KR20210108188A

KR20210108188A - Nano filter and method for manufacturing the same

Info

Publication number: KR20210108188A
Application number: KR1020200023085A
Authority: KR
Inventors: 이충원
Original assignee: 이충원
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-09-02
Also published as: KR102366948B1; WO2021172753A1

Abstract

The present invention relates to a nano-filter manufactured using electrospinning and a method for manufacturing the same, and more specifically, to a nano-filter that has improved filter efficiency and lifetime by adjusting the diameter of a nanofiber formed by adjusting the nozzle diameter of a nozzle block, and a method for manufacturing the same.

Description

필터의 효율 및 수명이 향상된 나노 필터 및 이의 제조방법{NANO FILTER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Nano filter with improved filter efficiency and lifespan and manufacturing method thereof

본 발명은 나노 필터에 관한 것으로, 구체적으로 노즐블록의 노즐 직경을 조절하여 형성되는 나노섬유의 직경을 조절함으로써, 필터의 효율 및 수명이 향상된 나노 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nanofilter, and more particularly, to a nanofilter having improved efficiency and lifespan of the filter by controlling the diameter of the nanofiber formed by adjusting the nozzle diameter of the nozzle block, and a method for manufacturing the same.

산업의 고도화에 따라 대기 및 수질 오염, 물 부족 문제 등의 환경문제에 대한 인식이 높아지면서, 오염된 물과 공기를 효율적으로 분리·제거할 수 있는 공기 정화 장치 및 수처리 장치에 대한 개발이 요구되고 있다. 이러한 장치에는 주로 불순물 및 오염물을 분리시켜 여과된 청정공기 및 청정수를 배출할 수 있는 필터(filter)가 사용된다.With the advancement of industry, awareness of environmental issues such as air and water pollution and water shortage is increasing, and the development of air purification devices and water treatment devices that can efficiently separate and remove polluted water and air is required. have. A filter capable of discharging filtered clean air and clean water by separating impurities and contaminants is mainly used in these devices.

일반적으로, 필터는 필터 구조물 내에 기질 물질과 함께 웹(web) 형태의 나노섬유(nanofiber)를 하나 이상 포함한다. 상기 나노섬유는 직경이 수백 나노미터(nm) 이하인 섬유로 기존의 섬유소재와는 다른 기능 및 성능을 가지는 새로운 개념의 섬유소재를 말한다. 상기 나노섬유는 복수개의 공극(pore)들을 포함하고 있어, 이러한 나노섬유를 포함하는 나노섬유 필터는 수십 개의 나노 크기 이상의 입자를 분리시킬 수 있고, 단기간에 많은 양의 물을 정수하거나 공기 중의 미립자를 효과적으로 걸러낼 수 있는 우수한 여과능과 높은 입자 포획능을 갖는다.In general, the filter includes one or more nanofibers in the form of a web together with a substrate material in the filter structure. The nanofiber is a fiber having a diameter of several hundred nanometers (nm) or less, and refers to a fiber material of a new concept having a function and performance different from that of a conventional fiber material. Since the nanofiber includes a plurality of pores, the nanofiber filter including these nanofibers can separate dozens of nano-sized or larger particles, and can purify a large amount of water in a short period of time or remove particulates in the air. It has excellent filtration ability to effectively filter out and high particle trapping ability.

하지만, 종래의 수처리시 사용되는 나노섬유 필터는 장시간 사용시 분리대상인 미생물에 의해 나노섬유 필터의 표면이 오염되면서 분리 효율이 현저히 감소되어, 에너지 소비량 및 필터의 소비량을 증가시키는 문제점이 있다.However, the conventional nanofiber filter used in water treatment has a problem in that the separation efficiency is significantly reduced as the surface of the nanofiber filter is contaminated by microorganisms to be separated when used for a long time, thereby increasing the energy consumption and the consumption of the filter.

최근, 나노섬유에 기능성 재료를 배치하여 분리성능뿐만 아니라 다양한 기능을 갖는 필터를 제조하기 위한 개발이 진행되고 있다. 이러한 기능성 나노섬유는 주로 나노섬유 구성 재료에 기능성 재료를 첨가한 혼합물을 웹 형태의 나노섬유로 제조하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 이러한 제조방법으로 제조된 나노섬유는 기능성 재료를 표면에 균일하게 분산시키기 어려우며, 나노섬유 구성 재료에 혼합된 기능성 재료가 나노섬유 필터의 공극의 크기에 영향을 주어 필터의 분리성능이 저하되는 단점이 있다.Recently, development for manufacturing a filter having various functions as well as separation performance by disposing a functional material on nanofibers is in progress. For these functional nanofibers, a method for manufacturing a web-type nanofiber by adding a functional material to a nanofiber constituent material is mainly used. However, it is difficult to uniformly disperse the functional material on the surface of the nanofiber manufactured by this manufacturing method, and the functional material mixed with the nanofiber constituent material affects the size of the pores of the nanofiber filter, which reduces the separation performance of the filter. There are disadvantages.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 노즐블록의 노즐 직경을 조절하여 형성되는 나노섬유의 직경을 조절함으로써, 필터의 효율 및 수명이 향상된 나노 필터 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention is to provide a nanofilter with improved efficiency and lifespan of the filter and a method for manufacturing the same by adjusting the diameter of the nanofiber formed by adjusting the nozzle diameter of the nozzle block The purpose.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노 필터의 제조방법은 방사용액 주탱크에 유기 용제에 고분자를 용해시킨 방사용액을 공급하는 단계; 전기방사장치의 컬렉터 상에 기재를 공급하는 단계; 상기 방사용액 주탱크에 공급된 방사용액은 계량펌프를 통해 노즐블록에 위치한 다수의 노즐 내에 정량 공급되는 단계; 및 각 노즐로부터 공급되는 각각의 방사용액은 노즐을 통해 노즐과 일정간격 이격된 컬렉터에 공급된 기재 상에 방사되어 상기 기재 상에 나노섬유층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 노즐은 상기 기재의 진행방향으로 다수 개 배열되며, 상기 기재의 진행방향으로 각 노즐의 노즐 직경은 점차적으로 감소할 수 있다.A method of manufacturing a nanofilter according to an embodiment of the present invention comprises: supplying a spinning solution obtained by dissolving a polymer in an organic solvent to a spinning solution main tank; supplying the substrate onto the collector of the electrospinning apparatus; The spinning liquid supplied to the spinning liquid main tank is quantitatively supplied into a plurality of nozzles located in the nozzle block through a metering pump; And each spinning liquid supplied from each nozzle is spun on a substrate supplied to a collector spaced apart from the nozzle at a predetermined distance through the nozzle to form a nanofiber layer on the substrate, wherein the nozzle is the process of the substrate A plurality of nozzles are arranged in the direction, and the nozzle diameter of each nozzle may be gradually decreased in the moving direction of the substrate.

이때, 상기 노즐은 상기 기재의 진행방향으로 k열 배열되며, 상기 기재의 진행방향을 기준으로 k열 노즐의 직경은 k-1열 노즐의 직경보다 작고, 상기 기재의 진행방향을 기준으로 k열 노즐 개수는 k-1열 노즐 개수보다 많을 수 있다.At this time, the nozzles are arranged in k rows in the moving direction of the substrate, the diameter of the k-row nozzles based on the moving direction of the substrate is smaller than the diameter of the k-1 row nozzles, and k rows based on the moving direction of the substrate The number of nozzles may be greater than the number of nozzles in k-1 row.

또, 상기 전기방사장치는 상기 노즐에서 방사되지 못하고 오버플로우된 방사용액을 오버플로우 방사용액 저장탱크에 수집하여 진공과 온도 조절 및 교반을 하면서 방사용액 내의 용제에 포함된 수분을 리시브 탱크에 이송시키는 수분제거장치를 포함할 수 있다.In addition, the electrospinning device collects the spinning solution that overflowed without being spun from the nozzle in the overflow spinning solution storage tank, and transfers the moisture contained in the solvent in the spinning solution to the receiving tank while controlling the vacuum and temperature and stirring. It may include a moisture removal device.

또한, 상기 기재 상에 나노섬유층을 형성하는 단계 이후, 상기 나노섬유층이 형성된 기재를 다단 히팅롤을 통과시켜 상기 나노섬유층의 잔류용제를 제거하며, 상기 기재와 상기 나노섬유층을 접착시키는 단계를 포함할 수 있다.In addition, after the step of forming the nanofiber layer on the substrate, passing the substrate on which the nanofiber layer is formed through a multi-stage heating roll to remove the residual solvent of the nanofiber layer, and adhering the substrate and the nanofiber layer. can

또한, 상기 각 노즐에 공급되는 방사용액은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.In addition, the spinning liquid supplied to each of the nozzles may be the same or different from each other.

상기 고분자는 폴리유산(PLA), 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리에테르설폰(PES), 폴리아미드, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄(PUR), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL) 및 폴리유산글리롤산(PLGA)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다.The polymer is polylactic acid (PLA), polycarbonate (PC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polyamide, polyvinyl acetate , polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile (PAN), polyurethane (PUR), polybutylene terephthalate (PBT), polyvinylbutylral, polyvinyl chloride, polyethyleneimine, polyvinyl acetate (PVAc), polyethylene It may be one or two or more selected from the group consisting of naphthalate (PEN), polyvinyl alcohol (PVA), polyethyleneimide (PEI), polycaprolactone (PCL), and polylactic acid glyceryl acid (PLGA).

상기 유기 용제는 메틸렌 클로라이드, 페놀, 포름산, 황산, m-크레솔, 티플루오르아세트앤하이드라이드/다이클로로메테인, 물, N-메틸모폴린 N-옥시드, 클로로폼, 테트라히드로푸란, 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, m-부틸알콜, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜, 메틸알콜, 에탄올, 헥산, 테트라클로로에틸렌, 아세톤, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 트리크롤로에틸렌, 다이클로로메테인, 톨루엔, 자일렌, 사이클로헥사논, 시클로헥산, n-부틸초산염, 초산에틸, 부틸셀로살브, 아세트산2-에톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다.The organic solvent is methylene chloride, phenol, formic acid, sulfuric acid, m-cresol, tifluoroacetandhydride/dichloromethane, water, N-methylmorpholine N-oxide, chloroform, tetrahydrofuran, methyl Isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, m-butyl alcohol, isobutyl alcohol, isopropyl alcohol, methyl alcohol, ethanol, hexane, tetrachloroethylene, acetone, propylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, trichloroethylene, di Chloromethane, toluene, xylene, cyclohexanone, cyclohexane, n-butyl acetate, ethyl acetate, butyl cellosalb, 2-ethoxyethanol acetate, 2-ethoxyethanol, dimethylformamide and dimethylacetamide It may be one or two or more selected from the group consisting of.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 필터는 상기 제조방법으로 제조되며, 기재; 및 상기 기재 상에 형성되는 나노섬유층이 적층형성된 구조이며, 상기 나노섬유층은 상기 기재에서 상기 나노섬유층의 두께 방향으로 나노섬유의 직경이 점차적으로 감소하는 구조일 수 있다.In addition, the nano filter according to an embodiment of the present invention is manufactured by the above manufacturing method, the substrate; And the nanofiber layer formed on the substrate is a laminated structure, and the nanofiber layer may have a structure in which the diameter of the nanofibers is gradually reduced in the thickness direction of the nanofiber layer on the substrate.

