WO2017026876A1 - 필터여재용 나노섬유, 이를 포함하는 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 - Google Patents

필터여재용 나노섬유, 이를 포함하는 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a filter medium nanofibers, and more particularly, to improve the mechanical strength and chemical resistance of the nanofibers, and at the same time the flow rate significantly increased filter medium nanofibers, a filter medium comprising the same, and a method for manufacturing the same It relates to a filter assembly.
  • the filter media may be classified into a microfiltration membrane (MF), an ultrafiltration membrane (UF), a nanofilter media (NF), or a reverse osmosis membrane (RO) according to the pore size.
  • the filter media exemplified above have differences in use and pore size, but they have a common feature that they are commonly formed from fibers or porous polymer filter media, or have a composite membrane.
  • the porous polymer filter medium may be formed by sintering the pore-forming agent or dissolving it in an external coagulating solution through a separate pore-forming agent contained in the crude liquid. Is common.
  • the filter medium formed from the fibers is generally manufactured by applying heat / pressure or the like after accumulating the prepared short fibers or by applying heat / pressure or the like simultaneously with spinning.
  • a representative example of the filter medium formed from the fibers is a nonwoven fabric, and in general, the pores of the nonwoven fabric are controlled by the diameter of the short fibers, the basis weight of the medium, and the like.
  • the diameter of the short fibers included in the general nonwoven fabric is a micro unit, there is a limit in implementing a filter medium having a fine and uniform pore structure only by adjusting the diameter and basis weight of the fiber. Only a filter medium of a precision filtration membrane can be implemented, and a filter medium such as an ultrafiltration membrane and a nano filter medium for filtering finer particles is difficult to implement.
  • the method devised to solve this problem is the filter media produced through the ultrafine fibers having a diameter of the nano-fiber.
  • microfibers with a diameter of nano units are difficult to be produced by only one spinning in a fiber spinning process such as general wet spinning, and after being spun by sea island yarn, eluting sea component separately to obtain the island component as microfibers.
  • a fiber spinning process such as general wet spinning
  • sea island yarn eluting sea component separately to obtain the island component as microfibers.
  • one of the physical properties for water treatment applications is the flow rate
  • the flow rate is not only affected by the porosity, pore size, pore structure of the filter medium, but also the degree of hydrophilicity of the material of the filter medium, the filter medium of the material lacking hydrophilicity
  • Korean Patent Publication No. 10-1447268 relates to a filter medium including a porous layer formed of electrospun PVDF fibers, and a filter in which a hydrophilic functional group is introduced to the surface of the porous layer to improve hydrophilicity of the porous layer.
  • Media is disclosed.
  • the PVDF fiber exhibits very excellent physical properties in mechanical strength and chemical resistance, whereas the material itself exhibits strong hydrophobicity, so that only the hydrophilic functional group is provided on the surface of the PVDF. It is very difficult to secure, and there is a problem in that the process hassle and cost increase that the hydrophilic functional groups must be provided in the nanofibers independently of the flow rate obtained.
  • the separation problem of the hydrophilic coating layer it is possible to consider spinning a mixture of high hydrophilic high molecular compound with PVDF, in which case the separation of the heterogeneous polymer in the spinning bath before spinning the spun nanofibers
  • the heterogeneous polymers are separated from each other, such as hydrophilic polymers are placed in a part of the fiber and only the other part of PVDF is disposed in the fiber, which is not in a state where heterogeneous polymers are not uniformly mixed, the nanofibers have very poor sacrificial properties. Even if it is made of a filter medium, it is difficult to expect the chemical resistance and a remarkable flow rate of the filter medium, the mechanical strength is significantly lowered, there is a problem that the durability is not good.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a nanofiber for filter media with excellent mechanical strength and chemical resistance of nanofibers and a significant increase in hydrophilicity without separate surface modification and treatment on nanofibers. have.
  • the present invention has another object to provide a method for producing a nanofiber for filter media having excellent manufacturability even at the same time to improve the hydrophilicity and chemical resistance of the nanofiber.
  • the present invention is a water treatment process in which pressure is applied to a predetermined level or more during the water treatment operation through the nanofiber according to the present invention having excellent hydrophilicity, chemical resistance, and mechanical strength, and water treatment process requiring chemical resistance as strong acid resistance and strong alkali resistance. It is another object of the present invention to provide a filter medium which can be advantageously used at the same time and can improve the flow rate, the filtration efficiency, and can be used in various water treatment devices having the same.
  • the present invention has another object to provide a filter medium manufacturing method that can significantly improve the mass production of the filter medium due to the improved sanding properties, production cost can be reduced.
  • the present invention provides a filter comprising a fiber forming component including polyacrylonitrile (PAN) and polyvinylidene fluoride (PVDF) and an emulsifier for improving the miscibility of the fiber forming component. It provides nanofibers for media.
  • PAN polyacrylonitrile
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the fiber forming component may include 8 to 20 parts by weight of polyacrylonitrile based on 100 parts by weight of polyvinylidene fluoride.
  • the nanofibers may include 0.5 to 8 parts by weight of an emulsifier with respect to 100 parts by weight of the fiber forming component, the emulsifier may be more preferably a nonionic emulsifier to improve the detergency, more More preferably, it may be a nonionic emulsifier having a hydrophile-lipophile balance (HLB) of 10-18.
  • HLB hydrophile-lipophile balance
  • the present invention also provides a spinning solution comprising (a) a fiber forming component comprising polyacrylonitrile (PAN) and polyvinylidene fluoride (PVDF) and an emulsifier to improve the miscibility of the fiber forming component. Manufacturing step; And (b) electrospinning the spinning solution.
  • a fiber forming component comprising polyacrylonitrile (PAN) and polyvinylidene fluoride (PVDF) and an emulsifier to improve the miscibility of the fiber forming component.
  • Manufacturing step And
  • electrospinning the spinning solution comprising (a) a fiber forming component comprising polyacrylonitrile (PAN) and polyvinylidene fluoride (PVDF) and an emulsifier to improve the miscibility of the fiber forming component.
  • the fiber forming component may include 8 to 20 parts by weight of polyacrylonitrile based on 100 parts by weight of polyvinylidene fluoride.
  • the spinning solution may include 0.5 to 8 parts by weight of an emulsifier with respect to 100 parts by weight of the fiber forming component, the emulsifier has a hydrophile-lipophile balance (HLB) of 10 to 18 It may be satisfactory, the emulsifier may be more preferably a nonionic emulsifier in order to improve the detergency.
  • HLB hydrophile-lipophile balance
  • the present invention is a three-dimensional formed of a nanofiber comprising a fiber forming component containing polyacrylonitrile (PAN) and polyvinylidene fluoride (PVDF) and an emulsifier to improve the miscibility of the fiber forming component It provides a filter medium comprising a; fibrous web layer of the network structure.
  • PAN polyacrylonitrile
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the filter medium may further comprise a support layer formed on at least one surface of the fibrous web layer, the support layer may be any one or more of nonwoven fabric, woven fabric and knitted fabric, any one or more of these are polyolefin It may comprise a low melting point composite fiber or polyester-based.
  • the thickness of the fibrous web layer is 0.5 ⁇ 200 ⁇ m
  • porosity is 40 ⁇ 90%
  • the average pore size may be 0.1 ⁇ 5 ⁇ m
  • basis weight may be 0.5 ⁇ 100 g / m2.
  • the diameter of the nanofibers may be 0.05 ⁇ 2 ⁇ m.
  • the emulsifier included in the nanofibers may be more preferably a nonionic emulsifier in order to improve the sacrificial properties, even more preferably a hydrophile-lipophile balance (HLB) is It may be a nonionic emulsifier of 10 to 18.
  • HLB hydrophile-lipophile balance
  • the present invention also provides a spinning solution comprising (1) a fiber forming component comprising polyacrylonitrile (PAN) and polyvinylidene fluoride (PVDF) and an emulsifier to improve the miscibility of the fiber forming component. Manufacturing step; And (2) electrospinning the spinning solution to prepare a fibrous web layer formed of nanofibers.
  • PAN polyacrylonitrile
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the step (2) comprises the steps of 2-1) producing a fiber web layer by electrospinning the nanofibers on the support layer; And 2-2) heat-sealing the support layer to the fibrous web layer by applying heat to the support layer and the fibrous web layer.
  • the method may further include forming a support layer under the fiber web layer and another support layer on the fiber web layer between steps 2-1) and 2-2).
  • the emulsifier may be more preferably a nonionic emulsifier to improve the sacrificial, even more preferably nonionic having a hydrophile-lipophile balance (HLB) of 10 to 18 Emulsifiers.
  • HLB hydrophile-lipophile balance
  • the present invention is a filter medium according to the present invention. And a flow path through which the filtrate filtered from the filter medium flows out, and a support frame supporting the edge of the filter medium.
  • the present invention is a porous permeate outflow pipe;
  • the present invention provides a filter module provided with filter units spaced apart at predetermined intervals.
  • the hydrophilicity is remarkably increased without additional surface modification / treatment on the nanofibers, and the mechanical strength and chemical resistance of the nanofibers are excellent.
  • the filter media implemented through this process requires a certain level of pressure in the water treatment operation, so that high mechanical strength is required in the filter media, and in water treatment processes requiring chemical resistance according to the strong acid or basicity of the treated water. It exhibits excellent physical properties.
  • the filter medium may have an improved flow rate due to excellent hydrophilicity and may also have a filtration efficiency.
  • the mass production of filter media can be remarkably improved, and production costs can be reduced, so that they can be widely applied to water treatment.
  • FIG. 1 is a SEM photograph of a fibrous web layer according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a cross-sectional view of the filter medium according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2a is a view showing a case where the fiber web layer is formed on one surface of the support layer
  • Figure 2b is a view showing a case where the support layer is formed on both sides of the fiber web layer
  • Figure 2c is a view showing a case in which the fibrous web layer is formed on both sides of the support layer
  • Figure 3 is a schematic diagram of an electrospinning apparatus that can be produced by the filter medium according to an embodiment of the present invention through a continuous process
  • Figure 4 is a view of a flat filter unit according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4a is a perspective view of the flat filter unit
  • Figure 4b is a cross-sectional view taken along the line X-X 'of Figure 4a
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing a cylindrical filter unit provided with a cylindrical filter medium is bent according to an embodiment of the present invention.
  • the filter medium nanofiber according to an embodiment of the present invention is an emulsifier for improving the miscibility of the fiber forming component and the fiber forming component including polyacrylonitrile (PAN) and polyvinylidene fluoride (PVDF). It includes.
  • PAN polyacrylonitrile
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the fiber forming component includes polyacrylonitrile having a high hydrophilicity (PAN, hereinafter referred to as PAN) and polyvinylidene fluoride having a very high hydrophobicity (PVDF, hereinafter referred to as PVDF).
  • PAN polyacrylonitrile having a high hydrophilicity
  • PVDF polyvinylidene fluoride having a very high hydrophobicity
  • the PVDF can secure the mechanical strength and chemical resistance of the nanofibers due to the properties of the material, and the PAN has a high hydrophilicity to improve hydrophilicity of the nanofibers to prevent hydrophobicization of the nanofibers due to PVDF, which is a heterogeneous fiber forming component. Accordingly, when the filter medium is implemented with such nanofibers, the improved water permeability and chemical resistance can be simultaneously expressed.
  • the PVDF is not particularly limited in the present invention as the known one can be selected without limitation.
