나노섬유란 $1{\mu}m$ 이하의 섬유를 의미하며 멜트블로운(Melt blown), 복합방사, 분할방사, 전기방사 등의 방법으로 제조된다. 나노섬유는 초극세 섬유로서 섬유의 생성과 동시에 3차원의 네트워크로 융착되어 적층된 형태의 다공성 웹은 초박막, 초경량이며 기존 섬유에 비해 부피 대비 표면적비가 지극히 높고, 높은 기공도를 지니고 있다. 이러한 특성으로 인해 가스나 액체로부터 미세입자를 분리하는 고효율 초기능성 필터 소재로 활용될 수 있으며, 나노섬유로 구성된 필터는 여과 효율이 높고 공극율이 매우 높아 필터에서 발생하는 압력강하가 적다. 또한 공정의 적용이 용이하여 기존의 부직포 등의 소재에 코팅이 가능하므로, 나노섬유 필터는 기존 부직포 필터 시장의 대부분을 대체할 것으로 기대되어 진다. 본 총설에서는 나노섬유 필터의 연구개발 동향과 공업적 제조기술의 문제점 및 향후 시장성에 대해서 고찰하였다.
나노섬유란 $1{\mu}m$ 이하의 섬유를 의미하며 멜트블로운(Melt blown), 복합방사, 분할방사, 전기방사 등의 방법으로 제조된다. 나노섬유는 초극세 섬유로서 섬유의 생성과 동시에 3차원의 네트워크로 융착되어 적층된 형태의 다공성 웹은 초박막, 초경량이며 기존 섬유에 비해 부피 대비 표면적비가 지극히 높고, 높은 기공도를 지니고 있다. 이러한 특성으로 인해 가스나 액체로부터 미세입자를 분리하는 고효율 초기능성 필터 소재로 활용될 수 있으며, 나노섬유로 구성된 필터는 여과 효율이 높고 공극율이 매우 높아 필터에서 발생하는 압력강하가 적다. 또한 공정의 적용이 용이하여 기존의 부직포 등의 소재에 코팅이 가능하므로, 나노섬유 필터는 기존 부직포 필터 시장의 대부분을 대체할 것으로 기대되어 진다. 본 총설에서는 나노섬유 필터의 연구개발 동향과 공업적 제조기술의 문제점 및 향후 시장성에 대해서 고찰하였다.
Nanofiber is a broad phrase generally referring to a fiber with diameter less than 1 micron. Various polymers have been successfully electrospun into nanofibers in recent years. These nanofibers, due to their high surface area and porosity, have a great potential for use as filter medium, adsorption...
Nanofiber is a broad phrase generally referring to a fiber with diameter less than 1 micron. Various polymers have been successfully electrospun into nanofibers in recent years. These nanofibers, due to their high surface area and porosity, have a great potential for use as filter medium, adsorption layers in protective clothing, etc. Nanofiber filters will enable new levels of filtration performance in the field of air filtration. In particular, nanofibers provide marked increases in filtration efficiency at relatively small pressure drop in permeability. Therefore, nanofiber filters could be substituted for conventional filter market due to the easy application of process and the possibility of coating to micron-sized non-woven sheets. This review is discussed on the trend of researche and development related to nanofiber filter including future marketability.
Nanofiber is a broad phrase generally referring to a fiber with diameter less than 1 micron. Various polymers have been successfully electrospun into nanofibers in recent years. These nanofibers, due to their high surface area and porosity, have a great potential for use as filter medium, adsorption layers in protective clothing, etc. Nanofiber filters will enable new levels of filtration performance in the field of air filtration. In particular, nanofibers provide marked increases in filtration efficiency at relatively small pressure drop in permeability. Therefore, nanofiber filters could be substituted for conventional filter market due to the easy application of process and the possibility of coating to micron-sized non-woven sheets. This review is discussed on the trend of researche and development related to nanofiber filter including future marketability.
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문제 정의
따라서, 나노섬유 소재기술은 기존 범용섬유소재의 성능 한계성을 극복하는 신기술 및 신소재 창출에 크게 기여할 것으로 기대되고 있다. 본 총설에서는 나노섬유 제조기술과 필터에의 용도 전개를 위한기술개발 동향에 대해서 고찰하고자 한다.
대상 데이터
공기청정에 사용되는 에어필터란 분리막의한 종류로 공기와 그 외의 물질을 분리하기 위한 필터이다. 분리대상물질로는 공기의 주성분인 산소분자와 질소분자보다도 큰 입자의 고체 분자 또는 고비점 액체이다. 종래에는 캐빈필터, 정전 필터, 오존필터가 많이 사용되었으나 1 pm 이하의 미세먼지나 알레르기를 일으키는 물질들을 제거하기에는 힘든 단점을 갖고 있어 이를 극복하기 위해 고성능필터인 HEPA (High Efficiency Particulate Air) 필터와 ULPA (Ultra Low Penetration Air) 필터가 제조되 었다.
후속연구
이처럼 나노섬유에 의한 서브마이크론 입자의 높은 집진효과는 향후 차량용이나 공업용 필터의 소형화 뿐만아니라 경량화에도 공헌을 할 것으로 기대된다. 또한나노섬유 위에 나노 크기의 촉매 담지 등도 가능할 것으로 생각되어 진다.
요소로 작용한다. 섬유의 직경을 가늘게 하면 고분자 사슬이 이상적으로 완전히 펼쳐져 이상적인 물성을발현할 수 있는 초고성능 섬유를 제조하는 것이 가능할 것으로 예측된다. 이러한 관점에서 100 nm 이하의섬유직경을 지니면서 배향된 구조를 갖는 섬유가 산업적 및 과학적 측면에서 매우 큰 관심의 대상이 되고있다.
