KR101479753B1 - 폴리아미드 나노섬유 필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 폴리아미드 나노섬유 필터는 셀룰로오스 기재 상에 섬유굵기가 굵은 폴리아미드 나노섬유 부직포와 섬유굵기가 가는 폴리아미드 부직포를 구비하고 있는 필터이다. 제조된 폴리아미드 나노섬유 필터는 섬유굵기의 구배를 두어 제조하며, 이를 연속적으로 공정화하여 효율성 및 가격 경쟁력이 있으며, 여과 효율문제도 해결되는 기능성 필터를 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

폴리아미드 나노섬유 필터 및 이의 제조방법{Polyamide nanofiber filter and its manufacturing method}

본 발명은 폴리아미드 나노섬유 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 셀룰로오스 기재 상에 폴리아미드(Polyamide) 용액을 전기방사하여 제조한 폴리아미드 나노섬유 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 제조되고 있는 대부분의 마이크로 섬유는 용융방사, 건식방사, 습식방사 등과 같은 방사방식 요컨대, 고분자 용액을 기계적인 힘으로 미세구멍을 통해 강제압출시켜 방사시킴으로써 제조되어진다. 그러나, 이러한 방식으로 제조되는 부직포의 직경은 대략 5~500㎛범위를 가지며, 1㎛이하의 나노급 섬유를 제조하기에는 곤란함이 있다. 그러므로 이러한 직경이 큰 섬유로 구성된 필터로는 직경이 큰 오염입자를 필터링할 수 있지만, 나노사이즈의 미세 오염입자를 필터링하는 것은 사실상 불가능하다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 나노사이즈의 섬유(부직포)를 제조하기 위한 다양한 방식들이 개발 및 사용되고 있는 실정이다. 이러한 방법 중 유기 나노 부직포를 형성하는 방법은 블록 세그먼트에 의한 나노구조 물질 형성, 자기조립에 의한 나노구조 물질형성, 실리카 촉매하에 중합에 의한 나노 부직포 형성방법, 용융방사 후 탄화공정에 의한 나노 부직포 형성방법, 고분자 용액 또는 용융체의 전기방사에 의한 나노 부직포형성방법 등이 있다.

이와 같이 제조되는 나노 부직포를 이용하여 나노 부직포 필터를 구현할 경우, 직경이 큰 나노 부직포 필터에 비해서 그 비표적이 매우 크고, 표면 작용기에 대한 유연성도 좋으며 나노급 기공사이즈를 가지므로 유해한 입자나 가스 등을 효율적으로 제거할 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같이 나노섬유를 이용한 필터 구현은 생산비용이 증대되는 문제점이 발생하고, 생산을 위한 여러 가지 조건 등을 조절하기가 쉽지 않으며, 대량생산에 어려움이 있으므로 나노섬유를 이용한 필터는 상대적으로 낮은 단가로 생산보급하지 못하는 실정이다.

또한, 종래의 나노 부직포를 방사하는 기술로는 실험실 위주의 소규모 작업라인으로 한정되어있어 방사구획을 유닛 혹은 블록 개념이 없었으며, 이런 경우 섬유굵기가 일정한 나노 부직포만 방사되었다. 이는 필터로 사용할 시 통기도와 수명의 한계를 갖는 문제점이 있었다.

본 발명은 폴리아미드 용액을 전기방사장치로 전기방사하여 섬유굵기가 굵은 폴리아미드 나노섬유와 섬유굵기가 가는 폴리아미드 나노섬유를 연속적으로 적층형성된 폴리아미드 나노섬유 필터를 제조하며, 섬유굵기의 구배를 가지게 되어 미세한 기공을 가지면서도 압력의 증가를 초래하지 않는 새로운 형태의 고효율 나노섬유 필터를 구현할 수 있는 폴리아미드 나노섬유 필터 및 이의 제조방법를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면 폴리아미드를 유기 용매에 용해시킨 폴리아미드 용액을 각 블록의 노즐에 각각 공급하는 단계; 블록 중 전단부 블록의 노즐에서는 폴리아미드 용액을 전기방사하여 셀룰로오스 기재 상에 섬유직경이 250 내지 500nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포를 적층형성하는 단계; 및 블록 중 후단부 블록의 노즐에서는 폴리아미드 용액을 상기 섬유직경이 250 내지 500nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포 상에 연속적으로 전기방사하여 섬유직경이 50 내지 250nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포를 적층형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면 폴리아미드는 나일론6, 나일론 46 또는 나일론 66인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면 각 블록마다 부여하는 전압의 세기를 달리하거나, 방사용액의 농도를 조절하거나, 노즐과 컬렉터 사이의 간격을 조절하거나, 또는 장척시트의 이송속도를 조절함으로써 섬유굵기가 서로 다른 폴리아미드 나노섬유 부직포가 적층형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면 전기방사는 상향식 전기방사인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 폴리아미드 나노섬유 필터를 제공한다.

