WO2017209520A1 - 필터집합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터모듈 - Google Patents

필터집합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터모듈 Download PDF

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WO2017209520A1
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서인용
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Definitions

  • the present invention relates to a filter assembly, and more particularly, a filter assembly having an excellent water permeability and excellent durability and a mechanical strength capable of withstanding high pressure due to backwashing, a method of manufacturing the same, and a filter module including the same. It is about.
  • the separation membrane may be classified into a microfiltration membrane (MF), an ultrafiltration membrane (UF), a nano separation membrane (NF), or a reverse osmosis membrane (RO) according to the pore size.
  • MF microfiltration membrane
  • UF ultrafiltration membrane
  • NF nano separation membrane
  • RO reverse osmosis membrane
  • the separation membranes exemplified above have a difference in use and pore size, but they have a common feature that they are either a filter medium formed from a fiber or a porous polymer filter medium or in the form of 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 was a limit in implementing a separator having a fine and uniform pore structure only by adjusting the diameter and basis weight of the fibers. Only membranes as much as filtration membranes can be implemented, and separation membranes such as ultrafiltration membranes and nano-separation membranes for filtering finer particles have been difficult to implement.
  • the method devised to solve this problem is a separator prepared through the ultrafine fibers having a diameter of the nano-fibers.
  • 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 to be suitable for water treatment applications is the flow rate
  • the flow rate is not only affected by the porosity, pore size, pore structure of the membrane, but also the degree of hydrophilicity of the material of the membrane, in the case of the membrane lacking hydrophilic material
  • the flow rate has been improved by plasma treatment, surface modification with a hydrophilic surface, and coating a separate hydrophilic layer.
  • the material of the separator is hydrophobic, it is not easy to modify it to be hydrophilic, and even when it is modified to be hydrophilic, the flow rate cannot be increased to a desired level, and hydrophilicity is easily lost during use, resulting in a weak durability.
  • the pore structure of the membrane itself before hydrophilization that is, the porosity and pore size may vary, and thus the pore structure of the membrane initially designed to achieve the desired flow rate and separation efficiency. There may be a problem that can be changed to obtain the flow rate and separation efficiency to the desired level.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a filter assembly and a method of manufacturing the same, in which the flow rate is significantly increased by increasing the hydrophilicity of the separator.
  • Another object of the present invention is to provide a filter assembly and a method of manufacturing the filter assembly, which have a prolonged life cycle as the hydrophilicity is maintained for a long time.
  • the present invention has another object to provide a filter assembly and a method of manufacturing the same, in which the physical properties of the initially designed media can be fully expressed as the pore structure of the media is minimized during the hydrophilization.
  • Another object of the present invention is to provide a filter assembly and a method of manufacturing the same, which can ensure a flow path even at a high pressure applied in the filtration and / or backwashing process, and at the same time minimize the damage of the membrane.
  • the present invention has another object to provide a filter module that can be variously applied in the water treatment field through a filter assembly having chemical resistance, excellent water permeability and durability.
  • the present invention is a three-dimensional network structure comprising a nanofiber, comprising: a media having a fibrous web layer including a hydrophilic coating layer covering at least a portion of the outer surface of the nanofiber; It provides a filter assembly comprising a; and a first support for supporting the filter medium provided on both sides to form a flow path.
  • the filter medium may further include a second support provided on one surface of the fibrous web layer, and the second support may be disposed to face the first support.
  • the second support may include any one or more of a nonwoven fabric, a woven fabric, and a knitted fabric.
  • the first support may include any one or more of a nonwoven fabric, a woven fabric, and a knitted fabric.
  • the first support may include a composite fiber including a support component and a low melting component such that at least a portion of the low melting component is exposed to an outer surface, and the low melting component of the composite fiber is heat-sealed to the media. Can be.
  • the second support has a composite fiber arranged to expose at least a portion of the low melting point component to the outer surface, including a support component and a low melting point component,
  • the interface of the fibrous web layer facing the second support may be heat-sealed, and the interface between the first support facing the second support may be heat-sealed.
  • the nanofibers are polytetrafluoroethylene (PTFE) -based, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) -based, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) -based, Tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (EPE) system, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) system, polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) system, chlorotrifluoro It may include any one or more fluorine-based compound selected from the group consisting of a low ethylene-ethylene copolymer (ECTFE) system and a polyvinylidene fluoride (PVDF) system.
  • ECTFE low ethylene-ethylene copolymer
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the fiber web has an average pore diameter of 0.1 to 5 ⁇ m, porosity may be 40 to 90%.
  • the nanofibers may have a diameter of 0.05 ⁇ 2 ⁇ m.
  • the hydrophilic coating layer may be formed by crosslinking a hydrophilic polymer compound having a hydroxy group and a crosslinking agent having a carboxyl group.
  • the crosslinking agent may include at least three or more carboxyl groups.
  • the hydrophilic polymer compound may include a polyvinyl alcohol having a weight average molecular weight of 20,000 to 100,000, and a degree of saponification of 85 to 90%.
  • the fluorine-based compound may be polyvinylidene fluoride (PVDF) having a weight average molecular weight of 300,000 ⁇ 600,000.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the hydrophilic coating layer may cover the nanofibers so as to include 0.1 ⁇ 2g per fiber web unit area (m 2).
  • crosslinking agent may include any one or more selected from the group consisting of poly (acrylic acid-maleic acid), polyacrylic acid, and poly (styrenesulfonic acid-maleic acid).
  • the hydrophilic polymer compound is polyvinyl alcohol
  • the hydrophilic coating layer may be formed by including 5 to 20 parts by weight of a crosslinking agent with respect to 100 parts by weight of polyvinyl alcohol.
  • the first support may have a basis weight of 200 ⁇ 800g / m2, the thickness may be 1 ⁇ 10mm.
  • the second support may have a basis weight of 10 to 200 g / m 2 and a thickness of 0.05 to 0.5 mm.
  • the average initial wetting angle for any of the five different spots in the exposed fibrous web layer surface may be 40 ° or less, and the average deviation of the initial wetting angle for the five points may be 7 ° or less.
  • the present invention (1) forming a fibrous web layer of a three-dimensional network structure containing nanofibers; (2) treating the fibrous web layer with a hydrophilic coating composition to prepare a media on which a hydrophilic coating layer is formed; And (3) providing the filter medium on both sides of the first support provides a filter assembly manufacturing method comprising a.
  • the fibrous web layer of step (1) may be formed by electrospinning a spinning solution containing a fluorine-based compound on a second support.
  • step (1) may further include fusing the second support and the fibrous web layer by applying any one or more of heat and pressure to the second support and the fibrous web layer laminated after the electrospinning.
  • the hydrophilic coating composition further comprises a wettability improving agent for improving the formation of the hydrophilic coating layer on the outer surface of the nanofiber, the wettability improving agent includes at least one selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethyl alcohol and methyl alcohol. can do.
  • the hydrophilic coating composition may include polyvinyl alcohol (PVA) as a hydrophilic polymer compound, and may include 5 to 20 parts by weight of a crosslinking agent including a carboxyl group based on 100 parts by weight of the polyvinyl alcohol.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the hydrophilic coating composition may include 0.3 to 1% by weight of polyvinyl alcohol (PVA) as a hydrophilic polymer compound.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • step (3) is a step 3-1) laminating the prepared media on both sides of the first support; And 3-2) fusing the laminated first support and the media by applying at least one of heat and pressure; It may be performed including.
  • the present invention also provides a filter module including the filter assembly according to the present invention.
  • the filter module may be a flat filter module having the filter assembly as a flat membrane or a cylindrical filter module having the filter assembly wound in a cylindrical shape.
  • the flow rate can be significantly increased due to the improved hydrophilicity of the media.
  • the cycle of use can be significantly extended.
  • the pore structure of the media is minimized during the hydrophilization, the physical properties of the media designed in the beginning can be fully expressed.
  • the formation of flow path is smooth even under high pressure applied during filtration and / or backwashing, so that the flow rate is prevented and the damage of the membrane is minimized. Therefore, the filter assembly with chemical resistance, excellent water permeability and durability is applied to various applications in the water treatment field. Can be.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a filter assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view and a partially enlarged view of a filter assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a filter assembly according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3a is a cross-sectional view of the filter assembly having a first support layer of a non-woven fabric
  • Figure 3 is a filter assembly having a first support layer of a tricoat Cross-sectional view
  • Figure 4 is a view of a flat plate filter module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4a is a perspective view of the filter module
  • Figure 4b is a schematic diagram showing the filtration flow based on the cross-sectional view of the X-X 'boundary line of Figure 4a
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a cylindrical filter module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7a to 7b is a view of the fiber web layer included in an embodiment of the present invention
  • Figure 7a is a surface electron micrograph of the fiber web layer
  • Figure 7b is a cross-sectional electron micrograph of the fiber web layer
  • Figure 7c is a fiber
  • Figure 7d is a graph of the fineness distribution of the nanofibers provided in the web layer
  • Figure 7d is a graph of the pore distribution of the fiber web layer.
  • the filter assembly 1000 may include a first support layer 200 provided between the first media 101 and the second media 102 each having a fibrous web layer. Is implemented as
  • the first filter 101 and the second filter 102 may further include second supports 121 and 122 provided on one surface of the fibrous web layers 111 and 112, wherein the filter assembly ( In the 1000, the second supports 121 and 122 may be disposed to face the first support 200.
  • first media 101 and the second media 102 disposed on both surfaces of the first support 200 will be described.
  • the media 101 and 102 may be implemented as the fibrous web layers 111 and 112 having a second support body 121 and 122 and a three-dimensional network structure as shown in FIG. 2.
  • hydrophilic coating layers 131 and 132 may be coated on at least a portion of an outer surface of the nanofibers 111a and 112a forming the fibrous web layers 111 and 112.
  • the second supports 121 and 122 are not particularly limited as long as they generally serve as a support of the media, but may preferably be a woven fabric, a knitted fabric, or a nonwoven fabric.
  • 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
  • the nonwoven fabric may be used, and the pore size, porosity, basis weight, etc. of the nonwoven fabric may vary depending on the desired water permeability, filtration efficiency, and mechanical strength, and the present invention is not particularly limited thereto.
  • the second support (121, 122) is a material used as a support of the media is not limited in the material.
  • synthetic fibers selected from the group consisting of polyester, polypropylene, nylon and polyethylene; Or natural fibers containing cellulose can be used.
  • the second supports 121 and 122 may include a composite fiber disposed to expose at least a portion of the low melting point component to an external surface including a support component and a low melting point component.
  • the melting point component may enable thermal fusion with the fibrous web layers 111 and 112.
  • the low melting point component may be a known one, and may be, for example, a low melting polymer such as a low melting polyester or a low melting polyethylene. More preferably, the low melting polymer compound is disposed to be exposed to the entire outer surface of the fiber.
  • the fibers forming the second support bodies 121 and 122 are made of low melting point polyester, and the polyester-based low melting point composite fiber and / or low melting point polyethylene are made of polyethylene terephthalate, It may be a polyolefin-based low melting point composite fiber having a polypropylene core.
  • the adhesion with the fibrous web layer (111, 112) can be more excellent, through the pressure of the raw water flowing into the filter assembly through this Even when the filter assembly flows, the peeling is prevented.
  • the melting point of the low melting point component may be 60 ⁇ 180 °C.
  • the average diameter of the composite fiber forming the support 121 may be 5 ⁇ 30 ⁇ m.
  • the thicknesses of the second supports 121 and 122 may be 0.05 to 0.5 mm, for example, 180 ⁇ m.
  • the second supports 121 and 122 may have an average pore diameter of 20 to 100 ⁇ m, and porosity may be 50 to 90%.
  • the basis weight of the second support (121, 122) may be 10 ⁇ 200 g / m2.
  • the present invention is not limited thereto, and supports the fibrous web layers 111 and 122 which will be described later to express a desired level of mechanical strength and is fed to the filtrate or the fibrous web layers 111 and 112 introduced through the fibrous web layers 111 and 122. If the porosity, basis weight and pore size are not limited so as not to inhibit the flow of the juice, there is no limitation.
  • the fibrous web layers 111 and 112 have a three-dimensional network structure formed of nanofibers 111a and 112a as shown in FIG. 2.
  • the nanofibers (111a, 112a) may be a known polymer compound that can be molded and maintained in a fiber shape, non-limiting examples of this, polyurethane, polyester, polyolefins, polyamides and fluorine-based compounds alone or It may contain two or more kinds.
  • the nanofibers 111a and 112a may express more improved chemical resistance and heat resistance through the inclusion of fluorine compounds.
  • the raw water is a solution of strong acid / strong base or a solution having a high temperature, there is an advantage that the filtration efficiency and flow rate can be secured to a desired level without changing the physical properties of the filter medium.
  • the fluorine-based compound may be used without limitation in the case of a known fluorine-based compound which may be prepared from nanofibers.
  • a known fluorine-based compound which may be prepared from nanofibers For example, polytetrafluoroethylene (PTFE) system, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) system, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) system, tetra Fluoroethylene-hexafluoropropylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (EPE) system, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) system, polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) system, chlorotrifluoro It may include any one or more compounds selected from the group consisting of ethylene-ethylene copolymer (ECTFE) and polyvinylidene fluoride (PVDF) system, more
  • the nanofibers 111a and 112a may have an average diameter of 0.05 to 2 ⁇ m and an aspect ratio of 1000 to 100000, but is not limited thereto.
