닐아세테이트, 비닐피롤리돈, 비닐리덴클로라이드, 비닐클로라이드 등의 에틸렌계 화합물 및 그의 유도체에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 친수성 단량체는 아크릴산, 알릴알콜, 메타알릴알콜, 하이드록시에틸아크릴레이트, 하이드록시에틸메타크릴레이트, 하이드록시프로필아크릴레이트, 부탄디올모노아크릴레이트, 디메틸아미노에틸아크릴레이트, 부텐트리카르복실산, 비닐술폰산, 알릴 술폰산, 메탈릴술폰산, 파라스티렌술폰산 등의 에틸렌계 화합물 및 다가산 또는 그들의 유도체에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 아크릴로니트릴계 고분자를 제조하기 위하여 사용하는 개시제로는 아조계 화합물 또는 설페이트 화합물을 사용해도 큰 지장은 없으나 일반적으로 산화환원 반응에 이용되는 라디칼 개시제를 사용하는 것이 좋다.
폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지는 플루오로 계열의 고분자 중 하나로, 플루오로 수지는 플루오린을 함유하여 열적, 화학적 성질이 우수하다. 폴리비닐리덴플루오라이드는 적절한 유기 용매에 용해시킨 방사용액을 제조함에 있어서, 폴리비닐리덴플루오라이드는 불화비닐리덴의 호모폴리머, 또는 불화비닐리덴을 몰비로 50% 이상 함유하는 공중합폴리머를 포함하는 것으로서, 폴리비닐리덴플루오라이드 수지의 강도가 우수한 관점에서 호모폴리머인 것이 보다 바람직하며, 폴리비닐리덴플루오라이드 수지가 공중합폴리머인 경우, 불화비닐리덴모노머와 공중합되는 다른 공중합모노머로서는, 공지의 것을 적절하게 선택하여 이용할 수 있고, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 불소계 모노머나 염소계 모노머 등을 적합하게 이용할 수 있다.
중량 평균 분자량(Mw)은, 특별히 한정되지 않지만, 10,000 내지 500,000인 것이 바람직하고, 50,000 내지 500,000인 것이 보다 바람직하고, 폴리비닐리덴플루오라이드 수지의 중량평균분자량이 10,000 미만인 경우에는 나노섬유를 이루는 나노섬유가 충분한 강도를 얻을 수 없고, 500,000을 초과하는 경우에는 용액취급이 용이하지 않고, 공정성이 나빠 균일한 나노섬유를 얻기 어렵게 된다.
폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES)는 투명한 비정성 수지이다.
즉, 폴리에테르설폰(PES)는 비정성이기 때문에 온도상승에 의한 물성저하가 적고, 굴곡 탄성률의 온도 의존성이 대단히 작아서 100 내지 200℃에서 거의 변하지 않는다. 하중왜곡 온도는 200 내지 220℃이고, 유리 전이온도는 225℃이다. 또한 180℃까지의 내크립성은 열가소성 수지 중에서 가장 우수하며, 150 내지 160℃의 열수나 스팀에서 견디는 특성을 가진다. 따라서 폴리에테르설폰의 위와 같은 특성으로 인해, 광학디스크, 자기디스크, 전기, 전자분야, 열수 분야, 자동차 분야, 내열 도료용 등에 사용된다.
폴리에테르설폰은 내열 특성이나 열 치수안정성의 향상을 가진 특성을 가지고 있으며, 어렵지 않게 용매에 용해된다. 폴리에테르설폰의 분자량은, 점도평균분자량으로, 8,000 내지 200,000의 범위이다. 점도평균분자량이 8,000보다 작으면 성형물의 강도가 약하여 쉽게 물러져 바람직하지 않다. 또한, 200,000을 넘으면 용융유동 성이 나빠지기 쉬워, 양호한 성형 물건을 얻기 힘들다. 보다 바람직하게는 점도는 400 내지 1,200cps의 범위이다. 용매로서는, 다이클로로메탄, 클로로폼, 테토로하이드로퓨란, 메탄올, 에탄올, 부탄올, 톨루엔, 자일렌, 아세톤, 초산에틸, 다이메틸폼아마이드, N-메틸-2-피롤리디논, 디메틸아세트아미드 등을 들 수 있지만 이것들로 한정되는 것은 아니다.
폴리이미드는 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF)/디메틸아세트아마이드(Dimethylacetamide, DMAc) 혼합용매(THF/DMAc)에 용해시킨 방사용액을 제조한다.
본 발명에서는 폴리아믹산(Poly(amic acid), PAA)을 합성하고, 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF)과 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)의 (THF/DMAc) 혼합용매에 녹여 폴리아믹산 도프(Dope)를 제조하고, 전기방사를 이용한 폴리아믹산 나노섬유를 제조한 후, 이미드화(Imidization)를 통한 폴리이미드(Polyimide, PI) 나노섬유를 제조할 수 있다.
상기 폴리이미드는 2단계 반응에 의해 제조된다.