본 발명의 실시예에 따른 나노 필터의 제조방법은 기재의 진행방향으로 노즐 직경이 점차적으로 감소하는 노즐블록을 이용함으로써, 기재 상에 형성되는 나노섬유층의 두께방향으로 나노섬유 직경을 연속적으로 용이하게 조절할 수 있다.The method for manufacturing a nanofilter according to an embodiment of the present invention uses a nozzle block in which the nozzle diameter is gradually reduced in the moving direction of the substrate, thereby continuously and easily increasing the diameter of the nanofiber in the thickness direction of the nanofiber layer formed on the substrate. can be adjusted

또한, 두께 방향으로 나노섬유의 직경이 점차적으로 감소하는 구조인 나노 필터는 필터의 효율이 향상되고 수명이 개선되는 효과가 있다.In addition, the nanofilter having a structure in which the diameter of the nanofiber gradually decreases in the thickness direction has the effect of improving the efficiency of the filter and improving the lifespan.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방사장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방사장치의 노즐판 및 노즐관을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방사장치의 수분제거장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a view schematically showing the nozzle plate and the nozzle tube of the electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a view schematically showing a water removal device of the electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged than the actual size for clarity of the present invention. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Also, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where it is "directly on" another part, but also the case where there is another part in between. Conversely, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “under” another part, this includes not only cases where it is “directly under” another part, but also cases where another part is in between. In addition, in the present application, “on” may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.

이하, 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail.

일 실시예에 따른 나노 필터는 기재; 및 상기 기재 상에 방사용액을 전기방사하여 형성된 나노섬유층을 포함할 수 있다.A nano filter according to an embodiment includes a substrate; and a nanofiber layer formed by electrospinning a spinning solution on the substrate.

먼저, 기재는 필터의 지지체로 필터의 형태안정성을 유지하기 위한 것이다. 이러한 기재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 지지체로의 역할을 수행하기 위해서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 15 내지 150g/m²의 평량을 갖는 것이 보통이며, 여기서 평량이 15g/m² 미만인 경우 지지체로서의 역할을 수행하기 어려우며, 150g/m² 초과인 경우 여과효율이 낮아지고 필터를 제작함에 있어서 가공성이 낮아지는 문제가 발생하게 된다.First, the substrate is a support for the filter to maintain the shape stability of the filter. The substrate is preferably a polyethylene terephthalate substrate, but is not limited thereto. In addition, in order to serve as a support, the polyethylene terephthalate substrate usually has a basis weight of ^{15 to 150 g/m 2} , where it is difficult to serve as a support when the ^{basis weight is less than 15 g/m 2 , and 150 g/m} ^{If it is more} than 2, the filtration efficiency is lowered, and there is a problem in that the processability is lowered in manufacturing the filter.

한편, 상기와 같은 본 발명의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Low Melt Polyethylene terephthalate, LM PET) 기재를 이용할 수 있다. 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 구체적으로, 시스-코어형(sheath-core), 사이드 바이 사이드(side by side) 또는 씨 타입(C-type) 일 수 있다.On the other hand, the polyethylene terephthalate substrate of the present invention as described above may use a low melting point polyethylene terephthalate (Low Melt Polyethylene terephthalate, LM PET) substrate. Specifically, the low-melting-point polyethylene terephthalate substrate may be of a sheath-core, side by side, or C-type type.

이 중 시스-코어형 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재의 경우에는 시스 부분이 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트이며, 코어부분은 일반적인 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성되어 있다. 여기서 시스부분은 약 10 내지 90 중량%이고, 코어는 약 90 내지 10 중량%로 이루어져있다. 시스 부분은 바인더 섬유의 바깥 표면을 형성하는 열적 결합제로서 작용하며, 약 80 내지 150℃의 융점을 갖고, 코어는 약 160 내지 250℃의 융점을 갖는다. Among them, in the case of the cis-core low-melting-point polyethylene terephthalate substrate, the sheath portion is low-melting polyethylene terephthalate, and the core portion is composed of general polyethylene terephthalate. Here, the sheath portion is composed of about 10 to 90 wt%, and the core is composed of about 90 to 10 wt%. The sheath portion acts as a thermal binder forming the outer surface of the binder fiber and has a melting point of about 80 to 150° C. and the core having a melting point of about 160 to 250° C.

본 발명에서 일 실시예로 사용되는 시스-코어형 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 시스부분에 통상의 융점 분석기기로 융점이 나타나지 않는 비결정성 폴리에스테르 공중합체를 포함하며, 코어성분으로는 바람직하게 상대적으로 고융점 성분을 사용하는 열접착성 복합섬유이다.The sheath-core low-melting-point polyethylene terephthalate substrate used as an embodiment in the present invention includes an amorphous polyester copolymer whose melting point does not appear in the sheath portion by a conventional melting-point analyzer, and is preferably relatively relative as a core component. It is a heat-adhesive composite fiber using high melting point components.

시스부분에 포함되는 폴리에스테르 공중합체는 50 내지 70몰%가 폴리에틸렌 테레프탈레이트 단위로 되어 있는 공중합 폴리에스테르이다. 30 내지 50몰%는 공중합 산성분으로는 이소프탈산이 바람직하나, 그 외에도 통상의 디카르복실산은 모두 가능하다.The polyester copolymer contained in the sheath portion is a co-polyester in which 50 to 70 mol% are polyethylene terephthalate units. 30 to 50 mol% is preferably isophthalic acid as the copolymerized acid component, but other common dicarboxylic acids are all possible.

코어 성분으로 사용하는 고융점 성분으로는 융점이 160℃ 이상인 폴리머가 적합하며, 그 사용가능한 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 및 폴리프로필렌 등이 있다.As the high melting point component used as the core component, a polymer having a melting point of 160° C. or higher is suitable, and examples thereof include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamide, polyethylene terephthalate copolymer, and polypropylene.

상기와 같이 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재는 50 내지 100g/m², 바람직하게는 60 내지 80g/m²인 것이 좋다. As described above, the low melting point polyethylene terephthalate substrate is 50 to 100 g/m ² , preferably 60 to 80 g/m ² .

상기와 같이 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재를 이용하는 경우, 지지체의 역할을 수행하면서도 동시에, 기재 상에 위치하는 나노섬유층과의 부착력이 부여될 수 있다. 이는, 별도의 접착제를 이용하지 않고서도, 필터 층 간의 탈리를 방지하면서도, 여과 효율이 낮아지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.In the case of using the low-melting-point polyethylene terephthalate substrate as described above, while performing the role of the support, adhesion with the nanofiber layer located on the substrate may be imparted. This has the effect of preventing the filtration efficiency from being lowered while preventing the separation between the filter layers without using a separate adhesive.

본 발명에 따른 나노섬유층은 상기 기재 상에 방사용액을 전기방사하여 형성되는 것을 특징으로 한다.The nanofiber layer according to the present invention is characterized in that it is formed by electrospinning a spinning solution on the substrate.

이때, 나노섬유층은 상기 기재에서 상기 나노섬유층의 두께 방향으로 나노섬유의 직경이 점차적으로 감소하는 구조일 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기재 상에 k개의 나노섬유층이 형성된 다층 구조이며, 상기 기재 상에 형성된 1번째 나노섬유층은 나노섬유의 평균 직경이 250~500nm일 수 있으며, k번째 나노섬유층은 나노섬유의 평균 직경이 80~120nm일 수 있다. 이와 같이, 기재 상에 형성된 나노섬유층은 두께 방향으로 갈수록 나노섬유의 직경이 점차적으로 감소함에 따라, 필터의 효율이 향상되고 수명이 개선될 수 있다.In this case, the nanofiber layer may have a structure in which the diameter of the nanofiber is gradually decreased in the thickness direction of the nanofiber layer in the substrate. More specifically, as shown in FIG. 1, it is a multi-layer structure in which k nanofiber layers are formed on the substrate, and the first nanofiber layer formed on the substrate may have an average diameter of the nanofibers of 250 to 500 nm, k The second nanofiber layer may have an average diameter of the nanofibers of 80 to 120 nm. As such, as the nanofiber layer formed on the substrate gradually decreases in diameter in the thickness direction, the efficiency of the filter may be improved and the lifespan may be improved.

또한, 나노섬유층의 두께는 0.1 내지 5㎛이 바람직하고, 평량은 0.1 내지 10g/m²인 것이 바람직하다. 나노섬유층의 두께가 0.1㎛ 미만인 경우, 지지체로부터 박리하기 어려우며, 5㎛을 초과하는 경우 가공성 및 경제성이 떨어지는 문제가 있으며, 나노섬유층의 평량이 0.1g/m² 미만인 경우 여과 효율이 저하되며, 10g/m² 초과인 경우 가공성 및 경제성이 떨어지는 문제가 발생하게 된다.In addition, the thickness of the nanofiber layer is preferably 0.1 to 5 μm, and the basis weight is preferably 0.1 to 10 g/m ² . When the thickness of the nanofiber layer is less than 0.1 μm, it is difficult to peel from the support, and when it exceeds 5 μm, there is a problem of poor processability and economical efficiency, and when the basis weight of the nanofiber layer is ^{less than 0.1 g/m 2} , the filtration efficiency is reduced, 10 g If /m ^{2 is} exceeded, a problem of poor processability and economic feasibility occurs.

본 발명에서는 상기와 같은 나노섬유층의 제조를 전기방사장치를 이용함으로써 달성할 수 있다.In the present invention, the preparation of the nanofiber layer as described above can be achieved by using an electrospinning device.

일반적으로, 전기 방사는 고분자 방사 용액에 고전압을 인가하여 미세 섬유가 분출되어 나오는 것을 이용한다. 즉, 정전력(electrostatic force)에 의해 낮은 점도 상태의 고분자를 이용하여 순간적으로 섬유 형태로 방사하여 부직포 형태의 나노섬유를 얻는 방법이다. 전기 방사는 마이크로 미터 단위를 넘어서 나노미터 단위의 직경을 가지는 섬유를 만들 수 있는 특징을 가진다. 나노섬유의 경우 기존 섬유에 비하여 큰 표면적을 가지므로 이를 필터로 이용하는 경우 여과 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.In general, electrospinning uses a high voltage applied to a polymer spinning solution to eject fine fibers. That is, it is a method of obtaining a nanofiber in the form of a nonwoven fabric by instantaneously spinning into a fiber form using a polymer in a low viscosity state by electrostatic force. Electrospinning has the characteristic of making fibers having a diameter of nanometers beyond micrometers. In the case of nanofibers, since they have a larger surface area than conventional fibers, there is an advantage in that filtration efficiency can be increased when using them as filters.