  • the weight average molecular weight of the PVDF may be 10,000 to 1,000,000, preferably 20,000 to 800,000.
  • the PAN can be selected without any known polymerization of acrylonitrile and comonomer is not particularly limited in the present invention with respect to the mole% of the copolymer, the type of comonomer, and the like.
  • the comonomer methylacrylate, methyl methacrylate (Methylmethacrlyate), vinyl acetate (Vinylacetate), itaconic acid, acrylic acid (acrylic acid) and methacrylic acid ( Methacrylic acid) may be used one or more selected from the group consisting of.
  • the weight ratio may be 60 to 99.9: 40 to 0.01.
  • the PAN may include alkoxycarbonyl or alkanonoxy in the ethylene skeleton and the side chain.
  • the weight average molecular weight of the PAN may be 3,000 to 500,000, preferably 5,000 to 100,000. If the weight average molecular weight is less than 3,000 it may be difficult to express the desired degree of hydrophilicity in the nanofiber, and if the weight average molecular weight exceeds 500,000, there is a problem that the radioactivity may be significantly reduced.
  • the above-described PVDF and PAN may be included in the fiber forming component with 8 to 20 parts by weight of PAN based on 100 parts by weight of PVDF. If the PAN content is less than 8 parts by weight, the desired level of hydrophilicity does not express nanofibers, the wettability is low, and the water permeability of the filter media may be significantly reduced when the filter media is manufactured. When included in excess, the water permeability of the filter medium may increase according to the improvement of hydrophilicity, but the mechanical strength and chemical resistance of the nanofibers may be remarkably reduced, and the sacrificial property may be degraded, thereby causing problems in mass production.
  • the fiber forming component in addition to PVDF and PAN, polytetra fluoroethylene (PTFE), perfluorinated acid (PFA), fluorinated ethelene propylene copolymer (FEP), polyethylene tetrafluoro ethylene (ETFE), ethylene chlorotrifluoroethylene (ECTFE) and polychlorotrifluoro ethylene (PCTFE) It may further include one or more different kinds of fluorine-based compound selected from among, and may further include a hydrophilic polymer compound such as polyvinyl alcohol.
  • PTFE polytetra fluoroethylene
  • PFA perfluorinated acid
  • FEP fluorinated ethelene propylene copolymer
  • ETFE polyethylene tetrafluoro ethylene
  • ECTFE ethylene chlorotrifluoroethylene
  • PCTFE polychlorotrifluoro ethylene
  • the emulsifier improves the miscibility of the fiber forming component and at the same time serves to further improve the hydrophilicity of the nanofibers.
  • the two components are not uniformly mixed in the dissolving solution due to their different properties, and only temporarily mixed even if mixed by a method such as stirring. As a result, separation of the two components can easily occur in the solution.
  • the electrospun nanofibers are not mixed with two components, specifically, one component is sparsely arranged like an island on one component or one component is continuous. This continuous structure can be made of repeating nanofibers, so that the desired hydrophilicity and chemical resistance can not be expressed uniformly at the same time, and the PAN-concentrated nanofiber portion can be easily broken and thus produced through mechanical degradation. There is a problem that the durability of the filter medium can be significantly reduced.
  • the emulsifier may include one or more selected from the group consisting of cationic emulsifiers, anionic emulsifiers, amphoteric emulsifiers and nonionic emulsifiers.
  • the emulsifier may be a nonionic emulsifier to improve the sacrificial properties and diameter uniformity of the nanofibers, and even when two kinds of papers are mixed, one of them includes a nonionic emulsifier.
  • the electrical conductivity of the spinning solution is increased so that the radioactivity is considerably lowered into the fibrous state and spun into the beads or into the nanofibers containing the beads.
  • the uniformity of the diameter of the spun nanofibers is not good, and the fiber web layer thus formed may have non-uniform pore distribution.
  • the emulsifier is not particularly limited in the present invention as it can use a known emulsifier.
  • nonionic emulsifier to improve the sacrificial and homogeneous agent in the emulsifier can be used without limitation in the case of known nonionic emulsifiers, non-limiting examples, hydrophobic compounds such as linear aliphatic hydrocarbons Ethoxylate compound (Ex. Alkylphenol polyethylene ethylene oxide condensate) synthesize
  • Ethoxylate compound Ex. Alkylphenol polyethylene ethylene oxide condensate
  • the nonionic emulsifiers include sugar alcohol fatty acid esters such as sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, and sucrose fatty acid esters, glycerin fatty acid esters, polyglycerol fatty acid esters, polyoxyethylene glycerin fatty acid esters, and polyethylene glycols.
  • Ether type or ester type surfactant, laurin such as polyhydric alcohol fatty acid ester, such as fatty acid ester, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene polyoxypropylene copolymer, polyoxyethylene alkylphenyl ether, polyoxyethylene hardened castor oil, etc.
  • Fatty acid alkanolamide such as acid diethanolamide, etc. can be used together 1 or more types.
  • the nonionic emulsifier included in the nanofiber according to an embodiment of the present invention may satisfy a hydrophile-lipophile balance (HLB) of 10 to 18, more preferably 13 to 16 Can be satisfied. If the hydrophilization-lipophilic ratio is less than 10.0, the wettability of the nanofibers may be lowered after preparation due to the lowering of the miscibility of PVDF and PAN through the emulsifier, and the spinning of the nanofibers may be caused by the lowering of the miscibility and the volatilization of solvent during spinning. Diameter uniformity can be significantly reduced.
  • HLB hydrophile-lipophile balance
  • the emulsifiers may be located together when the fiber is formed, and is sensitive to the influence of ambient temperature and humidity during spinning, and the solvent volatilization in the spinning solution is unevenly spun. Diameter uniformity of the nanofibers may be significantly reduced.
  • the emulsifier may be a hydrophile-lipophile balance (HLB) may be a hydrophilization-lipophile ratio of the component when one emulsifier is included, if two or more emulsifiers are mixed It may be a value of the final calculated hydrophilization-lipophilic ratio in consideration of the content of each of the components and the respective hydrophilization-lipophilic ratio.
  • HLB hydrophile-lipophile balance
  • the emulsifiers included in the nanofibers according to an embodiment of the present invention may include 0.5 to 8 parts by weight of an emulsifier, and more preferably 1 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the fiber forming component. Can be. If the nonionic emulsifier is included in less than 0.5 parts by weight, phase separation of PVDF and PAN may occur before spinning, and thus the wettability of the fabricated fibrous web may not be uniform. In addition, if it contains more than 8 parts by weight, it is sensitive to the influence of ambient temperature and humidity during spinning, and due to uneven solvent volatilization in the spinning solution, the uniformity of diameter of the spun nanofibers may be significantly lowered. There may be a problem that is difficult to implement a fibrous web having a size.
  • the diameter of the nanofibers according to an embodiment of the present invention may be 0.05 ⁇ 2 ⁇ m, the aspect ratio may be 1000 ⁇ 100,000 but is not limited thereto.
  • the filter media nanofibers according to the embodiment of the present invention described above may be included in the filter media by forming a fibrous web layer having a three-dimensional network structure.
  • the fiber forming component including polyacrylonitrile (PAN) and polyvinylidene fluoride (PVDF) and the nanofibers including an emulsifier are laminated perpendicular to the spinning surface. Due to a solvent that cannot be volatilized / evaporated in air, fusion (A) may occur at a portion of the laminated nanofibers in contact with the fiber surface to form a three-dimensional network structure, and may be used for primary calendering in the manufacturing method described below. As a result, the three-dimensional network structure forms a deep fibrous web.
  • the fibrous web layer may have a thickness of 0.5 to 200 ⁇ m, the porosity of the fibrous web layer may be 40 to 90%, the average pore size may be 0.1 to 5 ⁇ m, and the basis weight may be 0.05 to 100 g / m 2.
  • the present invention is not limited thereto, and may be appropriately changed in consideration of the desired water permeability and filtration efficiency.
  • the fibrous web layer may be provided in the filter medium more than one layer, wherein the porosity, pore size, basis weight and / or thickness of each fibrous web layer may be different.
  • the filter medium 100 may include a support layer 121 formed on one surface of the fibrous web layer 111, as shown in Figure 2b ) May include support layers 122 and 123 formed on both sides, and the fibrous web layers 113 and 114 may be formed on both sides of the support layer 124 as shown in FIG. 2C.
  • the support layers 121, 122, and 123 are not particularly limited as long as they generally serve as a support for the filter media.
  • the support layers 121, 122, and 123 may preferably be woven, knitted, or nonwoven fabrics.
  • the fabric means that the fibers included in the fabric has a longitudinal direction, the specific structure may be plain weave, twill weave, etc., the density of the warp and weft is not particularly limited.
  • the knitted fabric may be a known knit structure, but may be a knitted fabric, a warp knitted fabric, and the like, but is not particularly limited thereto.
  • the non-woven fabric means that the fibers included in the longitudinal direction does not have a known, such as chemical bonding non-woven fabrics, thermal bonding non-woven fabrics, dry non-woven fabrics such as air-ray non-woven fabrics, wet non-woven fabrics, span non-woven fabrics, needle punched non-woven fabrics or melt blown It is possible to use the nonwoven fabric produced by the conventional method.
  • the support layers 121, 122, and 123 are not limited in their materials.
  • synthetic polymer components selected from the group consisting of polyesters, polyurethanes, polyolefins and polyamides; Alternatively, natural polymer components including cellulose may be used.
  • the material of the support layer preferably includes low melting point components such as known low melting point polyester and low melting point polyethylene, which can be heat-sealed.
  • the support layer may include a support component and a low melting point component, and may be implemented as a low melting composite fiber disposed so that at least a part of the low melting point component is exposed to the outer surface.
  • the composite fiber includes a sheath-core composite fiber in which a support component forms a core portion and a low melting component forms a sheath portion surrounding the core portion, or a side-by-side component in which a low melting component is disposed on one side of the support component.
  • -Side composite fibers The low melting point component and the support component may be preferably polyolefin-based in terms of flexibility and elongation of the support, for example, the support component may be polypropylene, and the low melting component may be polyethylene.
  • the melting point of the low melting point component may be 60 to 180.
  • the thickness of the support layers 121, 122, and 123 may be 50 to 200 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the manufacturing process of the filter medium including the nanofibers and the fibrous web layer having a three-dimensional network structure through the above-described embodiment of the present invention.
  • the filter media according to an embodiment of the present invention is prepared through a non-continuous process that is produced by the filter medium after the production of the nanofibers separately and then produced the fibrous web layer or the manufacturing process from the manufacturing process of the nanofiber to the filter media It can be produced through this continuous continuous process.
  • the manufacturing process description below describes the manufacturing process of the filter medium through the continuous process after the manufacturing process description of the filter medium through the discontinuous process.
  • independent preparation of the fibrous web layer through spinning of nanofibers may be performed in order to manufacture a filter medium through a discontinuous process.
  • step (a) according to the present invention for producing the nanofibers improving the miscibility of the fiber-forming component and the fiber-forming component comprising polyacrylonitrile (PAN) and polyvinylidene fluoride (PVDF)
  • PAN polyacrylonitrile
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the fiber-forming component is preferably contained in 5 to 30% by weight, preferably 8 to 20% by weight in the spinning solution, if the fiber-forming component is less than 5% by weight it is difficult to form a fiber, it is not spun into a fiber Even when sprayed in a droplet state to form a film or spinning, beads are formed a lot and the volatilization of the solvent is not made well, so that pores may be blocked in a calendering process described later.