  • the nanofibers 111a and 112a provided in the fibrous web layers 111 and 112 may include a first nanofiber group having a diameter of 0.1 ⁇ m to 0.2 ⁇ m, a second nanofiber group having a diameter of 0.2 ⁇ m to 0.3 ⁇ m, and a diameter of 0.3 ⁇ m to 0.3 ⁇ m.
  • the third nanofiber group having a diameter of 0.4 ⁇ m may include 30 to 40 wt%, 50 to 60 wt%, and 5 to 15 wt% based on the total weight of the web layers 111 and 112, for example, the total fiber web layers 111 and 112. It may include 35% by weight, 53% by weight, 12% by weight relative to the weight of the), through which the pore structure may be advantageous to implement a uniform fiber web layer.
  • the thickness of the fibrous web layers 111 and 112 of the three-dimensional network structure including the above-described nanofibers 111a and 112a may be 0.5 to 200 ⁇ m, for example, 20 ⁇ m.
  • the porosity of the fiber web layer 111 is 40 ⁇ 90%, the average pore size may be 0.1 ⁇ 5 ⁇ m, the basis weight may be 0.05 ⁇ 100g / m2, but is not limited thereto, the desired water permeability and filtration efficiency It may be changed appropriately in consideration of.
  • the fibrous web layers 111 and 112 may be provided in the respective media (101, 102) more than one layer, wherein the porosity, pore size, basis weight and / or thickness of each fibrous web layer may be different.
  • hydrophilic coating layers 131 and 132 covering at least a portion of the outer surfaces of the nanofibers 111a and 112a will be described.
  • the nanofibers 111a and 112a may have low hydrophilicity depending on the selected material, and as described above, when the fluorine-based compound is included for heat resistance and chemical resistance, the hydrophobicity of the nanofibers becomes very large so that the flow rate may be high for hydrophilic raw water. This can be significantly lowered.
  • the hydrophilic coating on the surface of the nanofiber containing a fluorine-based compound to solve this problem is that the hydrophilic material is applied on the surface of the hydrophobic nanofiber, the coating layer is not formed well, even if formed easily peel off problem is not good durability have.
  • the hydrophilic coating layer is formed thick, there is a problem that the pore structure of the fibrous web layer is changed, so that the physical properties of the initially designed fibrous web layer may not be fully expressed.
  • nanofibers formed by mixing a hydrophilic component and a fluorine-based compound in a fiber forming component have a low miscibility between compounds due to heterogeneous properties, so that the mechanical strength of the prepared nanofibers is difficult to produce nanofibers during electrospinning. Is remarkably weak and difficult to use as a filter medium.
  • the present invention includes a hydrophilic coating layer covering nanofibers for improving hydrophilicity.
  • the hydrophilic coating layers 131 and 132 are formed by including a hydrophilic polymer having a hydroxy group or the hydrophilic polymer is crosslinked through a crosslinking agent.
  • the hydrophilic polymer may be a single or mixed form of polyvinyl alcohol (PVA), ethylene vinyl alcohol (Ethylenevinyl alcohol, EVOH), sodium alginate (Sodium alginate), and most preferably polyvinyl alcohol (PVA).
  • the crosslinking agent may be used without limitation in the case of a known crosslinking agent having a functional group capable of crosslinking through a hydroxyl group condensation reaction and the like provided with the hydrophilic polymer.
  • the functional group may be a hydroxyl group, a carboxyl group, or the like.
  • the hydrophilic coating layers 131 and 132 may be formed by crosslinking a crosslinking agent including polyvinyl alcohol (PVA) and a carboxyl group to further improve physical properties.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the polyvinyl alcohol may be more preferably a degree of polymerization of 500 to 2,000, more preferably a degree of polymerization of 1,500 to 2,000, the degree of saponification may be 85 to 90%.
  • the weight average molecular weight may be 20,000 to 100,000, and more preferably 50,000 to 100,000. If the weight average molecular weight of the polyvinyl alcohol is less than 20,000, even if the formation of the hydrophilic coating layer is not smooth or can be easily peeled off, may not improve the hydrophilicity to the desired level.
  • the formation of the hydrophilic coating layer may be excessive, and thus the pore structure of the fibrous web layer may be changed or the pores may be closed.
  • the degree of saponification is less than 85%, the formation of the hydrophilic coating layer may be unstable, and the degree of improvement of the hydrophilicity may be insignificant. If the degree of saponification exceeds 90%, the hydrogen bonding between polyvinyl alcohol molecules is strong, so that it may be dissolved in a solvent even at high temperatures Even if difficult or dissolved, it is difficult to completely dissolve, thus making it difficult to manufacture a hydrophilic coating layer solution. As a result, even if the hydrophilic coating layer is not properly formed, a hydrophilic coating layer may be formed unevenly and some pores may be closed. You may not be able to.
  • the crosslinking agent may be a component containing a carboxyl group so as to be crosslinked with the above-described polyvinyl alcohol.
  • the crosslinking agent may include at least one material selected from the group consisting of poly (acrylic acid-maleic acid), polyacrylic acid, and poly (styrenesulfonic acid-maleic acid).
  • the crosslinking agent may be coated to at least a very thin coating so that the coating property / adhesiveness on the surface of the more hydrophobic nanofibers 111a and 112a and the pore structure of the fibrous web layers 111 and 112 can be very thin and the flow rate can be improved. It may be a multifunctional crosslinking agent comprising three or more carboxyl groups.
  • the cross-linking agent is less than three carboxyl groups, the coating layer is difficult to form on the surface of the hydrophobic nanofibers (111a, 112a), even if formed there is a problem that can be easily peeled off because the adhesion is very weak.
  • the crosslinking agent having three or more carboxyl groups may be poly (acrylic acid-maleic acid), and more preferably poly (acrylic acid-maleic acid) having a weight average molecular weight of 3000 to 8000.
  • the hydrophilic coating layers 131 and 132 may be formed by crosslinking 5 to 20 parts by weight, more preferably 10 to 20 parts by weight, of a crosslinking agent containing a carboxyl group based on 100 parts by weight of the polyvinyl alcohol described above. If the crosslinking agent is provided in less than 5 parts by weight, the formability of the hydrophilic coating layer may be reduced, there is a problem that the chemical resistance and mechanical strength is lowered. In addition, when the crosslinking agent is provided in excess of 20 parts by weight, the crosslinking reaction is less likely to occur uniformly as the crosslinking agent is entangled in the hydrophilic coating composition, so that the coating layer may be formed unevenly or the pores may be reduced due to the coating layer. There may be a problem of this deterioration.
  • the hydrophilic coating layers 131 and 132 may be formed on a part of the outer surface of the nanofibers 111a and 112a as shown in FIG. 2 or may be formed on all of the outer surfaces of the nanofibers unlike FIG.
  • the hydrophilic coating layers (131, 132) may be coated on the nanofibers to include 0.1 ⁇ 2g per fiber web unit area (m 2), if the hydrophilic coating layer is coated with less than 0.1g per unit area (m 2) of the fiber web It may be difficult to obtain a flow rate of the desired level, and when the hydrophilic coating layer exceeds 2 g per unit area (m 2) of the fiber web, the pore structure may be changed by closing some pores such as to close the desired filtration rate / flow rate. May not be obtainable.
  • any five different surfaces on the exposed fibrous web layer surface are provided.
  • the initial wetting angle at the point may be below 40 °, even more preferably below 30 °, even more preferably below 20 °, even more preferably below 12 °, even more preferably below 5 °. Therefore, there is an advantage to secure an improved flow rate despite being a hydrophobic fibrous web layer.
  • the initial wetting angle refers to the wetting angle measured within 20 seconds after the droplet is formed on the sample, and in the case of the fibrous web layer, the wetting angle decreases when the droplet initially formed on the surface flows through the pores due to the porous structure. Since there may be, the degree of surface hydrophilization of the fibrous web layer is preferably evaluated by the initial wetting angle. On the other hand, little or no change in the wet angle with time after the droplet is generated means that the pores on the surface of the fibrous web layer are closed due to the hydrophilic modification, and through this, the pores designed at the beginning of the fibrous web layer due to the hydrophilic modification. You can see that the structure has changed.
  • the average deviation of the initial wet angle with respect to the five points where the average initial wet angle is measured is 7 ° or less, more preferably 5 Or less, more preferably 3 or less. If the average deviation of the initial wetting angle exceeds 7 °, even if the average initial wetting angle is low, there may be a place where the degree of hydrophilization by the position of the fibrous web layer is low. Increasingly, there is a fear that a desired level of flow rate cannot be obtained.
  • the mean deviation of the initial wetting angle means an average of absolute values for the initial wetting angle deviation of each of the five points with respect to the average initial wetting angle, which is the arithmetic mean of the five initial wetting angles. Can be calculated as 1.
  • the Xi point means any one of five different points X1 to X5 at which the initial wetting angle is measured.
  • first support body 200 which is interposed between the above-described media (101, 102) to support the media (101, 102) to form a flow path.
  • the filter media 101 and 102 that perform a filtration function are provided on both sides of the filter assembly 1000, and the filtrate is a fibrous web layer of the filter media 101 and 102.
  • the filtering process may be performed by filtering the filtrate as it enters the filter assembly from the outside and the filtrate passes in the opposite direction to the filter assembly.
  • a force compressing inward from the external both directions toward the inside or a force expanding from the inside toward the external both directions may be applied, thereby causing damage to the filter assembly.
  • the first support 200 is interposed between the first filter 101 and the second filter 102 in order to solve such a problem, even if a high pressure is applied to the filter assembly to secure a flow path and to damage the filter assembly.
  • Prevention keys play a role.
  • the first support 200 is not particularly limited as long as it serves as a supporter of the separator, but may be preferably a woven fabric, a knitted fabric, or a nonwoven fabric.
  • 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, and may be a knitted fabric, a warp knitted fabric, or the like, and as an example, as illustrated in FIG. 3B, the first support 202 may be a tricot in which the yarn 202a is warped. have.
  • FIG. 3B the first support 202 may be a tricot in which the yarn 202a is warped. have.
  • the first support body 201 may be a non-woven fabric having no longitudinal or lateral direction on the fibers 201a, and may be a dry nonwoven fabric such as a chemical bonding nonwoven fabric, a thermal bonding nonwoven fabric, an airlay nonwoven fabric, a wet nonwoven fabric, or a spanless nonwoven fabric.
  • Known nonwovens such as needle punching nonwovens or meltblown can be used.
  • the first support is a nonwoven fabric, pore size, porosity, basis weight, and the like may vary depending on the desired water permeability, filtration efficiency, and mechanical strength, and the present invention is not particularly limited thereto.
  • the first support 200 is a material used as a support of the separator, there is no limitation in the material thereof.
  • synthetic fibers selected from the group consisting of polyester, polypropylene, nylon and polyethylene; Or natural fibers containing cellulose can be used.
  • the first support 200 may be heat-sealed with the second support layers 121 and 122 of the media 101 and 102, more specifically, the media 110 and 102, in order to improve the binding force between the media and the media 101 and 102 without a separate adhesive or adhesive layer.
  • the low melting point component may be a known one, and may be, for example, a low melting polymer such as a low melting polyester or a low melting polyethylene. More preferably, the low melting polymer compound is disposed to be exposed to the entire outer surface of the fiber.
  • the fiber forming the first support 200 is made of a low melting point polyester as a part, and a polyester-based low melting point composite fiber and / or a low melting point polyethylene having a core of polyethylene terephthalate as the part. It may be a polyolefin-based low melting point composite fiber having a polypropylene core. In this case, the melting point of the low melting polymer compound may be 60 ⁇ 180 °C.
  • first support 200 and the second support (121, 122) may be all formed of a composite fiber containing a low melting point component, through which the heat-sealed portion (A) of FIG. Separation and separation can be prevented.
  • first support member 200 and the second support members 121 and 122 may be formed of a low melting point composite fiber having the same melting point and the base of the material, and thus may be advantageous to express an improved binding force. have.
  • the thickness of the first support 200 may be 1 to 10 mm, for example 5 mm, the basis weight may be 200 to 800 g / m2, but is not limited thereto.
  • the average diameter of the fibers forming the first support 200 may be 5 ⁇ 30 ⁇ m.
  • the first support 200 may have an average pore diameter of 20 to 200 ⁇ m, and porosity may be 50 to 90%, but is not limited thereto, and the above-described media in the filtration process and / or the back washing process ( 101, 102) is not limited as long as the porosity and pore size are sufficient to express the desired level of mechanical strength and to smoothly form the flow path even at high pressure.
  • the filter assembly 1000 described above may be manufactured by the manufacturing method described below, but is not limited thereto.
  • the filter assembly 1000 comprises the steps of (1) forming a fibrous web layer having a three-dimensional network structure including nanofibers, and (2) treating a hydrophilic coating composition on the fibrous web layer to prepare a material having a hydrophilic coating layer formed thereon. And (3) providing the media on both sides of the first support.
  • step (1) is to form a fibrous web layer, and may be used without limitation in the case of a method of forming a fibrous web layer having a three-dimensional network shape with nanofibers.