본 발명은 폴리아미드 용액을 전기방사장치로 전기방사하여 섬유굵기가 굵은 폴리아미드 나노섬유와 섬유굵기가 가는 폴리아미드 나노섬유가 연속적으로 적층형성된 폴리아미드 나노섬유 필터를 제조함으로써 섬유굵기의 구배를 가지게 되어 미세한 기공을 가지면서도 압력의 증가를 초래하지 않는 새로운 형태의 고효율 나노섬유 필터를 구현할 수 있다는 등의 효과를 거둘 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 폴리아미드 나노섬유 필터의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 이용되는 전기방사장치의 공정모식도이다.
도 3은 본 발명에 이용되는 전기방사장치의 블록에 관한 공정모식도이다.
도 4는 본 발명에 이용되는 전기방사장치의 두께측정장치에 관한 모식도이다.
도 5는 본 발명에 이용되는 전기방사장치의 노즐블럭 및 노즐에 관한 모식도이다.

이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

먼저, 본 발명에서 사용되는 폴리아미드를 살펴본다.

폴리아미드(Polyamide)는 아미드 결합(-CONH-)으로 연결된 중합체의 총칭을 의미하며, 디아민과 2가 산의 축합 중합으로 얻을 수 있다. 폴리아미드는 분자 구조 내의 아미드 결합에 의하여 특징이 달라지며, 아미드기의 비율에 따라 물성이 다르게 변한다. 예를 들면, 분자 내의 아미드기의 비율이 높아지면 비중, 융점, 흡수성, 강성 등이 올라가는 특성이 있다.

또한, 폴리아미드는 내부식성, 내마모성, 내화학성 및 절연성이 우수한 특성으로 인해 의류용, 타이어코드, 카핏, 로프, 컴퓨터 리본, 낙하산, 플라스틱, 접착제 등의 광범위한 분야에서 응용되고 있는 소재이다.

일반적으로 폴리아미드는 방향족 폴리아미드와 지방족 폴리아미드로 구분이 되는데, 대표적인 지방족 폴리아미드로는 나일론(Nylon)이 있다. 나일론은 본래 미국 듀폰 사의 상표명이지만 현재는 일반명으로 사용되고 있다.

나일론은 흡습성 고분자이며, 온도에 민감하게 반응한다. 대표적인 나일론으로는 나일론 6, 나일론 66 및 나일론 46 등이 있다.

먼저, 나일론 6은 내열성, 성형성 및 내약품성이 우수한 특성이 있으며, 이를 제조하기 위해서는 ε-카프로락탐(Caprolactam)의 개환 중합으로 제조된다. 나일론 6이라고 하는 것은 카프로락탐의 탄소수가 6개이기 때문이다.

(반응식 1) 카프로락탐의 나일론 6 중합

한편, 나일론 66은 나일론 6과 전반적으로 그 특성이 비슷하지만, 나일론 6에 비하여 내열성이 매우 우수하고 자기소화성 및 내마모성이 우수한 고분자이다. 나일론 66은 헥사메틸렌디아민과 아디프산의 탈수축합 중합반응으로 제조된다.

(반응식 2) 헥사메틸렌디아민과 아디프산의 탈수축합 중합반응에 의한 나일론 66 중합

또한, 나일론 46은 내열성, 기계적 특성 및 내충격성이 우수하며, 가공온도가 높은 장점이 있다. 나일론 46은 테트라메틸렌디아민과 아디프산의 중축합으로 제조된다. 원료인 디아미노부탄(Diaminobutane, DAB)을 아크릴로니트릴과 시안화수소와의 반응으로부터 제조하고, 중합조작에서는 첫 단계로 디아미노부탄과 아디프산으로부터 염을 만든 다음, 적당한 압력 하에서 중합반응을 거쳐 프리폴리머(Prepolymer)로 전환하고, 상기 프리폴리머(Prepolymer)의 고체는 질소와 수증기의 존재 하에서 약 250℃로 처리하면 고상에서 고분자화가 되어 제조된다.