  • the fiber-forming component is more than 30% by weight, the viscosity rises and solidification occurs at the surface of the solution, which makes it difficult to spin for a long time, and the fiber diameter may increase, making it impossible to form a fibrous size of micrometer or less.
  • the spinning solution may further include a solvent.
  • the solvent may be used without limitation in the case of a solvent that dissolves the fiber-forming component does not produce a precipitate and does not affect the radioactivity of the nanofibers described later, but preferably ⁇ -butyrolactone, cyclohexanone, 3-hexanone It may include any one or more selected from the group consisting of, 3-heptanone, 3-octanone, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide.
  • nanofibers may be prepared by electrospinning the spinning solution.
  • the electrospinning apparatus may use a conventionally known electrospinning apparatus, and use an electrospinning apparatus having a single spinning pack having one spinning nozzle or a plurality of single spinning packs or a plurality of nozzles for mass production. You may use the electrospinning apparatus provided with a pack.
  • dry spinning or wet spinning having an external coagulation bath can be used, and there is no limitation according to the method.
  • the desired nanofibers can be obtained by electrospinning a collector such as paper by adding a stirred or stirring spinning solution to the electrospinning apparatus. Specific description of the electrospinning process will be described in detail in the continuous process described later.
  • the nanofibers accumulated / collected on the collector have a three-dimensional network structure, and heat and / or pressure are accumulated / collected to maintain the porosity, pore size, basis weight, etc., which are suitable for expressing the desired permeability of the filter medium and the filtration efficiency.
  • the collected nanofibers can be prepared a fibrous web layer having a three-dimensional network structure.
  • the specific method of applying the heat and / or pressure may employ a known method, and by way of non-limiting example, a conventional calendaring process may be used and the temperature of the applied heat may be 70-190.
  • the calendaring process when carried out, it may be divided into several times and carried out a plurality of times.
  • pore control and strength after performing a drying process to remove the solvent and water remaining in the nanofibers through the first calendering can be done for improvement.
  • the degree of heat and / or pressure applied in each calendaring process may be the same or different.
  • the manufactured fibrous web layer may be laminated on a support layer such as the nonwoven fabric described above to bind the fibrous web layer and the support layer through retreatment of heat and / or pressure, and the nonwoven fabric may form a low melting point fiber.
  • the molten nonwoven fabric may be thermally fused to the fibrous web layer through heat. It is also possible to intervene a separate hot melt powder or hot melt web to bond the two layers together.
  • the heat may be applied to 60 ⁇ 190 °C
  • the pressure may be applied to 0.1 ⁇ 10 kgf / cm2, but is not limited thereto.
  • step (1) a spinning solution comprising a fiber forming component including polyacrylonitrile (PAN) and polyvinylidene fluoride (PVDF) and an emulsifier for improving the miscibility of the fiber forming component is prepared.
  • PAN polyacrylonitrile
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • step (2) the step of producing a fiber web layer for producing a fiber web layer formed of nanofiber by electrospinning the spinning solution.
  • a plurality of spinning nozzles 11 to 14 connected to a solution tank 1 storing a spinning solution prepared in step (1) and a high voltage generator (not shown) are arranged in a plurality of rows / multiple rows. It can be electrospun through the electrospinning device comprising a spinning pack 10.
  • the spin pack 10 is disposed above the grounded collector 6 in the form of a conveyor moving at a constant speed, and a plurality of spinning nozzles are arranged at regular intervals so as to be orthogonal along the traveling direction of the collector 6. .
  • the solution tank (1) may have a built-in stirrer (2) using the mixing motor (2a) as a drive source, to the spinning nozzles (11 to 14) of each row through the metering pump and the transfer pipe (3) (not shown) It is connected.
  • the spinning solution discharged sequentially from the four rows of spinning nozzles 11 to 14 passes through the spinning nozzles 11 to 14 charged by the high voltage generator, and is discharged to the nanofibers 21 to 24 to move at a constant speed.
  • the fibrous web 20 is formed by accumulating sequentially on the grounded collector 6 in the form of a conveyor.
  • the nanofiber web obtained by mutual interference occurs and the fibers are blown out and the collection is not made is so bulky that the spinning troubles (trouble) can be the cause.
  • a plurality of air spray nozzles are provided for each spinning nozzles 11 to 14 of the spin pack 10 so that air is sprayed to the ground (or collector direction) at the same time as the electrospinning (fiber web) 20) may be formed.
  • the sprayed air reduces the radiation troubles by helping to rapidly volatilize the solvent contained in the electrospun nanofibers (21 to 24) and to solidify the fiber-forming component and to collect and aggregate the spun nanofibers on the collector. Can help to obtain nanofibers with improved mechanical strength.
  • Air spray nozzles provided for each nozzle of the spinning pack 10 may be set to a range of 0.01 ⁇ 0.2 MPa air pressure of the air injection. If the air pressure is less than 0.01MPa, it does not contribute to the collection and accumulation. If the air pressure exceeds 0.2 MPa, the cone of the spinning nozzle is hardened to block the needle, which may cause radiation trouble.
  • the temperature and humidity inside the spinning chamber are fibers that are spun. It affects the volatilization of the solvent, and if the proper conditions are not set, the fiber is not formed properly or the diameter of the fiber is difficult to control, and as the beads are formed at the fiber surface, the pore control and heat treatment process of the fiber web to be described later There is a problem that can close the pores in.
  • the temperature and humidity of the inside of the spinning chamber are preferably set constantly. If the temperature and humidity conditions inside the spinning chamber are different, either one of the first row of spinning nozzles 11 and the second row of spinning nozzles 12 is impossible to spin or the web produced by the subsequent process may be formed from the web of the previous process. Adhesion may be degraded and separated.
  • the radiation chamber temperature is preferably 20 to 30, the humidity may be set to 20 to 50%.
  • the injection speed of the spinning solution per nozzle (11 to 14) may be 10 ⁇ 30 ⁇ m / min.
  • the distance between the tip of the nozzle and the collector may be 10 ⁇ 30cm.
  • the present invention is not limited thereto, and may be changed according to the purpose.
  • a support layer 30 may be disposed on the collector to serve as a support for the filter media.
  • the radiated nanofibers 21 to 24 may be accumulated on the support layer 30 to form a fibrous web layer 20 formed of nanofibers 21 to 24 (step 2-1).
  • Heat and / or pressure may be applied (step 2-2) so that the support layer 30 and the fibrous web layer 20 are bound or through the heat if the support layer 30 includes low melting point fibers.
  • Some molten support layer 30 may be thermally bonded to the fibrous web layer 20.
  • a separate hot melt powder or hot melt web may be further interposed to bind the two layers 20 and 30, but as described above, the use of a separate adhesive component may adversely affect the filter media. It is better not to use a separate adhesive.
  • the heat may be applied to 60 ⁇ 190 °C
  • the pressure may be applied to 0.1 ⁇ 10 kgf / cm2, but is not limited thereto.
  • the step of applying the heat and / or pressure may be carried out through a conventional calendaring process, the calendaring process may be carried out once or a plurality of times according to the purpose.
  • the fibrous web layer (not shown) prepared separately through the manufacturing process of the discontinuous filter medium described above is laminated on the opposite side of one surface of the support layer 30 on which one fibrous web layer 20 is formed.
  • it can be prepared filter media as shown in FIG.
  • the present invention is not limited thereto, and the filter media as shown in FIG. 2C may be manufactured by laminating two different fibrous web layers separately prepared through the manufacturing process of the discontinuous filter media on both sides of the support layer.
  • the filter medium according to the embodiment of the present invention manufactured by the above-described manufacturing method may be implemented as a filter unit.
  • the filter medium 1000 may be implemented as a flat filter unit 2000.
  • the flat filter unit 2000 includes a filter filter 1000 and a support frame 1100 for supporting the edge of the filter filter 1000, and the filter filter in any one region of the support frame 1100.
  • a suction port 1110 may be provided to gradient the pressure difference between the outside and the inside of the 1000.
  • the support frame 1100 is provided with a flow path for allowing the filtrate filtered in the fibrous web layers 101 and 102 to flow out through the support layer 200 inside the filter medium 1000.
  • the filtrate P disposed outside the filter media 1000 as shown in FIG. 4B is the filter media 1000.
  • the filtrate (Q1) is filtered through the fibrous web layer (101,102) flows along the flow path formed through the support 200 and then flows into the flow path (E) provided in the outer frame (1100), The introduced filtrate Q2 may flow out to the outside through the suction port 1110.
  • the flat filter unit 2000 as shown in Figure 4a can be implemented a plurality of filter modules are provided spaced apart at a predetermined interval in one outer case, such a filter module is again stacked / blocked in a plurality of large
  • a water treatment apparatus can also be comprised.
  • the filter medium 1000 may be implemented as a cylindrical filter unit 2000 ′.
  • the cylindrical filter unit 2000 ′ is wound around the porous permeate outlet pipe 1210, the filter media 1000 wound around the porous permeate outlet pipe 1210, and the porous permeate outlet pipe 1210.
  • An outer case 1220 housing the filter medium 1000 is implemented.
  • the filter medium 1000 may be wound around the porous permeate outflow pipe 1210 in a bent shape as shown in FIG. 5 to increase the effective filtration surface area, and may be assembled inside the outer case 1220 to have an end cap. Immobilized by 1230.
  • an O-ring or gasket 1240 may be further provided to be assembled to the pipe through which the filtered permeate is discharged.
  • the filter unit 2000 ′ as shown in FIG. 8 has a filtrate introduced into the filter unit 2000 ′ through a side surface thereof, and filtered filtrate water filtered through the filter medium 1000. Can be discharged and collected.
  • the mixed solution was cooled to room temperature, and then, a nonionic emulsifier (anti-crystallization gold, Tween80, hydrophilic-lipophilic ratio: 15) was included in an amount of 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the fiber forming component to prepare a spinning solution.
  • the spinning solution was introduced into the solution tank of the electrospinning apparatus as shown in FIG. 3 and was discharged at a rate of 15 ⁇ l / min / hole.
  • the temperature of the spinning section is 28, the humidity is 40%, the distance between the collector and the spinneret tip 18cm, the support layer on the collector is 100 ⁇ m thick, low-melting point polyethylene as a second, polypropylene
  • the non-woven fabric Namyang Nonwovens Co., Ltd., CCP40
  • CCP40 non-woven fabric made of low-melting composite fiber to be used as the core
  • the fibrous web was formed on one side of the nonwoven fabric by applying pressure to form a PAN / PVDF nanofiber.
  • a temperature of 185 and a pressure of 1 kgf / cm2 was carried out a total of two calendaring process to prepare a filter medium .
  • Example 3 Prepared in the same manner as in Example 1, but was electrospun with a spinning solution prepared without adding an emulsifier to prepare a filter medium as shown in Table 3.
  • the average diameter of the nanofibers forming the fibrous web was measured through a program for measuring the fiber diameter using the contrast ratio and the inclination of the fibrous image obtained after the SEM photograph was taken on the surface of the fibrous web. Standard deviation was measured. Diameter uniformity was calculated according to Equation 2 below using the measured average diameter and standard deviation.
  • the area of wetted parts increases as the miscibility increases, and even when the hydrophilicity of the nanofibers is low, such as PVDF and PAN are separated or a small amount of PAN is generated, the wetted part occurs.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5 Example 6 Spinning solution PVDF (part by weight) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 PAN (part by weight) 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 97.2 99.97 95.46 83.52 79.9 Nanofiber diameter uniformity (%) 15.26 34.16 22.34 41.23 61.42 66.89 Wettability (%) 100 100 100 100 100 100 100 1) 100 parts by weight of the fiber-forming component, the content is based on parts by weight.