  • the fibrous web layer may form a fibrous web layer by electrospinning a spinning solution containing a fluorine-based compound on the second support.
  • the spinning solution may include a fluorine-based compound and a solvent as the fiber forming component.
  • the fluorine-based compound is preferably contained in 5 to 30% by weight, preferably 8 to 20% by weight in the spinning solution, if less than 5% by weight of the fluorine-based compound is difficult to form a fiber, when spinning is not spun into fibrous droplets Even when sprayed to form a film or spinning, beads are formed a lot and the volatilization of the solvent is not made well, the pores may be clogged in the calendaring process to be described later.
  • the fluorine-based compound 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 solvent may be used without limitation in the case of a solvent which does not generate a precipitate while dissolving a fluorine-based compound which is a fiber-forming component and does not affect the radioactivity of the nanofibers described later, but is preferably ⁇ -butyrolactone, cyclohexanone, 3 It may include any one or more selected from the group consisting of -hexanone, 3-heptanone, 3-octanone, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, acetone dimethyl sulfoxide, dimethylformamide.
  • the solvent may be a mixed solvent of dimethylacetamide and acetone.
  • the prepared spinning solution may be prepared nanofibers through known electrospinning apparatus and method.
  • the electrospinning apparatus may use an electrospinning apparatus having a single spinning pack having one spinning nozzle or a plurality of single spinning packs for mass production or an electrospinning apparatus having a spinning pack having a plurality of nozzles. It is okay.
  • dry spinning or wet spinning having an external coagulation bath can be used, and there is no limitation according to the method.
  • a fiber web layer formed of desired nanofibers may be obtained when electrospinning onto a collector, for example, on paper.
  • the air pressure of the air injection may be set in the range of 0.01 ⁇ 0.2 MPa. 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 injection rate of the spinning solution per nozzle 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.
  • the fiber web layer may be directly formed on the second support by electrospinning the nanofibers directly on the second support.
  • the nanofibers accumulated / collected on the second support have a three-dimensional network structure, and heat and / or pressure are applied to maintain porosity, pore size, basis weight, etc., which are suitable for expressing the water permeability and filtration efficiency of a desired separator.
  • the accumulated / collected nanofibers can be implemented as a fibrous web layer having a three-dimensional network structure.
  • a specific method of applying the heat and / or pressure a known method may be adopted, and as a non-limiting example, a conventional calendaring process may be used, and the temperature of the applied heat may be 70 to 190 ° C.
  • the calendaring process when carried out, it may be divided into several times and carried out a plurality of times. For example, pore control and strength after performing a drying process to remove the solvent and water remaining in the nanofibers through the first calendering. Secondary calendaring can be done for improvement. At this time, the degree of heat and / or pressure applied in each calendaring process may be the same or different.
  • the binding through the heat-sealing of the fibrous web layer and the second support can be simultaneously carried out through the calendering process.
  • a separate hot melt powder or hot melt web may be further interposed to bind the second support and the fibrous web layer.
  • the heat may be applied to 60 ⁇ 190 °C
  • the pressure may be applied to 0.1 ⁇ 10 kgf / cm2, but is not limited to this, the components added separately for binding to produce a fume (Hum) or dissolved in the water treatment process It is preferable to bind the second support and the fibrous web layer without including it, as it may cause environmentally negative problems.
  • the hydrophilic coating composition is treated on the fibrous web layer to prepare a filter medium on which a hydrophilic coating layer is formed.
  • Step (2) is a step 2-1) treating the hydrophilic coating composition on the fibrous web layer; And 2-2) heat treating the hydrophilic coating composition to form a hydrophilic coating layer.
  • the hydrophilic coating composition may include a hydrophilic component and a crosslinkable component.
  • the hydrophilic component may be the above-described hydrophilic polymer compound, for example, may be polyvinyl alcohol.
  • the crosslinkable component may be the crosslinking agent described above, and may be, for example, a crosslinking agent including a carboxy group.
  • the hydrophilic coating composition may further include a solvent capable of dissolving the hydrophilic component and the crosslinkable component, and the solvent may be a known one capable of dissolving polyvinyl alcohol, and may be, for example, water.
  • the hydrophilic coating composition may include 5 to 20 parts by weight of a crosslinking agent and 1,000 to 100,000 parts by weight of a solvent based on 100 parts by weight of polyvinyl alcohol.
  • the polyvinyl alcohol is preferably included in 0.3 to 1.0% by weight relative to the total weight of the hydrophilic coating composition, more preferably 0.3 to 0.8% by weight. If the polyvinyl alcohol is included in less than 0.3% by weight relative to the hydrophilic coating composition, the hydrophilic coating layer may not be uniformly coated or formed to a desired level of content, thereby improving the hydrophilicity. In addition, if the content of the polyvinyl alcohol is greater than 1.0% by weight it is difficult to control the thickness of the hydrophilic coating layer may be a change in pore size of the fiber web layer or pore closure.
  • the coating composition does not penetrate into the fiber web layer and flows along the surface thereof.
  • Hydrophilic coating compositions can be difficult to reach.
  • the hydrophilic coating layer may not be properly formed on the outer surface of the nanofiber to reach inside. This improves the penetration of the hydrophilic coating composition into the fibrous web layer, allows the penetrated hydrophilic coating composition to wet the outer surface of the nanofibers, and allows the hydrophilic coating composition to be quickly dried and coated on the nanofibers before flowing down.
  • the hydrophilic coating composition may further include a wettability improving agent.
  • the wettability improving agent may be used without limitation when it is a component that can improve the wettability of the hydrophilic solution of the hydrophobic nanofiber outer surface and can be easily vaporized and dissolved in the hydrophilic coating composition.
  • the wettability improving agent may be at least one component selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethyl alcohol, and methyl alcohol, and more preferably, the shrinkage phenomenon of the fibrous web due to vaporization of the wettability improving agent and thus the first designed It is preferable to use isopropyl alcohol to prevent the pore structure of the fibrous web.
  • the wettability improving agent may be included in an amount of 5,000 to 25,000 parts by weight based on 100 parts by weight of polyvinyl alcohol provided in the hydrophilic coating composition. If the wettability improving agent is provided in less than 5000 parts by weight, the improvement of the wettability of the nanofibers may be weak, and thus the formation of the hydrophilic coating layer may not be smooth, and the hydrophilic coating layer may be frequently peeled off. In addition, when the wettability improving material is included in an amount exceeding 25,000 parts by weight, the degree of wettability improvement may be insignificant, and the concentration of the polyvinyl alcohol and the crosslinking agent included in the hydrophilic coating composition may be low, thereby preventing the formation of the hydrophilic coating layer.
  • the hydrophilic coating composition may be formed by pretreating the wettability improving agent on the fibrous web layer, and then treating the hydrophilic coating composition to form the hydrophilic coating layer.
  • the fiber web layer in which the wettability improving agent is supported in the pores is immersed in the hydrophilic coating composition, the wettability improving agent carried in the pores exits from the fibrous web layer, and at the same time, the time required for the hydrophilic coating composition to penetrate the pores is long. There is a problem with this extension.
  • the penetration degree of the hydrophilic coating composition is different depending on the thickness of the fibrous web layer and the diameter of the pores, there is a problem that the hydrophilic coating layer may be formed non-uniformly for each position of the fibrous web.
  • hydrophilic coating layer is unevenly formed, there is a problem that pores are closed by the hydrophilic coating layer in a part of the fibrous web layer. In this case, the pore structure of the initially designed fibrous web layer is changed, so that a desired flow rate cannot be obtained.
  • Incorporating a wettability improving agent into the hydrophilic coating composition is advantageous to simultaneously achieve shortening the manufacturing time, simplifying the manufacturing process and improving the formation of the hydrophilic coating layer without changing the pore structure of the fibrous web layer.
  • the method of forming the above-described hydrophilic coating composition on the fibrous web layer can be employed without limitation in the case of a known coating method, for example, immersion, spraying method and the like can be used.
  • step 2-2) may be performed to heat-treat the hydrophilic coating composition treated on the fibrous web layer to form a hydrophilic coating layer.
  • Step 2-2) may be carried out at the same time the drying step of the solvent in the hydrophilic coating composition.
  • the heat treatment may be performed in a dryer, wherein the heat is applied may be a temperature of 80 ⁇ 160 °C, the treatment time may be 1 minute to 60 minutes, but is not limited thereto.
  • the filter assembly is prepared by providing the prepared media on both sides of the first support.
  • Step (3) comprises the steps of 3-1) laminating the media prepared in step (2) described above on both sides of the first support; And 3-2) fusing the laminated first support and the media by applying any one or more of heat and pressure.
  • step 3-2 As a specific method of applying heat and / or pressure in step 3-2), a known method may be adopted, and as a non-limiting example, a conventional calendering process may be used, and the temperature of the applied heat is 70 ⁇ 190 ° C.
  • the calendaring process when the calendaring process is performed, it may be divided into several times and carried out a plurality of times. For example, second calendaring may be performed after the first calendaring. At this time, the degree of heat and / or pressure applied in each calendaring process may be the same or different.
  • the binding between the second support and the first support of the media may occur through thermal fusion, and there is an advantage in that a separate adhesive or an adhesive layer may be omitted.
  • the present invention includes a filter module implemented by including a filter assembly manufactured by the above-described manufacturing method.
  • the filter assembly 1000 may be implemented as a flat filter module 2000.
  • the flat filter module 2000 has a filter assembly 1000 and a flow path through which the introduced filtrate is directed toward the filter media 101 or 102 or the filtrate filtered from the filter media 101 or 102 can flow out.
  • a support frame 1100 for supporting the edge of the filter assembly, and in one region of the support frame 1100, a suction port 1110 capable of gradient of a pressure difference between the outside and the inside of the filter assembly 1000. ) May be provided.
  • the filter module 2000 as shown in FIG. 4A applies a high pressure suction force through the suction port 1110, the filtrate P disposed outside the filter assembly 1000 as shown in FIG.
  • the filtrate (Q1) that is directed through the filter medium (101, 102) flows along the flow path formed through the first support 200 and then flows into the flow path (E) provided in the outer frame (1100).
  • the filtrate Q2 may flow out to the outside through the suction port 1110.
  • the filter assembly 1000 may be implemented as a cylindrical filter module 2000 '. Specifically, the cylindrical filter module 2000 ′ is wound around the porous permeate outlet pipe 1210, the filter assembly 1000 wound around the porous permeate outlet pipe 1210, and the porous permeate outlet pipe 1210.
  • the outer housing 1220 housing the filter assembly 1000 is implemented.
  • the filter assembly 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 filtrate is introduced into the filter module 2000 'through the side surface and the filtered water filtered through the filter assembly 1000 opens the porous permeate outlet pipe 1210 therein. Can be discharged and collected.
  • a plurality of unit filter modules as shown in FIGS. 4A and 5 may be provided in one case or in one water treatment device to configure a large water treatment device.
  • a spinning solution 12 g of polyvinylidene fluoride (Arkema, Kynar761) as a fiber forming component was mixed with 88 g of a mixed solvent in which the weight ratio of dimethylacetamide and acetone was 70:30 at a temperature of 80 ° C. for 6 hours. While dissolving using a magnetic bar to prepare a mixed solution.
  • the spinning solution was put into a solution tank of an electrospinning apparatus and discharged at a rate of 15 ⁇ l / min / hole. At this time, the temperature of the spinning section is 30 °C, humidity was maintained at 50%, the distance between the collector and the spinning nozzle tip was 20 cm.
  • a high voltage generator was used to apply a voltage of 40 kV or more to a spin nozzle pack and at the same time, an air pressure of 0.03 MPa per spin pack nozzle was used to prepare a fiber web layer formed of PVDF nanofibers.
  • heat and pressure were applied at a temperature of 140 ° C. and 1 kgf / cm 2 to dry the solvent and moisture remaining in the fibrous web layer.
  • the prepared fibrous web layer was immersed in the hydrophilic coating composition prepared in Preparation Example as follows, and dried at a temperature of 110 ° C. for 5 minutes in a dryer to prepare a fibrous web layer having a hydrophilic coating layer.
  • a second nonwoven fabric (Namyang Nonwovens Co., CCP40) formed of a low melting point composite fiber having a polyethylene web having a melting point of about 120 ° C. and having a melting point of about 120 ° C. and a polypropylene core part having a thickness of about 200 ⁇ m.
  • heat and pressure were applied at a temperature of 140 ° C. and 1 kgf / cm 2 to perform a calendering process, thereby preparing a media fused between the fibrous web layer and the second support.
  • the fibrous web layer in the media has a three-dimensional network structure as shown in FIGS. 7A and 7B, wherein the nanofiber diameter distribution included in the fibrous web layer is as shown in FIG. 7C, and the pore distribution of the fibrous web layer is as shown in FIG. 7D.
  • the first support was about 5 mm thick, a non-woven fabric (Namyang nonwoven fabric, NP450) formed of low melting point composite fibers having a melting point of about 120 ° C. as a primary part and polypropylene as a core part.
  • NP450 non-woven fabric
  • the filter assembly was prepared by applying heat and a pressure of 1 kgf / cm 2 at a temperature of 140 ° C.