특히 나일론 46은 높은 아미드 농도와, 메틸렌기와 아미드기 사이의 규칙 정연한 배열로 우수한 특징을 나타낸다. 나일론 46의 녹는점은 약 295℃로서, 다른 종류의 나일론보다 높으며, 상기와 같은 특성으로 인해 내열성이 우수한 수지로서 주목받고 있다.

본 발명에서는 상기 폴리아미드를 이용하여 셀룰로오스 기재 상에 섬유굵기가 굵은 폴리아미드 나노섬유 부직포를 형성하고, 상기 섬유굵기가 굵은 폴리아미드 나노섬유 부직포 상에 섬유굵기가 가는 폴리아미드 나노섬유 부직포가 적층형성되어 구성되는 폴리아미드 나노섬유 필터 및 이의 제조방법을 제공한다.

이하, 기재 상에 방사용액을 전기방사하여 필터를 제조하는 전기방사장치를 도면을 참고하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 폴리아미드 나노섬유 필터의 모식도이고, 도 2는 본 발명에 이용되는 전기방사장치의 공정모식도이며, 도 3은 본 발명에 이용되는 전기방사장치의 블록에 관한 공정모식도이고, 도 4는 본 발명에 이용되는 전기방사장치의 두께측정장치에 관한 모식도이며, 도 5는 본 발명에 이용되는 전기방사장치의 노즐블럭 및 노즐에 관한 모식도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이 본 발명의 전기방사장치(10)는 방사용액이 내부에 충진되는 방사용액 주탱크(미도시)와 상기 방사용액 주탱크 내에 충진된 고분자 방사용액의 정량 공급을 위한 계량 펌프(도번 미도시)와 상기 방사용액 주탱크 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(2)이 다수 개 배열되는 노즐블록(3)과 상기 노즐(2)의 하단에 위치하여 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(2)에서 일정간격 이격되는 컬렉터(4) 및 상기 컬렉터(4)에 전압을 발생시키는 전압 발생장치(1a, 1b)를 그 내부에 수용하는 블록(20) 및 블록(20) 내의 전도체 또는 부전도체로 이루어져 있는 케이스(8)를 포함하여 구성된다.

본 발명에서는 방사용액 주탱크(미도시)가 1개로 구성되어 있으나, 방사용액이 2가지 이상으로 구성되는 경우에는, 방사용액 주탱크를 2개 이상으로 구비하거나, 하나의 방사용액 주탱크 내부가 2개 이상의 공간으로 구획되고 각 구획된 공간에 2개 이상의 고분자 방사용액이 충진되어 공급하는 경우도 가능하다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 전기방사장치(10)는 상기 블록(20)내의 방사용액 주탱크에 충진되는 방사용액이 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(2) 내에 연속적으로 정량 공급되고, 상기 노즐(2)로 공급되는 고분자의 방사용액은 노즐(2)를 통해 높은 전압이 걸려 있는 컬렉터(4) 상에 방사 및 집속되어 나노섬유 부직포(미도시)를 형성하며, 형성된 나노섬유 부직포를 라미네이팅하여 필터로 제조한다.

그리고, 상기 전기방사장치(10)의 전단에는 블록(20)에서 고분자 방사용액이 분사되어 나노섬유가 적층형성되는 장척시트(미도시)를 공급하는 공급롤러(11)가 구비되고, 후단에는 나노섬유가 적층형성되는 장척시트를 권취하기 위한 권취롤러(12)가 구비된다.

상기 장척시트는 나노섬유의 처짐 방지 및 이송을 위하여 구비된다. 상기 장척시트는 전기방사장치(10)의 선단에 구비되는 공급롤러(11) 및 후단에 구비되는 권취롤러(12)에 그 일측과 타측이 권취된다.