  • Example 7 Example 8 Example 9 Example 10
  • Example 11 Spinning solution PVDF (part by weight) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 PAN (part by weight) 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9
  • Example 12 Example 13 Example 14 Example 15 Comparative Example 1 Spinning solution PVDF (part by weight) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 PAN (part by weight) 3 7 18 22 9 Emulsifier (Type / Content 1 ) / HLB) Nonionic / 3/15 Nonionic / 3/15 Nonionic / 3/15 Nonionic / 3/15 0 Filter media Sacrifice (%) 100 100 100 98.56 75.61 Nanofiber diameter uniformity (%) 17.59 19.37 28.4 30.22 44.81 Wettability (%) 0 12 100 100 15 1) 100 parts by weight of the fiber-forming component, the content is based on parts by weight.
  • Comparative Example 1 that does not include an emulsifier, the miscibility between PVDF and PAN is not good, and thus the wettability is remarkably decreased in comparison with Example 1.
  • Example 5 examples including the cationic (Example 5), anionic (Example 6) and amphoteric (Example 7) emulsifiers are compared with Example 1 including the nonionic emulsifier. It can be confirmed that the sacrificial property is not very good. In addition, it can be seen that the nanofiber diameter uniformity is not very good as the beads are spun to include a lot of nanofibers.
  • nanofiber diameter uniformity is excellent in comparison with Examples 8 and 11 in which the HLB value of the nonionic emulsifier is within the preferred range of the present invention, Examples 1, 9, and 10 are out of the range.
  • Example 15 in which the content of PAN exceeds 20 parts by weight, there was no problem in the evaluation result compared with Example 1 in the rituality, diameter uniformity and wettability of the nanofibers, but in the case of Example 1 nanofibers prepared In contrast to the average diameter of 214 nm, in the case of Example 15 it can be seen that as the average diameter is thickened to 300 nm it is disadvantageous to implement a smaller pore fiber web.

Abstract

필터여재용 나노섬유가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유는 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키는 에멀젼화제를 포함한다. 이에 의하면, 나노섬유의 기계적 강도, 내화학성이 뛰어난 동시에 나노섬유에 대한 별도의 표면개질/처리 없이도 친수성이 현저히 증가함에 따라서, 이를 포함하는 필터여재는 일정 수준 이상의 압력이 가해져 필터여재의 높은 기계적 강도가 요구되는 수처리공정 및 피여과액이 강한 산성이나 염기성을 띰에 따라서 내화학성이 요구되는 수처리공정에서 우수한 물성을 발현하며, 동시에 향상된 유량, 여과효율을 발현할 수 있다. 또한, 나노섬유의 제사성이 현저히 우수함에 따라서 필터여재의 양산성이 현저히 향상되고, 생산단가가 절감될 수 있다.

Description

필터여재용 나노섬유, 이를 포함하는 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛
본 발명은 필터여재용 나노섬유에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노섬유의 기계적 강도, 내화학성이 향상되는 동시에 유량이 현저히 증가한 필터여재용 나노섬유, 이를 포함하는 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터집합체에 관한 것이다.
필터여재는 기공크기에 따라 정밀 여과막(MF), 한외 여과막(UF), 나노필터여재(NF) 또는 역삼투막(RO)으로 분류될 수 있다. 상기 예시되는 필터여재들은 용도, 기공의 크기 차이점을 가지고 있지만, 공통적으로 섬유로부터 형성된 여과매체 또는 다공성 고분자 여과매체이거나 이들이 복합화된 막의 형태를 가진다는 공통점이 있다. 상기 다공성 고분자 여과매체는 고분자 막 또는 고분자 중공사 내부에 형성되는 기공을 조액에 포함된 별도의 기공형성제를 통해서 상기 기공형성제를 소결시키거나 외부응고액에 용해시키는 등의 방법을 통해 형성시키는 것이 일반적이다. 이에 반하여 상기 섬유로부터 형성된 여과매체는 제조된 단섬유를 축적시킨 후 열/압력 등을 가하여 제조되거나 방사와 동시에 열/압력 등을 가하여 제조되는 것이 일반적이다.
상기 섬유로부터 형성된 여과매체의 대표적인 예가 부직포인데, 통상적으로 부직포의 기공은 단섬유의 직경, 매체의 평량 등으로 조절된다. 그러나 일반적인 부직포에 포함되는 단섬유의 직경은 마이크로 단위임에 따라 섬유의 직경, 평량을 조절하는 것만으로는 미세하고 균일한 기공구조를 가지는 필터여재를 구현에 한계가 있었고, 이에 따라 통상의 부직포 만으로는 정밀여과막 정도의 필터여재만 구현가능하고 그 보다 미세한 입자를 여과시기 위한 한외여과막, 나노필터여재와 같은 필터여재는 구현되기 어려웠다.
이를 해결하기 위해 고안된 방법이 섬유의 직경이 나노단위인 극세섬유를 통해 제조된 필터여재다. 다만, 직경이 나노단위인 극세섬유는 일반적인 습식방사와 같은 섬유방사공정으로는 단 1회의 방사만으로 제조되기 어렵고, 해도사 등으로 방사된 후 해성분을 별도로 용출시켜 극세섬유인 도성분을 수득해야 하는 번거로움, 비용상승, 생산시간의 연장 문제가 있다. 이에 따라 최근에는 전기방사를 통해 직경이 나노단위인 섬유를 제조 및 이를 통해 구현된 여과매체를 많이 제조하고 있는 추세에 있다.
한편, 수처리 용도에 적합하기 위한 물성 중 하나는 유량인데, 상기 유량은 필터여재의 기공도, 공경, 기공구조뿐만 아니라, 필터여재의 재질의 친수성 정도에 영향을 받으며, 친수성이 부족한 재질의 필터여재의 경우 막 표면을 플라즈마 처리, 친수성기로 표면개질, 별도의 친수성층을 코팅하는 등의 방법을 통해 유량을 향상시켜 왔다. 구체적으로 대한민국 등록특허공보 제10-1447268호는 전기방사된 PVDF 섬유로 형성된 다공성층을 포함하는 필터여재에 관한 것으로써, 상기 다공성층의 친수성 향상을 위해 친수성 작용기가 다공성층의 표면에 도입시킨 필터여재가 개시되어 있다. 그러나 상기 PVDF 섬유는 기계적 강도, 내화학성에서 매우 우수한 물성을 발현하는데 반하여 재질 자체가 소수성을 강하게 나타냄에 따라서 PVDF 표면에 친수성 작용기를 구비하는 것만으로 필터여재의 친수성이 부족하여 목적하는 수준의 유량을 확보하는 것이 매우 어렵고, 수득되는 유량과 별개로 친수성 작용기를 나노섬유에 구비시켜야 하는 공정상의 번거로움, 비용상승의 문제점이 있다.
또한, 이를 해결하고자 친수성이 높은 이종의 고분자화합물을 PVDF 나노섬유의 표면에 코팅시키는 방법이 제안되었는데, 두 고분자화합물의 서로 상이한 물성으로 인하여 코팅되는 경우에도 나노섬유와 코팅층 간에 계면분리, 박리 및 이탈이 빈번한 문제가 있다.
이러한 친수성 코팅층의 분리문제를 해결하고자 친수성이 높은 이종의 고분자화합물을 PVDF와 혼합하여 방사하는 것을 고려할 수 있는데, 이 경우 방사되기 전부터 방사조액 내에서 이종의 고분자들간에 분리가 일어나 방사된 나노섬유는 이종의 고분자들이 균일하게 섞여있는 상태가 아닌 섬유의 일부분에는 친수성 고분자가 배치되고 다른 일부분 PVDF만이 배치되는 등 이종의 고분자들이 서로 분리되어 배치됨에 따라서 나노섬유 자체의 제사성이 현저히 좋지 않고, 필터여재로 제조되더라도 필터여재의 내화학성 및 현저한 유량을 기대하기 어렵고, 기계적 강도가 현저히 저하되어 내구성이 좋지 않은 문제가 있다.
이에 따라 수투과도, 여과효율, 기계적강도 및 내화학성을 동시에 만족시키며, 제조된 나노섬유를 별도의 개질 없이도 우수한 친수성을 발현할 수 있고, 제사성도 현저히 우수한 필터여재용 나노섬유 및 그 제조방법에 대한 연구가 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 나노섬유의 기계적 강도, 내화학성이 뛰어난 동시에 나노섬유에 대한 별도의 표면개질, 처리 없이도 친수성이 현저히 증가한 필터여재용 나노섬유를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 나노섬유의 친수성 및 내화학성을 동시에 향상시킴에도 제사성이 뛰어난 필터여재용 나노섬유의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 친수성, 내화학성 및 기계적 강도가 우수한 본 발명에 따른 나노섬유를 통해 수처리 운전 시 일정 수준 이상의 압력이 가해지는 수처리 공정, 피처리수가 강산성, 강알칼리성으로 내화학성이 요구되는 수처리공정에서 유리하게 사용될 수 있는 동시에 향상된 유량, 여과효율을 발현할 수 있는 필터여재, 이를 구비하여 각종 수처리 장치에 이용될 수 있는 필터유닛 및 필터모듈을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
더불어, 본 발명은 향상된 제사성으로 인하여 필터여재의 양산성이 현저히 향상되고, 생산단가가 절감될 수 있는 필터여재 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키는 에멀젼화제를 포함하는 필터여재용 나노섬유를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 섬유형성성분은 폴리비닐리덴플루오라이드 100 중량부에 대하여 폴리아크릴로나이트릴을 8 ~ 20 중량부로 포함할 수 있다.
또한, 상기 나노섬유는 섬유형성성분 100 중량부에 대하여 에멀젼화제를 0.5 ~ 8중량부로 포함할 수 있고, 상기 에멀젼화제는 제사성을 향상시키기 위하여 보다 바람직하게는 비이온성 에멀젼화제일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 친수화-친유성화 비(HLB, hydrophile-lipophile balance)가 10 ~ 18인 비이온성 에멀젼화제일 수 있다.
또한, 본 발명은 (a) 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키는 에멀젼화제를 포함하는 방사용액을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 방사용액을 전기방사시키는 단계;를 포함하는 필터여재용 나노섬유 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 섬유형성성분은 폴리비닐리덴플루오라이드 100 중량부에 대하여 폴리아크릴로나이트릴을 8 ~ 20 중량부로 포함할 수 있다.
또한, 상기 방사용액은 섬유형성성분 100 중량부에 대하여 에멀젼화제를 0.5 ~ 8중량부로 포함할 수 있고, 상기 에멀젼화제는 친수화-친유성화 비(HLB, hydrophile-lipophile balance)가 10 ~ 18을 만족할 수 있으며, 상기 에멀젼화제는 제사성을 향상시키기 위하여 보다 바람직하게는 비이온성 에멀젼화제일 수 있다.
한편, 본 발명은 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키는 에멀젼화제를 포함하는 나노섬유로 형성된 3차원 네트워크 구조의 섬유웹층;을 포함하는 필터여재를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 필터여재는 섬유웹층의 적어도 일면에 형성된 지지층을 더 포함할 수 있고, 상기 지지층은 부직포, 직물 및 편물 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 이상은 폴리올레핀계 또는 폴리에스테르계 저융점 복합섬유를 포함할 수 있다.