전기방사는 상향식 전기방사와 하향식 전기방사 등으로 분류된다. Electrospinning is classified into bottom-up electrospinning and top-down electrospinning.

먼저, 상향식 전기방사는 상향식 전기방사장치를 이용하는데, 상향식 전기방사장치는 방사 노즐이 하단에 위치하고, 노즐과 이격된 상단에는 컬렉터가 위치한다. 하단의 방사 노즐로부터 고분자 방사 용액이 전기 방사되어 상단의 컬렉터에 나노섬유가 형성된다. 상향식 전기방사장치를 이용하는 경우, 드롭렛 현상을 효과적으로 방지하여 고품질의 나노섬유를 생산할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 고분자 방사 용액이 전부 나노섬유화 되지 않으며, 남은 방사용액이 노즐벽을 따라 흘러내리는 등의 문제가 존재한다.First, the bottom-up electrospinning uses a bottom-up electrospinning device. In the bottom-up electrospinning device, the spinning nozzle is located at the bottom, and the collector is located at the top spaced apart from the nozzle. The polymer spinning solution is electrospun from the spinning nozzle at the bottom to form nanofibers on the collector at the top. In the case of using the bottom-up electrospinning apparatus, there is an advantage in that it is possible to produce high-quality nanofibers by effectively preventing the droplet phenomenon. However, all of the polymer spinning solution is not nanofiberized, and there are problems such as the remaining spinning solution flowing down the nozzle wall.

한편, 하향식 전기방사는 하향식 전기방사장치를 이용하며, 하향식 전기방사장치는 방사 노즐이 상단에 위치하고, 노즐과 이격된 하단에는 컬렉터가 위치한다. 상단의 방사 노즐로부터 고분자 방사 용액이 전기방사되어 하단의 컬렉터에 나노섬유가 형성된다. 하향식 전기방사장치를 이용하는 경우 방사되는 고분자 방사 용액이 모두 나노섬유화 되어 생산성이 높은 이점이 있다.On the other hand, the top-down electrospinning uses a top-down electrospinning device, and the top-down electrospinning device has a spinning nozzle located at an upper end, and a collector is located at a lower end spaced apart from the nozzle. The polymer spinning solution is electrospun from the spinning nozzle at the top to form nanofibers on the collector at the bottom. In the case of using the top-down electrospinning device, all of the polymer spinning solution to be spun into nanofibers has the advantage of high productivity.

이하, 본 발명에 이용되는 전기방사장치를 설명한다.Hereinafter, the electrospinning apparatus used in the present invention will be described.

본 발명의 전기방사장치는 방사용액이 내부에 충진되는 방사용액 주탱크와 상기 방사용액 주탱크 내에 충진된 고분자 방사용액의 정량 공급을 위한 계량 펌프와 상기 방사용액 주탱크 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐이 다수 개 배열되며, 방사 후 남은 용액을 회수하는 회수장치를 포함하는 노즐판 및 노즐관들이 복수 개 배열된 노즐블록과 상기 노즐의 하단 또는 상단에 위치하여 방사되는 나노섬유를 집적하기 위하여 노즐에서 일정간격 이격되는 컬렉터 및 상기 컬렉터에 전압을 발생시키는 전압 발생장치를 그 내부에 수용하는 블록 및 블록 내의 전도체 또는 부전도체로 이루어져 있는 케이스를 포함하여 구성된다.The electrospinning apparatus of the present invention is a spinning liquid main tank filled with a spinning liquid therein, a metering pump for quantitative supply of a polymer spinning liquid filled in the spinning liquid main tank, and a polymer spinning liquid in the spinning liquid main tank, , a plurality of nozzles in the form of pins are arranged, and a nozzle plate including a recovery device for recovering the solution remaining after spinning and a nozzle block in which a plurality of nozzle tubes are arranged, and nanofibers spun by being located at the lower end or upper end of the nozzle It is configured to include a block accommodating therein a collector spaced apart from the nozzle and a voltage generating device for generating a voltage in the collector, and a case composed of a conductor or a non-conductor in the block in order to integrate them.

일반적으로 전기방사장치는 방사용액 주탱크를 2개를 사용하고 있다. 그러나, 방사용액 주탱크가 1개로 사용하고, 그 내부 공간을 2개의 구획으로 구획한 후, 각 구획된 공간에 서로 다른 2종의 방사용액을 각각 충진하여 사용하는 것도 가능하다. 또한, 사용되는 고분자가 3종 이상일 경우에는 방사용액 주탱크 내부가 3개 이상의 공간으로 구획되는 것도 가능하며, 방사용액 주탱크를 3개 이상으로 구비하여 각각의 고분자 용액을 구비하는 것도 가능하다.In general, the electrospinning device uses two main tanks for spinning solution. However, it is also possible to use one main tank for spinning solution, divide the inner space into two compartments, and then fill each divided space with two different types of spinning solution, respectively. In addition, when three or more polymers are used, the inside of the spinning liquid main tank may be divided into three or more spaces, and three or more spinning liquid main tanks may be provided to provide each polymer solution.

상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 전기방사장치는 상기 블록 내의 방사용액 주탱크에 충진되는 방사용액이 정밀 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐 내에 연속적으로 정량 공급되고, 상기 노즐로 공급되는 고분자의 방사용액은 노즐을 통해 높은 전압이 걸려 있는 컬렉터 상의 장척시트 또는 기재에 방사 및 집속되어 나노섬유층을 제조한다.According to the structure as described above, the electrospinning device is continuously quantitatively supplied to a plurality of nozzles to which a high voltage is applied through a precision metering pump in which the spinning solution filled in the spinning solution main tank in the block is supplied, and supplied to the nozzles. The spinning solution of the polymer used is spun and focused on a long sheet or substrate on a collector to which a high voltage is applied through a nozzle to prepare a nanofiber layer.

상기 각 방사용액 주탱크에 공급된 방사용액은 정밀 계량 펌프를 통해 노즐블록에 위치한 다수의 노즐 내에 연속적으로 정량공급된다. 상기 각 노즐로부터 공급되는 각각의 방사용액은 노즐을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터 상의 장척시트 또는 기재에 방사 및 집속되면서 지지체 상에 집속된다. The spinning liquid supplied to each of the spinning liquid main tank is continuously quantitatively supplied into a plurality of nozzles located in the nozzle block through a precision metering pump. Each spinning solution supplied from each nozzle is focused on a support while being spun and focused on a long sheet or substrate on a collector to which a high voltage is applied through the nozzle.

한편, 노즐블록은 판형과 관형이 복수로 설치되는 형태일 수 있으며, 노즐판 및 노즐관은 상하 좌우로 움직이며 개별운전이 가능할 수 있다. 또한, 노즐판과 노즐관에 방사용액 공급은 정밀 계량 펌프를 사용하여 형성된 미세압으로 용액의 공급 및 방사를 조절할 수 있다. 아울러, 노즐판과 노즐관에 설치하는 노즐은 각각의 직경을 달리할 수 있으며 노즐간격도 조절되며, 방사량에 변화를 줄 수 있다. On the other hand, the nozzle block may be of a form in which a plurality of plate and tubular types are installed, and the nozzle plate and the nozzle tube move up and down, left and right, and can be operated individually. In addition, the supply of the spinning solution to the nozzle plate and the nozzle tube can be controlled by the micro pressure formed by using a precision metering pump to control the supply and spinning of the solution. In addition, the nozzles installed on the nozzle plate and the nozzle tube may have different diameters, the nozzle spacing may be adjusted, and the amount of radiation may be changed.

구체적으로, 본 발명에서는 기재(장척시트)의 진행방향으로 다수 개 배열된 노즐판 및 노즐관을 이용하며, 상기 기재의 진행방향으로 각 노즐판 및 노즐관의 노즐 직경이 점차적으로 감소하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 노즐블록은 도 1에 도시된 바와 같이 2개의 노즐판들과 3개의 노즐관들이 교대로 배열된 구조일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이때, 노즐판에 의해 방사되는 나노섬유 직경은 상대적으로 노즐관에 의해 방사되는 나노섬유 직경보다 클 수 있다.Specifically, in the present invention, a plurality of nozzle plates and nozzle tubes arranged in the moving direction of the substrate (long sheet) are used, and the nozzle diameter of each nozzle plate and the nozzle tube is gradually reduced in the moving direction of the substrate. do it with Specifically, the nozzle block may have a structure in which two nozzle plates and three nozzle tubes are alternately arranged as shown in FIG. 1 , but is not limited thereto. At this time, the diameter of the nanofibers emitted by the nozzle plate may be relatively larger than the diameter of the nanofibers emitted by the nozzle tube.

이때, 노즐은 기재의 진행방향으로 k열 배열될 수 있으며, 상기 기재의 진행방향을 기준으로 k열 노즐의 직경은 k-1열 노즐의 직경보다 작고, 상기 기재의 진행방향을 기준으로 k열 노즐의 개수는 k-1열 노즐의 개수보다 많을 수 있다. 이로 인하여, 기재 상에 형성되는 나노섬유층은 두께 방향으로 갈수록 나노섬유의 직경이 점차적으로 감소함에 따라, 필터의 효율이 향상되고 수명이 개선될 수 있다.At this time, the nozzles may be arranged in k rows in the moving direction of the substrate, and the diameter of the k-row nozzles based on the moving direction of the substrate is smaller than the diameter of the k-1 row nozzles, and the k-rows based on the moving direction of the substrate. The number of nozzles may be greater than the number of nozzles in the k-1 row. Due to this, as the nanofiber layer formed on the substrate gradually decreases in diameter in the thickness direction, the efficiency of the filter can be improved and the lifespan can be improved.