  • the hydrophilic component has 88% saponification and mixed 7142 parts by weight of ultrapure water with respect to 100 parts by weight of polyvinyl alcohol (Kuraray, PVA217) having a weight average molecular weight of 75,000, and then using a magnetic bar at a temperature of 80 ° C. for 6 hours. was dissolved to prepare a mixed solution. After lowering the mixed solution to 25 °C and as a crosslinking agent, polyacrylic acid comaleic acid (Aldrich, PAM) was mixed in the mixed solution to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of polyvinyl alcohol and dissolved at 25 °C for 12 hours I was.
  • PAM polyacrylic acid comaleic acid
  • isopropyl alcohol (Duksan Chemical, IPA) was added to the mixed solution to 7142 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyvinyl alcohol and mixed for 2 hours to prepare a hydrophilic coating layer-forming composition.
  • the polyvinyl alcohol content was 0.69 wt% in the total weight of the prepared hydrophilic coating composition.
  • Example 2 Prepared in the same manner as in Example 1, but by changing the composition of the hydrophilic coating composition as shown in Table 1, Table 2 or Table 3 to prepare a filter assembly as shown in Table 1, Table 2 or Table 3.
  • the contact angle between the surface of the fibrous web layer and the droplet surface was measured by a contact angle (°) measuring device.
  • a contact angle (°) measuring device After the shape of the droplet was taken with a CCD camera, a method of calculating the interfacial tension ( ⁇ ) optimized for the shape of the finally photographed droplet was used.
  • the injection volume was set to 0.05 mL through a micro syringe and secondary distilled water was used.
  • the contact angle was measured within 20 seconds after droplet generation for five points on the surface of the fibrous web layer, and the average value and average deviation according to Equation 1 were calculated.
  • the basis weight of the fiber web prepared before treating the hydrophilic coating composition and the basis weight after forming the hydrophilic coating layer were calculated, and the hydrophilic coating layer content was evaluated based on the difference.
  • the pore diameter dispersion after the modification was measured, PMI porrometry was used, and Galwick was used as the wetting liquid.
  • the average pore diameter of the fibrous web layer according to the example was expressed as a relative percentage, based on the average pore size of the fibrous web layer of Comparative Example 1 after the results were expressed as the average pore size. As the average pore size is far from 100%, it can be expected that the pore structure of the initially designed fibrous web is changed due to the formation of the hydrophilic coating layer.
  • the water permeability of the filter assembly of Example 1 after measuring the water permeability per 0.5 m 2 by applying an operating pressure of 50kPa Based on 100% relative water permeability of the filter medium according to the remaining Example and Comparative Example 1 are shown in Table 1 to Table 3 relative.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5 Example 6 Example 7 Hydrophilic Coating Composition PVA Weight average molecular weight 75,000 75,000 75,000 75,000 75,000 75,000 75,000 75,000 75,000 Safflower 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 Content (% by weight) 0.69 0.15 0.23 0.32 0.78 0.83 1.1 Crosslinking agent Number of carboxyl groups 3 3 3 3 3 3 Content (parts by weight) 15 15 15 15 15 15 15 15 Wetting improver Kinds IPA IPA IPA IPA IPA Content (parts by weight) 7142 7142 7142 7142 7142 7142 Filter assembly Hydrophilic Coating Layer Content (g / m2) 0.81 0.22 0.37 0.71 0.88 0.98 1.21 Average Wetting Angle ( ⁇ ) 25 83 72 38 25 23 24 Wetting angle average deviation ( ⁇ ) 1.1 17.5 14.7 4.8 0.9 0.7 0.7 Relative Average Diameter (%) 100 100 100 100 100 98 93 80 Relative Water Permeability (%) 100
  • Example 8 Example 9 Example 10 Example 11 Example 12 Example 13 Hydrophilic Coating Composition PVA Weight average molecular weight 75,000 75,000 75,000 75,000 75,000 75,000 75,000 Safflower 88 88 88 88 88 88 Content (% by weight) 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 Crosslinking agent Number of carboxyl groups 3 3 3 3 3 3 Content (parts by weight) One 3 8 11 19 22 Wetting improver Kinds IPA IPA IPA IPA Content (parts by weight) 7142 7142 7142 7142 7142 7142 Filter assembly Hydrophilic Coating Layer Content (g / m2) 0.11 0.18 0.65 0.79 1.2 0.44 Average Wetting Angle ( ⁇ ) 108 92 40 28 17 61 Wetting angle average deviation ( ⁇ ) 2.4 15.8 6.9 3.6 4.7 13.1 Relative Average Diameter (%) 100 100 100 100 100 84 63 Relative Water Permeability (%) 0 22 82 94 81 51
  • Example 14 Example 15 Example 16 Example 17 Example 18 Comparative Example 1 Hydrophilic Coating Composition PVA Weight average molecular weight 10,000 150,000 75,000 75,000 75,000 - Safflower 86 92 88 88 88 - Content (% by weight) 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 - Crosslinking agent Number of carboxyl groups 3 3 3 3 3 - Content (parts by weight) 15 15 15 15 15 - Wetting improver Kinds IPA IPA - IPA EtOH - Content (parts by weight) 7142 7142 0 4000 7142 - Filter assembly Hydrophilic Coating Layer Content (g / m2) 0.41 2.06 0.26 0.71 0.80 0 Average Wetting Angle ( ⁇ ) 66 23 84 37 26 110 Wetting angle average deviation ( ⁇ ) 2.1 1.7 13.1 0.9 1.1 1.3 Relative Average Diameter (%) 100 51 100 100 93 100 Relative Water Permeability (%) 53 44 29 88 91 0
  • the degree and uniformity of the hydrophilic coating layer formed according to the content in the hydrophilic coating composition of PVA, the weight average molecular weight of the PVA and / or the content of the crosslinking agent is changed, in the case of some examples in Comparative Example 1 As the average pore size decreases compared with the media, the pore structure of the media designed in the beginning cannot be maintained.
  • the degree of hydrophilic coating layer is formed or the average pore size of the implemented media is changed according to the content and type of the wettability improving agent, and thus may affect the water permeability of the implemented filter assembly.

Abstract

필터집합체가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 필터집합체는 나노섬유를 포함하는 3차원 네트워크 구조이고, 상기 나노섬유 외부면 적어도 일부를 피복하는 친수성 코팅층을 포함하는 섬유웹층을 구비하는 여재; 및 양면에 구비된 상기 여재를 지지하고 유로를 형성하는 제1지지체;를 포함하여 구현된다. 이에 의하면, 여재의 내화학성이 우수한 동시에 향상된 친수성으로 유량이 현저히 증가할 수 있다. 또한, 향상된 친수성이 오랜기간 유지됨에 따라서 사용주기가 현저히 연장될 수 있다. 나아가, 친수화 과정에서 여재의 기공구조의 변경이 최소화됨에 따라서 초도에 설계한 여재의 물성이 온전히 발현될 수 있다. 더불어 여과 및/또는 역세척시 가해지는 높은 압력에도 유로 형성이 원활하여 유량의 감소가 방지되고 막의 손상이 최소화됨에 따라서 내화학성, 우수한 수투과도 및 내구성을 갖는 필터집합체를 통하여 수처리 분야에서 다양하게 응용될 수 있다.

Description

필터집합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터모듈
본 발명은 필터집합체에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 우수한 수투과도를 갖는 동시에 내구성이 뛰어나고, 역세척에 따른 높은 압력에도 견딜 수 있는 기계적 강도가 담보된 필터집합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터모듈에 관한 것이다.
분리막은 기공크기에 따라 정밀 여과막(MF), 한외 여과막(UF), 나노분리막(NF) 또는 역삼투막(RO)으로 분류될 수 있다.
상기 예시되는 분리막들은 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 분리막을 구현에 한계가 있었고, 이에 따라 통상의 부직포 만으로는 정밀여과막 정도의 분리막만 구현가능하고 그 보다 미세한 입자를 여과시기 위한 한외여과막, 나노분리막과 같은 분리막은 구현되기 어려웠다.
이를 해결하기 위해 고안된 방법이 섬유의 직경이 나노단위인 극세섬유를 통해 제조된 분리막이다. 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 직접 방사하여 섬유로부터 형성된 여과매체를 많이 제조하고 있는 추세에 있다.
한편, 수처리 용도에 적합하기 위한 물성 중 하나는 유량인데, 상기 유량은 분리막의 기공도, 공경, 기공구조뿐만 아니라, 분리막의 재질의 친수성 정도에 영향을 받으며, 친수성이 부족한 재질의 분리막의 경우 막 표면을 플라즈마 처리, 친수성기로 표면개질, 별도의 친수성층을 코팅하는 등의 방법을 통해 유량을 향상시켜 왔다.
그러나 분리막의 재질이 소수성이 강한 경우 친수성이 되도록 개질이 용이하지 않고, 친수성이 되도록 개질시키는 경우에도 목적하는 수준까지 유량을 증가시킬 수 없으며, 사용 중 친수성이 쉽게 사라져서 내구성이 약한 문제가 있다.
또한, 분리막을 친수화 시키는 과정에서 친수화 전 분리막 자체의 기공구조, 즉, 기공도, 공경 크기가 달라질 수 있고, 이에 따라 목적하는 유량 및 분리효율을 달성하기 위하여 초도에 설계한 분리막의 기공구조가 변경되어 목적하는 수준으로 유량 및 분리효율을 얻을 수 없는 문제가 있을 수 있다.
나아가, 높은 압력으로 여과공정을 수행하거나 역세척 공정에서 더 높은 압력이 가해질 경우 분리막에 손상이 가해지며, 분리막이 압착됨에 따라서 유로가 확보되지 못하여 유량이 현저히 감소되는 문제가 있다.
이에 분리막의 친수성을 향상시켜 유량을 현저히 증가시키면서도 분리막 자체의 기공구조의 변경을 최소화하고, 내구성을 보유해 오랜기간 친수성이 유지되며, 높은 압력이 가해지는 경우에도 유량감소 및 분리막 손상이 방지되는 필터집합체의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 분리막의 친수성을 높여 유량이 현저히 증가한 필터집합체 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 친수성이 오랜기간 유지됨에 따라서 사용주기가 현저히 연장된 필터집합체 및 이의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 친수화 과정에서 여재의 기공구조의 변경이 최소화됨에 따라서 초도에 설계한 여재의 물성이 온전히 발현될 수 있는 필터집합체 및 이의 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
더 나아가, 본 발명은 여과 및/또는 역세척 공정에서 가해지는 높은 압력에도 유로가 확보될 수 있는 동시에 막의 손상이 최소화될 수 있는 필터집합체 및 이의 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
더불어, 본 발명은 내화학성, 우수한 수투과도 및 내구성을 갖는 필터집합체를 통하여 수처리 분야에서 다양하게 응용될 수 있는 필터모듈을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 나노섬유를 포함하는 3차원 네트워크 구조이고, 상기 나노섬유 외부면 적어도 일부를 피복하는 친수성 코팅층을 포함하는 섬유웹층을 구비하는 여재; 및 양면에 구비된 상기 여재를 지지하고 유로를 형성하는 제1지지체;를 포함하는 필터집합체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 여재는 상기 섬유웹층의 일면에 구비되는 제2지지체를 더 포함하고, 상기 제2지지체는 제1지지체와 대면하도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 제2지지체는 부직포, 직물 및 편물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1지지체는 부직포, 직물 및 편물 중 어느 하나 이상을 포함할 수있다.
또한, 상기 제1지지체는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 복합섬유를 구비하고, 상기 복합섬유의 저융점 성분이 상기 여재에 열융착될 수 있다.
또한, 상기 제2지지체는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 복합섬유를 구비하고,
상기 복합섬유의 저융점 성분을 통해 제2지지체와 대면하는 섬유웹층의 계면이 열융착되고, 제2지지체와 대면하는 제1지지체 간 계면이 열융착될 수 있다.
또한, 상기 나노섬유는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(EPE)계, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE)계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)계, 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE)계 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 불소계 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 섬유웹은 평균공경이 0.1 ~ 5㎛이고, 기공도가 40 ~ 90%일 수 있다.
또한, 상기 나노섬유는 직경이 0.05 ~ 2㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 친수성 코팅층은 히드록시기를 구비하는 친수성 고분자화합물과 카르복시기를 구비하는 가교제가 가교되어 형성되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 가교제는 적어도 3개 이상의 카르복시기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 친수성 고분자화합물은 중량평균분자량이 20,000 ~ 100,000이고, 검화도가 85 ~ 90%인 폴리비닐알코올을 포함할 수 있다.
또한, 상기 불소계화합물은 중량평균분자량이 300,000 ~ 600,000인 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVDF)일 수 있다.
또한, 상기 친수성 코팅층은 섬유웹 단위면적(㎡)당 0.1 ~ 2g 포함되도록 나노섬유를 피복할 수 있다.
또한, 상기 가교제는 폴리(아크릴산-말레산), 폴리아크릴산 및 폴리(스티렌술폰산-말레산)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 친수성 고분자화합물은 폴리비닐알코올이며, 상기 친수성 코팅층은 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여 가교제를 5 ~ 20 중량부 포함하여 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 제1지지체는 평량이 200 ~ 800g/㎡이고, 두께가 1 ~ 10㎜일 수 있다.