또한, 상기 섬유웹층의 두께는 0.5 ~ 200 ㎛, 기공도는 40 ~ 90%이고, 평균공경은 0.1 ~ 5㎛일 수 있으며, 평량은 0.5 ~100 g/㎡일 수 있다.
또한, 상기 나노섬유의 직경은 0.05 ~ 2㎛일 수 있다.
또한, 상기 나노섬유에 포함되는 상기 에멀젼화제는 제사성을 향상시키기 위하여 보다 바람직하게는 비이온성 에멀젼화제일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 친수화-친유성화 비(HLB, hydrophile-lipophile balance)가 10 ~ 18인 비이온성 에멀젼화제일 수 있다.
또한, 본 발명은 (1)폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키는 에멀젼화제를 포함하는 방사용액을 제조하는 단계; 및 (2) 상기 방사용액을 전기방사하여 나노섬유로 형성된 섬유웹층을 제조하는 단계;를 포함하는 필터여재 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 (2) 단계는 2-1) 상기 방사용액을 지지층상에 나노섬유를 전기방사하여 섬유웹층을 제조하는 단계; 및 2-2) 상기 지지층 및 섬유웹층에 열을 가하여 섬유웹층에 지지층을 열융착시키는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 섬유웹층 하부에 있는 지지층과 다른 지지층을 상기 2-1) 단계와 2-2) 단계 사이에서 섬유웹층 상에 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 에멀젼화제는 제사성을 향상시키기 위하여 보다 바람직하게는 비이온성 에멀젼화제일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 친수화-친유성화 비(HLB, hydrophile-lipophile balance)가 10 ~ 18인 비이온성 에멀젼화제일 수 있다.
한편, 본 발명은 본 발명에 따른 필터여재; 및 상기 필터여재에서 여과된 여과액이 외부로 유출되도록 하는 유로를 구비하고, 상기 필터여재의 테두리를 지지하는 지지프레임;을 포함하는 평판형 필터유닛을 제공한다.
또한, 본 발명은 다공성 투과수 유출관; 상기 다공성 투과수 유출관에 권취된 본 발명에 따른 필터여재; 및 상기 다공성 투과수 유출관에 권취된 필터여재를 하우징 하는 외부케이스;를 포함하는 원통형 필터유닛을 제공한다.
나아가, 본 발명은 본 발명에 따른 필터유닛이 소정의 간격으로 이격되어 구비된 필터모듈을 제공한다.
본 발명에 의하면, 나노섬유에 대한 별도의 표면 개질/처리 없이도 친수성이 현저히 증가함과 동시에 나노섬유의 기계적 강도 및 내화학성이 뛰어나다. 이에 따라서 이를 통해 구현된 필터여재는 수처리 운전시 일정 수준 이상의 압력이 요구되어 필터여재에 높은 기계적 강도가 요구되는 수처리공정 및 피처리수가 강한 산성이나 염기성을 띰에 따라서 내화학성이 요구되는 수처리공정 등에서 우수한 물성을 발현한다. 또한, 필터여재는 우수한 친수성으로 인하여 향상된 유량을 수득하게 하고 여과효율도 가질 수 있다. 더불어 나노섬유의 제사성이 우수함에 따라서 필터여재의 양산성이 현저히 향상되고, 생산단가가 절감될 수 있어서 수처리 분야 등에 널리 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유웹층의 SEM 사진,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 필터여재의 단면도로써, 도 2a는 지지층의 일면에 섬유웹층이 형성된 경우를 나타내는 도면이고, 도 2b는 섬유웹층의 양면에 지지층이 형성된 경우를 나타내는 도면이며, 도 2c는 지지층의 양면에 섬유웹층이 형성된 경우를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 필터여재를 연속공정을 통해 제조할 수 있는 전기방사장치의 모식도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 필터유닛에 대한 도면으로써, 도 4a는 평판형 필터유닛의 사시도, 도 4b는 도 4a의 X-X' 경계선에 따른 단면도, 그리고
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 필터여재가 절곡된 원통형으로 구비되는 원통형 필터유닛를 나타내는 분해사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터여재용 나노섬유는 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키는 에멀젼화제를 포함한다.
먼저, 섬유형성성분에 대해 설명한다.
상기 섬유형성성분은 친수성이 큰 폴리아크릴로나이트릴(PAN, 이하 PAN으로 호칭함)과 소수성이 매우 큰 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF, 이하 PVDF로 호칭함)를 포함한다.
상기 PVDF는 재질 특성상 나노섬유의 기계적 강도, 내화학성을 담보시킬 수 있으며, 상기 PAN은 친수성이 커서 이종의 섬유형성성분인 PVDF로 인한 나노섬유의 소수성화가 방지될 수 있도록 나노섬유의 친수성을 향상시킴에 따라서 이와 같은 나노섬유로 필터여재가 구현되었을 때 향상된 수투과도 및 내화학성을 동시에 발현할 수 있게 한다.
상기 PVDF는 공지된 것을 제한 없이 선택할 수 있음에 따라서 본 발명에서 이를 특별히 한정하지 않는다. 상기 PVDF의 중량평균분자량은 10,000 ~ 1,000,000일 수 있고, 바람직하게는 20,000 ~ 800,000일 수 있다.
또한, 상기 PAN은 아크릴로나이트릴과 공단량체가 중합된 공지된 것은 제한 없이 선택할 수 있으며, 이들의 공중합체내 몰%, 공단량체의 종류 등에 대해 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다. 상기 공단량체에 대한 비제한적인 예로써, 메틸아크릴레이트(Methylacrylate), 메틸메타크릴레이트(Methylmethacrlyate), 비닐아세테이트(Vinylacetate), 이타코닉산(Itaconic acid), 아크릴산(Acrylic acid) 및 메타크릴산(Methacrylic acid) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 아크릴로나이트릴과 공단량체 함량에 대한 비제한적인 예로서, 중량비는 60 ~ 99.9 : 40 ~ 0.01일 수 있다. 또한, 나노섬유에 향상된 친수성 및/또는 유연성을 발현시키기 위하여 상기 PAN은 상기 에틸렌(ethylene) 골격과 측쇄에는 알콕시카보닐(alkoxycarbonyl) 또는 알카논옥시(alkanonoxy)를 포함할 수 있다.
상기 PAN의 중량평균분자량은 3,000 ~ 500,000일 수 있으며, 바람직하게는 5,000 ~ 100,000일 수 있다. 만일 중량평균분자량이 3,000 미만일 경우 목적하는 정도의 친수성을 나노섬유에서 발현하기 어려울 수 있고, 만일 중량평균분자량이 500,000을 초과하는 경우 방사성이 현저히 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상술한 PVDF 및 PAN은 PVDF 100 중량부에 대하여 PAN을 8 ~ 20 중량부로 하여 섬유형성성분에 포함될 수 있다. 만일 PAN이 8 중량부 미만으로 포함될 경우 목적하는 수준의 친수성을 나노섬유가 발현하지 못하여 젖음성이 적고, 필터여재로 제조되었을 때 필터여재의 수투과도가 현저히 저하될 수 있으며, 만일 PAN이 20 중량부를 초과하여 포함될 경우 친수성의 향상에 따라 필터여재의 수투과도가 증가할 수 있으나 나노섬유의 기계적강도, 내화학성이 현저히 저하될 수 있으며, 제사성이 저하되어 양산성에 문제점이 있을 수 있다.
한편, 상기 섬유형성성분은 PVDF 및 PAN 이외에, PTFE(polytetra fluoroethylene), PFA(perfluorinated acid), FEP(fluorinated ethelene propylene copolymer), ETFE(polyethylene tetrafluoro ethylene), ECTFE(Ethylene Chlorotrifluoroethylene) 및 PCTFE(polychlorotrifluoro ethylene) 중에서 선택된 1종 이상 다른 종류의 불소계화합물을 더 포함할 수 있고, 폴리비닐알코올 등의 친수성 고분자화합물을 더 포함할 수 있다.
다음으로 본 발명의 일실시예에 따른 나노섬유에 포함되는 에멀젼화제에 대해 설명한다.
상기 에멀젼화제는 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키며, 동시에 나노섬유의 친수성을 더욱 향상시키는 역할을 수행한다.
상술한 섬유형성성분으로써 PVDF 및 PAN은 특정한 일 용매에 모두 용해된다고 하더라도 두 성분은 성질이 상이함에 따라 용해액에 균일하게 섞이지 않고, 교반 등의 방법을 통해 섞더라도 일시적으로만 섞일 뿐 시간이 지남에 따라 용해액에서 두 성분의 분리가 쉽게 일어날 수 있다. 이와 같은 용해액을 방사조액으로 사용할 경우 전기방사된 나노섬유는 두 성분이 섞이지 않은 상태로, 구체적으로 어느 일성분 바탕에 다른 성분이 섬처럼 띄엄띄엄 배치되거나 어느 일성분이 연속되다가 다른 일성분이 연속되는 구조를 반복하는 나노섬유로 제조될 수 있어서 목적하는 친수성 및 내화학성을 동시에 균일하게 발현할 수 없고, PAN이 집중된 나노섬유 부분은 쉽게 끊어질 수 있어서 기계적 강도가 저하됨에 따라서 이를 통해 제조된 필터여재의 내구성도 현저히 저하될 수 있는 문제가 있다.
이에 따라서 성질이 상이한 두 성분을 혼화시켜 나노섬유에 두 성분이 고르게 분산된 형태가 되도록 제조해야 하며, 이를 위해 에멀젼화제가 반드시 필요하다. 상기 에멀젼화제는 양이온성 에멀젼화제, 음이온성 에멀젼화제, 양쪽성 에멀젼화제 및 비이온성 에멀젼화제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 다만, 바람직하게는 나노섬유의 제사성 및 직경균일성 향상을 위해 상기 에멀젼화제는 비이온성 에멀젼화제일 수 있고, 2 종이상을 혼용하는 경우에도 그 중 1 종은 비이온성 에멀젼화제를 포함함이 바람직하면, 만일 비이온성 에멀젼화제를 포함시키지 않는 경우, 예를 들어 이온성 에멀젼화제의 경우 방사용액의 전기전도도를 증가시켜 섬유상으로 방사성이 현저히 저하되어 비드상으로 방사되거나 비드를 포함하는 나노섬유로 구현됨에 따라서 방사된 나노섬유의 직경 균일성이 좋지 않고, 이를 통해 구현된 섬유웹층은 공경분포가 비균일 할 수 있다.