한편, 각 블록(20a, 20b)의 전기방사장치(10)는 컬렉터(4)를 기준으로 장척시트의 진행방향(a)으로 설치된다. 또한, 상기 컬렉터(4)와 장척시트 사이에 보조벨트(6)가 각각 구비되고, 각 보조벨트(6)를 통하여 각 컬렉터(4)에 집적되어 나노섬유가 적층형성되는 장척시트가 수평방향으로 이송된다. 즉, 상기 보조벨트(6)는 장척시트의 이송속도에 동기하여 회전하고, 보조벨트(6)를 구동하기 위한 보조벨트용 롤러(7)를 갖는다. 상기 보조벨트용 롤러(7)는 2개 이상의 마찰력이 극히 적은 자동 롤러이다. 상기 컬렉터(4)와 장척시트의 사이에 보조벨트(6)가 구비되기 때문에, 장척시트는 고전압이 인가되어 있는 컬렉터(4)에 끌어 당겨지는 일이 없이 부드럽게 이송되도록 이루어진다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 전기방사장치(10)의 블록(20) 내의 방사용액 주탱크 내에 충진된 방사용액이 노즐(2)을 통하여 컬렉터(4) 상에 위치한 장척시트상에 분사되고, 상기 장척시트 상에 분사된 방사용액이 집적되면서 나노섬유 부직포를 적층형성한다. 그리고 상기 컬렉터(4)의 양측에 구비되는 보조벨트용 롤러(7)의 회전에 의해 보조벨트(6)가 구동되어 장척시트가 이송되면서 전기방사장치(10) 후단에 있는 블록(20b) 내에 위치되어 상기한 공정을 반복적으로 수행한다.

한편, 상기 노즐블록(3)은 도 5에서 나타내는 바와 같이 방사용액을 토출구로부터 상향 배치되는 복수의 노즐(2), 노즐(2)이 일렬로 구성되는 관체(43), 방사용액 저장탱크(44) 및 방사용액 유통 파이프(45)로 구성된다.

먼저, 방사용액 주탱크와 연결되어 방사용액을 공급받아 저장하는 방사용액 저장탱크(44)는 용액의 토출량을 상기 계량 펌프(미도시)에 의해 방사용액 유통 파이프(45)를 통하여 노즐(2)에 방사용액을 공급하여 방사가 진행된다. 여기서, 복수의 노즐(2)이 일렬로 구성되는 관체(43)는 상기 방사용액 저장탱크(44)로부터 동일한 방사용액을 공급받지만, 방사용액 주탱크가 복수로 구비되고 각각에 서로 다른 종류의 고분자를 공급받아 관체(43)마다 서로 종류가 다른 방사용액이 공급되어 방사되는 것도 가능하다.

상기 복수의 노즐(2)의 토출구로부터 방사될 때, 방사되지 못하고 오버플로우된 용액은 오버플로우 용액 저장탱크(41)에 이동된다. 상기 오버플로우 용액 저장탱크(41)는 방사용액 주탱크에 연결되어 있어 오버플로우 용액은 방사에 재이용될 수 있다.

한편, 본 발명의 주제어장치(30)는 방사 전반의 과정에서 방사조건을 조절하는 장치로서, 노즐블록(3)에 공급되는 방사용액의 양을 제어하고, 각 블록(20)마다 전압발생장치(1a, 1b)의 전압을 조절하며, 두께측정장치(9)에 의해 측정된 나노섬유 부직포 및 장척시트의 두께에 따라서 각 블록(20a, 20b)의 이송속도를 제어한다.

본 발명의 두께측정장치(9)는 블록(20)의 전단부 및 후단부에 위치하고 나노섬유 부직포가 적층형성된 장척시트를 사이에 두고 마주보게 설치되어 있다. 상기 두께측정장치(9)는 전기방사장치(10)의 방사조건을 조절하는 주제어장치(30)에 연결되어있어, 상기 두께측정장치(9)가 나노섬유 부직포 및 장척시트의 두께를 측정한 값을 기초로 하여 주제어장치(30)에서는 각 블록(20a, 20b)의 이송속도를 제어하도록 한다. 예를 들면, 전기방사에 있어서, 전단부에 위치한 블록(20a)에 토출된 나노섬유의 두께가 편차량이 얇게 측정이 되면, 후단부에 위치한 블록(20b)의 이송속도를 감소시켜 나노섬유 부직포의 두께를 일정하게 조절한다. 또한 상기 주제어장치(30)가 노즐블록(3)의 토출양을 증가시키고 전압발생장치(1a, 1b)의 전압의 세기를 조절하여 단위 면적당의 나노섬유의 토출량을 증대시켜 나노섬유 부직포의 두께를 균일하게 조절하는 것이 가능하다.