제1단계는 폴리아믹산의 제조단계로서, 폴리아믹산는 다이아민(Diamine)이 용해된 반응용액에 디안하이드라이드(Dianhydride)를 첨가하여 진행되며, 중합도를 높이기 위해서는 반응온도, 용매의 수분 함유량 및 단량체의 순도 조절 등이 요구된다. 이 단계에서 사용되는 용매로는 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF) 및 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)의 유기 극성 용매가 주로 사용된다. 상기 무수물로는 피로메릴틱디안하이드라이드(Pyromellyrtic dianhydride, PMDA), 벤조페논테트라카복시디안하이드라이드(Benzophenonetetracarboxylicdianhydride, BTDA), 4,4'-옥시디프탈릭안하이드라이드(4,4'-oxydiphthalic anhydride, ODPA), 바이페닐테트라카복실릭디안하이드라이드(biphenyltetracarboxylic dianhydride, BPDA) 및 비스(3,4'-디카복시페닐)디메틸실란디안하이드라이드(bis (3,4-dicarboxyphenyl) dimethylsilane dianhydride, SIDA) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 디아민으로는 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline, ODA), 파라페닐렌디아민(p-penylene diamine, p-PDA) 및 오르쏘페닐렌디아민(o-penylenediamine, o-PDA) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
[반응식 1]
Figure PCTKR2014001573-appb-I000001
제2단계는 폴리아믹산로부터 폴리이미드를 제조하는 탈수, 폐환 반응 단계로서 다음의 4가지 방법이 대표적이다.
재침법은 과량의 빈용매(Poor solvent)에 폴리아믹산 용액을 투입하여 고체상의 폴리아믹산를 얻는 방법으로, 재침 용매로는 주로 물을 이용하지만, 톨루엔 또는 에테르 등을 공용매로 사용한다.
화학적 이미드화법은 아세틱안하이드라이드/피리딘(Acetic anhydride/pyridine) 등의 탈수 촉매를 이용하여 화학적으로 이미드화 반응을 수행하는 방법으로, 폴리이미드 필름의 제조에 유용하다.
열적 이미드화 방법은 폴리아믹산용액을 150 내지 200℃로 가열하여 열적으로 이미드화하는 방법으로, 가장 간단한 공정이나 결정화도가 높고, 아민계 용제를 사용할 시 아민교환반응이 일어나기 때문에 중합체가 분해되는 단점이 있다.
이소시아네이트(Isocyanate)법은 디아민 대신 디이소시아네이트를 단량체로 사용하며, 단량체 혼합물을 120℃ 이상의 온도로 가열하면 CO2 가스가 발생하면서 폴리이미드가 제조되는 방법이다.
[반응식 2]
Figure PCTKR2014001573-appb-I000002
폴리아미드는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66 및 폴리아미드 46으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것으로 방향족 폴리아미드와 지방족 폴리아미드로 구분이 되는데, 대표적인 지방족 폴리아미드는 나일론(Nylon)이 있다. 나일론은 원래 미국 듀폰 사의 상표이지만 현재는 일반명으로 사용된다. 나일론은 흡습성 고분자이며, 온도에 민감하게 반응한다. 대표적인 나일론으로는 나일론 6, 나일론 66, 및 나일론 46이 있다.
먼저, 나일론 6은 내열성 및 성형성, 내약품성이 우수한 특성이 있으며, 이를 제조하기 위해서는 카프로락탐(Caprolactam)의 개환 중합으로 제조된다. 나일론 6이라고 하는 것은 카프로락탐의 탄소수가 6개이기 때문이다.
나일론 66은 내열성이 매우 우수하고, 자기소화성 및 내마모성이 우수하며 전반적으로 나일론 6과 그 특성이 매우 비슷하다. 나일론 66은 헥사메틸렌디아민과 아디프산의 탈수축합 중합반응으로 만들어진다.
나일론 46은 테트라메틸렌디아민과 아디프산의 중축합으로 제조된다. 원료인 디아미노부탄(DAB)을 아크릴로니트릴과 시안화수소와의 반응으로부터 제조하고 중합조작에서는 첫단계로 DAB와 아디프산으로부터 염을 만든 다음 적당한 압력 하에서 중합반응을 행하여 프리폴리머(Prepolymer)로 전환하고, 이 프리폴리머(Prepolymer)의 고체를 질소와 수증기 존재 하에서 약 250℃로 처리하면 고온상에서 고분자화 되어 나일론 46이 제조된다.
또한, 무기 고분자는 무기원소를 고분자 주사슬 또는 곁사슬에 포함하는 고분자를 일컫는다. 여기서 무기원소는 좁게는 각종 금속(s와 p궤도를 채우는 알루미늄, 마그네슘과 같은 전형금속, d궤도를 채우는 티타늄, 지르코늄, 텅스텐과 같은 전이금속, f궤도를 채우는 란탄족-악티늄족과 같은 내부전이금속)만을 의미하지만, 넓게는 비금속계 무기원소인 Si, Ge, P, B 등의 원소들로 골격을 이룬 것도 포함한다.
무기 고분자는 다음과 같은 네 가지 유형으로 나뉜다.
첫째, 무기 성분이 유기 고분자의 곁사슬에 포함된 경우로서 유기 고분자의 성질은 거의 유지한 채, 곁사슬에 포함된 무기성분의 성질 또한 나타내는 경우, 둘째, 무기 원소가 고분자 주사슬의 골격에 탄소와 함께 도입되거나 단독으로 도입된 경우, 셋째, 세라믹 제조를 위한 전구체 역할을 하도록 설계된 유기-무기 혼성고분자인 경우, 넷째, 순수하게 무기 성분만으로 구성된 망상구조 또는 격자구조를 가지는 이온화합물의 경우가 있다.
무기 고분자에 관심을 갖기 시작한 데에는 1980년대 중반 닛폰카본(Nippon Carbon)의 야지마(Yajima)가 폴리카보실란(Polycarbosilane, PCS)을 이용하여 합성한 탄화규소(SiC)섬유(상품명: NICALON)를 시판한 것이 계기가 되었다. 현재까지는 그리 많은 활용이 있지는 않지만, 향후 우주항공 및 원자력 분야 뿐 아니라 일반 산업분야의 내열성 분야에서 응용이 기대되는 제품이다. 무기 고분자의 복합체로의 응용 방법은 폴리머 함침 및 피롤리시스(Polymer Impregnation and Pyrolysis, PIP)법이 있는데, 이는 PCS와 같은 유기화합물을 탄화규소 분말과 혼합하여 슬러리를 만든 후, 이 슬러리를 탄화규소 섬유 프리폼에 침투시켜 열분해시킴으로서 탄화규소 기지상을 얻는 방법이다. 최근에는 내열성이 우수한 섬유의 개발이 주목되고 있기 때문에, 특성이 우수한 새로운 유기화합물을 개발하여 PIP법을 개선하면, 열분해온도를 높여 결정성 및 화학양론비가 우수한 탄화규소 기지상을 제조할 수 있다.