상기 에멀젼화제는 공지된 에멀젼화제를 사용할 수 있음에 따라 본 발명에서는 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
상기 에멀젼화제 중 제사성 및 균제도를 향상시키는 비온성에멀젼화제에 대해 구체적으로 설명하면 공지된 비이온성 에멀젼화제의 경우 제한없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 선형지방족 탄화수소와 같은 소수성 화합물에 에틸렌옥사이드를 부가시켜 합성한 에톡실레이트 화합물(Ex. 알킬페놀폴리에틸렌옥사이드 축합물), 다관능성 하이드록실기를 갖는 화합물의 에스테르화물 또는 상기 에스테르화물에 에틸렌옥사이드를 부가시킨 부가물, 지방산에 에틸렌 옥사이드를 부가시킨 부가물 등을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 비이온성 에멀젼화제는 소르비탄지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산에스테르, 자당지방산에스테르 등의 당알코올지방산에스테르류, 글리세린지방산에스테르, 폴리글리세린지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌글리세린지방산에스테르, 폴리에틸렌글리콜지방산에스테르 등의 다가알코올지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌 공중합체, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌경화피마자유 등의 에테르형 또는 에스테르형의 계면활성제, 라우린산디에탄올아미드 등의 지방산알칸올아미드 등을 1종 이상 병용하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 나노섬유에 포함된 비이온성 에멀젼화제는 친수화-친유성화 비(HLB, hydrophile-lipophile balance)가 10 ~ 18을 만족할 수 있고, 보다 바람직하게는 13 ~ 16을 만족할 수 있다. 만일 친수화-친유성화 비가 10.0 미만일 경우 에멀젼화제를 통한 PVDF 및 PAN의 혼화성 저하로 제조 후 나노 섬유의 젖음성이 낮아질 수 있으며, 방사시 혼화성 저하 및 용매 휘발의 불균일로 인해 방사된 나노섬유의 직경균일성이 현저히 저하될 수 있다. 또한, 상기 친수화-친유성화 비가 18을 초과하는 경우 에멀젼화제가 섬유 형성 시 서로 뭉쳐서 위치될 수 있으며, 방사시 주변의 온도, 습도의 영향에 민감하고, 방사용액내 용매 휘발이 불균일하여 방사된 나노섬유의 직경균일성이 현저히 저하될 수 있다. 상기 에멀젼화제는 친수화-친유성화 비(HLB, hydrophile-lipophile balance)는 1종의 에멀젼화제가 포함되는 경우 해당성분의 친수화-친유성화 비일 수 있고, 만일 2종 이상의 에멀젼화제가 혼합되는 경우 해당성분들 각각의 함량과 각각의 친수화-친유성화 비를 고려하여 최종 계산된 친수화-친유성화 비의 값일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 나노섬유에 포함된 에멀젼화제는 섬유형성성분 100 중량부에 대하여 에멀젼화제를 0.5 ~ 8중량부로 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 1 ~ 5중량부로 포함할 수 있다. 만일 비이온성 에멀젼화제를 0.5 중량부 미만으로 포함할 경우 방사 전 PVDF 및 PAN의 상분리가 일어날 수 있고, 이에 따라서 제조된 섬유웹의 젖음성이 균일하지 않을 수 있다. 또한, 만일 8 중량부를 초과하여 포함할 경우 방사시 주변의 온도, 습도의 영향에 민감하고, 방사용액내 용매 휘발이 불균일하여 방사된 나노섬유의 직경균일성이 현저히 저하될 수 있음에 따라서 원하는 기공크기를 갖는 섬유웹을 구현하기 어려운 문제점이 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 나노섬유의 직경은 0.05 ~ 2㎛일 수 있고, 종횡비는 1000 ~ 100000일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이상으로 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 필터여재용 나노섬유는 3차원 네트워크 구조의 섬유웹층을 형성하여 필터여재에 포함될 수 있다. 도 1을 참고하여 설명하면, 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 에멀젼화제를 포함하는 나노섬유는 방사면에 대해 수직하여 적층되는데, 방사 시 공기 중에서 휘발/증발되지 못한 용매로 인하여 적층된 나노섬유 중 섬유 표면간에 맞닿는 부분에서 융착(A)이 발생하여 3차원 네크워크 구조를 형성할 수 있고, 후술하는 제조방법에서의 1차 캘링더링에 의해서 3차원 네트워크 구조가 심화된 섬유웹을 형성하게 된다.
상기 섬유웹층은 두께가 0.5 ~ 200㎛로 형성될 수 있고, 섬유웹층의 기공도는 40 ~ 90%이고, 평균공경은 0.1 ~ 5㎛일 수 있으며, 평량은 0.05 ~ 100 g/㎡일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 목적하는 수투과도 및 여과효율을 고려하여 적절히 변경될 수 있다.
또한, 상기 섬유웹층은 한층 이상으로 필터여재에 구비될 수도 있고, 이때 각 섬유웹층의 기공도, 공경, 평량 및/또는 두께 등은 상이할 수 있다.
또한, 도 2a에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 필터여재(100)은 섬유웹층(111)의 일면에 형성된 지지층(121)을 포함할 수 있으며, 도 2b와 같이 섬유웹층(112)의 양면에 형성된 지지층(122, 123)을 포함할 수 있고, 도 2c에 도시된 것과 같이 지지층(124)의 양면에 섬유웹층(113, 114)이 형성될 수도 있다.
상기 지지층(121, 122, 123)은 통상적으로 필터여재의 지지체 역할을 수행하는 것이라면 특별한 제한은 없으나, 그 형상에 있어서는 바람직하게는 직물, 편물 또는 부직포일 수 있다. 상기 직물은 직물에 포함되는 섬유가 종횡의 방향성이 있는 것을 의미하며, 구체적인 조직은 평직, 능직 등일 수 있으며, 경사와 위사의 밀도는 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 편물은 공지의 니트조직일 수 있으며, 위편물, 경편물 등일 수 있으나 이에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 부직포는 포함되는 섬유에 종횡의 방향성이 없는 것을 의미하고, 케미컬본딩 부직포, 써멀본딩 부직포, 에어레이 부직포 등의 건식부직포나 습식부직포, 스판레스 부직포, 니들펀칭 부직포 또는 멜트블로운와 같은 공지된 방법으로 제조된 부직포를 사용할 수 있다.
상기 지지층(121, 122, 123)은 그 재질에 있어서도 제한은 없다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리올레핀계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 합성고분자 성분; 또는 셀룰로오스계를 포함하는 천연 고분자성분이 사용될 수 있다. 다만, 상술한 섬유웹층(111 ~ 114)과의 결속력 향상을 통한 필터여재의 수처리 공정 적용 중 지지층과 섬유웹층 간의 분리를 방지하고, 별도의 접착성분의 사용에 따른 기공폐쇄로 인한 수투과도 저하, 합지시 흄발생 등의 문제점을 방지하기 위하여 상기 지지층의 소재는 열융착이 가능한 공지된 저융점 폴리에스테르, 저융점 폴리에틸렌 등 저융점성분을 포함함이 바람직하다. 구체적으로 지지층은 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 저융점 복합섬유로 구현된 것일 수 있다. 상기 복합섬유는 일예로, 지지성분이 코어부를 형성하고, 저융점 성분이 상기 코어부를 둘러싸는 시스부를 형성한 시스-코어형 복합섬유나, 지지성분의 일측에 저융점 성분이 배치되는 사이드-바이-사이드 복합섬유일 수 있다. 상기 저융점 성분 및 지지 성분은 지지체의 유연성 및 신율 측면에서 바람직하게는 폴리올레핀계일 수 있고, 일예로 지지성분은 폴리프로필렌, 저융점 성분은 폴리에틸렌일 수 있다. 상기 저융점 성분의 융점은 60 ~ 180일 수 있다.
또한, 상기 지지층(121, 122, 123)의 두께는 50 ~ 200 ㎛일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유 및 이를 통해 3차원 네트워크 구조를 갖는 섬유웹층을 포함하는 필터여재의 제조공정에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시에에 따른 필터여재는 별도로 나노섬유를 제조한 후 이를 통해 섬유웹층을 제조한 뒤 필터여재로 제조되는 비연속공정을 통해 제조되거나 나노섬유의 제조공정부터 필터여재로의 제조공정이 연속적인 연속공정을 통해 제조될 수 있다. 이하의 제조공정 설명은 비연속공정을 통한 필터여재의 제조공정 설명 후 연속공정을 통한 필터여재의 제조공정을 설명한다.
먼저 비연속적 공정을 통한 필터여재의 제조를 위하여 나노섬유의 방사를 통한 섬유웹층의 독립적 제조를 선수행할 수 있다. 상기 나노섬유를 제조하기 위한 본 발명에 따른 (a) 단계로써, 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키는 에멀젼화제를 포함하는 방사용액을 제조하는 단계를 수행한다.
상기 방사용액 중 PAN, PVDF 및 에멀젼화제에 대한 설명은 상술한 것과 동일하여 생략한다.
상기 섬유형성성분은 방사용액에 5 ~ 30 중량%, 바람직하게는 8 ~ 20중량%로 포함됨이 좋고, 만일 섬유형성성분이 5 중량% 미만일 경우 섬유로 형성되기 어려우며, 방사시 섬유상으로 방사되지 않고 액적상태로 분사되어 필름상을 형성하거나 방사가 이루어지더라도 비드가 많이 형성되고 용매의 휘발이 잘 이루어지지 않아 후술하는 캘린더링 공정에서 기공이 막히는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 만일 섬유형성성분이 30 중량% 초과할 경우 점도가 상승하여 용액 표면에서 고화가 일어나 장시간 방사가 곤란하며, 섬유직경이 증가하여 마이크로미터 이하 크기의 섬유상을 만들 수 없을 수 있다.
상기 방사용액은 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 섬유형성성분을 용해시키면서 침전물을 생성시키지 않고 후술하는 나노섬유의 방사성에 영향을 미치지 않는 용매의 경우 제한 없이 사용될 수 있으나 바람직하게는 γ-부티로락톤, 사이클로헥사논, 3-헥사논, 3-헵타논, 3-옥타논, N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
다음으로 (b) 단계로써, 상기 방사용액을 전기방사시키는 단계를 통해 나노섬유를 제조할 수 있다.
상기 전기방사 장치는 통상의 공지된 전기방사 장치를 사용할 수 있고, 방사 노즐이 1개인 단일 방사팩을 구비한 전기방사 장치를 사용하거나 양산성을 위하여 단일 방사팩 복수개로 구비하거나 노즐이 복수개인 방사팩을 구비한 전기방사 장치를 사용해도 무방하다. 또한 전기방사 방식에 있어서 건식방사 또는 외부응고조를 구비하는 습식방사를 이용할 수 있고 방식에 따른 제한은 없다.
상기 전기방사장치에 교반시킨 또는 교반 중인 방사용액을 투입시켜 종이 등의 콜렉터 상에 전기방사시킬 경우 목적하는 나노섬유를 수득할 수 있다. 전기방사 공정에 대한 구체적 설명은 후술하는 연속공정에서 구체적으로 설명한다.
콜렉터 상에 축적/수집된 나노섬유는 3차원 네트워크 구조를 가지고, 목적하는 필터여재의 수투과도, 여과효율을 발현하기에 적합한 기공율, 공경, 평량 등을 보유하기 위해 열 및/또는 압력이 축적/수집된 나노섬유에 가하여 3차원 네트워크 구조를 가지는 섬유웹층을 제조할 수 있다. 상기 열 및/또는 압력을 가하는 구체적인 방법은 공지의 방법을 채택할 수 있으며, 이에 대한 비제한적이 예로써 통상의 캘린더링 공정을 사용할 수 있고 이때 가해지는 열의 온도는 70 ~ 190일 수 있다. 또한, 캘린더링 공정을 수행할 경우 이를 몇 차로 나누어 복수 회 실시할 수도 있고, 예를 들어 1차 캘린더링을 통해 나노섬유에 잔존하는 용매와 수분을 제거하기 위한 건조과정을 수행 후 기공조절 및 강도 향상을 위해 2차 캘린더링을 실시할 수 있다. 이때, 각 캘린더링 공정에서 가해지는 열 및/또는 압력의 정도는 동일하거나 상이할 수 있다.