또한, 상기 제2지지체는 평량이 10 ~ 200g/㎡이고, 두께가 0.05 ~ 0.5㎜일 수 있다.
또한, 노출된 상기 섬유웹층 표면 내 임의의 서로 다른 5개 지점에 대한 평균 초기 젖음각은 40° 이하이며, 5개 지점에 대한 초기 젖음각의 평균편차가 7˚ 이하일 수 있다.
또한 본 발명은, (1) 나노섬유를 포함하는 3차원 네트워크 구조의 섬유웹층을 형성하는 단계; (2) 상기 섬유웹층에 친수성 코팅조성물을 처리하여 친수성 코팅층이 형성된여재를 제조하는 단계; 및 (3) 제1지지체의 양면에 상기 여재를 구비시키는 단계;를 포함하는 필터집합체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (1) 단계의 섬유웹층은 불소계 화합물을 포함하는 방사용액을 제2지지체 상에 전기방사하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 (1) 단계는 전기방사 이후 적층된 제2지지체 및 섬유웹층에 열 및 압력 중 어느 하나 이상을 가하여 제2지지체 및 섬유웹층을 융착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 친수성 코팅조성물에는 나노섬유 외부면에 친수성 코팅층의 형성성을 향상시키는 젖음성 개선제를 더 포함하며, 상기 젖음성 개선제는 이소프로필알코올, 에틸알코올 및 메틸알코올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 친수성 코팅조성물은 친수성 고분자화합물로써 폴리비닐알코올(PVA)을 포함하며, 상기 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여 카르복시기를 포함하는 가교제를 5 ~ 20 중량부로 포함할 수 있다.
또한, 상기 친수성 코팅조성물은 친수성 고분자화합물로써 폴리비닐알코올(PVA)을 0.3 ~ 1중량%로 포함할 수 있다.
또한, 상기 (3) 단계는 3-1) 제1지지체의 양면에 제조된 여재를 적층시키는 단계; 및 3-2) 열 및 압력 중 어느 하나 이상을 가하여 적층된 제1지지체 및 여재를 융착시키는 단계; 를 포함하여 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 필터집합체를 포함하는 필터모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 필터모듈은 필터집합체가 평막으로 구비되는 평판형 필터모듈이거나 필터집합체가 원통형으로 권회되어 구비되는 원통형 필터모듈일 수 있다.
본 발명에 의하면, 여재의 향상된 친수성으로 유량이 현저히 증가할 수 있다. 또한, 향상된 친수성이 오랜기간 유지됨에 따라서 사용주기가 현저히 연장될 수 있다. 나아가, 친수화 과정에서 여재의 기공구조의 변경이 최소화됨에 따라서 초도에 설계한 여재의 물성이 온전히 발현될 수 있다. 더불어 여과 및/또는 역세척시 가해지는 높은 압력에도 유로 형성이 원활하여 유량의 감소가 방지되고 막의 손상이 최소화됨에 따라서 내화학성, 우수한 수투과도 및 내구성을 갖는 필터집합체를 통하여 수처리 분야에서 다양하게 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 필터집합체의 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 필터집합체의 단면도 및 부분확대도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 필터집합체의 단면면로써, 도 3a는 부직포인 제1지지층을 구비하는 필터집합체의 단면도이고, 도 3는 트리코트인 제1지지층을 구비하는 필터집합체의 단면도를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 평판형 필터모듈의 도면으로써, 도 4a는 필터모듈의 사시도, 도 4b는 도 4a의 X-X' 경계선의 단면도를 기준으로 한 여과흐름을 나타낸 모식도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 원통형 필터모듈의 분해사시도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 포함되는 여재의 단면 전자현미경 사진, 그리고
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 섬유웹층에 대한 도면으로써, 도 7a는 섬유웹층의 표면 전자현미경 사진이고, 도 7b는 섬유웹층의 단면 전자현미경 사진이며, 도 7c는 섬유웹층에 구비된 나노섬유의 섬도분포에 대한 그래프이고, 도 7d는 섬유웹층의 공경분포에 대한 그래프이다.
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.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 필터집합체(1000)는 각각 섬유웹층을 구비하는 제1여재(101)와 제2여재(102) 사이에 구비된 제1지지층(200)으로 구현된다.
상기 제1여재(101) 및 제2여재(102)는 도 2에 도시된 것과 같이 상기 섬유웹층(111,112)의 일면에 구비되는 제2지지체(121,122)를 더 포함할 수 있고, 이때 필터집합체(1000)에서 상기 제2지지체(121,122)는 제1지지체(200)와 대면하도록 배치될 수 있다.
먼저, 제1지지체(200)의 양면에 배치되는 제1여재(101) 및 제2여재(102)에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 여재(101,102)는 도 2에 도시된 것과 같이 제2지지체(121,122) 및 3차원 네트워크 구조를 갖는 섬유웹층(111,112)으로 구현될 수 있다. 또한, 상기 섬유웹층(111,112)을 형성하는 나노섬유(111a,112a) 외부면 적어도 일부에는 친수성 코팅층(131,132)이 피복된다.
상기 제2지지체(121,122)는 통상적으로 여재의 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 부직포를 사용할 수 있으며, 부직포의 공경, 기공율, 평량 등은 목적하는 수투과도, 여과효율, 기계적 강도에 따라 달라질 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
상기 제2지지체(121,122)는 여재의 지지체로 사용되는 재질인 경우 그 재질에 있어서 제한은 없다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 나일론 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 합성섬유; 또는 셀룰로오스계를 포함하는 천연섬유가 사용될 수 있다. 다만, 후술하는 섬유웹층(111,112)과의 결속력 향상을 통해 여재를 수처리 공정 적용시 제2지지체와 섬유웹층 간의 분리를 방지하고, 별도의 접착성분 사용에 따른 수투과도 저하, 환경오염, 여과액의 오염 등의 문제점을 방지하기 위하여 상기 제2지지체(121,122)는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 복합섬유를 구비할 수 있고, 상기 저융점 성분을 통해 섬유웹층(111,112)과 열융착이 가능할 수 있다. 상기 저융점 성분은 공지된 것일 수 있고, 일예로써 저융점 폴리에스테르, 저융점 폴리에틸렌 등의 저융점 고분자화합물일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 저융점 고분자화합물이 섬유의 외부면에 전부 노출되도록 배치되는 것이 좋다. 이에 대한 일예로, 상기 제2지지체(121,122)를 형성하는 섬유는 저융점 폴리에스테르를 초부로 하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 심부로 하는 폴리에스테르계 저융점 복합섬유 및/또는 저융점 폴리에틸렌을 초부로 하고, 폴리프로필렌을 심부로 하는 폴리올레핀계 저융점 복합섬유일 수 있다. 한편, 제2지지체(121,122)에 구비되는 복합섬유를 폴리올레핀계 저융점 복합섬유를 선택할 경우 섬유웹층(111,112)과의 밀착력이 더 우수할 수 있고, 이를 통해 필터집합체에 유입되는 원수의 압력에 의해 필터집합체가 유동하는 경우에도 박리가 방지되는 이점이 있다. 한편, 상기 저융점 성분의 융점은 60 ~ 180℃일 수 있다. 또한, 상기 지지체(121)를 형성하는 복합섬유의 평균직경은 5 ~ 30㎛일 수 있다.
또한, 상기 제2지지체(121,122)의 두께는 0.05 ~ 0.5 ㎜일 수 있고, 일예로 180㎛일 수 있다. 또한, 상기 제2지지체(121,122)는 평균공경이 20 ~ 100㎛일 수 있으며, 기공도는 50 ~ 90%일 수 있다. 또한, 상기 제2지지체(121,122)의 평량은 10 ~ 200 g/㎡일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 후술하는 섬유웹층(111,122)을 지지하여 목적하는 수준의 기계적 강도를 발현시킴과 동시에 섬유웹층(111,122)을 통해 유입되는 여과액 또는 섬유웹층(111,112)으로 공급되는 피여과액의 흐름을 저해시키지 않을 정도의 기공도, 평량 및 공경크기이면 제한이 없다.
다음으로 상기 섬유웹층(111,112)은 도 2에 도시된 것과 같이 나노섬유(111a,112a)로 형성된 3차원 네트워크 구조를 가진다.
상기 나노섬유(111a,112a)는 섬유 형상으로 성형 및 유지가 가능한 공지된 고분자화합물일 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아미드 및 불소계 화합물 등을 단독 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 나노섬유(111a,112a)는 불소계 화합물을 포함함을 통하여 보다 향상된 내화학성 및 내열성을 발현할 수 있다. 또한, 이를 통해 원수가 강산/강염기의 용액이거나 온도가 높은 용액일지라도 필터여재의 물성 변화 없이 목적하는 수준으로 여과효율 및 유량을 확보할 수 있는 이점이 있다. 상기 불소계 화합물은 나노섬유로 제조될 수 있는 공지된 불소계 화합물의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 이에 대한 일예로, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(EPE)계, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE)계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)계, 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE)계 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 제조 단가가 낮고 전기방사를 통하여 나노섬유의 대량생산이 용이하며, 기계적 강도 및 내화학성이 우수한 측면에서 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)일 수 있다. 이때, 상기 나노섬유(111a)가 섬유형성성분으로 PVDF를 포함할 경우 상기 PVDF의 중량평균분자량은 10,000 ~ 1,000,000일 수 있고, 바람직하게는 300,000 ~ 600,000일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 나노섬유(111a,112a)는 평균직경이 0.05 ~ 2㎛이고, 종횡비는 1000 ~ 100000일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 일예로, 상기 섬유웹층(111,112)에 구비된 나노섬유(111a,112a)는 직경이 0.1 ~ 0.2㎛인 제1나노섬유군, 직경이 0.2 ~ 0.3㎛인 제2나노섬유군 및 직경이 0.3 ~ 0.4㎛인 제3나노섬유군을 전체 섬유웹층(111,112) 중량에 대하여 각각 30 ~ 40 중량%, 50 ~ 60 중량% 및 5 ~ 15 중량%를 포함할 수 있고, 일예로, 전체 섬유웹층(111,112)의 중량에 대하여 각각 35 중량%, 53 중량%, 12중량%로 포함할 수 있으며, 이를 통해 보다 공경구조가 균일한 섬유웹층을 구현하기에 유리할 수 있다.
상술한 나노섬유(111a,112a)를 포함하여 형성된 3차원 네트워크 구조의 섬유웹층(111,112)의 두께는 0.5 ~ 200㎛로 형성될 수 있고, 일예로 20㎛일 수 있다. 상기 섬유웹층(111)의 기공도는 40 ~ 90%이고, 평균공경은 0.1 ~ 5㎛일 수 있으며, 평량은 0.05 ~ 100g/㎡일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 목적하는 수투과도 및 여과효율을 고려하여 적절히 변경될 수 있다.
또한, 상기 섬유웹층(111,112)은 한층 이상으로 각각의 여재(101,102)에 구비될 수도 있고, 이때 각 섬유웹층의 기공도, 공경, 평량 및/또는 두께 등은 상이할 수 있다.
다음으로, 상기 나노섬유(111a,112a) 외부면의 적어도 일부를 피복하는 친수성 코팅층(131,132)에 대하여 설명한다.
상기 나노섬유(111a,112a)는 선택되는 재질에 따라서 친수성이 낮을 수 있고, 상술한 것과 같이 내열성, 내화학성을 위하여 불소계 화합물을 포함할 경우, 나노섬유의 소수성이 매우 커져서 친수성인 원수에 대해서는 유량이 현저히 저하될 수 있다.
한편, 이를 해결하고자 불소계 화합물을 포함하는 나노섬유 표면에 친수성 코팅을 하더라도 소수성의 나노섬유 표면상에 친수성 물질이 가해지는 것임에 따라서 코팅층이 잘 형성되지 않고, 형성되더라도 쉽게 벗겨져 내구성이 좋지 않은 문제가 있다. 또한, 친수성 코팅층을 두껍게 형성시킬 경우 섬유웹층의 기공구조가 변경되어 초도에 설계된 섬유웹층의 물성을 온전히 발현시키지 못할 수 있는 문제가 있다. 나아가 이를 해결하고자 섬유형성성분에 친수성 성분과 불소계 화합물을 혼합하여 구현된 나노섬유의 경우 이종의 성질로 인해 화합물 간 혼화성이 적어서 전기방사 시 나노섬유로 제조되기 어렵거나 제조된 나노섬유의 기계적 강도가 현저히 약해 필터여재로 사용되기 어려운 문제가 있다.
이에 본 발명에서는 친수성의 향상을 위해 나노섬유를 피복하는 친수성 코팅층을 구비하며, 바람직하게는 상기 친수성 코팅층(131,132)은 히드록시기를 구비하는 친수성고분자를 포함하여 형성되거나 상기 친수성고분자가 가교제를 통해 가교되어 형성될 수 있다. 일예로, 상기 친수성고분자는 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol,PVA), 에틸렌비닐알코올(Ethylenevinyl alcohol,EVOH), 알긴산 나트륨(Sodium alginate) 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있으며, 가장 바람직하게는 폴리비닐알코올(PVA)일 수 있다. 또한, 상기 가교제는 상기 친수성고분자가 구비하는 히드록시기와 축합반응 등을 통하여 가교될 수 있는 관능기를 구비한 공지된 가교제의 경우 제한 없이 사용할 수 있다. 일예로, 상기 관능기는 히드록시기, 카르복시기 등일 수 있다.