상기 두께측정장치(9)는 초음파 측정방식에 의해 상기 나노섬유 부직포가 적층 형성된 나노섬유 부직포 및 장척시트까지의 거리를 측정하는 한 쌍의 초음파 종파와 횡파의 측정방식으로 이루어지는 두께측정부를 구비하고, 상기 한 쌍의 초음파 측정장치에 의해 측정된 거리를 기초로 하여 상기 나노섬유 부직포 및 장척시트의 두께를 산출하는 것으로 이는 도 4에 도시되어 있다. 보다 상세하게는, 나노섬유가 적층된 장척시트에 초음파 종파와 횡파를 함께 투사하여 종파와 횡파의 각 초음파 신호가 상기 나노섬유가 적층된 장척시트에서 왕복 이동하는 시간, 즉 종파와 횡파의 각 전파시간을 측정한 뒤, 상기 측정된 종파와 횡파의 전파시간과 나노섬유가 적층된 장척시트의 기준온도에서 종파와 횡파의 전파속도 및 전파속도의 온도상수를 이용하는 소정의 연산식으로부터 피검사체의 두께를 계산하는 두께측정장치이다.

본 발명에 이용되는 전기방사장치(10)는 나노섬유 부직포의 두께 편차량이 소정의 값 미만인 경우에는 이송속도를 초기 값으로부터 변화시키지 않고, 상기 편차량이 소정값 이상인 경우에는 이송속도를 초기 값으로부터 변화시키도록 제어하는 것도 가능하기 때문에, 이송속도 제어장치에 의한 이송속도의 제어를 단순화하는 것이 가능해진다. 또한, 이송속도의 제어 외에도 노즐블록(3)의 토출양과 전압의 세기도 조절할 수 있어서, 두께 편차량이 소정의 값 미만인 경우에는 노즐블록(3) 토출양과 전압의 세기를 초기 값으로부터 변화시키지 않고, 상기 편차량이 소정의 값 이상인 경우에는 노즐블록(3)의 토출양과 전압의 세기를 초기 값으로부터 변화시키도록 제어하는 것이 가능하기 때문에, 노즐블록(3) 토출양과 전압의 세기의 제어를 단순화하는 것이 가능해진다.

한편, 상기 전기방사장치(10)의 블록(20)은 방사위치에 따라 전단부에 위치한 전단부 블록(20a)과 후단부에 위치한 후단부 블록(20b)으로 구분된다. 본 발명의 일 실시예에서는 블록의 개수를 2개로 한정하고 있으나, 2개 이상 혹은 1개로 구성되는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에서는 각 블록(20a, 20b)에서 같은 고분자 방사용액을 방사하고 있으나, 각 블록(20a, 20b)마다 서로 다른 종류의 고분자 방사용액을 각각 방사하는 경우도 가능하며, 어느 한 블록 내에서 2가지 이상의 다른 고분자 방사용액이 방사되는 것도 가능하다. 더불어, 각 블록(20a, 20b)마다 적어도 2종 이상의 서로 다른 종류의 방사용액을 각각 공급하여 방사하는 경우에는 서로 다른 종류의 고분자 나노섬유 부직포가 연속적으로 적층형성되는 것이 가능하다.

한편, 본 발명의 전기방사장치(10)의 후단부에서는 라미네이팅 장치(19)가 설치되어 있다. 상기 라미네이팅 장치(19)는 열과 압력을 부여하며, 이를 통하여 장척시트와 나노섬유 부직포가 접착되고, 이후 권취롤러(12)에 권취되어 필터가 제조된다.

상기 전기방사장치(10)는 포집면적을 넓혀 나노섬유의 집적 밀도를 균일하게 할 수 있으며, 드롭렛(Droplet) 현상을 효과적으로 방지하여 나노섬유의 품질을 향상시킬 수 있고, 전기력에 의한 섬유형성 효과가 높아져 나노섬유 및 그의 나노섬유를 대량 생산할 수 있다. 아울러 다수개의 핀으로 구성되는 노즐(2)이 구비된 블록(20)에서 전기방사함에 있어서 소재 및 전기방사 조건을 다르게 조절할 수 있으므로 부직포 및 필라멘트의 폭 및 두께를 자유롭게 변경 및 조절할 수 있다.