다음으로 (c) 단계로써, 제조된 섬유웹층을 상술한 부직포와 같은 지지층 상에 적층시켜 열 및/또는 압력의 재처리를 통해 섬유웹층과 지지층을 결속시킬 수 있고, 상기 부직포가 저융점 섬유를 포함하는 경우 열을 통해 일부 용융된 부직포가 섬유웹층에 열융착될 수 있다. 또한 두 층을 결속시키기 위해 별도의 핫멜트 파우더나 핫멜트 웹을 더 개재시킬 수도 있다. 이때 가해지는 열은 60 ~ 190℃일 수 있으며, 압력은 0.1 ~ 10 kgf/㎠로 가할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로 연속적 공정을 통한 필터여재의 제조공정에 대해 설명한다.
먼저 (1) 단계로써, 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키는 에멀젼화제를 포함하는 방사용액을 제조하는 단계를 수행한다. 상기 (1) 단계에 대한 설명은 상술한 것과 동일하여 생략한다.
다음으로 (2) 단계로써, 상기 방사용액을 전기방사하여 나노섬유로 형성된 섬유웹층을 제조하는 섬유웹층을 제조하는 단계를 수행한다.
도 3을 참고로 설명하면, (1) 단계에서 제조된 방사용액이 저장된 용액탱크(1)와 고전압 발생기(미도시)가 연결된 복수개의 방사노즐(11~14)이 다수 열/다수 행으로 배열된 방사팩(10)을 포함하는 전기방사장치를 통해 전기방사될 수 있다. 상기 방사팩(10)은 일정 속도로 이동하는 컨베이어 형태의 접지된 콜렉터(6)의 상측에 배치되며, 다수의 방사노즐이 콜렉터(6)의 진행방향을 따라 직교하도록 일정간격을 두고 배열되어 있다. 도 3에는 설명의 편의상 4개의 방사노즐이 콜렉터(6)의 진행방향을 따라 일정간격을 두고 배열되어 있는 전기방사장치를 나타내며, 상기 방사노즐의 개수는 예를 들어, 30-60개, 또는 필요에 따라 그 이상으로 구비될 수 있으며, 이와 같이 복수개의 방사노즐을 사용하는 경우 콜렉터(6)의 회전속도를 증가시켜서 생산성 증대를 도모할 수 있다.
상기 용액탱크(1)는 믹싱 모터(2a)를 구동원으로 사용하는 교반기(2)를 내장할 수 있으며, 도시되지 않은 정량펌프와 이송관(3)을 통하여 각 열의 방사노즐(11~14)에 연결되어 있다. 4 열의 방사노즐(11~14)로부터 순차적으로 토출되는 방사용액은 고전압 발생기에 의하여 하전된 방사노즐(11~14)을 통과하면서 각각 나노섬유(21 ~ 24)로 방출되어, 일정 속도로 이동하는 컨베이어 형태의 접지된 콜렉터(6) 위에 순차적으로 축적되어 섬유 웹(20)이 형성된다.
대량생산을 위해 복수개의 방사노즐을 구비한 방사팩(10)을 사용하는 경우 상호 간섭이 발생하여 섬유가 날려 다니면서 포집이 이루어지지 않게 되어 얻어지는 나노 섬유 웹은 너무 벌키(bulky)해짐에 따라 방사 트러블(trouble) 원인으로 작용할 수 있다.
이를 해결하기 위해 방사팩(10)의 각 열의 방사노즐(11~14)마다 다수의 에어분사노즐(미도시)을 구비시켜 전기방사와 동시에 에어를 지면(또는 콜렉터 방향)으로 분사시켜 섬유웹(20)을 형성시킬 수도 있다.
분사되는 에어는 전기방사 되는 나노섬유(21 ~ 24)에 포함된 용매를 빠르게 휘발 및 섬유형성성분의 고형화 및 방사된 나노섬유를 콜렉터 상에 포집하고 집적시키는 데 도움을 줌에 따라 방사트러블을 줄일 수 있고, 보다 기계적 강도가 향상된 나노섬유를 수득할 수 있도록 도와준다.
상기 방사팩(10)의 각 노즐 마다 구비되는 에어분사노즐은 에어 분사의 에어압은 0.01 ~ 0.2 MPa 범위로 설정될 수 있다. 만약 에어압이 0.01MPa 미만인 경우 포집, 집적에 기여를 하지 못하며, 0.2 MPa를 초과하는 경우 방사노즐의 콘을 굳게 하여 니들을 막는 현상이 발생하여 방사 트러블이 발생할 수 있다.
한편, 상기와 같이 방사용액을 준비한 후 복수개의 방사노즐을 구비한 방사팩(10)을 사용하여 에어 전기방사(AES: Airelectrospinning)방법으로 방사를 진행할 때 방사실 내부의 온도와 습도는 방사되는 섬유로부터 용매의 휘발에 영향을 주며, 만일 적정한 조건이 설정되지 못하는 경우 섬유가 제대로 형성되지 못하거나 섬유의 직경조절이 어렵고, 비드가 섬유 표면 군데 군데 형성됨에 따라 기공조절 및 후술하는 섬유웹의 열처리 공정에서 기공을 폐쇄시킬 수 있는 문제가 있다.
상기 방사용액은 4열의 방사노즐(11~14)을 통하여 순차적으로 연속적으로 방사할 때 방사실 내부의 온도와 습도는 일정하게 설정됨이 바람직하다. 만약 방사실 내부의 온도 및 습도 조건이 상이한 경우 제1열의 방사노즐(11)과 제2열의 방사노즐(12) 중 어느 하나는 방사가 불가능하거나 후속 공정에 따라 생성된 웹이 전 공정의 웹과 밀착성이 떨어져 분리될 수 있다. 상기 방사실 온도는 바람직하게는 20 ~ 30, 습도는 20 ~ 50%로 설정될 수 있다.
또한, 상기 방사용액을 방사할 때, 노즐(11 ~ 14)당 방사용액의 주입속도는 10 ~ 30㎕/min일 수 있다. 또한, 상기 노즐의 팁과 콜렉터까지의 거리는 10 ~ 30㎝일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 목적에 따라 변경하여 실시할 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이 전기방사된 나노섬유(21 ~ 24)가 컨베이어 벨트식의 콜렉터 상부에 수집될 때, 상기 콜렉터 상에는 필터여재의 지지체 역할을 할 수 있는 지지층(30)이 배치될 수 있고, 방사된 나노섬유(21 ~ 24)는 상기 지지층(30) 상에 축적되어 나노섬유(21 ~ 24)로 형성된 섬유웹층(20)을 형성할 수 있다(2-1)단계).
이후 지지층(30)상에 형성된 섬유웹층(20)의 공경조절, 기공율 조절, 나노섬유에 잔존하는 용매/수분의 건조, 섬유웹층의 기계적 강도 향상 및 지지층(30)과 섬유웹층(20)의 결속을 위하여 열 및/또는 압력이 가해질 수 있고(2-2)단계), 이를 통해 지지층(30)과 섬유웹층(20)이 결착되거나 상기 지지층(30)이 저융점 섬유를 포함하는 경우 열을 통해 일부 용융된 지지층(30)이 섬유웹층(20)에 열융착되어 부착될 수 있다. 또한 두 층(20, 30)을 결속시키기 위해 별도의 핫멜트 파우더나 핫멜트 웹을 더 개재시킬 수도 있으나 상술한 것과 같이 별도의 접착성분의 사용은 필터여재에 부정적 영향을 미칠 수 있음에 따라서 바람직하게는 별도의 접착성분을 사용하지 않는 것이 좋다. 이때 가해지는 열은 60 ~ 190℃일 수 있으며, 압력은 0.1 ~ 10 kgf/㎠로 가할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 열 및/또는 압력을 가하는 공정은 통상의 캘린더링 공정을 통해 수행될 수 있고, 상기 캘린더링 공정은 1회 또는 목적에 따라 복수회 실시될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 2-1) 단계 수행 후 2-2) 단계 수행 전에 지지층(30)이 형성된 섬유웹층(20) 일면의 반대면에 다른 지지층(미도시)을 합지시킨 후 2-2) 단계를 수행하여 도 2b와 같은 필터여재를 제조할 수 있다.
또한, 상기 2-1) 단계 수행 후에 상술한 비연속적 필터여재의 제조공정을 통해 별도로 제조된 섬유웹층(미도시)을 일 섬유웹층(20)이 형성된 지지층(30) 일면의 반대면에 합지시킨 후 상기 2-2) 단계를 수행하여 도 2c와 같은 필터여재를 제조할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 도 2c와 같은 필터여재는 비연속적 필터여재의 제조공정을 통해 별도로 제조된 서로 다른 두 섬유웹층을 지지층의 양면에 합지시켜 제조할 수도 있다.
상술한 제조방법에 의해 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 필터여재는 필터유닛으로 구현될 수 있다.
일예로, 도 4a에 도시된 것과 같이 필터여재(1000)는 평판형 필터유닛(2000)으로 구현될 수 있다. 구체적으로 상기 평판형 필터유닛(2000)은 필터여재(1000) 및 상기 필터여재(1000)의 테두리를 지지하는 지지프레임(1100)을 포함하며, 상기 지지프레임(1100)의 어느 일영역에는 필터여재(1000)의 외부와 내부 간 압력차를 구배시킬 수 있는 흡입구(1110)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 지지프레임(1100)에는 섬유웹층(101,102)에서 여과된 여과액이 필터여재(1000) 내부의 지지층(200)을 거쳐 외부로 유출될 수 있도록 하는 유로가 구비된다.
구체적으로 도 4a와 같은 필터유닛(2000)은 상기 흡입구(1110)를 통해 높은 압력의 흡입력을 가할 경우 도 4b와 같이 필터여재(1000)의 외부에 배치되는 피여과액(P)이 필터여재(1000)의 내부를 향하게 되고, 섬유웹층(101,102)을 거쳐 여과된 여과액(Q1)은 지지체(200)를 통해 형성된 유로를 따라 흐른 뒤 외부프레임(1100)에 구비된 유로(E)로 유입되고, 유입된 여과액(Q2)은 상기 흡입구(1110)을 통해 외부로 유출될 수 있다.
또한, 도 4a와 같은 평판형 필터유닛(2000)은 복수개가 하나의 외부케이스에 소정의 간격을 두고 이격하여 구비되는 필터모듈을 구현할 수 있고, 이와 같은 필터모듈이 다시 복수개로 적층/블록화 하여 대형 수처리 장치를 구성할 수도 있다.