상기 본 발명의 무기 고분자를 전기방사하여 무기계 고분자 나노섬유을 제조하는 방법을 살펴본다.
우선 무기 고분자(Meta aramide)를 아세톤 용매에 용해시킨 방사용액을 제조하고, 방사용액 주탱크 내에 상기 무기 고분자 방사액을 보관, 별도의 계량펌프로 계량하여 정량씩 방사용액 드롭장치로 공급한다.
무기 고분자로 나노섬유을 만들거나, 복합막의 활성층의 제조에 이용하는 경우, 상기 무기 고분자의 수평균분자량은 5,000 내지 100,000이고, 다른 고분자 또는 무기재료에 혼합하거나 첨가하여 나노섬유을 만드는 경우에는 수평균분자량이 10,000 내지 100,000인 범위에서 사용한다.
상기 무기 고분자는 실록산기 또는 실록산기 단독고분자이거나, 실란기 또는 실록산기의 공중합체 고분자와 모노메타크릴레이트, 비닐, 하이드라이드, 디스테아레이트, 비스(12-하이드록시-스테아레이트), 메톡시, 에톡시레이트, 프로폭시레이트, 디글리시딜 에테르, 모노글리시딜 에테르, 모노하이드록시, 비스(하이드록시알킬), 클로린, 비스(3-아미노프로필) 및 비스((아미노에틸-아미노프로필)디메톡시실릴)에테르 중에서 선택된 결합기가 포함된 고분자를 사용할 수 있다.
이하, 전술한 바와 같은 제1 고분자 및 제2 고분자를 사용하여 필터여재를 제조하는 방법을 상세하게 설명한다.
먼저, 제1 고분자를 유기용매에 용해시켜 제조한 제1 방사용액을 전기방사장치(10)의 방사용액 주탱크에 공급하고, 상기 방사용액 주탱크에 공급된 제1 방사용액은 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 노즐블록(3)의 다수의 노즐(2) 내에 연속적으로 정량 공급된다.
상기 각 노즐(2) 공급되는 제1 방사용액은 노즐(2)을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(4)상에 방사 및 집속되면서 기재(5)에 분사되어 제1 고분자 나노섬유를 형성한다. 여기서 상기 전기방사 장치(10)의 전단부 블록(20a) 내에서 제1 고분자 나노섬유가 적층되는 기재는 모터(미도시)의 구동에 의해 동작되는 공급 롤러(11) 및 상기 공급롤러(11)의 회전에 의해 구동하는 보조벨트(6)의 회전에 의해 전단부 블록(20a)에서 후단부 블록(20b) 내로 이송된다.
이때, 전단부 블록(20a)에서 후단부 블록(20b)사이 기재를 뒤집는 엇갈림장치(미도시)가 설치되어 전단부 블록(20a)에서 후단부 블록(20b)로 이송될때 기재의 상면부와 하면부의 위치가 바뀌게 된다.
상면부와 하면부의 위치가 뒤바뀐 기재는 후단부 블록(20b)에서 제2 고분자를 유기용매에 용해시켜 제조한 제2 방사용액이 주입되어 있는 주탱크에 공급된 방사용액은 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 노즐블록(3)의 다수의 노즐(2) 내에 연속적으로 정량 공급된다.
이 때, 전단부 블록(20a)는 제1공급장치라고 하며, 후단부 블록(20b)은 제2공급장치라고 한다.
더욱더 상세하게는, 본 발명의 전기 방사의 방사용액을 보관하는 제1및 제2주탱크에는 상기 제1 방사용액과 제2 방사용액을 각각 보관하며, 상기 제1 및 제2 공급장치는 전체적으로 밀폐된 원통의 형상을 갖도록 설계되어 방사액 주탱크로부터 연속적으로 주입되는 방사용액을 구간 별로 각각 공급하는 역할을 한다. 노즐블록을 2개 구간으로 구획하고 각각의 구간에 제1 및 제2 공급장치를 구비하여 방사액은 각각 제1공급장치에는 제1 방사용액을, 제2공급장치에는 제2 방사용액을 사용한다.
제조된 기재 양면의 내열성 나노섬유 필터는 에어필터 공정시 제1 고분자 나노섬유가 공기 유입방향에 배치하며 공기배출방향에는 제2 고분자 나노섬유를 배치한다. 가스터빈 에어필터 사용시 공기유입방향에 높은 온도의 공기가 유입되기 때문에 내열성이 좋은 고분자를 사용하므로 필터의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 나노섬유의 섬유직경이 250 내지 500nm는 굵은 나노섬유이며, 섬유직경이 50 내지 250nm는 가는 나노섬유이다.