상기 친수성 코팅층(131,132)은 보다 향상된 물성의 발현을 위하여 폴리비닐알코올(PVA) 및 카르복시기를 포함하는 가교제가 가교되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 폴리비닐알코올은 보다 더 바람직하게 중합도가 500 ~ 2,000이고, 더욱 바람직하게는 중합도가 1,500 ~ 2,000일 수 있으며, 검화도가 85 ~ 90%인 것일 수 있다. 구체적으로 중량평균분자량이 20,000 ~ 100,000일 수 있고, 보다 바람직하게는 50,000 ~ 100,000일 수 있다. 만일 폴리비닐알코올의 중량평균분자량이 2만 미만일 경우 친수성 코팅층의 형성이 원활히 되지 않거나 형성되더라도 쉽게 벗겨질 수 있고, 친수도를 목적하는 수준까지 향상시키지 못할 수 있다. 또한, 중량평균분자량이 10만을 초과할 경우 친수성코팅층의 형성이 과도할 수 있으며, 이에 따라서 섬유웹층의 기공구조가 변경되거나 기공을 폐쇄시킬 수 있는 문제가 있다. 또한, 검화도가 85% 미만일 경우 친수성 코팅층 형성이 불안정할 수 있고, 친수성 향상 정도가 미미할 수 있으며, 만일 검화도가 90%를 초과할 경우 폴리비닐알코올 분자간 수소결합이 강하여 고온에서도 용제에 용해되기 어렵거나 용해되더라도 완전용해가 어려워 친수성코팅층 형성용액 제조가 어려울 수 있고, 이로 인해 친수성코팅층의 형성이 제대로 안되거나 되더라도 불균일하게 친수성 코팅층이 형성되고 일부 기공을 폐쇄할 우려가 있는 등 목적하는 효과를 발현하지 못할 수 있다.
상기 가교제는 상술한 폴리비닐알코올과 가교될 수 있도록 카르복시기를 함유하는 성분일 수 있다. 일예로, 상기 가교제는 폴리(아크릴산-말레산), 폴리아크릴산 및 폴리(스티렌술폰산-말레산)로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 물질을 포함할 수 있다. 또한, 보다 향상된 소수성의 나노섬유(111a,112a) 표면에의 코팅성/접착성 및 섬유웹층(111,112)의 기공구조의 변경이 없도록 매우 얇게 코팅되는 동시에 더욱 향상된 유량을 발현하기 위하여 상기 가교제는 적어도 3개 이상의 카르복시기를 포함하는 다관능성 가교제일 수 있다. 만일 가교제가 구비하는 카르복시기가 3개 미만일 경우 소수성인 나노섬유(111a,112a)의 표면에 코팅층이 형성되기 어렵고, 형성되더라도 부착력이 매우 약해 쉽게 벗겨질 수 있는 문제가 있다. 일예로 카르복시기를 3개 이상 구비하는 가교제는 폴리(아크릴산-말레산)일 수 있으며, 보다 바람직하게는 중량평균분자량이 3000 ~ 8000인 폴리(아크릴산-말레산)일 수 있다.
상기 친수성코팅층(131,132)은 상술한 폴리비닐알코올 100 중량부에 대해 카르복시기를 함유하는 가교제가 5 ~ 20 중량부, 보다 바람직하게는 10 ~ 20 중량부가 가교되어 형성될 수 있다. 만일 가교제가 5 중량부 미만으로 구비되는 경우 친수성 코팅층의 형성성이 저하될 수 있고, 내화학성 및 기계적 강도가 저하하는 문제가 있다. 또한, 가교제가 20 중량부를 초과하여 구비되는 경우 친수성 코팅 조성물 내에서 가교제 간의 엉김이 발생함에 따라서 가교반응이 균일하게 일어나기 어려워짐에 따라서 코팅층이 불균일하게 형성될 수 있거나 또는 코팅층으로 인해 기공이 줄어 유량이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
한편, 상기 친수성코팅층(131,132)은 도 2와 같이 나노섬유(111a,112a)의 외부면 일부에 형성되거나 도 2와 다르게 나노섬유의 외부면 전부에 형성될 수 있다. 이때, 상기 친수성 코팅층(131,132)은 섬유웹 단위면적(㎡)당 0.1 ~ 2g 포함되도록 나노섬유에 피복할 수 있으며, 만일 친수성 코팅층이 섬유웹 단위면적(㎡)당 0.1g 미만으로 피복되는 경우 목적하는 수준의 유량을 수득하기 어려울 수 있고, 친수성 코팅층이 섬유웹 단위면적(㎡)당 2g을 초과할 경우 일부 기공을 폐쇄시키는 등 기공구조를 변경시켜 초도에 설계된 섬유웹층으로 목적하는 여과율/유량을 수득할 수 없을 수 있다.
이상으로 구현된 여재(101,102)에 구비된 섬유웹층(111,112) 내 나노섬유(111a,112a) 외부면에 친수성 코팅층(131,132)이 구비되도록 개질됨에 따라서 노출된 섬유웹층 표면상의 임의의 서로 다른 5개 지점에서 초기 젖음각이 평균값이 40°이하, 보다 더 바람직하게는 30° 이하일 수 있고, 보다 더욱 바람직하게는 20 °이하, 더욱 바람직하게는 12°이하, 더욱 더 바람직하게는 5°이하일 수 있으며, 이를 통해 소수성 재질의 섬유웹층임에도 불구하고 향상된 유량을 확보할 수 있는 이점이 있다. 상기 초기 젖음각이란 시료 상에 액적이 형성된 후 20초 내에 측정된 젖음각을 의미하며, 섬유웹층의 경우 다공성 구조로 인하여 표면상에 초기에 형성된 액적이 기공을 통해 흘러 들어가면 젖음각이 작아지는 변동이 있을 수 있으므로 섬유웹층의 표면 친수화 정도는 초기 젖음각으로 평가함이 바람직하다. 한편, 액적이 생성된 후 시간이 지날수록 젖음각의 변동이 적거나 없는 것은 친수화 개질로 인하여 섬유웹층 표면의 기공이 폐쇄된 것을 의미하고, 이를 통해 친수화 개질로 인해 섬유웹층 초도에 설계된 기공구조가 변경되었음을 알 수 있다.
또한, 상기 섬유웹층(111,112)의 노출된 면의 위치별로 친수화 정도가 균일함에 따라서 평균 초기 젖음각이 측정된 5개 지점에 대한 초기 젖음각의 평균편차가 7˚이하, 보다 바람직하게는 5˚이하, 보다 더 바람직하게는 3˚이하일 수 있다. 만일 초기 젖음각의 평균편차가 7˚를 초과할 경우 평균 초기젖음각은 낮더라도 섬유웹층의 위치별 친수화 정도가 낮은 곳이 존재할 수 있고, 이에 따라서 친수화 정도가 낮은 부분에서 차압의 발생이 증가하고, 목적하는 수준의 유량을 수득할 수 없는 우려가 있다. 이때, 상기 초기 젖음각의 평균편차란 5개 지점 초기 젖음각의 산술평균인 평균 초기젖음각에 대한 5개 지점 각각의 초기젖음각 편차에 대한 절대값들의 평균을 의미하며, 구체적으로 하기 수학식 1로 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2017005704-appb-I000001
여기서 상기 Xi지점이란 초기 젖음각이 측정된 서로 다른 5개 지점(X1~X5) 중 어느 한 지점을 의미한다.
다음으로, 상술한 여재(101,102) 사이에 개재되어 상기 여재(101,102)를 지지하고 유로를 형성하는 제1지지체(200)에 대해 설명한다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 필터집합체(1000)는 여과기능을 수행하는 여재(101,102)가 필터집합체(1000)의 양면으로 구비되며, 피여과액이 여재(101,102)의 섬유웹층(111,112) 외부에서 필터집합체의 내부방향으로 유입되면서 여과되거나 또는 이와 반대방향으로 피여과액이 필터집합체를 통과하여 여과과정이 일어날 수 있다. 다만, 여과과정에서 압력이 가해질 경우 필터집합체의 외부 양방향에서 내부를 향해 압축시키는 힘 또는 내부에서 외부 양방향을 향해 팽창시키는 힘이 가해질 수 있고 이로 인해 필터집합체에 손상이 가해질 수 있다. 또한, 필터집합체의 외부 양방향에서 내부를 향해 필터집합체를 압축시킬 경우 필터집합체의 내부방향으로 여과되는 여과액이 흐를 수 있는 유로가 차단됨에 따라서 필터집합체에 더 큰 차압이 걸리는 동시에 유량이 현저히 저하될 수 있는 문제가 있다. 상기 제1지지체(200)는 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 제1여재(101) 및 제2여재(102) 사이에 개재되며, 필터집합체에 높은 압력이 가해지더라도 유로를 확보하고 필터집합체의 손상을 방지키는 역할을 수행한다.
상기 제1지지체(200)는 통상적으로 분리막의 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 있고, 일예로 도 3b와 같이 제1지지체(202)는 원사(202a)가 경편성된 트리코트(Tricot)일 수 있다. 또한, 도 3a와 같이 제1지지체(201)는 섬유(201a)에 종횡의 방향성이 없는 부직포일 수 있고, 케미컬본딩 부직포, 써멀본딩 부직포, 에어레이 부직포 등의 건식부직포나 습식부직포, 스판레스 부직포, 니들펀칭 부직포 또는 멜트블로운와 같은 공지된 부직포를 사용할 수 있다. 제1지지체가 부직포일 경우 공경, 기공율, 평량 등은 목적하는 수투과도, 여과효율, 기계적 강도에 따라 달라질 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
상기 제1지지체(200)는 분리막의 지지체로 사용되는 재질인 경우 그 재질에 있어서 제한은 없다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 나일론 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 합성섬유; 또는 셀룰로오스계를 포함하는 천연섬유가 사용될 수 있다. 다만, 별도의 접착제나 접착층 없이도 상술한 여재(101,102)와의 결속력 향상을 위하여 상기 제1지지체(200)는 여재(101,102), 더 구체적으로 여재(101,102)의 제2지지층(121,122)과의 열융착이 가능하도록 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 복합섬유를 구비할 수 있다. 상기 저융점 성분은 공지된 것일 수 있고, 일예로써 저융점 폴리에스테르, 저융점 폴리에틸렌 등의 저융점 고분자화합물일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 저융점 고분자화합물이 섬유의 외부면에 전부 노출되도록 배치되는 것이 좋다. 이에 대한 일예로, 상기 제1지지체(200)를 형성하는 섬유는 저융점 폴리에스테르를 초부로 하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 심부로 하는 폴리에스테르계 저융점 복합섬유 및/또는 저융점 폴리에틸렌을 초부로 하고, 폴리프로필렌을 심부로 하는 폴리올레핀계 저융점 복합섬유일 수 있다. 이때, 상기 저융점 고분자화합물의 융점은 60 ~ 180℃일 수 있다.
한편, 상기 제1지지체(200) 및 제2지지체(121,122)는 모두 저융점 성분을 포함하는 복합섬유로 형성된 것일 수 있으며, 이를 통해 도 2의 열융착부(A)가 보다 견고해져 필터집합체의 분리, 이격이 방지될 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는 상기 제1지지체(200) 및 제2지지체(121,122)는 동일 융점, 재질의 초부를 갖는 저융점 복합섬유로 형성된 것일 수 있으며, 이를 통해 보다 향상된 결속력을 발현하기에 유리할 수 있다.
또한, 상기 제1지지체(200)의 두께는 1 ~ 10㎜일 수 있고, 일예로 5㎜일 수 있으며, 평량은 200 ~ 800 g/㎡일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 제1지지체(200)를 형성하는 섬유의 평균직경은 5 ~ 30 ㎛일 수 있다. 또한, 상기 제1지지체(200)는 평균공경이 20 ~ 200 ㎛일 수 있으며, 기공도는 50 ~ 90%일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 여과공정 및/또는 역세척공정에서 상술한 여재(101,102)을 지지하여 목적하는 수준의 기계적 강도를 발현시킴과 동시에 높은 압력에도 유로를 원활히 형성시킬 수 있을 정도의 기공도 및 공경크기이면 제한이 없다.
상술한 필터집합체(1000)는 후술하는 제조방법으로 제조될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 필터집합체(1000)는 (1) 나노섬유를 포함하는 3차원 네트워크 구조의 섬유웹층을 형성하는 단계, (2) 상기 섬유웹층에 친수성 코팅조성물을 처리하여 친수성 코팅층이 형성된여재를 제조하는 단계, 및 (3) 제1지지체의 양면에 상기 여재를 구비시키는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.
먼저, 상기 (1) 단계에 대해 설명한다. 본 단계는 섬유웹층을 형성시키는 단계로써, 나노섬유를 구비하여 3차원 네트워크 형상의 섬유웹층을 형성시키는 방법의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 섬유웹층은 불소계 화합물을 포함하는 방사용액을 제2지지체 상에 전기방사 하여 섬유웹층을 형성할 수 있다.