또한, 상기와 같이 고분자를 방사하는 경우 고분자 물질에 따라 상이하나 온도 허용범위는 30 내지 40℃, 습도는 40 내지 70%의 환경조건에서 방사를 하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명에서 나노섬유의 직경은 30 내지 1000nm인 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 50 내지 500nm이다.

이하, 본 발명에 의한 폴리아미드 나노섬유 필터의 제조방법을 설명한다.

먼저, 본 발명에서는 방사용액으로 폴리아미드가 사용되며, 장척시트로 셀룰로오스 기재(100)가 사용된다.

상기 폴리아미드를 유기 용매에 녹인 폴리아미드 용액을 전기방사장치(10)의 방사용액 주탱크에 공급하고, 상기 방사용액 주탱크에 공급된 폴리아미드 용액은 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 노즐블럭(3)에 다수의 노즐(2) 내에 연속적으로 정량공급된다. 상기 각 노즐(2)로부터 공급되는 폴리아미드 용액은 노즐(2)을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(4) 상의 위치한 셀룰로오스 기재(100) 상에 전기방사 및 집속되면서 폴리아미드 나노섬유 부직포를 형성한다.

여기서, 상기 폴리아미드는 나일론 6, 나일론 46, 또는 나일론 66인것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서는 방사용액으로 나일론 6, 나일론 46 또는 나일론 66 용액을 사용하나, 이에 한정하지 아니한다.

한편, 상기 전기방사장치(10)의 전단부 블록(20a) 내에서 폴리아미드 나노섬유가 적층되는 셀룰로오스 기재(100)는 모터(미도시)의 구동에 의해 동작하는 공급롤러(11) 및 상기 공급롤러(11)의 회전에 의해 구동하는 보조벨트(6)의 회전에 의해 전단부 블록(20a)에서 후단부 블록(20b) 내로 이송되어 상기한 공정을 반복하면서 셀룰로오스 기재(100) 상에 폴리아미드 나노섬유 부직포가 형성된다.

여기서, 상기 셀룰로오스 기재(100)를 설명하면 다음과 같다. 셀룰로오스 기재(100)는 고온에서의 치수 안정성이 우수하고, 내열성이 높다는 특징이 있다. 미세한 셀룰로오스 섬유는 미세한 다공 구조를 형성하고 있다는 점에서 고결정성, 고탄성률을 가지며, 본질적으로 고온에서의 치수 안정성이 매우 우수한 섬유이다. 이러한 특징에 의해 셀룰로오스 기재(100)는 고성능 필터, 기능지, 요리용 시트나 흡취성 시트 등의 생활 제품, 반도체 장치나 배선 기판용 기판, 낮은 선팽창률 재료의 기재, 캐패시터와 같은 축전장치용 세퍼레이터 등의 기술분야에 사용되고 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 장척시트를 대신하여 셀룰로오스 기재(100)를 사용하였으나, 이에 한정하지 아니한다.

한편, 상기 전단부 블록(20a)에 전압을 공급하는 전단부 전압발생장치(1a)는 방사 전압을 낮게 부여하여 섬유직경이 250 내지 500nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포(200)를 셀룰로오스 기재(100) 상에 형성하며, 뒤이어 후단부 블록(20b)에 전압을 공급하는 후단부 전압발생장치(1b)는 방사 전압을 높게하여 섬유직경이 50 내지 250nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포(300)를 상기 셀룰로오스 기재(100) 상에 형성된 섬유직경이 250 내지 500nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포(200) 상에 형성한다.