또한, 노즐판과 노즐관의 양단에는 관내압력을 조정하는 역할과 사용하고 남은 방사용액을 회수하는 장치가 연결되어 있을 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다수 개의 노즐관 및 노즐판은 각각 계량펌프와 조절밸브를 구비하며, 각 노즐판 및 노즐관에 공급되는 방사용액은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 구체적으로, 한 노즐판(또는 노즐관) 내에서는 2가지 이상의 다른 고분자 방사용액이 방사되는 것도 가능하며, 각 노즐판(또는 노즐관)마다 상이한 종류의 고분자 방사용액을 각각 방사하는 경우도 가능하다.In addition, both ends of the nozzle plate and the nozzle pipe may be connected to a device for regulating the pressure in the pipe and recovering the used spinning solution. As shown in FIG. 2 , the plurality of nozzle tubes and the nozzle plate each have a metering pump and a control valve, and the spinning liquid supplied to each nozzle plate and the nozzle tube may be the same or different from each other. Specifically, two or more different polymer spinning solutions may be spun within one nozzle plate (or nozzle tube), and different types of polymer spinning solutions may be spun for each nozzle plate (or nozzle pipe). .

또한, 전기력에 의한 섬유형성을 촉진하기 위하여 상기 노즐블록과 컬렉터에는 전압발생장치에서 발생된 1kV 이상, 더욱 좋기로는 70kV 이상의 전압을 걸어준다. 또한, 보조벨트 또는 와이어벨트로는 앤드레스(Endless) 벨트를 사용하는 것이 생산성 측면에서 더욱 유리하다. 상기 컬렉터는 나노섬유층의 밀도를 균일하게 하기 위하여 좌우로 일정거리를 왕복운동하는 것이 바람직하다.In addition, in order to promote fiber formation by electric force, a voltage of 1 kV or more, more preferably 70 kV or more, generated by a voltage generator is applied to the nozzle block and the collector. In addition, it is more advantageous in terms of productivity to use an endless belt as the auxiliary belt or wire belt. It is preferable that the collector reciprocates a predetermined distance from side to side in order to make the density of the nanofiber layer uniform.

그리고, 상기 전기방사장치의 전단에는 노즐블록에서 고분자 방사용액이 방사되어 나노섬유가 적층형성되는 기재(장척시트)를 공급하는 공급롤러(Unwinder)가 구비되고, 후단에는 나노섬유가 적층형성되는 기재(장척시트)를 권취하기 위한 권취롤러(Rewinder)가 구비된다. And, the front end of the electrospinning device is provided with a supply roller (Unwinder) for supplying a substrate (long sheet) on which the polymer spinning solution is spun from the nozzle block to form a laminated nanofiber, and a substrate on which the nanofiber is laminated at the rear end A winding roller (Rewinder) for winding the (long sheet) is provided.

상기 기재(장척시트)는 나노섬유의 처짐 방지 및 이송을 위하여 구비된다. 상기 기재(장척시트)는 전기방사장치의 선단에 구비되는 공급롤러 및 후단에 구비되는 권취롤러에 그 일측과 타측이 권취된다.The substrate (long sheet) is provided to prevent sagging of the nanofibers and transport. The substrate (long sheet) is wound on one side and the other side by a supply roller provided at the front end of the electrospinning device and a winding roller provided at the rear end.

또한, 상기 컬렉터와 기재(장척시트) 사이에 보조벨트가 각각 구비되고, 각 보조벨트를 통하여 각 컬렉터에 집적되어 나노섬유가 적층형성되는 기재(장척시트)가 수평방향으로 이송된다. 즉, 상기 보조벨트는 기재(장척시트)의 이송속도에 동기하여 회전하고, 보조벨트를 구동하기 위한 보조벨트용 롤러를 갖는다. 상기 보조벨트용 롤러는 2개 이상의 마찰력이 극히 적은 자동 롤러이다. 상기 컬렉터와 기재(장척시트)의 사이에 보조벨트가 구비되기 때문에, 기재(장척시트)는 고전압이 인가되어 있는 컬렉터에 끌어 당겨지는 일이 없이 부드럽게 이송되도록 이루어진다.In addition, auxiliary belts are respectively provided between the collector and the base material (long sheet), and the base material (long sheet) on which the nanofibers are laminated by being accumulated on each collector through each auxiliary belt is transported in the horizontal direction. That is, the auxiliary belt rotates in synchronization with the feed speed of the substrate (long sheet), and has a roller for the auxiliary belt for driving the auxiliary belt. The roller for the auxiliary belt is an automatic roller having extremely low frictional force of two or more. Since the auxiliary belt is provided between the collector and the base material (long sheet), the base material (long sheet) is smoothly transferred without being attracted to the collector to which a high voltage is applied.

또한, 기재(장척시트)가 전기방사구간을 통과 시 전자장에 의한 저항을 받아 수축 및 팽창 등의 영향을 받게 되며, 이로 인하여 나노섬유의 품질과 원단이송 및 권취(winding)에 좋지 않은 영향을 주는데, 이때 보조벨트인 와이어벨트를 원단진행방향으로 별개 또는 주 와인딩 장치와 같이 구동해줌으로써 전술한 바와 같은 좋지 않은 영향을 해결할 수 있다. 이때, 보조벨트인 와이어벨트의 형태는 멤브레인 및 리퀴드 필터용은 이음매 없는 구조인 것이 바람직하며, 일반적인 필터용은 이음매 있는 구조인 것도 바람직하다.In addition, when the substrate (long sheet) passes through the electrospinning section, it receives resistance by the electromagnetic field and is affected by contraction and expansion, which adversely affects the quality of the nanofiber and the transfer and winding of the fabric. , at this time, by driving the wire belt, which is an auxiliary belt, separately or together with the main winding device in the far-end direction, it is possible to solve the bad influence as described above. At this time, the form of the wire belt, which is an auxiliary belt, is preferably a seamless structure for a membrane and a liquid filter, and a seamless structure for a general filter.

상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 전기방사장치의 노즐블록 내의 방사용액 주탱크 내에 충진된 방사용액이 노즐을 통하여 컬렉터 상에 위치한 기재(장척시트)상에 방사되고, 상기 기재(장척시트) 상에 방사된 방사용액이 집적되면서 나노섬유를 적층형성한다. 그리고 상기 컬렉터의 양측에 구비되는 보조벨트용 롤러의 회전에 의해 보조벨트가 구동되어 기재(장척시트)가 이송되면서 전기방사장치 후단에 있는 노즐블록 내에 위치되어 상기한 공정을 반복적으로 수행한다.According to the structure as described above, the spinning solution filled in the spinning solution main tank in the nozzle block of the electrospinning device is spun on the substrate (long sheet) located on the collector through the nozzle, and on the substrate (long sheet) The nanofibers are laminated as the spun spinning solution is accumulated. And the auxiliary belt is driven by the rotation of the auxiliary belt rollers provided on both sides of the collector, and the substrate (long sheet) is transported while being positioned in the nozzle block at the rear end of the electrospinning device to repeatedly perform the above process.

한편, 노즐블록은 방사용액을 토출구로부터 상향 또는 하향 배치되는 복수의 노즐, 노즐이 일렬로 구성되는 판체 또는 관체, 방사용액 주탱크 및 방사용액 유통 파이프로 구성된다. On the other hand, the nozzle block is composed of a plurality of nozzles arranged upward or downward from the discharge port for the spinning solution, a plate or tube body in which the nozzles are arranged in a line, a main tank for spinning solution, and a pipe for spinning solution.

먼저, 방사용액 주탱크와 연결되어 방사용액을 공급받아 저장하는 방사용액 주탱크는 용액의 토출량을 상기 계량 펌프에 의해 방사용액 유통 파이프를 통하여 노즐에 방사용액을 공급하여 방사가 진행된다. 여기서, 복수의 노즐이 일렬로 구성되는 판체 또는 관체는 상기 방사용액 저장탱크로부터 동일한 방사용액을 공급받지만, 방사용액 주탱크가 복수로 구비되고 각각에 서로 다른 종류의 고분자를 공급받아 판체 또는 관체마다 서로 종류가 다른 방사용액이 공급되어 방사되는 것도 가능하다. 또한, 노즐은 각각의 직경을 달리할 수 있으며, 노즐간격도 조절되며 방사량에 병화를 줄 수 있고, 나노섬유의 적층도 레이어별로 직경을 조절할 수 있다.First, the spinning solution main tank connected to the spinning solution main tank to receive and store the spinning solution supplies the spinning solution to the nozzle through the spinning solution distribution pipe by the metering pump for the discharge amount of the solution, so that spinning proceeds. Here, the plate body or pipe body comprising a plurality of nozzles in a row receives the same spinning solution from the spinning solution storage tank, but a plurality of spinning solution main tanks are provided and each plate or pipe body is supplied with different types of polymers. It is also possible that different types of spinning solutions are supplied and spun. In addition, the nozzles can have different diameters, the nozzle spacing is also controlled, and the radiation amount can be reduced, and the diameter of the nanofiber stack can also be adjusted for each layer.

상기 복수의 노즐의 토출구로부터 방사될 때, 나노섬유화 되지 못하고 오버플로우된 용액은 오버플로우 용액 저장탱크에 이동된다. 상기 오버플로우 용액 저장탱크는 방사용액 주탱크에 연결되어 있어 오버플로우 용액은 방사에 재이용될 수 있다.When spinning from the outlets of the plurality of nozzles, the solution that is not nanofiberized and overflowed is moved to the overflow solution storage tank. The overflow solution storage tank is connected to the spinning solution main tank, so the overflow solution can be reused for spinning.

이때, 방사되지 못하고 오버플로우된 용액은 공기와 접촉 시 수분이 함유되는데 용액 상에 수분율이 일정비율(2.5% 이상) 증가하면 방사 시 핀홀 등을 야기하는 등 제품 품질에 영향을 준다. 이에, 방사되지 못하고 오버플로우된 용액이 저장될 시, 일정비율 이하의 수분 함유량을 유지하여야 한다. At this time, the solution overflowed without spinning contains moisture when in contact with air, and if the moisture content in the solution increases by a certain ratio (2.5% or more), it affects product quality, such as causing pinholes during spinning. Therefore, when the solution overflowed without spinning is stored, it is necessary to maintain the moisture content below a certain ratio.

본 발명의 전기방사장치는 도 3에 도시한 바와 같이, 전기방사에 적합한 수분 함유량을 유지하여 위하여 수분제거장치를 포함할 수 있다. 이러한 수분제거장치는 나노섬유화 되지 못하고 오버플로우된 용액(회수용액)을 수분제거 압력탱크에 수집하여 진공과 온도 조절 및 교반 과정을 통하여 용액 내의 수분이 함유된 용제를 별도 리시브 탱크(용제 응축 탱크)에 받아내는 구조로 되어 있다. 이때, 수분이 포함된 용제는 용제의 비율이 60~75% 정도이며, 용제 응축 탱크를 통하여 재처리 공정을 거쳐 재이용될 수 있다.As shown in FIG. 3, the electrospinning device of the present invention may include a moisture removal device to maintain a moisture content suitable for electrospinning. This water removal device collects the overflowed solution (recovery solution) that cannot be nanofibrillated in a water removal pressure tank and separates the solvent containing water in the solution through vacuum, temperature control, and stirring process in a separate receiving tank (solvent condensation tank) It is structured to receive At this time, the solvent containing water has a solvent ratio of about 60 to 75%, and can be reused through a reprocessing process through a solvent condensation tank.