본 발명에서는 전기방사장치(10)의 전단부 블록(20a)의 전압을 낮게 부여하여 섬유직경이 굵은 나노섬유를 기재 상에 적층형성시키고, 후단부 블록(20b)의 전압은 높게 부여하여 섬유직경이 가는 나노섬유를 상기 섬유직경이 굵은 나노섬유가 적층되지 않은 기재면에 적층형성함으로 기재 양면의 나노섬유층이 형성된 필터를 제조한다. 그러나 전압의 세기를 달리하여 섬유굵기가 가는 나노섬유가 전단부 블록(20a)에서 방사되고 섬유굵기가 굵은 나노섬유가 후단부 블록(20b)에서 방사되는 경우도 가능하다. 또한 전단부 블록(20a)에서 후반부 블록(20b)로 컬렉터(4)가 이송시 엇갈림장치(미도시)에 의해 기재의 상하면이 뒤바뀌게 된다.
또는, 본 발명에서는 상향식 전기방사는 섬유직경이 가는 나노섬유를 하양식에서는 섬유직경이 굵은 나노 섬유를 복합식 전기방사장치를 이용하여 제조할 수 있다.
상기 노즐블록에서 구획된 구간의 길이는 필터여재를 구성하는 각각의 층의 두께에 따라 조절이 가능하다.
또한, 접지된 콜렉터는 일방향으로 이동되도록 제어한 후 연속적인 나노섬유층을 형성하는 연속 공정이 가능하게 하는데, 본 발명은 이러한 공정을 통하여 양면 필터여재의 제조 공정이 단순해지며 생산 속도가 증가하는 효과가 있다.
그리고, 고분자 막의 두께, 섬유의 직경, 섬유의 형상의 기계적 특성 등은 인가되는 전압의 세기, 고분자 용액의 종류, 고분자 용액의 점도, 토출 유량 등과 같은 전기방사 공정 조건을 제어하는 것을 통하여 임의로 조절할 수 있다.
바람직한 전기 방사 공정 조건은 방사용액 공급관으로 이송된 방사용액이 다중관상노즐을 통해 컬렉터로 토출되어 섬유를 형성할 때, 다중관상노즐로부터 전기방사되는 나노섬유가 공기공급용 노즐에서 분사되는 공기에 의해 넓게 퍼지면서 컬렉터상에 포집되면 포집면적이 넓어지고 집적밀도가 균일해진다. 다중관상노즐에서 섬유화되지 못한 과잉 방사용액은 오버플로 제거용 노즐에서 수집된 후, 오버플로액의 임시저장판을 거쳐 방사용액 공급판으로 다시 이동하게 된다.
나노섬유를 제조하고자 할 경우에는 공기공급용 노즐에서 공기의 속도는 0.05m 내지 50m/sec, 보다 바람직하기로는 1 내지 30m/sec인 것이 좋다. 공기의 속도가 0.05m/sec 미만인 경우에는 컬렉터에 포집된 나노섬유 퍼짐성이 낮아서 포집면적이 크게 향상되지 않고, 공기의 속도가 50m/sec를 초과하는 경우에는 공기의 속도가 너무 빨라 나노섬유가 컬렉터에 집속되는 면적이 오히려 감소되어, 더욱 심각한 문제는 나노섬유가 아니라 굵은 실타래 형태로 컬렉터에 부착되어 나노섬유의 형성능이 현저하게 저하된다는 심각한 문제가 발생된다.
아울러, 노즐블록 최상부에 과잉 공급된 방사용액은 방사용액 배출장치에 의해 방사용액 주탱크로 강제 이송된다.
이때 전기력에 의한 섬유형성을 촉진하기 위하여 노즐블록 하단부에 설치된 도전체판과 컬렉터에는 전압발생장치에서 발생된 1kV 이상, 더욱 좋기로는 20kV 이상의 전압을 걸어준다. 상기 컬렉터로는 앤드레스 (Endless) 벨트를 사용하는 것이 생산성 측면에서 더욱 유리하다. 상기 컬렉터는 나노섬유의 밀도를 균일하게 하기 위하여 좌우로 일정거리를 왕복운동하는 것이 바람직하다.
이와 같이 컬렉터 상에 형성된 나노섬유는 웹 지지로울러를 거쳐서 권취로울러에 권취되면 나노섬유의 제조공정이 완료된다.
상기 제조장치는 포집면적을 넓혀 나노섬유의 집적 밀도를 균일하게 할 수 있으며, 드롭렛(Droplet) 현상을 효과적으로 방지하여 나노섬유의 품질을 향상시킬 수 있고, 전기력에 의한 섬유형성 효과가 높아져 나노섬유를 대량 생산할 수 있다. 아울러 다수개의 핀으로 구성되는 노즐들을 블록형태로 배열함으로써 나노섬유 및 필라멘트의 폭 및 두께를 자유롭게 변경, 조절 할 수 있다.
또한, 상기와 같이 고분자를 방사하는 경우 고분자 물질에 따라 상이하나 온도 허용범위는 30 내지 40℃, 습도는 40 내지 70%의 환경조건에서 방사를 하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에서 다층 필터여재를 형성하는 나노섬유의 직경은 30 내지 2000nm인 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 50 내지 1500nm이다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 필터용 하이브리드 복합 나노 부직포의 제조방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 제 1 공급장치에 충진된 제 1 고분자를 유기용매에 용해시켜 제조한 용액을 기본 필름 윗면에 전기방사하여 제 1 나노 부직포를 형성하는 단계; 제 2 공급장치에 충진된 제 2 고분자를 유기용매에 용해시켜 제조한 용액을 상기 기본필름 아래면에 전기방사하여 제 2 나노 부직포을 적층하는 단계; 제 3 공급장치에 충진된 제 3 고분자를 유기용매에 용해시켜 제조한 용액을 상기 제 1 나노 부직포 위에 방사하는 단계를 포함하는 하이브리드 복합 나노 부직포의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 제조방법 예시로 제 1 공급장치에서 나노 부직포를 구성하는 섬유의 평균직경이 400~700nm인 제 1 나노 부직포의 용융 방식이면, 제 3 공급장치는 나노 부직포를 구성하는 섬유의 평균직경이 100~300nm인 제 2 나노 부직포층의 용융방식이어야 한다.