여기서 상기 각 전압발생장치(1a, 1b)가 부여하는 방사 전압은 1kV이상, 바람직하게 20kV 이상이며, 전단부 전압발생장치(1a)가 부여하는 전압이 후단부 전압발생장치(1b)가 부여하는 전압보다 낮은 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 상기 전기방사장치(10)의 전단부 블록(20a)의 전압을 낮게 부여하여 섬유직경이 250 내지 500nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포(200)를 기재 상에 적층형성시키고, 후단부 블록(20b)의 전압은 높게 부여하여 섬유직경이 50 내지 250nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포(300)를 상기 섬유직경이 250 내지 500nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포(200) 상에 적층형성함으로 폴리아미드 나노섬유 필터를 형성한다. 그러나, 전압의 세기를 달리하여 섬유직경이 50 내지 250nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포(300)가 전단부 블록(20a)에서 방사되고, 섬유직경이 250 내지 500nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포(200)가 후단부 블록(20b)에서 방사되는 경우도 가능하다.

또한, 상기 전기방사장치(10)의 블록의 갯수를 3개 이상으로 구성하고 각 블록(20a, 20b)마다 전압을 달리하여 섬유굵기가 다른 3층의 나노섬유 부직포를 장척시트 상에 적층형성시킨 나노섬유 필터를 제조하는 것도 가능할 것이다.

그리고, 각 블록(20)마다 부여하는 전압의 세기를 달리하여 섬유굵기가 서로 다른 나노섬유 부직포가 연속적으로 적층형성되는 것도 가능하며, 한 블록(20) 내에서도 노즐블록(3)에 위치하는 노즐(2)마다 서로 다른 고분자 방사용액을 공급하여 2가지 이상의 고분자가 함께 전기방사되어 적층형성되는 하이브리드 나노섬유 부직포를 형성하는 것도 가능할 것이다

또한, 상기에서 섬유굵기의 차이를 두기위하여 각 블록(20a, 20b)마다 부여하는 전압의 세기를 달리하는 방식이 사용되었으나, 노즐(2)과 컬렉터(4) 사이의 간격을 조절하여도 굵기가 다른 나노섬유 부직포를 형성할 수 있는데, 방사용액이 동일하고 공급전압이 동일한 경우, 방사거리가 가까울수록 섬유직경은 굵어지고, 방사거리가 멀수록 섬유직경이 가늘어지는 원리에 따라 섬유직경이 다른 나노섬유 부직포가 형성되는 것도 가능하다. 그리고, 방사용액의 농도를 조절하거나, 장척시트의 이송속도를 조절함으로써 섬유굵기의 차이를 둘 수 있다.

이외에도, 사용되는 방사용액의 고분자 종류를 2가지 이상으로 구성하여 하이브리드 나노섬유 부직포를 제조하는 것도 가능할 것이다.

따라서, 상기 셀룰로오스 기재(100) 상에 섬유직경이 250 내지 500nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포(200)가 적층형성되고, 상기 섬유직경이 250 내지 500nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포(200) 상에 섬유직경이 50 내지 250nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포(300)가 적층형성되어, 최종적으로 폴리아미드 나노섬유 필터가 제조된다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

실시예1

나일론 6을 포름산에 용해시켜 나일론 6 용액을 제조하고, 상기 나일론 6 용액을 방사용액 주탱크에 투입하였다. 전단부 블록에는 인가전압을 15kV로 부여한 후, 나일론 46 용액을 평량 30gsm인 셀룰로오스 기재 상에 전기방사하여 두께 2.5㎛, 섬유직경이 350nm인 나일론 6 나노섬유 부직포를 형성하고, 후단부 블록에는 인가전압을 20kV로 부여한 후, 나일론 6 용액을 상기 섬유직경이 350nm인 나일론 6 나노섬유 부직포 상에 전기방사하여 두께 2.5㎛인 섬유직경이 150nm인 나일론 6 나노섬유 부직포를 형성하였다. 전기방사 후 라미네이팅 장치에서 가열 가압처리를 하여 나일론 6 나노섬유 필터를 제조하였다. 이 때 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%의 조건으로 전기방사를 실시하였다.

실시예2

실시예 1에서 나일론 6 대신 나일론 46으로 변경하여 사용하는 것 외에는 동일한 조건으로 전기방사를 실시하였다.

실시예3

실시예 1에서 나일론 6 대신 나일론 66으로 변경하여 사용하는 것 외에는 동일한 조건으로 전기방사를 실시하였다.

