[논문]초고속 용액 원심방사를 이용한 폴리비닐알코올/폴리프로필렌 나노필터 제조

양성백; 이정언; 박재민; 정재훈; 김태영; 김기영; 이상준; 염정현

doi:10.5764/tcf.2022.34.1.20

초고속 용액 원심방사를 이용한 폴리비닐알코올/폴리프로필렌 나노필터 제조
Preparation of Poly(vinyl alcohol)/polypropylene Nano-filter by High Speed Centrifugal Solution Spinning 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.34 no.1, 2022년, pp.20 - 26

양성백 (경북대학교 바이오섬유소재학과) , 이정언 (경북대학교 바이오섬유소재학과) , 박재민 (경북대학교 바이오섬유소재학과) , 정재훈 (경북대학교 탄소복합섬유소재학과) , 김태영 (경북대학교 바이오섬유소재학과) , 김기영 ((주)아이제이에스) , 이상준 ((주)아이제이에스) , 염정현 (경북대학교 바이오섬유소재학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Centrifugal spinning is an emerging technique for fabricating micro-to-nano-fibers in recent years. To obtain fibers with the desired size and morphology, it is necessary to configure and optimize the parameters used in centrifugal spinning. In this study, it was controlled by changing the solution's concentration (7.5, 10, and 12.5 wt.%) and disk's rotational velocity (6,000, 8,000, and 10,000 rpm) to prepare centrifugal spun nano-filter. The morphological property, air permeability, and dust collection efficiency of the PVA/PP bi-layer nanoweb prepared by centrifugal spun PVA on the PP micron nonwoven substrate are studied using a field emission scanning electron microscope, an air permeability tester, and a filter tester equipment, and the analysis results indicate that it is suitable as a nano-filter when the concentration of PVA solution is 10 wt.% and the rotational velocity of the disk is 8,000 rpm. The resultant reduced diameter and uniform fibers also proved that an excellent dust collection efficiency filter could be made.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. Specification of slide-AC
그림 Figure 1. (a) Schematic illustration of centrifugal solution spinning system and photographic images of spinning disk and nozzle formation, (b) FE-SEM image of centrifugal spun PVA nanofibers, and (c) diagram of fiber formation stage by centrifugal solution spinning.
그림 Figure 2. Schematic illustration of (a) PVA/PP bi-layered nonwoven and FE-SEM images of (b) PP micron nonwoven and (c) centrifugal spun PVA nanofibers.
그림 Figure 3. Diameter distribution of centrifugal spun PVA nanofibers depend on various disk rotational velocities; (a) 6,000 rpm, (b) 8,000 rpm, and (c) 10,000 rpm (solution concentration=10 wt.%).
그림 Figure 4. Diameter distribution of centrifugal spun PVA nanofibers depend on various solution concentrations; (a) 7.5 wt.%, (b) 10 wt.%, and (c) 12.5 wt.% (disk’s rotational velocity =8,000 rpm).
그림 Figure 5. Air permeability of PP nonwoven and PVA/PP nano-filter depend on (a) various rotational velocities (6,000, 8,000 and 10,000 rpm, concentration=10 wt.%) and (b) various concentrations (7.5, 10 and 12.5 wt.%, rotational velocity =8,000 rpm).
그림 Figure 6. Dust collection efficiency of PP nonwoven and bi-layered PVA/PP nano-filter depend on (a) various rotational velocities (6,000, 8,000 and 10,000 rpm, concentration = 10 wt.%) and (b) various solution concentration (7.5, 10 and 12.5 wt.%, rotational velocity = 8,000 rpm).

AI 본문요약
AI-Helper

제안 방법

본 연구에서는 초고속 용액 원심방사법을 이용하여 기성 PP 마이크론 부직포 상단에 PVA 나노섬유를 방사함으로써 이중구조의 PVA/PP 나노필터를 제조하였고, PVA/PP 나노필터의 최적 조건을 확립하였다. 다양한 용액의 농도 및 방사디스크 회전속도에 따른 초고속 용액 원심방사를 진행하였으며, 실험 결과로 다음과 같은 결론을 도출하였다.
본 연구에서는 폴리프로필렌 (PP) 마이크론 부직포를 기재로 하고, 초고속 용액 원심방사법을 이용하여 상단에 방사함으로써 이중구조 PVA/PP 부직포를 제조하였다. 또한 나노 섬유의 최적 조건을 찾아 분진포집효율이 높은 마이크론/나노 융합 필터 제조 및 그 특성 분석에 중점을 가지고 연구를 진행하였다.
본 연구에서는 초고속 용액 원심방사법을 이용하여 기성 PP 마이크론 부직포 상단에 PVA 나노섬유를 방사함으로써 이중구조의 PVA/PP 나노필터를 제조하였고, PVA/PP 나노필터의 최적 조건을 확립하였다. 다양한 용액의 농도 및 방사디스크 회전속도에 따른 초고속 용액 원심방사를 진행하였으며, 실험 결과로 다음과 같은 결론을 도출하였다.
본 연구에서는 폴리프로필렌 (PP) 마이크론 부직포를 기재로 하고, 초고속 용액 원심방사법을 이용하여 상단에 방사함으로써 이중구조 PVA/PP 부직포를 제조하였다. 또한 나노 섬유의 최적 조건을 찾아 분진포집효율이 높은 마이크론/나노 융합 필터 제조 및 그 특성 분석에 중점을 가지고 연구를 진행하였다.
3. 용액 농도 및 디스크 회전속도에 따른 분진포집효율 변화를 비교 분석하였다. 농도 10 wt.
초고속 용액 원심방사 공정에서 방사용액의 농도 및 디스크 회전속도의 영향을 확인하기 위하여 8, 000 rpm의 동일한 회전속도에서 PVA 용액의 농도를 7.5, 10 및 12.5 wt.%로 농도를 달리한 첫번째 조건과 방사용액의 농도를 10 wt.%로 고정한 후 6, 000, 8, 000 및 10, 000 rpm으로 디스크 회전속도를 변화한 두번째 조건으로 각각 방사를 진행하였다. 방사가 진행된 후 제조된 필터를 상온에서 24시간 동안 건조를 진행하였다.