그러나 현재 사용되고 있는 부직포 필터 미디어의 문제점을 해결하기 위해 ① 필터 미디어 제조공정의 개선과 더 미세한 섬유의 사용, ② 압력강하를 최소화하기 위한 필터미디어 재료의 설계, ③ 기공의 형태와 분포를 조절함으로 인한 여과 효율성의 개선, ④ 유용한 여과 면적을 극대화하기 위한 필터 형태의 개선, ⑤ 내구성 및 성능 개선 등과 같은 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 문제점은 나노섬유 필터를 통해서 대부분 해결될 수 있으므로 현재 24억 달러 이상을 점유하고 있는 부직포 필터미디어 시장(스펀본드 필터미디어 31%, 멜트블로운 필터미디어 29%, 웻레이드 필터미디어 25% 등)은 상당부분 나노섬유 필터로 대체될 것으로 기대된다.
그 원인으로서는 복수 노즐간의 간섭에 의한 섬유의 불안정화와두께의 불균일성 등을 생각할 수가 있다. 이를 해결하기위해서는 고분자용액 점도, 인가전압 제어, 전극간거리, 지지체의 섬유직경과 공극율, 방사환경조건 등의 최적화를 포함한 새로운 연속방사 제어기술의 개발이 필요하다고 판단되어 진다.
5 “m 크기의 NaCl이 나노섬유 필터위에 밀집해서 포획되어 있는 것을 나타내고 있다. 이처럼 나노섬유에 의한 서브마이크론 입자의 높은 집진효과는 향후 차량용이나 공업용 필터의 소형화 뿐만아니라 경량화에도 공헌을 할 것으로 기대된다. 또한나노섬유 위에 나노 크기의 촉매 담지 등도 가능할 것으로 생각되어 진다.
특히 나노섬유의 경우 기존 초극세 섬유보다 훨씬넓은 표면적을 지니고 단위 면적당 중량이 적어 기존소재 성능의 한계성을 극복할 수 있을 것으로 기대된다. 나노크기의 직경을 지닌 섬유로 구성된 다공성 쉬트 패브릭은 매우 높은 기공도를 지니고 대단히 작은기공크기를 지닐 것으로 기대되며, 범용 또는 기존 초극세 섬유로 이루어진 다공성 쉬트 패브릭과는 달리나노섬유 다공성 쉬트 패브릭은 우수한 기계적 특성과수증기의 이송능, 지극히 낮은 공기투과도, 우수한 에어로졸 입자 통과 억제능 등 거의 멤브레인 특성을 갖는 구조를 지닐 수 있다.
참고문헌 (20)
J. D. Stizel, G. L. Bowlin, K. Mansfield, G. E. Wnek, and D. G. Simpson, 'Electrospraying and electrospinning of polymers for biomedical applications. Poly(lactic-co-glycolic acid) and poly( ethylene-co-vinyl acetate),' Int. SAMPE Technol. Conf, 32, 205 (2000)
H. Fong, I. Chun, and D. H. Reneker, 'Beaded nanofibers formed during electrospinning,' Polymer, 42, 261 (2001)
J. M. Deitzel, J. Kleinmeyer, J. K. Hirvonen, and T. N. C. Beck, 'Controled deposition of electrospun poly(ethylene oxide) fibers,' Polymer, 42, 8163 (2001)
H. Fong and D. H. Reneker, 'Electrospinning and formation of nanofibers. In: Structure Formation in Polymeric Fibers,' Hanser, Mnnich (2001)
S. A. Theron, E. Zussman, and A. L. Yarin. 'Experimental investigation of the governing parameters in the electrospinning of polymer solutions,' Polymer, 45, 2017 (2004)
K. J. Pawlowski, H. L. Belvin, D. L. Raney, J. Su, J. S. Harrison, and E. J. Siochi, 'Electrospinning of a micro-air vehicle wing skin,' Polymer, 44, 1309 (2003)
J. M. Deitzel, J. Kleinmeyer, D. Harris, and N.C.B. 'Tan, The effect of processing variables on the morphology of electrospun nanofibers and textiles,' Polymer, 42, 261 (2001)
H. Fong and D. H. Reneker, 'Elastomeric nanofibers of styrenebutadienestyrene triblock copolymer,' J. Polym. Sci.: Part B Polym. Phys., 37, 3488 (1999)
Z.-M. Huang, Y.-Z. Zhang, M. Kotaki, and S. Ramakrishna, 'A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocom-posites,' Composites Science and Technology, 63, 2223 (2003)
B. Ding, E. Kimura, T. Sato, S. Fujita, and S. Shiratori, 'Fabrication of blend biodegradable nanofibrous nonwoven mats via multi-jet electrospinning,' Polymer, 45, 1895 (2004)
김세용, 강인규, 권오형, 'A biodegradable nanofiber scaffold by electrospinning and its potential as wound dressing,' 한국고분자학회 연구논문초록, 29(2), 350 (2004)
T. Grafe and K. Graham, 'Polymeric nanofibers and nanofiber webs: A new class of nonwovens,' International Nonwovens Technical Conference, Georgia, Atlanta (2002)
T. Grafe, M. Gogins, M. Barris, J. Schaefer, and R. Canepa, 'Nanofibers in filtration applications in transportation,' International Conference and Exposition of the INDA, Illinois, Chicago (2001)
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