도 7에서 도시된 것과 같이 제조된 나노 부직포는 직경이 큰 나노 부직포와 직경이 작은 나노 부직포가 격층으로 적층된 형태를 보여주고 있다.
본 발명의 나노 부직포를 이용한 필터 구현시 직경이 다른 나노 부직포 기술과 나노 섬유 제조기술을 융합하여 제조하므로, 나노 부직포층은 전기방사가 가능하도록 하는 일정 이상의 유전상수를 가지는 고분자 수지 재질로 소재를 구현하는 것이 바람직하다.
복합전기방사기에서 전기방사가 가능한 합성수지 재질로서 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리비닐리덴플루라이드, 나일론, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리부틸렌텔레프탈레이트, 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에티렌이민, 폴리술폰, 폴리올레핀 등이 있으며, 그중 폴리프로필렌(PP)재질을 소재로 하는 것이 바람직하다.
나노 부직포층을 구성하는 일정 이상의 유전상수를 가지는 고분자 수지로는 물을 포함한 유기용매에 용해 가능한 고분자수지로서, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile: PAN)수지 또는 폴리아미드(나일론 6)가 바람직하다.물을 포함한 유기용매에 용해 가능한 고분자 수지의 다른 일 예로는 폴리비닐알콜, 폴리스티렌, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐리덴플루라이드, 나일론, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에티렌이민, 폴리술폰, 니트로셀룰로오스 등도 포함된다. 그 다른 일예들중 폴리스티렌, 폴리비닐리덴플루라이드, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리술폰, 니트로셀룰로오스는 내수성 및 내화학성(내알카리성, 내산성 등)이 좋아서 정수용 필터의 나노 부직포층을 구성하는데에 바람직하게 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
[실시예 1]
제1구간과 제2구간에 점도 50,000cps, 고형분 20중량%의 메타아라미드를 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)에 녹여 메타아라미드 도프를 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께의 메타아라미드 나노섬유를 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 메타아라미드 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재 이면에 두께가 3㎛가 되도록 메타아라미드를 방사하여 나노섬유를 적층하여 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 2]
제1구간에는 점도 50,000cps, 고형분 20중량%의 메타아라미드를 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)에 녹여 메타아라미드 도프를 제조하고, 제2구간에는 중량평균분자량이 100,000인 폴리아믹산(Poly(amic acid), PAA)를 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF)과 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)의 혼합용매(THF/DMAc)에 녹여 폴리아믹산 도프(Dope)를 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛ 두께의 메타아라미드 나노섬유를 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 메타아라미드 나노섬유가 적층되어 있지 않는 기재 이면에 두께가 3㎛ 되도록 폴리아믹산 나노섬유를 방사하여 나노섬유층을 형성한 후, 200℃에서 가열을 시켜 폴리아믹산 나노섬유를 폴리이미드 나노섬유로 이미드화 시켜 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 3]
제1구간에는 점도 50,000cps, 고형분 20중량%의 메타아라미드를 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)에 녹여 메타아라미드 도프를 제조하고, 제2구간에는 점도 50,000cps, 고형분 20중량%의 폴리에테르설폰을 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)에 녹여 폴리에테르설폰 도프를 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께의 메타아라미드 나노섬유를 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 메타아라미드 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재 이면에 두께가 3㎛가 되도록 폴리에테르설폰을 방사하여 나노섬유를 적층하여 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 4]
제1구간에는 점도 50,000cps, 고형분 20중량%의 메타아라미드를 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)에 녹여 메타아라미드 도프를 제조하고, 제2구간에는 중량평균 분자량이 157,000인 폴리아크릴로니트릴(한일합성)을 디메틸포름아마이드(DMF)에 용해시켜 방사용액을 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3두께의 메타아라미드 나노섬유를 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 메타아라미드 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재 이면에 두께가 3㎛가 되도록 폴리아크릴로니트릴을 방사하여 나노섬유를 적층하여 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 5]
제1구간에는 점도 50,000cps, 고형분 20중량%의 메타아라미드를 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)에 녹여 메타아라미드 도프를 제조하고,제2구간에는 중량평균분자량(Mw) 500,000을 가진 폴리비닐리덴플루오라이드(KYNAR 741)를 디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매에 용해시켜 방사용액을 제조하고, 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께의 메타아라미드 나노섬유를 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 메타아라미드 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재 이면에 두께가 3㎛가 되도록 폴리비닐리덴플루오라이드를 방사하여 나노섬유를 적층하여 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 6]
제1구간에는 점도 50,000cps, 고형분 20중량%의 메타아라미드를 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)에 녹여 메타아라미드 도프를 제조하고, 제2구간에는 폴리아미드의 한 종류인 100% 나일론 6 단독중합체를 테트라플루오로아세틱에시트(TFA)와 디클로로메탄(Dcm)의 무게비 5:5의 용매에 용해시켜 방사용액을 제조하고, 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께의 메타아라미드 나노섬유를 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 메타아라미드 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재 이면에 두께가 3㎛가 되도록 폴리아미드를 방사하여 나노섬유를 적층하여 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 7]
제1구간에는 중량평균 분자량이 157,000인 폴리아크릴로니트릴(한일합성)을 디메틸포름아마이드(DMF)에 용해시켜 방사용액을 제조하고 제2구간에 점도 50,000cps, 고형분 20중량%의 메타아라미드을 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)에 녹여 메타아라미드 도프를 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께, 평균 직경이 200nm인 폴리아크릴로니트릴 나노섬유를 평량이 30gsm인 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 폴리아크릴로니트릴 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재 이면에 두께가 3㎛, 평균 직경이 200nm가 되도록 메타아라미드를 방사하여 나노섬유를 적층하여 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 8]
제1구간에는 중량평균분자량이 100,000인 폴리아믹산(Poly(amic acid), PAA)를 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF)과 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)의 혼합용매(THF/DMAc)에 녹여 폴리아믹산 도프(Dope)를 제조하고 제2구간에는 점도 50,000cps, 고형분 20중량%의 메타아라미드를 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)에 녹여 메타아라미드 도프를 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께, 평균 직경이 500nm인 폴리아믹산 나노섬유를 평량이 30gsm인 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 폴리아믹산 나노섬유가 적층되어 있지 않는 기재 이면에 두께가 3㎛, 평균 직경이 200nm가 되도록 메타아라미드 나노섬유를 방사하여 나노섬유층을 형성한 후, 200℃에서 가열을 시켜 폴리아믹산 나노섬유를 폴리이미드 나노섬유로 이미드화 시켜 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재을 형성하였다.