상기 방사용액은 섬유형성성분인 불소계 화합물과, 용매를 포함할 수 있다. 상기 불소계 화합물은 방사용액에 5 ~ 30 중량%, 바람직하게는 8 ~ 20중량%로 포함됨이 좋고, 만일 불소계 화합물이 5 중량% 미만일 경우 섬유로 형성되기 어려우며, 방사 시 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 불소계 화합물이 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 용매는 섬유형성성분인 불소계 화합물을 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, 아세톤 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일예로 상기 용매는 디메틸아세트아미드와 아세톤의 혼합용매일 수 있다.
상기 제조된 방사용액은 공지된 전기방사 장치 및 방법을 통해 나노섬유을 제조될 수 있다. 일예로, 상기 전기방사 장치는 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 방사용액을 투입시켜 콜렉터, 일예로 종이상에 전기방사시킬 경우 목적하는 나노섬유로 형성된 섬유웹층을 수득할 수 있다. 상기 전기방사를 위한 구체적 조건, 일예로 방사팩의 노즐에 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. 또한, 상기 방사용액을 방사할 때, 노즐 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.
또는, 상술한 제2지지체 상에 나노섬유를 직접 전기방사 시킴으로써 섬유웹층을 제2지지체상에 직접 형성시킬 수 있다. 상기 제2지지체 상에 축적/수집된 나노섬유는 3차원 네트워크 구조를 가지며, 목적하는 분리막의 수투과도, 여과효율을 발현하기에 적합한 기공율, 공경, 평량 등을 보유하기 위해 열 및/또는 압력이 축적/수집된 나노섬유에 더 가해짐으로써 3차원 네트워크 구조를 가지는 섬유웹층으로 구현될 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 ~ 190℃일 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.
한편, 제2지지체가 저융점 성분을 포함하는 복합섬유로 구현된 것일 경우 상기 캘린더링 공정을 통하여 섬유웹층과 제2지지체의 열융착을 통한 결속을 동시에 진행시킬 수 있다.
또한, 제2지지체 및 섬유웹층을 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 아니며, 결속을 위하여 별도 더해지는 성분들은 흄(Hum)을 생성시키거나 수처리과정에서 용해될 수 있어서 환경적으로 부정적 문제를 야기시킬 수 있어서 바람직하게는 포함시키지 않고 제2지지체 및 섬유웹층을 결속시키는 것이 좋다.
다음으로 본 발명에 따른 (2) 단계로써, 상기 섬유웹층에 친수성 코팅조성물을 처리하여 친수성 코팅층이 형성된 여재를 제조하는 단계를 수행한다.
상기 (2) 단계는 2-1) 상기 섬유웹층에 친수성 코팅조성물을 처리하는 단계; 및 2-2) 상기 친수성 코팅조성물을 열처리하여 친수성 코팅층을 형성시키는 단계;를 포함하여 수행될 수 있다.
먼저 2-1) 단계에서 상기 친수성 코팅조성물은 친수성 성분 및 가교성 성분을 포함할 수 있다.
상기 친수성 성분은 상술한 친수성 고분자 화합물일 수 있고, 일예로 폴리비닐알코올일 수 있다. 상기 가교성 성분은 상술한 가교제일 수 있고, 일예로, 카르복시기를 포함하는 가교제일 수 있다.
또한, 상기 친수성 코팅조성물은 친수성 성분과 가교성 성분을 용해시킬 수 있는 용매를 더 포함할 수 있고, 상기 용매는 폴리비닐알코올을 용해시킬 수 있는 공지된 것을 사용할 수 있으며, 일예로 물일 수 있다. 상기 친수성 코팅조성물은 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여 가교제를 5 ~ 20 중량부, 용매를 1,000 ~ 100,000 중량부로 포함할 수 있다.
이때, 상기 폴리비닐알코올은 친수성 코팅조성물 전체 중량 대비하여 0.3 ~ 1.0중량%로 포함됨이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3 ~ 0.8중량%로 포함될 수 있다. 만일 폴리비닐알코올이 친수성 코팅조성물에 대해 0.3중량% 미만으로 포함될 경우 친수성 코팅층이 불균일하게 코팅되거나 목적하는 수준의 함량으로 형성되지 않을 수 있어서 친수성 향상 효과가 미미할 수 있다. 또한, 만일 폴리비닐알코올의 함량이 1.0중량%를 초과하여 포함될 경우 친수성 코팅층의 두께 조절이 어려워 섬유웹층의 공경변화나 기공폐쇄의 우려가 있을 수 있다.
한편, 제조된 섬유웹층을 형성하는 나노섬유의 재질적 특성으로 인한 강한 소수성으로 인하여 상술한 친수성 코팅조성물을 처리하더라도 코팅조성물이 섬유웹층 내부로 침투되지 못하고 표면을 따라 흐르는 섬유웹층 내부에 있는 나노섬유에는 친수성 코팅조성물이 도달하기 어려울 수 있다. 또한, 내부로 도달한다고 친수성 코팅층이 나노섬유 외부면에 제대로 형성되지 못할 수 있다. 이에 따라서 친수성 코팅조성물이 섬유웹층 내부로의 침투성을 향상시키고, 침투된 친수성 코팅조성물이 나노섬유 외부면에 잘 젖으며, 친수성 코팅조성물이 빠르게 건조하여 흘러내리기 전 나노섬유 상에 피복될 수 있도록 하기 위하여 상기 친수성 코팅조성물은 젖음성 개선제를 더 포함할 수 있다.
상기 젖음성 개선제는 소수성의 나노섬유 외부면의 친수성 용액에 대한 젖음성을 향상시킬 수 있고, 쉽게 기화될 수 있는 동시에 친수성 코팅조성물에 용해될 수 있는 성분인 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 일예로, 상기 젖음성 개선제는 이소프로필알코올, 에틸알코올 및 메틸알코올로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 성분일 수 있고, 보다 바람직하게는 젖음성 개선제의 기화에 따른 섬유웹의 수축현상 발생 및 이로 인한 초도설계된 섬유웹의 기공구조 변경을 방지하기 위하여 이소프로필알코올을 사용하는 것이 좋다. 또한, 상기 젖음성 개선제는 친수성 코팅조성물에 구비되는 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여 5,000 ~ 25,000 중량부로 포함될 수 있다. 만일 젖음성 개선제가 5000 중량부 미만으로 구비되는 경우 나노섬유의 젖음성 개선이 미약하여 친수성 코팅층의 형성이 원활하지 않을 수 있고, 친수성 코팅층의 박리가 빈번할 수 있다. 또한, 상기 젖음성 개선재가 25,000 중량부를 초과하여 포함될 경우 젖음성 향상정도가 미미할 수 있고, 친수성 코팅조성물에 구비되는 폴리비닐알코올 및 가교제의 농도가 낮아져 친수성 코팅층의 형성이 원활하지 못할 수 있는 문제가 있다.
한편, 친수성 코팅조성물에 젖음성 개선제를 구비시키지 않고, 상기 섬유웹층에 젖음성 개선제를 전처리한 후 친수성 코팅조성물을 처리하여 친수성 코팅층을 형성시킬 수도 있다. 다만, 젖음성 개선제를 기공에 담지한 상태의 섬유웹층을 친수성 코팅조성물에 침지시 기공에 담지된 젖음성 개선제가 섬유웹층에서 빠져 나오고, 동시에 친수성 코팅조성물이 상기 기공에 침투하는데 소요되는 시간이 길어 제조시간이 연장되는 문제가 있다. 또한, 친수성 코팅조성물의 침투정도가 섬유웹층의 두께 및 기공의 직경에 따라 상이함에 따라서 친수성 코팅층이 섬유웹의 위치별로 불균일하게 형성될 수 있는 문제가 있다. 나아가 친수성 코팅층이 불균일하게 형성됨에 따라서 섬유웹층의 일부분에서는 기공이 친수성 코팅층으로 폐쇄되는 문제가 있고, 이 경우 초도 설계된 섬유웹층의 기공구조가 변화하게 됨에 따라서 목적하는 유량을 수득할 수 없는 문제가 있어서 친수성 코팅조성물에 젖음성 개선제를 구비시키는 것이 섬유웹층의 기공구조를 변경시키지 않으면서도 제조시간의 단축, 제조공정의 간소화 및 친수성코팅층의 형성성 향상을 동시에 달성시키기에 유리하다.
상술한 친수성 코팅조성물을 섬유웹층에 형성시키는 방법은 공지된 코팅방법의 경우 제한 없이 채용할 수 있으며, 일예로, 침지, 스프레잉 방법 등을 사용할 수 있다.
이후 2-2) 단계로써, 섬유웹층에 처리된 친수성 코팅조성물을 열처리 하여 친수성 코팅층을 형성시키는 단계;를 수행할 수 있다.
상기 2-2) 단계는 친수성 코팅조성물 중 용매의 건조 공정이 동시에 이루어질 수 있다. 상기 열처리는 건조기에서 수행될 수 있으며, 이때 가해지는 열은 온도가 80 ~ 160℃일 수 있고, 처리시간은 1분 ~ 60분일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로 본 발명에 따른 (3) 단계로써, 제1지지체의 양면에 제조된 여재를 구비시켜 필터집합체를 제조하는 단계를 수행한다.
상기 (3) 단계는 3-1) 제1지지체의 양면에 상술한 (2) 단계에서 제조된 여재를 적층시키는 단계; 및 3-2) 열 및 압력 중 어느 하나 이상을 가하여 적층된 제1지지체 및 여재를 융착시키는 단계;를 포함하여 수행될 수 있다.
상기 3-2) 단계에서의 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 ~ 190℃일 수 있다. 또한, 캘린더링 공정을 수행할 경우 이를 몇 차로 나누어 복수 회 실시할 수도 있고, 예를 들어 1차 캘린더링 후 2차 캘린더링을 실시할 수도 있다. 이때, 각 캘린더링 공정에서 가해지는 열 및/또는 압력의 정도는 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 3-2) 단계를 통하여 여재의 제2지지체와 제1지지체간에 열융착을 통한 결속이 일어날 수 있으며 별도의 접착제나 접착층를 생략할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 상술한 제조방법을 통해 제조된 필터집합체를 포함하여 구현된 필터모듈을 포함한다.
도 4a와 같이 상기 필터집합체(1000)는 평판형 필터모듈(2000)로 구현될 수 있다. 구체적으로 상기 평판형 필터모듈(2000)은 필터집합체(1000) 및 유입된 피여과액이 여재(101,102)로 향하거나 또는 여재(101,102)에서 여과된 여과액이 외부로 유출될 수 있도록 하는 유로가 형성되고, 상기 필터집합체의 테두리를 지지하는 지지프레임(1100)을 포함하며, 상기 지지프레임(1100)의 어느 일영역에는 필터집합체(1000)의 외부와 내부 간 압력차를 구배시킬 수 있는 흡입구(1110)가 구비될 수 있다. 도 4a와 같은 필터모듈(2000)은 상기 흡입구(1110)를 통해 높은 압력의 흡입력을 가할 경우 도 4b와 같이 필터집합체(1000)의 외부에 배치되는 피여과액(P)이 필터집합체(1000)의 내부를 향하게 되고, 여재(101,102)를 거쳐 여과된 여과액(Q1)은 제1지지체(200)를 통해 형성된 유로를 따라 흐른 뒤 외부프레임(1100)에 구비된 유로(E)로 유입된 후 유입된 여과액(Q2)은 상기 흡입구(1110)을 통해 외부로 유출될 수 있다.
또한, 도 5와과 같이 상기 필터집합체(1000)는 원통형 필터모듈(2000')로 구현될 수 있다. 구체적으로 상기 원통형 필터모듈(2000')은 다공성 투과수 유출관(1210), 상기 다공성 투과수 유출관(1210)에 권취된 필터집합체(1000) 및 상기 다공성 투과수 유출관(1210)에 권취된 필터집합체(1000)를 하우징 하는 외부케이스(1220)로 구현된다. 이때, 상기 필터집합체(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 6과 같은 필터모듈(2000')은 측면을 통해 피여과액이 필터모듈(2000')의 내부로 유입되고 필터집합체(1000)를 통해 여과된 여과수가 내부의 다공성 투과수 유출관(1210)을 통해 배출 및 수집될 수 있다.