다른 일예로 도 5와 같이 상기 필터여재(1000)는 원통형 필터유닛(2000')으로 구현될 수 있다. 구체적으로 상기 원통형 필터유닛(2000')은 다공성 투과수 유출관(1210), 상기 다공성 투과수 유출관(1210)에 권취된 필터여재(1000) 및 상기 다공성 투과수 유출관(1210)에 권취된 필터여재(1000)를 하우징 하는 외부케이스(1220)로 구현된다. 이때, 상기 필터여재(1000)는 유효여과표면적을 증가시키기 위하여 도 5와 같이 절곡된 형상으로 상기 다공성 투과수 유출관(1210)에 권취될 수 있고, 외부 케이스(1220) 내부에 조립되어 엔드캡(1230)에 의해 고정화될 수 있다. 또한, 여과된 투과수가 배출되는 관에 조립되기 위한 오링이나 가스켓(1240)이 더 구비될 수 있다. 도 8과 같은 필터유닛(2000')은 측면을 통해 피여과액이 필터유닛(2000')의 내부로 유입되고 필터여재(1000)를 통해 여과된 여과수가 내부의 다공성 투과수 유출관(1210)을 통해 배출 및 수집될 수 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
먼저, 방사용액을 제조하기 위하여 섬유형성성분으로 폴리비닐리덴플루오라이드(Arkema사, Kynar761) 100 중량부에 대하여 폴리아크릴로니트릴(PAN, Dolan사, N-PAN, 중량평균분자량 85,000)을 9중량부 혼합하고, 상기 섬유형성성분 12 g을 디메틸아세트아마이드 88g에 80℃의 온도로 6시간 마그네틱바를 사용하여 용해시켜 혼합용액을 제조했다. 이후, 상기 혼합용액을 상온으로 식힌 뒤 비이온성 에멀젼화제(대정화금, Tween80, 친수성-친유화성 비: 15)를 상기 섬유형성성분 100 중량부에 대해 3중량부로 포함시켜 방사용액을 제조하였다. 상기 방사용액을 도 3과 같은 전기방사장치의 용액탱크에 투입하고, 15㎕/min/hole의 속도로 토출하였다. 이때 방사 구간의 온도는 28, 습도는 40%를 유지하고, 콜렉터와 방사노즐팁 간 거리를 18㎝하고, 상기 콜렉터 상부에 지지층으로 두께 100㎛이며, 저융점 폴리에틸렌을 초부로 하고, 폴리프로필렌을 심부로 하는 저융점 복합섬유로 형성된 부직포(㈜남양부직포, CCP40) 를 배치시킨 후 고전압 발생기를 사용하여 방사 노즐 팩(Spin Nozzle Pack)에 40kV 전압을 부여함과 동시에 방사 팩 노즐 당 0.03MPa의 에어압력을 부여하여 부직포의 일면에 형성되고, PAN/PVDF 나노섬유로 형성된 섬유웹을 제조하였다. 다음으로 상기 섬유웹에 잔존하는 용매, 수분을 건조시키기 위해 160℃의 온도로 열처리 한 후, 185의 온도 및 1 kgf/㎠의 압력을 가해 캘린더링 공정을 총 2회 실시하여 필터여재를 제조하였다.
<실시예 2 ~ 15>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1, 표 2 또는 표 3과 같이 방사용액의 조성을 변경하여 하기 표 1, 표 2 또는 표 3과 같은 필터여재를 제조하였다.
이때, 변경된 에멀젼화제의 종류는 하기 표 4와 같다.
<비교예 1>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 에멀젼화제를 투입하지 않고 제조된 방사용액으로 전기방사하여 하기 표 3과 같은 필터여재를 제조하였다.
<실험예>
실시예 및 비교예에서 제조된 필터여재에 대하여 하기의 물성을 평가하여 하기 표 1, 표 2 또는 표 3에 나타내었다.
1. 제사성
방사된 섬유웹의 표면에 대해 2000배 배율로 SEM 사진을 촬영하여 촬영된 이미지 상에서 섬유의 전체 개수 및 비드개수를 카운팅 한 후, 하기의 수학식 1에 따라서 제사성을 계산하였다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2016008991-appb-I000001
2. 섬유웹 나노섬유의 직경 균일성
방사된 섬유웹 표면에 대 SEM 사진을 촬영한 후 얻은 이미지의 명암비와 섬유의 기울기를 이용하여 섬유직경을 측정하는 프로그램(아모그린텍 자체제작)을 통해 섬유웹을 형성하는 나노섬유의 평균직경 및 표준편차를 측정하였다. 측정된 평균직경 및 표준편차를 활용하여 하기의 수학식 2에 따라 직경 균일성을 계산하였다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2016008991-appb-I000002
3. 섬유웹의 젖음성
나노섬유의 섬유형성성분인 PVDF 및 PAN의 혼화성을 평가하기 위하여 가로, 세로 각각 20㎝인 필터여재의 섬유웹 표면 상부에 섬유웹을 향해 물을 분무했다. 이후 분무된 물에 의해 섬유웹 표면이 젖는 정도를 육안을 확인하였으며, 섬유웹에 물이 젖은 부분의 면적을 측정하여 전체 면적을 기준으로 한 백분율로 환산하였다.
동일한 PAN의 함량에서는 혼화성이 높을수록 물에 젖은 부분의 면적이 증가하며, PVDF와 PAN이 분리되거나 PAN의 함량이 작게 포함되는 등 나노섬유의 친수성이 적은 경우에도 젖지 않는 부분이 발생한다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
방사용액 PVDF(중량부) 100 100 100 100 100 100
PAN(중량부) 9 9 9 9 9 9
에멀젼화제(종류/함량1 )/HLB) 비이온성/3/15 비이온성/0.3/15 비이온성/0.7/15 비이온성/8.5/15 양이온성/3/10 음이온성/3/40
필터여재 제사성(%) 100 97.2 99.97 95.46 83.52 79.9
나노섬유 직경균일성(%) 15.26 34.16 22.34 41.23 61.42 66.89
젖음성(%) 100 100 100 100 100 100
1) 섬유형성성분 100 중량부 기준한 함량으로 단위는 중량부임.
실시예7 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11
방사용액 PVDF(중량부) 100 100 100 100 100
PAN(중량부) 9 9 9 9 9
에멀젼화제(종류/함량1 )/HLB) 양쪽성/3/13 비이온성/3/8.6 비이온성/3/11 비이온성/3/16.7 비이온성/3/19.1
필터여재 제사성(%) 82.15 96.18 99.12 97.30 95.64
나노섬유 직경균일성(%) 62.10 38.59 24.46 26.11 41.48
젖음성(%) 100 100 100 100 100
1) 섬유형성성분 100 중량부 기준한 함량으로 단위는 중량부임.
실시예12 실시예13 실시예14 실시예15 비교예1
방사용액 PVDF(중량부) 100 100 100 100 100
PAN(중량부) 3 7 18 22 9
에멀젼화제(종류/함량1 )/HLB) 비이온성/3/15 비이온성/3/15 비이온성/3/15 비이온성/3/15 0
필터여재 제사성(%) 100 100 100 98.56 75.61
나노섬유 직경균일성(%) 17.59 19.37 28.4 30.22 44.81
젖음성(%) 0 12 100 100 15
1) 섬유형성성분 100 중량부 기준한 함량으로 단위는 중량부임.
상기 표 1 내지 표 3을 통해 확인할 수 있듯이,
에멀젼화제를 포함하지 않은 비교예 1의 경우 PVDF와 PAN의 혼화성이 좋지 않아서 젖음성이 실시예 1에 대비하여 현저히 저하된 것을 확인할 수 있다.
또한, 에멀젼화제를 포함하는 경우에도 양이온성(실시예5), 음이온성(실시예6) 및 양쪽성(실시예7) 에멀젼화제를 포함한 실시예들은 비이온성 에멀젼화제를 포함한 실시예 1에 대비하여 제사성이 현저히 좋지 않은 것을 확인할 수 있다. 또한, 비드가 나노섬유에 많이 포함되도록 방사됨에 따라서 나노섬유 직경 균일성도 매우 좋지 않은 것을 확인할 수 있다.
또한, 비온성 에멀젼화제를 포함하는 경우에도 HLB 값 및 함량에 따라 나노섬유의 직경균일성에서 차이가 발생했으며, 본 발명의 바람직한 에멀젼화제 함량범위 내인 실시예 1, 3의 경우 직경 균일성이 바람직한 범위를 벗어나는 실시예 2, 및 4에 대비하여 우수한 것을 확인할 수 있다.
또한, 비이온성 에멀젼화제의 HLB값이 본 발명의 바람직한 범위내인 실시예 1, 9, 10이 그 범위를 벗어나는 실시예 8 및 11에 대비하여 나노섬유 직경 균일성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
더불어, PAN의 함량이 8중량부 미만인 실시예 12, 13의 경우 젖음성이 실시예 1에 대비하여 매우 좋지 않음을 확인할 수 있다. 한편, PAN의 함량이 20중량부 초과하는 실시예 15의 경우 제사성, 나노섬유의 직경균일성 및 젖음성에서 실시예 1과 대비하여 평가결과 문제가 없었으나, 실시예 1의 경우 제조된 나노섬유의 평균직경이 214㎚인데 비하여, 실시예 15의 경우 평균직경이 300㎚로 두꺼워짐에 따라서 보다 작은 공경의 섬유웹을 구현하기에는 불리한 것을 확인할 수 있다.
종류 상품명 HLB
실시예5 양이온성 CTAB 10
실시예6 음이온성 SLS 40
실시예7 양쪽성 Tego 13
실시예8 비이온성 sorbitan laurate 8.6
실시예9 비이온성 poly sorbate 85 11
실시예10 비이온성 Tween 20 16.7
실시예11 비이온성 PEG 80 sorbitan laurate 19.1

Claims (15)

  1. 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키는 에멀젼화제를 포함하는 필터여재용 나노섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬유형성성분은 폴리비닐리덴플루오라이드 100 중량부에 대하여 폴리아크릴로나이트릴을 8 ~ 20 중량부로 포함하는 필터여재용 나노섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유는 섬유형성성분 100 중량부에 대하여 에멀젼화제를 0.5 ~ 8중량부로 포함하는 필터여재용 나노섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에멀젼화제는 제사성을 향상시키는 비이온성 에멀젼화제인 필터여재용 나노섬유.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비이온성 에멀젼화제는 친수화-친유성화 비(HLB, hydrophile-lipophile balance)가 10 ~ 18을 만족하는 필터여재용 나노섬유.
  6. 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키는 에멀젼화제를 포함하는 나노섬유로 형성된 3차원 네트워크 구조의 섬유웹층;을 포함하는 필터여재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 필터여재는 섬유웹층의 적어도 일면에 형성된 지지층을 더 포함하는 필터여재.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 섬유웹층의 두께는 0.5 ~ 200 ㎛이고, 평량은 0.5 ~100 g/㎡이며, 기공도는 40 ~ 90%이고, 평균공경은 0.1 ~ 5㎛인 필터여재.
  9. (a) 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키는 에멀젼화제를 포함하는 방사용액을 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 방사용액을 전기방사시키는 단계;를 포함하는 필터여재용 나노섬유 제조방법.
  10. (1)폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키는 에멀젼화제를 포함하는 방사용액을 제조하는 단계; 및
    (2) 상기 방사용액을 전기방사하여 나노섬유로 형성된 섬유웹층을 제조하는 단계;를 포함하는 필터여재 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 (2) 단계는
    2-1) 상기 방사용액을 지지층상에 나노섬유를 전기방사하여 섬유웹층을 제조하는 단계; 및
    2-2) 상기 지지층 및 섬유웹층에 열을 가하여 섬유웹층에 지지층을 열융착시키는 단계;를 포함하는 필터여재 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 섬유웹층 하부에 있는 지지층과 다른 지지층을 상기 2-1) 단계와 2-2) 단계 사이에서 섬유웹층 상에 배치시키는 단계를 더 포함하는 필터여재 제조방법.
  13. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 필터여재; 및
    상기 필터여재에서 여과된 여과액이 외부로 유출되도록 하는 유로를 구비하고, 상기 필터여재의 테두리를 지지하는 지지프레임;을 포함하는 평판형 필터유닛.
  14. 다공성 투과수 유출관;
    상기 다공성 투과수 유출관에 권취된 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 필터여재; 및
    상기 다공성 투과수 유출관에 권취된 필터여재를 하우징 하는 외부케이스;를 포함하는 원통형 필터유닛.
  15. 다수개의 제13항에 따른 필터유닛이 소정의 간격으로 이격되어 구비된 필터모듈.
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