또한, 수분제거장치는 종합 용액 공급라인 조절장치에 연계되어 있으며, 회수용액은 수분제거 압력탱크를 통하여 전기방사에 적합한 수분 함유량을 유지하게 되며, 이후 보정탱크를 거친 후 용액 서비스 탱크로 이송하게 되며, 이는 방사에 재이용될 수 있다.In addition, the water removal device is connected to the general solution supply line control device, and the recovered solution maintains a moisture content suitable for electrospinning through the water removal pressure tank, and then goes through the calibration tank and then transferred to the solution service tank. , which can be reused for radiation.

이때, 회수용액의 순환 흐름 순서는 다음과 같다.At this time, the circulating flow sequence of the recovery solution is as follows.

서비스탱크 → 가압탱크 → 용액공급관 → 노즐판 또는 노즐관 → (회수탱크) → 수분제거 압력 탱크 → 보정탱크 → 서비스탱크Service tank → pressurized tank → solution supply pipe → nozzle plate or nozzle pipe → (recovery tank) → water removal pressure tank → calibration tank → service tank

한편, 본 발명의 전기방사장치의 후단부에는 전기방사구간을 통과하면 원단과 포집된 나노섬유에 남아있는 잔류용제를 제거할 목적으로 온도조절과 압착이 가능한 구조의 복수 다단 히팅롤을 포함할 수 있다. 원단과 나노섬유는 복수의 다단 히팅롤을 선택적으로 통과한 후, 다시 물리적인 표면처리(자외선, 레이저, 플라즈마 조사 등) 구간을 통과하게 되며, 이를 통해 나노섬유의 표면을 개질하고 원단과 나노섬유 또는 나노섬유와 나노섬유 간의 접착력을 향상시킬 수 있다.On the other hand, the rear end of the electrospinning apparatus of the present invention may include a plurality of multi-stage heating rolls having a structure capable of temperature control and compression for the purpose of removing residual solvent remaining in the fabric and the collected nanofibers when passing through the electrospinning section. have. After selectively passing through a plurality of multi-stage heating rolls, the fabric and nanofibers pass through a physical surface treatment (UV, laser, plasma irradiation, etc.) section again to modify the surface of the nanofiber and Alternatively, the adhesion between the nanofiber and the nanofiber may be improved.

또한, 본 발명의 전기방사장치의 후단부에서는 라미네이팅 장치가 설치되어 있다. 상기 라미네이팅 장치는 열과 압력을 부여하며, 이를 통하여 기재(장척시트)와 나노섬유가 접착되고, 이후 권취롤러에 권취되어 나노섬유층이 제조된다.In addition, a laminating device is installed at the rear end of the electrospinning device of the present invention. The laminating device applies heat and pressure, through which the substrate (long sheet) and the nanofiber are adhered, and then wound on a winding roller to prepare a nanofiber layer.

상기 전기방사장치는 포집면적을 넓혀 나노섬유의 집적 밀도를 균일하게 할 수 있으며, 드롭렛(Droplet) 현상을 효과적으로 방지하여 나노섬유의 품질을 향상시킬 수 있고, 전기력에 의한 섬유형성 효과가 높아져 나노섬유를 대량 생산할 수 있다. 아울러 다수개의 핀으로 구성되는 노즐이 구비된 노즐블록에서 전기방사함에 있어서 소재 및 전기방사 조건을 다르게 조절할 수 있으므로 장척시트의 폭 및 두께를 자유롭게 변경 및 조절할 수 있다.The electrospinning device can increase the collection area to make the integration density of the nanofibers uniform, and effectively prevent the droplet phenomenon to improve the quality of the nanofiber, and the fiber formation effect by electric force is increased to increase the nanofiber Fibers can be mass-produced. In addition, since the material and the electrospinning condition can be adjusted differently in the electrospinning in the nozzle block provided with a nozzle composed of a plurality of pins, the width and thickness of the long sheet can be freely changed and adjusted.

한편, 전기방사가 일어나는 영역의 정밀한 온습도 제어와 청정도는 매우 중요한 요소이다. 이에, 이 조건을 만족시키기 위하여 본 발명의 전기방사장치는 항온항습장치를 포함할 수 있다. 상기 항온항습장치는 전기방사 공정 중에 온도와 습도를 조정하며, 동시에 섬유 직경의 크기에 변화를 줄 수 있도록 운전하며, 공정 중에 발생하는 용제를 제거 및 처리 후 재사용할 수 있다.On the other hand, precise temperature and humidity control and cleanliness of the area where electrospinning occurs are very important factors. Therefore, in order to satisfy this condition, the electrospinning apparatus of the present invention may include a constant temperature and humidity constant. The thermo-hygrostat adjusts the temperature and humidity during the electrospinning process, operates to change the size of the fiber diameter at the same time, and removes and treats the solvent generated during the process and can be reused.

이때, 항온항습 장치의 처리 순서는 다음과 같다.At this time, the processing sequence of the constant temperature and humidity device is as follows.

프리필터 → 1차 미디움필터/가열 및 냉각/1차 제습 → 2차 미디움필터/가열 및 냉각/2차 제습 → 재활용 회수 공기 → 최종 건식제습 → 3차 미디움필터/가열 및 냉각 → 가습 조정 → 최종 필터 → 방사영역 공급Pre-filter → 1st medium filter / Heating and cooling / 1st dehumidification → 2nd medium filter / Heating and cooling / 2nd dehumidification → Recycled recovered air → Final dry dehumidification → 3rd Medium filter / Heating and cooling → Humidification adjustment → Final Filter → Radiation area supply

또한, 본 발명의 전기방사장치는 전기방사에 적합한 섬유점도를 유지하기 위하여 온도조절 제어장치로 점도를 조절하기 위한 온도조절 제어장치를 포함할 수 있다.In addition, the electrospinning apparatus of the present invention may include a temperature control control device for adjusting the viscosity with a temperature control control device in order to maintain the fiber viscosity suitable for electrospinning.

상기 온도조절 제어장치로는 오버플로우를 통해 재사용되는 높은 점도의 고분자 방사용액의 점도를 낮게 유지할 수 있는 가열장치와 상대적으로 낮은 점도의 고분자 방사용액의 점도를 높게 유지할 수 있는 냉각장치 모두 또는 어느 하나를 구비할 수 있다.As the temperature control control device, both or any one of a heating device capable of maintaining a low viscosity of a high viscosity polymer spinning solution reused through overflow and a cooling device capable of maintaining a high viscosity of a relatively low viscosity polymer spinning solution can be provided.

전기방사 영역에서의 온도에 있어서, 전기방사가 일어나는 영역(이하, '방사영역'이라 한다)의 온도는 방사용액의 점도를 변화시킴으로써 방사 용액의 표면장력을 변화시키므로, 결국 방사된 나노섬유의 직경에 영향을 미치게 된다.As for the temperature in the electrospinning region, the temperature of the region where electrospinning occurs (hereinafter referred to as 'spinning region') changes the surface tension of the spinning solution by changing the viscosity of the spinning solution, so the diameter of the spun nanofiber will affect

즉, 방사영역의 온도가 상대적으로 높아서 용액의 점도가 낮으면 섬유직경이 상대적으로 가는 나노섬유가 만들어지고, 온도가 상대적으로 낮아서 용액의 점도가 높으면 섬유직경이 상대적으로 굵은 나노섬유가 만들어진다.That is, when the temperature of the spinning region is relatively high and the viscosity of the solution is low, nanofibers having a relatively thin fiber diameter are made, and when the viscosity of the solution is high because the temperature is relatively low, nanofibers having a relatively thick fiber diameter are made.

농도를 측정하기 위한 농도측정장치는 용액에 직접 접촉하는 접촉식과 비접촉식이 있으며, 접촉식으로는 캐필리러식 농도측정장치, 디스크(DISC)식 농도측정장치 등이 사용될 수 있으며, 비접촉식으로는 자외선을 이용한 농도측정장치 또는 적외선을 이용한 농도측정장치 등을 사용할 수 있다.The concentration measuring device for measuring the concentration has a contact type and a non-contact type that directly contact the solution. For the contact type, a capillary type concentration measuring device, a disk (DISC) type concentration measuring device, etc. can be used. A density measuring device or a density measuring device using infrared rays may be used.

본 발명의 가열장치는 전열히터, 온수순환장치 또는 온풍 순환 장치 등으로 이루어 질 수 있으며, 이외에 상기 장치들과 균등한 범위에서 온도를 높일 수 있는 장치들을 차용할 수 있다. The heating device of the present invention may be composed of an electric heater, a hot water circulation device or a hot air circulation device, and in addition, devices capable of increasing the temperature in the same range as the above devices may be borrowed.

가열장치의 일예로 전열히터는 열선형태로 사용될 수 있으며, 노즐블록의 관체 또는 판체 내부에 코일형태의 열선을 장착할 수 있으며, 이는 자킷형태로도 변형가능하다. 또한, 선형형태의 열선 및 U자 형태의 파이프의 구성을 지닌 것도 가능하다.As an example of the heating device, an electric heater may be used in the form of a hot wire, and a coil-type hot wire may be mounted inside the tube or plate body of the nozzle block, which is also deformable in the form of a jacket. In addition, it is possible to have a configuration of a linear hot wire and a U-shaped pipe.

상기와 같은 가열장치는 고분자 방사용액이 방사되는 노즐블록, 고분자 방사용액이 저장되는 탱크 및 오버플로우 시스템중 어느 하나 이상에 구비될 수 있다.The heating device as described above may be provided in any one or more of a nozzle block for spinning a polymer spinning solution, a tank for storing a polymer spinning solution, and an overflow system.

본 발명의 냉각장치는 칠링장치를 포함한 냉각수단 등이 사용될 수 있으며, 고분자 방사용액의 일정점도를 유지하기 위한 수단은 통상적으로 적용이 가능하다. 냉각장치는 가열장치와 동일하게 노즐블록, 탱크 및 오버플로우 시스템 중 어느 하나 이상에 구비될 수 있으며, 고분자 방사용액의 일정점도를 유지하기 위해 사용된다.As the cooling device of the present invention, cooling means including a chilling device may be used, and a means for maintaining a certain viscosity of the polymer spinning solution is generally applicable. The cooling device may be provided in any one or more of the nozzle block, the tank, and the overflow system in the same way as the heating device, and is used to maintain a certain viscosity of the polymer spinning solution.