비교예1

나일론 6을 포름산에 용해시켜 나일론 6 용액을 제조하고 상기 나일론 6 용액을 방사용액 주탱크에 투입하였다. 인가전압 20kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 22℃, 습도 20%의 조건으로 컬렉터 상에 위치한 평량 30gsm인 셀룰로오스 기재 상에 두께가 5㎛, 섬유직경이 350nm가 되도록 전기방사를 실시하고 라미네이팅 장치를 통과하여 나일론6 나노섬유 필터를 제조하였다.

- 여과효율 측정

상기 제조된 나노섬유 필터의 효율을 측정하기 위해 DOP 시험방법을 이용하였다. DOP 시험방법은 티에스아이 인코퍼레이티드(TSI Incorporated)의 TSI 3160의 자동화 필터 분석기(AFT)로 디옥틸프탈레이트(DOP) 효율을 측정하는 것으로서, 필터 미디어 소재의 통기성, 필터 효율, 차압을 측정할 수 있다.

상기 자동화 분석기는 DOP를 원하는 크기의 입자를 만들어 필터 시트 위에 투과하여 공기의 속도, DOP 여과 효율, 공기 투과도(통기성) 등을 계수법으로 자동으로 측정하는 장치이며 고효율 필터에 아주 중요한 기기이다.

DOP % 효율은 다음과 같이 정의된다:

DOP % 투과율 = 1 - 100 (DOP농도 하류/DOP 농도 상류)

실시예 및 비교예의 여과 효율을 상기와 같은 방법에 의해 측정하여 표 1에 나타내었다.

	실시예 1~3	비교예1
0.35㎛DOP 여과 효율(%)	>95	88

이와 같이 본 발명의 실시예를 통해 제조된 폴리이미드 나노섬유 필터는 비교예에 비하여 열 수축율이 향상되고, 여과 효율이 우수함을 알 수 있다.

- 압력강하 및 필터수명 측정

상기 제조된 나노섬유 필터를 50㎍/m³의 유량에 따른 ASHRAE 52.1로 압력강하(Pressure drop)을 측정하고, 이에 따른 필터 수명을 측정하였다. 실시예와 비교예를 비교한 데이터를 표 2에 나타내었다.

	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1
압력강하(in.w.g)	4.2	3.9	4.1	8
필터수명(month)	6.5	6.8	6.6	4

표 2에 따르면 본 발명의 실시예를 통해 제조된 필터는 비교예에 비하여 압력강하가 낮아 압력손실이 적고, 필터 수명은 더 길어 결과적으로 내구성이 우수함을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1a, 1b: 전압발생장치, 2: 노즐,
3: 노즐블록, 4: 컬렉터,
6: 보조벨트, 7: 보조벨트용 롤러,
8: 케이스, 9: 두께측정장치,
10: 전기방사장치, 11: 공급롤러,
12: 권취롤러, 19: 라미네이팅 장치,
20, 20a, 20b: 블록, 30: 주제어장치,
41: 오버플로우 용액 저장탱크, 43: 관체,
44: 방사용액 저장탱크, 45: 방사용액 유통 파이프,
100: 셀룰로오스 기재,
200: 폴리아미드 나노섬유 부직포,
300: 폴리아미드 나노섬유 부직포.

Claims (5)

1. 폴리아미드를 유기 용매에 용해시킨 폴리아미드 용액을 각 블록의 노즐에 각각 공급하는 단계;
   상기 블록 중 전단부 블록의 노즐에서는 폴리아미드 용액을 전기방사하여 셀룰로오스 기재 상에 섬유직경이 250 내지 500nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포를 적층형성하는 단계; 및
   상기 블록 중 후단부 블록의 노즐에서는 폴리아미드 용액을 상기 섬유직경이 250 내지 500nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포 상에 연속적으로 전기방사하여 섬유직경이 50 내지 250nm인 폴리아미드 나노섬유 부직포를 적층형성하는 단계;
   를 포함하며, 이 때 상기 전기방사는 상향식 전기방사이고, 상기 각 블록마다 방사용액의 농도를 조절하여 섬유의 굵기가 서로 다른 폴리아미드 나노섬유를 제조하는 것을 특징으로 하는 폴리아미드 나노섬유 필터의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 폴리아미드는 나일론6, 나일론 46 또는 나일론 66인 것을 특징으로 하는 폴리아미드 나노섬유 필터의 제조방법.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 폴리아미드 나노섬유 필터.
   

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