또한, 도 4a 및 도 5와 같은 단위 필터모듈은 복수개가 하나의 케이스에 구비되거나 하나의 수처리 장치에 구비되어 대형 수처리 장치를 구성할 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) 12g을 디메틸아세트아마이드와 아세톤의 중량비를 70:30으로 혼합한 혼합용매 88g에 80℃의 온도로 6시간 동안 마그네틱바를 사용하여 용해시켜 혼합용액을 제조했다. 상기 방사용액을 전기방사장치의 용액탱크에 투입하고, 15㎕/min/hole의 속도로 토출하였다. 이때 방사 구간의 온도는 30℃, 습도는 50%를 유지하고, 콜렉터와 방사노즐팁 간 거리를 20㎝로 하였다. 이후 고전압 발생기를 사용하여 방사 노즐 팩(Spin Nozzle Pack)에 40kV 이상의 전압을 부여함과 동시에 방사 팩 노즐 당 0.03MPa의 에어압력을 부여하여 PVDF 나노섬유로 형성된 섬유웹층을 제조하였다. 다음으로 상기 섬유웹층에 잔존하는 용매, 수분을 건조시키기 위해 140℃의 온도 및 1kgf/㎠로 열과 압력을 가해 캘린더링 공정을 실시하였다. 이후, 제조된 섬유웹층을 하기와 같은 준비예에서 준비된 친수성 코팅조성물에 침지시킨 후 건조기에서 110℃ 의 온도로 5분간 건조시켜 친수성 코팅층을 구비한 섬유웹층을 제조하였다. 이후, 친수성 코팅층이 형성된 섬유웹층을 두께 약 200㎛이며, 융점이 약 120℃인 폴리에틸렌을 초부로 하고, 폴리프로필렌을 심부로 하는 저융점 복합섬유로 형성된 부직포(㈜남양부직포, CCP40)인 제2지지체의 일면에 배치시킨 뒤, 140℃의 온도 및 1kgf/㎠로 열과 압력을 가해 다시 캘린더링 공정을 수행하여 섬유웹층과 제2지지체간 융착시킨 여재를 제조하였다.
상기 여재 내 섬유웹층은 도 7a 및 7b와 같이 3차원 네트워크 구조를 가지며, 이때 상기 섬유웹층에 구비된 나노섬유 직경 분포는 도 7c와 같았고 섬유웹층의 공경분포는 도 7d과 같았다.
이후 제주된 여재 2장을 여재 내 제2지지체가 제1지지체와 대면하도록 제1지지체의 양면에 배치시켰다. 이때 상기 제1지지체는 두께가 약 5 mm이며, 융점이 약 120℃인 폴리에틸렌을 초부로 하고, 폴리프로필렌을 심부로 하는 저융점 복합섬유로 형성된 부직포(남양부직포, NP450)를 사용하였다. 이후 140℃의 온도로 열 및 1kgf/㎠의 압력을 가해 필터집합체를 제조하였다.
< 준비예 > - 친수성 코팅조성물
친수성 성분으로 검화도가 88%이며, 중량평균분자량이 75,000인 폴리비닐알코올(Kuraray사, PVA217) 100 중량부에 대하여 초순수 7142 중량부를 혼합한 후 80℃의 온도로 6시간 동안 마그네틱바를 사용하여 PVA를 용해시켜 혼합용액을 제조했다. 이후 상기 혼합용액을 25℃로 낮춘 후 가교제로써, 폴리아크릴릭에시드코말레익에시드(Aldrich, PAM)를 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여 15 중량부가 되도록 상기 혼합용액에 혼합하고 25℃에서 12시간 용해시켰다.
이후 상기 혼합용액에 99.99% 이소프로필알코올(덕산화학, IPA)을 상기 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여 7142 중량부 첨가 및 2시간 동안 혼합하여 친수성 코팅층 형성 조성물을 제조했다. 제조된 친수성 코팅조성물 전체 중량에서 폴리비닐알코올의 함량은 0.69 중량% 이었다.
<실시예2 ~ 실시예 18>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1, 표 2 또는 표 3과 같이 친수성 코팅조성물의 조성 등을 변경하여 하기 표 1, 표 2 또는 표 3과 같은 필터집합체를 제조하였다.
<비교예 1>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 친수성 코팅조성물을 처리하지 않고 하기 표 3과 같은 필터집합체를 제조하였다.
<실험예 1>
실시예 및 비교예에 따른 필터집합체의 제조공정 중 제2지지체와 합지 전 제조된 친수화 코팅층이 형성된 섬유웹에 대하여 하기의 물성을 평가하여 하기 표 1 내지 표 3에 나타내었다.
1. 젖음각 측정
노출된 섬유웹층 표면의 물에 대한 젖음성(wettability)을 측정하기 위해 접촉각(Contact angle, °) 측정 장치로 섬유웹층 표면과 물방울 면이 이루는 접촉각을 측정하였다. 액적의 모양을 CCD 카메라로 찍은 후 최종적으로 촬영된 액적의 모양에 최적화된 계면장력(γ)을 계산하는 방법을 사용하였다. 마이크로 실린지를 통해 주입 용량은 0.05mL로 하였으며 2차 증류수를 이용하였다. 접촉각은 섬유웹층 표면의 5개 지점에 대해 액적 생성 후 20초내 측정하였고, 이에 대한 평균값 및 상술한 수학식 1에 따른 평균편차를 계산하였다.
2. 친수성 코팅층 함량 평가
친수성 코팅조성물을 처리하기 전 제조된 섬유웹 평량과, 친수성 코팅층 형성 후 평량을 계산하여 그 차이로 친수성 코팅층 함량을 평가하였다.
3. 섬유웹 평균공경 측정
친수화 개질 후의 섬유웹층의 기공구조 변경여부를 평가하기 위하여 개질 후 기공 직경 분산도를 각각 측정하였으며, PMI사 포로메트리(porometry)를 사용하였으며, 습윤제(wetting liquid)로 Galwick를 사용하였고, 측정된 결과를 평균공경으로 나타낸 후, 비교예 1의 섬유웹층 평균공경을 100%로 기준하여, 실시예에 따른 섬유웹층의 평균공경을 상대적인 백분율로 나타내었다. 평균공경이 100%에서 멀어질수록 친수성 코팅층의 형성으로 인하여 초기 설계된 섬유웹의 기공구조에 변경이 생겼음을 예상할 수 있다.
<실험예 2>
실시예 및 비교예에 따른 필터집합체를 도 4a와 도 4b와 같은 평막모듈로 구현한 후 운전압력을 50kPa로 가하여 시편 면적 0.5㎡ 당 수투과도를 측정한 후, 실시예 1의 필터집합체의 수투과도를 100%로 기준하여 나머지 실시예 및 비교예1에 따른 필터여재의 수투과도를 상대적으로 표 1 내지 표 3에 나타내었다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7
친수성코팅조성물 PVA 중량평균분자량 75,000 75,000 75,000 75,000 75,000 75,000 75,000
검화도 88 88 88 88 88 88 88
함량(중량%) 0.69 0.15 0.23 0.32 0.78 0.83 1.1
가교제 카르복실기 개수 3 3 3 3 3 3 3
함량(중량부) 15 15 15 15 15 15 15
젖음성개선제 종류 IPA IPA IPA IPA IPA IPA IPA
함량(중량부) 7142 7142 7142 7142 7142 7142 7142
필터집합체 친수성코팅층 함량(g/㎡) 0.81 0.22 0.37 0.71 0.88 0.98 1.21
평균 젖음각(˚) 25 83 72 38 25 23 24
젖음각 평균편차(˚) 1.1 17.5 14.7 4.8 0.9 0.7 0.7
상대적 평균공경(%) 100 100 100 100 98 93 80
상대적 수투과도(%) 100 29 40 86 94 86 76
실시예8 실시예9 실시예10 실시예11 실시예12 실시예13
친수성코팅조성물 PVA 중량평균분자량 75,000 75,000 75,000 75,000 75,000 75,000
검화도 88 88 88 88 88 88
함량(중량%) 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69
가교제 카르복실기 개수 3 3 3 3 3 3
함량(중량부) 1 3 8 11 19 22
젖음성개선제 종류 IPA IPA IPA IPA IPA IPA
함량(중량부) 7142 7142 7142 7142 7142 7142
필터집합체 친수성코팅층 함량(g/㎡) 0.11 0.18 0.65 0.79 1.2 0.44
평균 젖음각(˚) 108 92 40 28 17 61
젖음각 평균편차(˚) 2.4 15.8 6.9 3.6 4.7 13.1
상대적 평균공경(%) 100 100 100 100 84 63
상대적 수투과도(%) 0 22 82 94 81 51
실시예14 실시예15 실시예16 실시예17 실시예18 비교예1
친수성코팅조성물 PVA 중량평균분자량 10,000 150,000 75,000 75,000 75,000 -
검화도 86 92 88 88 88 -
함량(중량%) 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 -
가교제 카르복실기 개수 3 3 3 3 3 -
함량(중량부) 15 15 15 15 15 -
젖음성개선제 종류 IPA IPA - IPA EtOH -
함량(중량부) 7142 7142 0 4000 7142 -
필터집합체 친수성코팅층 함량(g/㎡) 0.41 2.06 0.26 0.71 0.80 0
평균 젖음각(˚) 66 23 84 37 26 110
젖음각 평균편차(˚) 2.1 1.7 13.1 0.9 1.1 1.3
상대적 평균공경(%) 100 51 100 100 93 100
상대적 수투과도(%) 53 44 29 88 91 0
표 1 내지 3에서 확인할 수 있듯이,
친수성 코팅층이 형성되지 않은 비교예1에 따른 PVDF 섬유웹을 구비한 필터집합체의 경우 소수성이 매우 강해 수투과도가 0으로 측정된 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 중에서도 PVA의 친수성 코팅조성물 내 함량, PVA의 중량평균분자량 및/또는 가교제의 함량에 따라서 형성되는 친수성 코팅층의 정도와 균일성이 달라지는 것을 확인할 수 있고, 일부 실시예의 경우 비교예1에 따른 여재에 비해 평균공경이 줄어듬에 따라서 초도에 설계한 여재의 기공구조를 유지할 수 없음을 확인할 수 있다.
나아가, 젖음성 개선제의 함량, 종류에 따라서도 친수성 코팅층이 형성되는 정도 또는 구현된 여재의 평균공경이 변경되고 이에 따라서 구현된 필터집합체의 수투과도에 영향을 미칠 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (20)

  1. 나노섬유를 포함하는 3차원 네트워크 구조이고, 상기 나노섬유 외부면 적어도 일부를 피복하는 친수성 코팅층을 포함하는 섬유웹층을 구비하는 여재; 및
    양면에 구비된 상기 여재를 지지하고 유로를 형성하는 제1지지체;를 포함하는 필터집합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 여재는 상기 섬유웹층의 일면에 구비되는 제2지지체를 더 포함하고, 상기 제2지지체는 제1지지체와 대면하도록 배치되는 필터집합체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1지지체는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 복합섬유를 구비하고,
    상기 복합섬유의 저융점 성분이 상기 여재에 열융착된 필터집합체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2지지체는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 복합섬유를 구비하고,
    상기 복합섬유의 저융점 성분을 통해 제2지지체와 대면하는 섬유웹층의 계면이 열융착되고, 제2지지체와 대면하는 제1지지체 간 계면이 열융착된 필터집합체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(EPE)계, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE)계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)계, 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE)계 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 불소계 화합물을 포함하는 필터집합체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 섬유웹은 평균공경이 0.1 ~ 5㎛이고, 기공도가 40 ~ 90%인 필터집합체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유는 직경이 0.05 ~ 2㎛인 필터집합체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 코팅층은 히드록시기를 구비하는 친수성 고분자화합물과 카르복시기를 구비하는 가교제가 가교되어 형성된 필터집합체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가교제는 적어도 3개 이상의 카르복시기를 포함하는 필터집합체.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 친수성 고분자화합물은 중량평균분자량이 20,000 ~ 100,000이고, 검화도가 85 ~ 90%인 폴리비닐알코올을 포함하는 필터집합체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 코팅층은 섬유웹 단위면적(㎡)당 0.1 ~ 2g 포함되도록 나노섬유를 피복하는 필터집합체.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 친수성 고분자화합물은 폴리비닐알코올이며, 상기 친수성 코팅층은 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여 가교제를 5 ~ 20 중량부 포함하여 형성된 필터집합체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1지지체는 평량이 200 ~ 800g/㎡이고, 두께가 1 ~ 10㎜인 필터집합체.
  14. 제1항에 있어서,
    노출된 상기 섬유웹층 표면 내 임의의 서로 다른 5개 지점에 대한 평균 초기 젖음각은 40° 이하이며, 5개 지점에 대한 초기 젖음각의 평균편차가 7˚ 이하인 필터집합체.
  15. (1) 나노섬유를 포함하는 3차원 네트워크 구조의 섬유웹층을 형성하는 단계;
    (2) 상기 섬유웹층에 친수성 코팅조성물을 처리하여 친수성 코팅층이 형성된여재를 제조하는 단계; 및
    (3) 제1지지체의 양면에 상기 여재를 구비시키는 단계;를 포함하는 필터집합체 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 (3) 단계는
    적층된 제1지지체 및 섬유웹층에 열 및 압력 중 어느 하나 이상을 가하여 제1지지체와 섬유웹층을 열융착시키는 단계를 더 포함하는 필터집합체 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 친수성 코팅조성물에는 나노섬유 외부면에 친수성 코팅층의 형성성을 향상시키는 젖음성 개선제를 더 포함하며,
    상기 젖음성 개선제는 이소프로필알코올, 에틸알코올 및 메틸알코올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 필터집합체 제조방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 친수성 코팅조성물은 친수성 고분자화합물로써 폴리비닐알코올(PVA)을 포함하며, 상기 폴리비닐알코올 100 중량부에 대하여 카르복시기를 포함하는 가교제를 5 ~ 20 중량부로 포함하는 필터집합체 제조방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 친수성 코팅조성물은 친수성 고분자화합물로써 폴리비닐알코올(PVA)을 0.3 ~ 1중량%로 포함하는 필터여재 제조방법.
  20. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 필터집합체;를 포함하는 필터모듈.
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