한편, 본 발명의 고분자 방사용액은 점도는 1,000 내지 5,000 cps가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1,000 내지 3,000 cps의 점도가 좋다. 점도가 1,000 cps 이하일 경우 전기방사되어 적층되는 나노섬유의 품질이 불량하며, 점도가 3,000 cps 이상일 경우 전기방사시 노즐로부터 고분자 방사용액의 토출이 용이하게 되지 않아 생산속도가 느려진다. On the other hand, the viscosity of the polymer spinning solution of the present invention is preferably 1,000 to 5,000 cps, more preferably 1,000 to 3,000 cps. When the viscosity is 1,000 cps or less, the quality of the nanofibers electrospun and laminated is poor, and when the viscosity is 3,000 cps or more, the discharge of the polymer spinning solution from the nozzle during electrospinning is not easy, and the production speed is slowed down.

또한, 본 발명은 전기방사를 진행할수록 고분자 방사용액의 점도는 일정하여 전기방사시의 방사용이성이 우수함과 동시에 고분자 방사용액의 농도가 증가하여 컬렉터에 집적되는 나노섬유 중 용제를 제외한 고형분 양의 증가로 생산성이 증대되는 효과가 있다.In the present invention, the viscosity of the polymer spinning solution is constant as the electrospinning progresses, so the spinning efficiency is excellent during electrospinning, and at the same time, the concentration of the polymer spinning solution increases, and the amount of solids excluding the solvent among the nanofibers accumulated in the collector increases. This has the effect of increasing productivity.

이에 더해, 전기방사를 이용한 나노섬유의 잔존 용제량이 기존의 전기방사를 이용한 경우 보다 적어 우수한 품질의 나노섬유를 제조할 수 있다.In addition, the amount of residual solvent in the nanofibers using electrospinning is less than in the case of using conventional electrospinning, so that nanofibers of excellent quality can be manufactured.

또한, 본 발명의 온도조절 제어장치는 오프라인 상으로 작업자가 중간탱크의 농도를 측정하여 노즐블록이나 방사용액 주탱크의 온도조절을 통해 고분자 방사용액의 점도를 제어할 수 있는 수동식이 가능함과 동시에, 온라인상으로 자동제어 시스템을 통해 농도측정에 따라 해당 용액의 온도를 조절할 수 있는 자동식인 것을 포함한다.In addition, the temperature control control device of the present invention is a manual type that allows the operator to control the viscosity of the polymer spinning solution through the temperature control of the nozzle block or the spinning solution main tank by measuring the concentration of the intermediate tank offline, and at the same time, It includes an automatic type that can adjust the temperature of the solution according to the concentration measurement through an online automatic control system.

상기와 같은 전기방사 장치는 온도조절 제어장치를 구비하고 있으므로, 전기방사의 수행 온도는 20 내지 60℃인 것이 가능하다. 전기방사의 수행 온도를 60℃까지 올리는 경우 고분자 방사용액 내의 고분자 고형분량을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 생산성이 커질 수 있다. 그러나 60℃를 초과하는 경우에는 방사용액의 점도가 너무 높아져서 오히려 방사성이 떨어지는 문제가 발생한다. 또한, 본 발명에서의 전기방사 조건은 습도가 40% 이상인 것이 바람직하다.Since the electrospinning device as described above is provided with a temperature control device, it is possible that the temperature for performing electrospinning is 20 to 60°C. When the temperature for electrospinning is raised to 60° C., the amount of polymer solids in the polymer spinning solution can be increased, and thus productivity can be increased. However, when it exceeds 60 ℃, the viscosity of the spinning solution is too high, and the radioactivity is rather deteriorated. In addition, the electrospinning condition in the present invention is preferably a humidity of 40% or more.

한편, 본 발명에서 사용가능한 고분자 방사용액의 재질로는 폴리유산(PLA), 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리에테르설폰(PES), 폴리아미드, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄(PUR), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리유산글리롤산(PLGA) 등을 예로 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.On the other hand, as the material of the polymer spinning solution usable in the present invention, polylactic acid (PLA), polycarbonate (PC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether Sulfone (PES), polyamide, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile (PAN), polyurethane (PUR), polybutylene terephthalate (PBT), polyvinyl butyral, polyvinyl chloride, Examples include polyethyleneimine, polyvinyl acetate (PVAc), polyethylene naphthalate (PEN), polyvinyl alcohol (PVA), polyethyleneimide (PEI), polycaprolactone (PCL), and polylactic acid glycerol (PLGA). However, the present invention is not limited thereto.

본 발명에서는 상기 고분자의 재질로 생분해성 고분자를 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable to use a biodegradable polymer as the material of the polymer.

본 발명에서 사용되는 생분해성 고분자는 PHB(poly-hydroxy butyrate), PHBV(3-hydroxy butyrate-co-3-hydroxy valerate), PGA[(poly)glycolic acid], PLA[(poly)lactic acid], PLGA(polylactic-co-glycolic acid), PCL[poly(e-caprolactone)], 폴리다이옥사논(polydioxanone), 폴리오르소에스테르(polyorthoester), 폴리아하이드라이드(polyanhydride), γ-PGA, 젤라틴(gelatin), 실크(silk), 콜라겐(collagen), 셀룰로오스(cellulose), 알긴산(alginic acid) 및 히알루론산(hyaluronic acid)으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.The biodegradable polymer used in the present invention is PHB (poly-hydroxy butyrate), PHBV (3-hydroxy butyrate-co-3-hydroxy valerate), PGA [(poly)glycolic acid], PLA [(poly) lactic acid], PLGA (polylactic-co-glycolic acid), PCL [poly(e-caprolactone)], polydioxanone, polyorthoester, polyanhydride, γ-PGA, gelatin ), silk, collagen, cellulose, alginic acid and hyaluronic acid may be selected from the group consisting of.

한편, 상기 고분자 방사용액은 상기 전기방사가 가능한 합성수지 재질인 고분자를 적당한 용제에 용해시킨 용액으로서, 용제의 종류 또한 폴리머를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않으며, 예를 든다면 페놀, 포름산, 황산, m-크레솔, 티플루오르아세트앤하이드라이드/다이클로로메테인, 물, N-메틸모폴린 N-옥시드, 클로로폼, 테트라히드로푸란과 지방족 케톤군인 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 지방족 수산기 군인 m-부틸알콜, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜, 메틸알콜, 에탄올, 지방족 화합물인 헥산, 테트라클로로에틸렌, 아세톤, 글리콜군으로서 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 할로겐 화합물군으로 트리크롤로에틸렌, 다이클로로메테인, 방향족 화합물 군인 톨루엔, 자일렌, 지방족 고리 화합물군으로서 사이클로헥사논, 시클로헥산과 에스테르군으로 n-부틸초산염, 초산에틸, 지방족에테르군으로 부틸셀로살브, 아세트산2-에톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 아미드로 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등을 사용할 수 있으며, 복수 종류의 용제를 혼합하여 이용할 수 있다. 방사용액에는 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유하는 것이 바람직하다. 바람직한 용제로는 디메틸아세트아미드인 것이 좋다. 첨가제로는 테트라부틸암모늄퍼클로레이트(Tetrabutylammonium perchlorate, TBAP)인 것이 바람직하다.On the other hand, the polymer spinning solution is a solution in which the polymer, which is a synthetic resin material capable of electrospinning, is dissolved in a suitable solvent, and the type of solvent is not limited as long as it can dissolve the polymer, for example, phenol, formic acid, sulfuric acid, m-cresol, tifluoroacetandhydride/dichloromethane, water, N-methylmorpholine N-oxide, chloroform, tetrahydrofuran and aliphatic ketone groups methylisobutylketone, methylethylketone, aliphatic hydroxyl group group m-butyl alcohol, isobutyl alcohol, isopropyl alcohol, methyl alcohol, ethanol, aliphatic compounds hexane, tetrachloroethylene, acetone, glycol group, propylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, halogen compound group, trichloro Ethylene, dichloromethane, aromatic compound group toluene, xylene, alicyclic compound group cyclohexanone, cyclohexane and ester group n-butyl acetate, ethyl acetate, aliphatic ether group butyl cellosalve, acetic acid 2- Ethoxyethanol, 2-ethoxyethanol, dimethylformamide, dimethylacetamide, etc. can be used as amides, and a plurality of types of solvents can be mixed and used. It is preferable to contain additives, such as an electroconductivity improving agent, in a spinning liquid. A preferred solvent is dimethylacetamide. The additive is preferably tetrabutylammonium perchlorate (TBAP).

상기 고분자 방사용액에서 고분자의 함량은 10 내지 35중량%인 것이 바람직하다. 고분자의 함량이 10중량% 미만인 경우에는 나노섬유층의 밀도가 균일하지 않을 수 있으며, 35중량%인 경우 방사성이 떨어지는 문제가 발생한다.The content of the polymer in the polymer spinning solution is preferably 10 to 35% by weight. If the content of the polymer is less than 10% by weight, the density of the nanofiber layer may not be uniform, and if it is 35% by weight, there is a problem in that the radioactivity is lowered.

이하, 상기 전기방사장치를 이용한 나노 필터의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a nano filter using the electrospinning device will be described.

일 실시예에 따른 나노 필터의 제조방법은 방사용액 주탱크에 유기 용제에 고분자를 용해시킨 방사용액을 공급하는 단계; 전기방사장치의 컬렉터 상에 기재를 공급하는 단계; 상기 방사용액 주탱크에 공급된 방사용액은 계량펌프를 통해 노즐블록에 위치한 다수의 노즐 내에 정량 공급되는 단계; 및 각 노즐로부터 공급되는 각각의 방사용액은 노즐을 통해 노즐과 일정간격 이격된 컬렉터에 공급된 기재 상에 방사되어 상기 기재 상에 나노섬유층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 노즐은 상기 기재의 진행방향으로 다수 개 배열되며, 상기 기재의 진행방향으로 노즐 직경은 점차적으로 감소하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a nano filter according to an embodiment comprises: supplying a spinning solution obtained by dissolving a polymer in an organic solvent to a spinning solution main tank; supplying the substrate onto the collector of the electrospinning apparatus; The spinning liquid supplied to the spinning liquid main tank is quantitatively supplied into a plurality of nozzles located in the nozzle block through a metering pump; And each spinning liquid supplied from each nozzle is spun on a substrate supplied to a collector spaced apart from the nozzle at a predetermined distance through the nozzle to form a nanofiber layer on the substrate, wherein the nozzle is the process of the substrate A plurality of nozzles are arranged in the direction, and the nozzle diameter is gradually decreased in the moving direction of the substrate.