대상 데이터

, Korea) 는 분말 형태이며, 사용 전까지 진공상태에서 건조, 보관하였다. PVA는 수평균중합도 (Pn)가 1, 700인 제품을 별도의 정제 없이 사용하였으며, 모든 실험은 증류수를 사용하였다. 기재로 사용된 PP 마이크론 부직포는 ㈜SK케미칼에서 구입한 펠릿을 사용하여 ㈜한스인테크에서 제조한 것을 사용하였다.
PVA는 수평균중합도 (Pn)가 1, 700인 제품을 별도의 정제 없이 사용하였으며, 모든 실험은 증류수를 사용하였다. 기재로 사용된 PP 마이크론 부직포는 ㈜SK케미칼에서 구입한 펠릿을 사용하여 ㈜한스인테크에서 제조한 것을 사용하였다.
본 연구에서 사용된 PVA (Polynol, OCI Co. Ltd.

데이터처리

5×5 mm의 크기로 준비된 시료를 백금 코팅한 후 FE-SEM을 이용하여 표면을 관찰하였다. 섬유의 평균 직경 및 분포는 촬영된 섬유를 포토샵 프로그램을 이용하여 무작위로 채택하여 평균값으로 계산하였다.
초고속 용액 원심방사에 의해 제조된 섬유의 형태를 관찰하기 위하여 주사전자현미경 (FE-SEM, Hitachi, S-4800, Japan) 을 이용하여 분석하였다. 5×5 mm의 크기로 준비된 시료를 백금 코팅한 후 FE-SEM을 이용하여 표면을 관찰하였다.

성능/효과

2.1 시약 및 재료
2.용액의 농도 및 방사디스크 회전속도를 변화시켜 방사된 PVA 나노웹이 공기투과도에 미치는 영향을 확인하였다. 이중구조 PVA/PP 나노필터에서 단일 PP 부직포보다 낮은 공기 투과도를 보이며, 용액 농도 및 디스크 회전속도에 따른 결과에선 거의 유사한 수치를 보였다.
2.3 섬유의 형태학적 특성 분석
디스크 회전속도는 증가할수록 더 가늘고 균일한 섬유의 형성을 확인할 수 있었다. 각 변수의 최적의 필터효율을 발현하는 방사조건은 농도 10 wt.%, 회전속도 8, 000 rpm임을 확인할 수 있었다.
용액 농도 및 디스크 회전속도에 따른 분진포집효율 변화를 비교 분석하였다. 농도 10 wt.%, 회전속도 8, 000 rpm에서 가장 높은 효율성을 보였으며, 그 외의 조건에선 감소하는 결과를 보였다. 두 변수 조건 중, 특히 용액의 농도가 분진 포집 효율에 더 큰 영향을 미치는 섬유 제조조건임을 확인하였다.
%, 회전속도 8, 000 rpm에서 가장 높은 효율성을 보였으며, 그 외의 조건에선 감소하는 결과를 보였다. 두 변수 조건 중, 특히 용액의 농도가 분진 포집 효율에 더 큰 영향을 미치는 섬유 제조조건임을 확인하였다.
초고속 용액 원심방사법에 의한 이중구조 PVA/PP 나노 필터 제조 시, 다양한 PVA의 농도 및 방사디스크 회전 속도에서 방사된 섬유의 형태를 비교함으로써 최적조건을 확립하였다. 디스크 회전속도는 증가할수록 더 가늘고 균일한 섬유의 형성을 확인할 수 있었다. 각 변수의 최적의 필터효율을 발현하는 방사조건은 농도 10 wt.
용액의 농도 및 방사디스크 회전속도를 변화시켜 방사된 PVA 나노웹이 공기투과도에 미치는 영향을 확인하였다. 이중구조 PVA/PP 나노필터에서 단일 PP 부직포보다 낮은 공기 투과도를 보이며, 용액 농도 및 디스크 회전속도에 따른 결과에선 거의 유사한 수치를 보였다.
1. 초고속 용액 원심방사법에 의한 이중구조 PVA/PP 나노 필터 제조 시, 다양한 PVA의 농도 및 방사디스크 회전 속도에서 방사된 섬유의 형태를 비교함으로써 최적조건을 확립하였다. 디스크 회전속도는 증가할수록 더 가늘고 균일한 섬유의 형성을 확인할 수 있었다.

참고문헌 (12)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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