[실시예 9]
제1구간에는 점도 1,200cps, 고형분 20중량%의 폴리에테르설폰을 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)에 녹여 폴리에테르설폰 도프를 제조하고, 제2구간에는 중량평균 분자량이 157,000인 폴리아크릴로니트릴(한일합섬)을 디메틸포름아마이드(DMF)에 용해시켜 방사용액을 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께, 평균 직경이 500nm인 폴리에테르설폰 나노섬유를 평량이 30gsm인 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 폴리에테르설폰 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재 이면에 두께가 3㎛, 평균 직경이 200nm가 되도록 폴리아크릴로니트릴을 방사하여 나노섬유를 적층하여, 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 10]
제1구간과 제2구간에는 중량평균 분자량이 157,000인 폴리아크릴로니트릴(한일합성)을 디메틸포름아마이드(DMF)에 용해시켜 방사용액을 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께, 평균 직경이 500nm인 폴리아크릴로니트릴 나노섬유를 평량이 30gsm인 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 폴리아크릴로니트릴 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재 이면에 두께가 3㎛, 평균 직경이 200nm이 되도록 폴리아크릴로니트릴를 방사하여 나노섬유를 적층하여 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 11]
제1구간에는 점도 1,200cps, 고형분 20중량%의 폴리에테르설폰을 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)에 용해시켜 폴리에테르설폰 도프를 제조하고, 제2구간에는 폴리아미드의 한 종류인 100% 나일론 6 단독중합체를 테트라플루오로아세틱에시트(TFA)와 디클로로메탄(Dcm)의 무게비 5:5의 용매에 용해시켜 방사용액을 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께, 평균 직경이 500nm인 폴리에테르설폰 나노섬유를 평량이 30gsm인 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 폴리에테르설폰 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재 이면에 두께가 3㎛, 평균 직경이 200nm가 되도록 폴리아미드를 방사하여 나노섬유를 적층하여 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 12]
제1구간에는 무기 고분자 중 하나인 수평균분자량이 50,000인 폴리실록산(DOW CORNINGMB50-010)을 아세톤 용매에 용해시켜 20질량%의 폴리실록산 도프를 제조하고, 제2구간에는 중량평균분자량이 100,000인 폴리아믹산(Poly(amic acid), PAA)를 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF)과 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)의 혼합용매(THF/DMAc)에 녹여 폴리아믹산 도프(Dope)를 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 두께가 3㎛, 평균 직경이 500nm의 폴리실록산 나노섬유를 평량이 30gsm인 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 제2구간에서 폴리실록산 나노섬유가 적층되어 있지 않는 기재 이면에 두께가 3㎛, 평균 직경이 200nm 되도록 폴리아믹산 나노섬유를 방사하여 나노섬유층을 형성한 후, 200℃에서 가열을 시켜 폴리아믹산 나노섬유를 폴리이미드 나노섬유로 이미드화 시켜 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 13]
제1구간에는 무기 고분자 중 하나인 수평균분자량이 50,000인 폴리실록산(DOW CORNINGMB50-010)을 아세톤 용매에 용해시켜 20질량%의 폴리실록산 도프를 제조하고 제2구간에는 점도 50,000cps, 고형분 20중량%의 메타아라미드를 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)에 녹여 메타아라미드 도프를 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께, 평균 직경이 500nm인 폴리실록산 방사용액을 평량이 30gsm인 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 제2구간에서 폴리실록산 나노섬유가 적층되어 있지 않는 기재 이면에 두께가 3㎛, 평균 직경이 200nm가 되도록 메타아라미드를 방사하여 메타아라미드 나노섬유를 적층하여 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 14]
제1구간에는 무기 고분자 중 하나인 수평균분자량이 50,000인 폴리실록산(DOW CORNINGMB50-010)을 아세톤 용매에 용해시켜 20질량%의 폴리실록산 도프를 제조하고, 제2구간에는 점도 1,200cps, 고형분 20중량%의 폴리에테르설폰을 디메틸아세트아마이드(Dimethylacetamide, DMAc)에 녹여 폴리에테르설폰 전기방사 용액(Dope, 도프)을 용해시켜 방사용액을 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께, 평균 직경이 500nm인 폴리실록산 나노섬유를 평량이 30gsm인 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 제2구간에서 폴리실록산 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재 이면에 두께가 3㎛, 평균 직경이 200nm가 되도록 폴리에테르설폰을 방사하여 나노섬유를 적층하여 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 15]