먼저, 고분자를 유기 용제에 녹인 고분자 방사용액을 각각 전기방사장치의 유닛과 연결된 방사용액 주탱크에 공급하고, 상기 방사용액 주탱크에 공급된 고분자 방사용액은 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 노즐블록의 다수의 노즐 내에 연속적으로 정량공급된다. 상기 각 노즐로부터 공급되는 고분자 방사용액은 노즐을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터 상에 위치한 기재 상에 전기방사 및 집속되면서 나노섬유층을 적층형성한다. First, a polymer spinning solution in which a polymer is dissolved in an organic solvent is supplied to a spinning solution main tank connected to a unit of an electrospinning device, respectively, and the polymer spinning solution supplied to the spinning solution main tank is a nozzle to which a high voltage is applied through a metering pump It is continuously metered into multiple nozzles of the block. The polymer spinning solution supplied from each nozzle is electrospun and focused on a substrate positioned on a collector to which a high voltage is applied through the nozzle to form a laminated nanofiber layer.

이때, 전기방사는 전압 40 내지 60kV, 유체속도 0.1 내지 5ml/h, 방사거리 3~50cm, 상온 조건 및 30 내지 50%의 상대습도 조건 하에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 방사용액에 있어서 고분자의 함량은 10 내지 35중량%일 수 있다.In this case, the electrospinning may be performed under a voltage of 40 to 60 kV, a fluid velocity of 0.1 to 5 ml/h, a spinning distance of 3 to 50 cm, room temperature conditions, and relative humidity of 30 to 50%. In addition, the content of the polymer in the spinning solution may be 10 to 35% by weight.

상기 전기방사장치의 각 유닛 내에서 나노섬유층이 적층되는 기재는 모터의 구동에 의해 동작하는 공급롤러 및 상기 공급롤러의 회전에 의해 구동하는 보조이송장치의 회전에 의해 이송되고 상기한 공정을 반복하면서 상기 트 기재 상에 나노섬유층이 연속적으로 전기방사 및 적층형성된다.The substrate on which the nanofiber layer is laminated in each unit of the electrospinning device is transported by the rotation of the supply roller operated by the driving of the motor and the auxiliary transport device driven by the rotation of the supply roller, and repeating the above process The nanofiber layer is continuously electrospun and laminated on the substrate.

상기와 같이 제조된 나노섬유층의 두께는 0.1 내지 5㎛이 바람직하고, 평량은 0.1 내지 10g/m²인 것이 바람직하다. 나노섬유층의 두께가 0.1㎛ 미만인 경우에는 지지체로부터 박리하기 어려우며, 5㎛을 초과하는 경우 가공성 및 경제성이 떨어지는 문제가 있으며, 나노섬유층의 평량이 0.1g/m² 미만인 경우 여과 효율이 저하되며, 10g/m² 초과인 경우 가공성 및 경제성이 떨어지는 문제가 발생한다.The thickness of the nanofiber layer prepared as described above is preferably 0.1 to 5 μm, and the basis weight is preferably 0.1 to 10 g/m ² . When the thickness of the nanofiber layer is less than 0.1 μm, it is difficult to peel from the support, and when it exceeds 5 μm, there is a problem in processability and economic efficiency, and when the basis weight of the nanofiber layer is ^{less than 0.1 g/m 2} , the filtration efficiency is reduced, If /m ^{2 is} exceeded, there is a problem of poor processability and economical efficiency.

또한, 본 발명에서는 기재의 진행방향으로 노즐 직경이 점차적으로 감소하며 노즐 개수가 많아짐에 따라, 기재 상에 섬유직경이 서로 다른 다수 층의 나노섬유층을 연속적으로 적층형성할 수 있다.In addition, in the present invention, as the nozzle diameter is gradually decreased in the moving direction of the substrate and the number of nozzles is increased, a plurality of nanofiber layers having different fiber diameters can be continuously laminated on the substrate.

이때, 나노섬유층은 상기 기재에서 상기 나노섬유층의 두께 방향으로 나노섬유의 직경이 점차적으로 감소하는 구조일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기재 상에 k개의 나노섬유층이 형성된 다층 구조이며, 상기 기재 상에 형성된 1번째 나노섬유층은 나노섬유의 평균 직경이 250~500nm일 수 있으며, k번째 나노섬유층은 나노섬유의 평균 직경이 80~120nm일 수 있다. 이와 같이, 기재 상에 형성된 나노섬유층은 두께 방향으로 갈수록 나노섬유의 직경이 점차적으로 감소함에 따라, 필터의 효율이 향상되고 수명이 개선될 수 있다.In this case, the nanofiber layer may have a structure in which the diameter of the nanofiber is gradually decreased in the thickness direction of the nanofiber layer in the substrate. More specifically, it is a multilayer structure in which k nanofiber layers are formed on the substrate, the first nanofiber layer formed on the substrate may have an average diameter of the nanofibers of 250 to 500 nm, and the kth nanofiber layer is the average of the nanofibers The diameter may be 80-120 nm. As such, as the nanofiber layer formed on the substrate gradually decreases in diameter in the thickness direction, the efficiency of the filter can be improved and the lifespan can be improved.

한편, 한 노즐판(또는 노즐관) 내에서는 2가지 이상의 다른 고분자 방사용액이 방사되는 것도 가능하며, 각 노즐판(또는 노즐관)마다 상이한 종류의 고분자 방사용액을 각각 방사하는 경우도 가능하다.On the other hand, two or more different polymer spinning solutions may be spun within one nozzle plate (or nozzle tube), and different types of polymer spinning solutions may be spun for each nozzle plate (or nozzle pipe).

이 경우, 일 실시예에 따른 나노 필터의 제조방법은 유기 용매에 고분자를 용해시켜 제1 및 제2 방사용액을 제조하는 단계; 전기방사장치를 이용하여 상기 제1 방사용액을 전기방사하여 제1 나노섬유층을 형성하는 단계; 상기 제1 나노섬유층 상에 상기 제2 방사용액을 전기방사하여 제2 나노섬유층을 형성하여 나노 필터를 제조하는 단계; 및 상기 나노 필터를 다단 히팅롤을 통과시켜 상기 나노 필터의 잔류용매를 제거하며, 상기 제1 나노섬유층과 제2 나노섬유층을 접착시키는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the manufacturing method of the nano-filter according to an embodiment comprises the steps of dissolving a polymer in an organic solvent to prepare first and second spinning solutions; forming a first nanofiber layer by electrospinning the first spinning solution using an electrospinning device; manufacturing a nanofilter by electrospinning the second spinning solution on the first nanofiber layer to form a second nanofiber layer; and removing the residual solvent of the nano-filter by passing the nano-filter through a multi-stage heating roll, and adhering the first nano-fiber layer and the second nano-fiber layer.

또한, 종래에는 원단 등 각종 기재에 나노섬유를 방사하고, 방사된 원단을 의류용 아웃도어 등 다중 레이어로 만들 때는 2차로 후공정을 이용하였으나, 본 발명은 실시간 연속공정 상에서 나노섬유를 다중 접합하는 기술을 포함할 수 있다.In addition, in the prior art, when nanofibers are spun on various substrates such as fabrics and the spun fabric is made into multiple layers such as outdoor clothing, a secondary post process is used, but the present invention is a method for multi-bonding nanofibers in a real-time continuous process. may include technology.

구체적으로, 본 발명은 실시간 연속공정 상에서 접착제가 방사/도포된 별도의 원단이 방사구간을 통과하면서 방사된 나노섬유와 접합될 수 있다. 이때, 접착제가 방사 또는 도포 처리된 원단은 전기방사 공정 전에 접착제가 선행처리된 원단이거나, 방사구간에서 전단에 원단 상에 접착제를 방사하고 계속해서 이 원단에 나노섬유를 직접전기방사를 하며, 전기방사구간을 통과하면서 연속으로 2레이어 또는 3레이어 등으로 실시간 연속작업을 진행할 수 있다.Specifically, the present invention can be bonded to the nanofibers spun while passing through the spinning section of the separate fabric to which the adhesive is spun/applied in a real-time continuous process. At this time, the fabric on which the adhesive has been spun or applied is a fabric that has been pretreated with an adhesive before the electrospinning process, or the adhesive is spun on the fabric at the front end in the spinning section and continuously electrospinning the nanofibers directly on the fabric, While passing through the spinning section, continuous real-time work can be performed with 2 or 3 layers in a row.

또한, 접착제로 사용되는 고분자는 특별히 제한되지 않으나, 저융점 고분자인 저융점 폴리우레탄, 저융점 폴리에스테르 및 저융점 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.In addition, the polymer used as the adhesive is not particularly limited, but it is preferably at least one selected from the group consisting of low melting point polyurethane, low melting point polyester, and low melting point polyvinylidene fluoride, which are low melting point polymers.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

[실시예 1][Example 1]

폴리락트산(PLA)를 메틸렌 클로라이드에 15중량% 용해시킨 방사용액을 제조하여 전기방사장치와 연결된 방사용액 주탱크에 투입하였다. 이때, 전기방사장치의 노즐블록은 2개의 노즐판들과 3개의 노즐관들이 교대로 배열된 구조인 것을 사용하였다.A spinning solution obtained by dissolving 15 wt% of polylactic acid (PLA) in methylene chloride was prepared and put into a spinning solution main tank connected to an electrospinning device. At this time, the nozzle block of the electrospinning apparatus used a structure in which two nozzle plates and three nozzle tubes are alternately arranged.

전단부 블록에서는 전극과 컬렉터 간의 거리는 15cm, 인가전압 40kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 상온 및 습도는 40%인 조건으로 전기방사를 실시하여 PET 기재 상에 섬유의 평균직경이 300nm인 제1 PLA 나노섬유층을 형성하였다. 이후, 후단부 블록에서는 전극과 컬렉터 간의 거리는 40cm, 인가전압 40kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 상온 및 습도는 40%인 조건으로 전기방사를 실시하여 제1 PLA 나노섬유층 상에 섬유의 평균직경이 150nm인 제2 PLA 나노섬유층을 형성하여 나노 필터를 제조하였다.In the front end block, the distance between the electrode and the collector was 15 cm, the applied voltage 40 kV, the spinning solution flow rate 0.1 mL/h, and the room temperature and humidity were 40%. A PLA nanofiber layer was formed. Then, in the rear end block, electrospinning was performed under the conditions of 40 cm distance between the electrode and the collector, 40 kV of applied voltage, 0.1 mL/h of spinning solution flow rate, and 40% of room temperature and humidity, and the average diameter of the fibers on the first PLA nanofiber layer. A nano-filter was prepared by forming a second PLA nanofiber layer of 150 nm.

이후, 제조된 나노 필터를 다단 히팅롤을 통과시켜 나노 필터의 잔류용제를 제거함과 동시에, PET 기재, 제1 PLA 나노섬유층과 제2 PLA 나노섬유층을 접착시켜 최종적으로 나노 필터를 제조하였다.Thereafter, the prepared nanofilter was passed through a multi-stage heating roll to remove the residual solvent of the nanofilter, and at the same time, the PET substrate, the first PLA nanofiber layer and the second PLA nanofiber layer were adhered to each other to finally prepare a nanofilter.

[실시예 2][Example 2]

폴리락트산(PLA)를 메틸렌 클로라이드에 15중량% 용해시킨 제1 방사용액과 폴리락테이트-co-글라이콜레이트(PLGA)를 메틸렌 클로라이드에 15중량% 용해시킨 제2 방사용액을 제조하였다. 이때, 전기방사장치의 노즐블록은 2개의 노즐판들과 3개의 노즐관들이 교대로 배열된 구조인 것을 사용하였으며, 노즐판과 연결된 방사용액 탱크에는 제1 방사용액을 투입하였고, 노즐관과 연결된 방사용액 탱크에는 제2 방사용액을 투입하였다. A first spinning solution in which polylactic acid (PLA) was dissolved in methylene chloride at 15% by weight and a second spinning solution in which polylactate-co-glycolate (PLGA) was dissolved in methylene chloride by 15% by weight were prepared. At this time, the nozzle block of the electrospinning apparatus used a structure in which two nozzle plates and three nozzle tubes were alternately arranged, and the first spinning liquid was put into the spinning liquid tank connected to the nozzle plate, and the nozzle tube was connected The second spinning solution was put into the spinning solution tank.

이후, 제1 방사용액을 이용하여 전극과 컬렉터 간의 거리는 15cm, 인가전압 40kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 상온 및 습도는 40%인 조건으로 전기방사를 실시하여 PET 기재 상에 섬유의 평균직경이 300nm인 PLA 나노섬유층을 형성하였다. 또한, 제2 방사용액을 이용하여 전극과 컬렉터 간의 거리는 40cm, 인가전압 40kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 상온 및 습도는 40%인 조건으로 전기방사를 실시하여 섬유의 평균직경이 150nm인 PLGA 나노섬유층을 형성하여 나노 필터를 제조하였다.Then, using the first spinning solution, electrospinning was performed under the conditions of 15 cm distance between the electrode and the collector, applied voltage 40 kV, spinning solution flow rate of 0.1 mL/h, and room temperature and humidity of 40%, and the average diameter of the fibers on the PET substrate. This 300 nm PLA nanofiber layer was formed. In addition, using the second spinning solution, electrospinning was performed under the conditions of 40 cm distance between the electrode and the collector, 40 kV of applied voltage, 0.1 mL/h of spinning solution flow rate, and 40% room temperature and humidity. PLGA having an average fiber diameter of 150 nm A nanofiber layer was formed to prepare a nanofilter.

이후, 제조된 나노 필터를 다단 히팅롤을 통과시켜 나노 필터의 잔류용제를 제거함과 동시에, PET 기재, PLA 나노섬유층과 PLGA 나노섬유층을 접착시켜 최종적으로 나노 필터를 제조하였다.Thereafter, the prepared nanofilter was passed through a multi-stage heating roll to remove the residual solvent of the nanofilter, and at the same time, a PET substrate, a PLA nanofiber layer, and a PLGA nanofiber layer were adhered to prepare a final nanofilter.

[비교예 1][Comparative Example 1]

폴리락트산(PLA)를 메틸렌 클로라이드에 15중량% 용해시킨 방사용액을 제조하여 전기방사와 연결된 방사용액 주탱크에 투입하였다. 전극과 컬렉터 간의 거리는 15cm, 인가전압 40kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 상온 및 습도는 40%인 조건으로 PET 기재 상에 전기방사를 실시하여 섬유의 평균직경이 300nm인 나노 필터를 제조하였다.A spinning solution obtained by dissolving 15 wt% of polylactic acid (PLA) in methylene chloride was prepared and put into a spinning solution main tank connected to electrospinning. The distance between the electrode and the collector was 15 cm, applied voltage 40 kV, spinning solution flow rate of 0.1 mL/h, room temperature and humidity were 40%, electrospinning was performed on the PET substrate to prepare a nano-filter having an average diameter of fibers of 300 nm.

[비교예 2][Comparative Example 2]

전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm로 조절한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 과정을 통하여 섬유의 평균직경이 150nm인 나노 필터를 제조하였다.A nanofilter having an average fiber diameter of 150 nm was manufactured through the same process as in Comparative Example 1, except that the distance between the electrode and the collector was adjusted to 40 cm.

[실험예][Experimental example]

실시예 및 비교예에서 각각 제조된 나노 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.The DOP test method was used to measure the efficiency of each of the nano-filters prepared in Examples and Comparative Examples. The DOP test method is to measure the dioctylphthalate (DOP) efficiency with the automated filter analyzer (AFT) of TSI 3160 of TSI Incorporated. can

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.The automated analyzer is a device that automatically measures the air speed, DOP filtration efficiency, air permeability (breathability), etc. by counting the DOP by making particles of a desired size and permeating it on the filter sheet, and is a very important device for high-efficiency filters.

DOP % 효율은 다음과 같이 정의된다:DOP % efficiency is defined as:

DOP % 효율 = (1 - (DOP농도 하류/DOP 농도 상류)) Х 100DOP % Efficiency = (1 - (DOP Concentration Downstream/DOP Concentration Upstream)) Х 100

실시예 및 비교예의 여과 효율을 상기와 같은 방법에 의해 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.The filtration efficiency of Examples and Comparative Examples was measured by the same method as above, and the results are shown in Table 1 below.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 0.35㎛ DOP 여과효율(%)0.35㎛ DOP Filtration Efficiency (%) 9595 9595 7171 7575

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예를 통해 제조된 나노 필터는 비교예 대비 여과효율이 우수함을 확인할 수 있다.As can be seen from Table 1, it can be confirmed that the nano-filter prepared in the example of the present invention has superior filtration efficiency compared to the comparative example.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the technical field will not depart from the spirit and technical scope of the present invention described in the claims to be described later. It will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the scope of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Accordingly, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

Claims

방사용액 주탱크에 유기 용제에 고분자를 용해시킨 방사용액을 공급하는 단계;
전기방사장치의 컬렉터 상에 기재를 공급하는 단계;
상기 방사용액 주탱크에 공급된 방사용액은 계량펌프를 통해 노즐블록에 위치한 다수의 노즐 내에 정량 공급되는 단계; 및
각 노즐로부터 공급되는 각각의 방사용액은 노즐을 통해 노즐과 일정간격 이격된 컬렉터에 공급된 기재 상에 방사되어 상기 기재 상에 나노섬유층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 노즐은 상기 기재의 진행방향으로 다수 개 배열되며, 상기 기재의 진행방향으로 노즐 직경은 점차적으로 감소하는 나노 필터의 제조방법.supplying a spinning solution obtained by dissolving a polymer in an organic solvent to a spinning solution main tank;
supplying the substrate onto the collector of the electrospinning apparatus;
The spinning liquid supplied to the spinning liquid main tank is quantitatively supplied into a plurality of nozzles located in the nozzle block through a metering pump; and
Each spinning solution supplied from each nozzle is spun on a substrate supplied to a collector spaced apart from the nozzle at a predetermined distance through the nozzle to form a nanofiber layer on the substrate,
A plurality of nozzles are arranged in the moving direction of the substrate, and the nozzle diameter is gradually reduced in the moving direction of the substrate.

제1항에 있어서,
상기 노즐은 상기 기재의 진행방향으로 k열 배열되며,
상기 기재의 진행방향을 기준으로 k열 노즐의 직경은 k-1열 노즐의 직경보다 작고,
상기 기재의 진행방향을 기준으로 k열 노즐의 개수는 k-1열 노즐의 개수보다 많은 나노 필터의 제조방법.According to claim 1,
The nozzles are arranged in k rows in the moving direction of the substrate,
Based on the moving direction of the substrate, the diameter of the k-row nozzle is smaller than the diameter of the k-1 row nozzle,
Based on the moving direction of the substrate, the number of k-row nozzles is more than the number of k-1 row nozzles.

제1항에 있어서,
상기 전기방사장치는 상기 노즐에서 방사되지 못하고 오버플로우된 방사용액을 오버플로우 방사용액 저장탱크에 수집하여 진공과 온도 조절 및 교반을 통하여 방사용액 내의 수분이 함유된 용제를 리시브 탱크에 이송시키는 수분제거장치를 포함하는 나노 필터의 제조방법.According to claim 1,
The electrospinning device collects the spinning solution that overflows without being spun from the nozzle in the overflow spinning solution storage tank, and transfers the solvent containing moisture in the spinning solution to the receiving tank through vacuum, temperature control, and stirring. A method for manufacturing a nanofilter comprising a device.

제1항에 있어서,
상기 기재 상에 나노섬유층을 형성하는 단계 이후, 상기 나노섬유층이 형성된 기재를 다단 히팅롤을 통과시켜 상기 나노섬유층의 잔류용제를 제거하며, 상기 기재와 상기 나노섬유층을 접착시키는 단계를 포함하는 나노 필터의 제조방법.According to claim 1,
After the step of forming the nanofiber layer on the substrate, the nanofiber layer is passed through a multi-stage heating roll to remove the residual solvent of the nanofiber layer, and the nanofilter comprising the step of adhering the substrate and the nanofiber layer manufacturing method.

제1항에 있어서,
상기 각 노즐에 공급되는 방사용액은 서로 동일하거나 상이한 나노 필터의 제조방법.According to claim 1,
The spinning solution supplied to each nozzle is the same or different from each other.

제1항에 있어서,
상기 고분자는 폴리유산(PLA), 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리에테르설폰(PES), 폴리아미드, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄(PUR), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL) 및 폴리유산글리롤산(PLGA)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 나노 필터의 제조방법.According to claim 1,
The polymer is polylactic acid (PLA), polycarbonate (PC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polyamide, polyvinyl acetate , polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile (PAN), polyurethane (PUR), polybutylene terephthalate (PBT), polyvinylbutylral, polyvinyl chloride, polyethyleneimine, polyvinyl acetate (PVAc), polyethylene Naphthalate (PEN), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene imide (PEI), polycaprolactone (PCL) and polylactic acid glycerol acid (PLGA) selected from the group consisting of one or two or more kinds of nano-filter manufacturing method .

제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법으로 제조되며,
기재; 및 상기 기재 상에 형성되는 나노섬유층이 적층형성된 구조이며,
상기 나노섬유층은 상기 기재에서 상기 나노섬유층의 두께 방향으로 나노섬유의 직경이 점차적으로 감소하는 나노 필터.It is prepared by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 6,
write; And the nanofiber layer formed on the substrate is a laminated structure,
The nanofiber layer is a nanofilter in which the diameter of the nanofiber gradually decreases in the thickness direction of the nanofiber layer in the substrate.