제1구간에는 무기 고분자 중 하나인 수평균분자량이 50,000인 폴리실록산(DOW CORNINGMB50-010)을 아세톤 용매에 용해시켜 20질량%의 폴리실록산 도프를 제조하고 제2구간에는 중량평균 분자량이 157,000인 폴리아크릴로니트릴(한일합성)을 디메틸포름아마이드(DMF)에 용해시켜 방사용액을 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께, 평균 직경이 500nm인 폴리실록산 나노섬유를 메타아라미드 평량이 30gsm인 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 폴리실록산 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재 이면에 두께가 3㎛, 평균 직경이 200nm인가 되도록 폴리아크릴로니트릴을 방사하여 나노섬유를 적층하여 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 16]
제1구간에는 무기 고분자 중 하나인 수평균분자량이 50,000인 폴리실록산(DOW CORNINGMB50-010)을 아세톤 용매에 용해시켜 20질량%의 폴리실록산 도프를 제조하고, 제2구간에는 중량평균분자량(Mw) 500,000을 가진 폴리비닐리덴플루오라이드(KYNAR 741)를 디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매에 용해시켜 방사용액을 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께, 평균 직경이 500nm의 폴리실록산 나노섬유를 평량이 30gsm인 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 폴리실록산 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재 이면에 두께가 3㎛, 평균 직경이 200nm가 되도록 폴리비닐리덴플루오라이드 방사용액을 방사하여 나노섬유를 적층하여 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[실시예 17]
제1구간에는 무기 고분자 중 하나인 수평균분자량이 50,000인 폴리실록산(DOW CORNINGMB50-010)을 아세톤 용매에 용해시켜 20질량%의 폴리실록산 도프를 제조하고, 제2구간에는 폴리아미드의 한 종류인 100% 나일론 6 단독중합체를 테트라플루오로아세틱에시트(TFA)와 디클로로메탄(Dcm)의 무게비 5:5의 용매에 용해시킨 폴리아미드 방사용액을 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 3㎛두께, 평균 직경이 500nm의 폴리실록산 나노섬유를 평량이 30gsm인 메타아라미드 기재위에 형성하고 일정속도로 컬렉터가 이동하여 2구간에서 폴리실록산 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재 이면에 두께가 3㎛, 평균 직경이 200nm가 되도록 폴리아미드방사용액을 방사하여 나노섬유를 적층하여 기재 양면에 나노섬유가 적층된 필터여재를 형성하였다.
[비교예 1]
제1구간에는 점도 50,000cps, 고형분 20중량%의 메타아라미드를 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMAc)에 녹여 메타아라미드 도프를 제조하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 6㎛두께의 메타아라미드 나노섬유를 평량이 30gsm인 메타아라미드 기재위에 적층하여 필터여재를 형성하였다.
[실험예 1] 열 수축율 평가
실시예 1 내지 17 및 비교예 1에서 각각 제조한 필터여재를 3cm X 3cm로 자른 후 190℃에서 30분간 보관한 후 열 수축율을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
[실험예 2] 여과효율 측정
실시예 1 내지 17 및 비교예 1에서 각각 제조한 필터여재의 여과 효율을 측정하기 위해 DOP 시험방법을 이용하였으며, 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
이때, DOP 시험방법은 티에스아이 인코퍼레이티드(TSI Incorporated)의 TSI 3160의 자동화 필터 분석기(AFT)로 디옥틸프탈레이트(DOP) 효율을 측정하는 것으로서, 필터 미디어 소재의 통기성, 필터 효율, 차압을 측정할 수 있었으며, 대상 입자직경은 0.35um로 하였다.
상기 자동화 분석기는 DOP를 원하는 크기의 입자를 만들어 필터 시트 위에 투과하여 공기의 속도, DOP 여과 효율, 공기 투과도(통기성) 등을 계수법으로 자동으로 측정하는 장치이며 고효율 필터에 아주 중요한 기기이다.
DOP 여과 효율(%)은 다음과 같이 정의된다:
DOP 투과율(%) = 100 (DOP농도 하류/DOP 농도 상류)
표 1
열수축율(%) 0.35um DOP 투과율(%)
실시예 1 3.0 98
실시예 2 3.1 97
실시예 3 3.0 98
실시예 4 3.2 98
실시예 5 3.1 97
실시예 6 3.1 97
실시예 7 3.0 98
실시예 8 2.8 97
실시예 9 2.9 98
실시예 10 2.9 98
실시예 11 2.9 98
실시예 12 2.6 98
실시예 13 2.8 97
실시예 14 2.7 98
실시예 15 2.8 98
실시예 16 2.9 98
실시예 17 2.8 97
비교예 1 5.0 85
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 기재 양면에 나노섬유가 형성된 필터여재(실시예 1 내지 17)은 기재의 일면에만 나노섬유가 형성된 필터여재(비교예 1)에 비해 열수축율 및 DOP 투과율이 높게 나타나, 내열성 및 여과 효율이 우수함을 알 수 있었다.
-섬유의 평균 직경-
실시예 및 비교예들의 나노 부직포를 구성하는 섬유의 평균 직경은 전기주사현미경(Scanning Electron microscope, HITACHI S-4300) 및 이미지 분석기 (Image-Pro Plus의 소프트웨어에 JVC Digital Camera KY-F70B)를 이용하여 측정하였다. 이때, 10개 이상의 측정시료를 채취한 후 측정하여 이를 평균화하였다.
[실시예 18]
분자량이 157,000인 폴리아크릴로니트릴(한일합성)을 디메틸포름아마이드(DMF) 용매에 용해시켜 방사용액을 제조하고, 나노 부직포를 구성하는 섬유의 평균 직경이 500nm인 경우에는 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 10kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%에서, 나노 부직포를 구성하는 섬유의 평균 직경이 200nm인 경우에는 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 기본 필름 위에 나노 부직포의 평균 직경이 500nm인 나노 부직포 대 나노 부직포의 평균 직경이 200nm인 나노 부직포의 중량 비를 85 대 15로 하여 방사하였다.
[실시예 19]
폴리아크릴로니트릴를 DMF 용매에 용해시켜 방사용액을 제조하고, 나노 부직포의 평균 직경이 500nm인 경우에는 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 10kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%의 전기방사 조건에서, 나노 부직포의 평균 직경이 200nm인 경우에는 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 기본 필름 위에 나노 부직포의 평균 직경이 500nm인 나노 부직포 대 나노 부직포의 평균 직경이 200nm인 나노 부직포의 중량 비를 70 대 30로 하여 방사하였다.
[실시예 20]
폴리아크릴로니트릴을 DMF 용매에 용해시켜 방사용액을 제조하고, 나노 부직포의 평균 직경이 500nm인 경우에는 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 10kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%에서, 나노 부직포의 평균 직경이 200nm인 경우에는 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 기본 필름 위에 나노 부직포의 평균 직경이 500nm인 나노 부직포 대 나노 부직포의 평균 직경이 200nm인 나노 부직포의 중량 비를 60 대 40로 하여 방사하였다.
[비교예 2]
폴리아크릴로니트릴을 DMF 용매에 용해시켜 방사용액을 제조하고, 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 10kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%인 전기방사조건에서 기본 필름 위에 나노 부직포의 평균 직경이 500nm인 나노 부직포 100중량% 방사하였다.
[비교예 3]
폴리아크릴로니트릴를 DMF 용매에 용해시켜 방사용액을 제조하고, 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가 전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%로 전기방사조건에서 기본 필름 위에 나노 부직포의 평균 직경이 200nm인 나노 부직포 100중량% 방사하였다.
도 8에서 보면 같은 효율이라고 가정하였을때 복합 나노 부직포의 무게비가 작다는 것을 확인 할 수 있다.
도 9에서 보면 복합 나노 부직포의 400~700nm인 나노 부직포 대 100~300nm인 나노 부직포의 중량 비가 60 대 40일 경우의 공기투과도와 압력강하율을 100으로 설정할 경우 섬유의 직경이 클수록 공기투과도는 높고 압력강하는 낮으며, 섬유 직경이 작을 수록 공기투과도는 낮고 압력강하는 높은 것을 볼 수 있다.
본 발명에서는 복합 나노 부직포의 400~700nm인 나노 부직포 대 100~300nm인 나노 부직포의 중량비가 60 대 40일 때가 가장 좋은 효율을 나타내는 것을 알 수 있다.

Claims (15)

  1. 기재;
    상기 기재의 일면 상에 전기방사에 의해 적층형성되는 제1 고분자 나노섬유; 및
    상기 제1 고분자 나노섬유가 적층이 되어있지 않은 상기 기재의 이면 상에 적층형성되는 제2 고분자 나노섬유를 포함하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고분자 나노섬유는 메타아라미드로 이루어지며,
    상기 제2 고분자 나노섬유는 폴리아크릴로니트릴, 메타아라미드, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고분자 나노섬유는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자로 이루어지며,
    상기 제2 고분자 나노섬유는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 메타아라미드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고분자 나노섬유는 실란기 또는 실록산기 단독 고분자로 이루어지거나, 실란기 또는 실록산기의 공중합체 고분자로 이루어지며,
    상기 제2 고분자 나노섬유는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 메타아라미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재는 에어필터 제조공정에 있어서, 공기유입방향으로 제1 고분자 나노섬유를 배치하고, 공기배출방향으로 제2 고분자 나노섬유를 배치하는 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 고분자 나노섬유의 직경은 상기 제2 고분자 나노섬유의 직경보다 굵은 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기재는 셀룰로오스 기재 또는 메타아라미드 기재인 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재.
  8. 기재 양면에 고분자를 전기방사하여 형성된 필터여재의 제조방법에 있어서,
    제1 고분자를 유기용매에 용해시켜 제조한 제1 방사용액을 제1 블록에 연결된 노즐에 공급하고, 제2 고분자를 유기용매에 용해시켜 제조한 제2 방사용액을 제2 블록에 연결된 노즐에 공급하는 단계;
    상기 제1 블록에 위치한 블록과 연결된 노즐에서 상기 제1 방사용액을 기재의 일면 상에 전기방사하여 제1 고분자 나노섬유를 적층형성하는 단계; 및
    상기 제2 블록에 위치한 블록과 연결된 노즐에서 상기 제2 방사용액을 제1 고분자 나노섬유가 적층되어 있지 않은 기재의 이면 상에 연속적으로 전기방사하여 제2 고분자 나노섬유를 적층형성하는 단계를 포함하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 고분자는 메타아라미드이고,
    상기 제2 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 메타아라미드, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종이고,
    상기 제2 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 메타아라미드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 고분자는 실란기 또는 실록산기 단독 고분자이거나, 실란기 또는 실록산기의 공중합체 고분자이고,
    상기 제2 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 메타아라미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 기재는 셀룰로오스 기재 또는 메타아라미드 기재인 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 전기방사는 상향식과 하향식이 복합으로 설계된 하이브리드 전기방사장치를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법은 에어필터 제조공정에 있어서, 공기유입방향으로 섬유의 직경이 굵은 나노섬유를 배치하고, 공기배출방향으로 섬유의 직경이 가는 나노섬유를 배치하는 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 전기방사는 블록과 블록 사이에 컬렉터 엇갈림장치가 설치되어 있는 전기방사장치를 이용하여 수행되며,
    상기 전기방사장치는 상향식 전기방사장치 또는 하향식 전기방사장치인 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 기재 양면 나노섬유 필터여재의 제조방법.
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