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KR102752742B1 - Nano fiber and the method for manufacturing the same - Google Patents

Nano fiber and the method for manufacturing the same Download PDF

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KR102752742B1
KR102752742B1 KR1020190134086A KR20190134086A KR102752742B1 KR 102752742 B1 KR102752742 B1 KR 102752742B1 KR 1020190134086 A KR1020190134086 A KR 1020190134086A KR 20190134086 A KR20190134086 A KR 20190134086A KR 102752742 B1 KR102752742 B1 KR 102752742B1
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bacterial cellulose
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polymer binder
parts
solvent
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박민성
전광승
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은, 굵은 고분자 나노 섬유 사이에 상대적으로 가는 박테리아 셀룰로오스가 망상 구조를 형성하는 나노 섬유 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법으로 제조된 나노 섬유를 포함하는 에어 필터는 효율이 높고 차압이 낮을 수 있다.The present invention relates to nanofibers in which relatively thin bacterial cellulose forms a network structure between thick polymer nanofibers, and a method for producing the same, and an air filter including nanofibers produced by the method can have high efficiency and low differential pressure.

Description

나노 섬유 및 그 제조 방법{NANO FIBER AND THE METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}{NANO FIBER AND THE METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 나노 섬유 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to nanofibers and a method for producing the same.

최근 공기의 질에 관한 관심이 증가하면서 실내공기 청정에 대한 요구가 늘어나고 이에 따라 공기 중의 이물질을 제거하기 위한 여러 가지 필터가 개발되고 있다. 필터는 유체 속의 이물질을 걸러내는 여과 장치로, 그 중, 에어 필터는 가정, 사무실 등 실내 공기 중의 미세 먼지 등을 제거하기 위해 사용되는 공기 청정기, 에어컨, 공조기, 차량 내부 공기 순환기 등의 장치나, 안면 마스크 등의 개인 위생 도구 등으로 사용될 수 있으며, 첨단 제품의 제조 공정에서, 제품의 불량 방지를 위해 설치되는 클린 룸(Clean room) 등에도 사용될 수 있다.Recently, as interest in air quality has increased, the demand for indoor air purification has also increased, and accordingly, various filters are being developed to remove foreign substances in the air. A filter is a filtration device that filters foreign substances in a fluid, and among them, air filters can be used in devices such as air purifiers, air conditioners, air conditioners, and vehicle air circulators to remove fine dust, etc. in indoor air at home, offices, etc., and in personal hygiene tools such as face masks, and can also be used in clean rooms installed to prevent product defects in the manufacturing process of advanced products.

특히 인체에 해로운 초미세먼지를 차단하기 위해 ULPA(ultra low penetration air) 또는 HEPA(high efficiency particulate air) 필터가 세계 필터시장에서 차세대 소재로 주목 받고 있다. ULPA 및 HEPA 필터는 고효율 필터로 주로 유리 섬유를 사용하여 제조 되는데, 유리 섬유 소재는 시간이 경과되면서 미세한 유리 조각이 부서질 수 있다. 유리 파편의 발생에 따라 고정밀 제품의 불량률이 높아지고, 사용자들이 유리 조각을 흡입할 가능성이 있다는 문제가 대두되었다.In particular, ULPA (ultra low penetration air) or HEPA (high efficiency particulate air) filters are attracting attention as next-generation materials in the global filter market to block ultrafine dust that is harmful to the human body. ULPA and HEPA filters are high-efficiency filters and are mainly manufactured using glass fibers. However, glass fiber materials can break into fine glass fragments over time. The occurrence of glass fragments increases the defect rate of high-precision products, and there is a problem that users may inhale glass fragments.

이에 대응하여 새로운 필터 소재로써 고분자 나노 섬유의 연구가 진행되고 있다. 초극세 섬유인 고분자 나노 섬유는 기존 섬유에 비해 부피 대비 표면적의 비율이 높고, 높은 기공도를 가지므로, 유해 입자나 가스 등을 효율적으로 제거할 수 있다는 기대를 모으고 있다.In response, research on polymer nanofibers as a new filter material is being conducted. Polymer nanofibers, which are ultrafine fibers, have a higher surface area to volume ratio and higher porosity than conventional fibers, so they are expected to be able to efficiently remove harmful particles and gases.

한편, 고분자 나노 섬유의 직경이 작을수록 압력 손실이 낮아져 필터의 효율을 높이기 위해서는 유리한 바, 직경이 작은 나노 섬유를 제조하려는 노력이 계속되고 있으며, 일례로 망상 구조(netting 구조)를 갖는 섬유가 주목받고 있다. Meanwhile, the smaller the diameter of the polymer nanofiber, the lower the pressure loss, which is advantageous for increasing the efficiency of the filter. Therefore, efforts to manufacture nanofibers with small diameters are ongoing, and for example, fibers with a netting structure are attracting attention.

특히, 일반적인 전기방사 나노 섬유와 초미세 나노 네트로 구성된 나노섬유/네트(nano-fiber/nets, NFN)에 대한 개발이 진행되고 있다. 상기 섬유는 나노 섬유 사이에 상대적으로 더 가는 나노 섬유가 망상 구조를 형성하는 형태를 가지며, 직경이 매우 작아 구조물 규모의 축소를 위한 재료로 각광받는 한편, 다공성이 높아 여과 기능이 우수하여, 나노 크기의 바이러스를 차단하는 필터로서의 사용이 기대되고 있다. 아울러, NFN 막은 섬유의 길이와 망상 구조의 면적으로 인해 공기로 운반되기 어려우며, 따라서 체내에 침투할 수 없어 인체에도 무해할 것으로 기대된다.In particular, development is underway on nano-fibers/nets (NFN) composed of general electrospun nano-fibers and ultrafine nano-nets. The fibers have a form in which relatively thinner nano-fibers form a network structure between nano-fibers, and because they have a very small diameter, they are in the spotlight as a material for reducing the size of structures, and because they have high porosity and excellent filtration function, they are expected to be used as a filter that blocks nano-sized viruses. In addition, NFN membranes are difficult to transport in the air due to the length of the fibers and the area of the network structure, and therefore cannot penetrate the body and are expected to be harmless to the human body.

본 발명은 고분자 나노 섬유 사이에 상대적으로 가는 박테리아 셀룰로오스가 망상 구조를 형성하는 나노 섬유 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a nanofiber in which relatively thin bacterial cellulose forms a network structure between polymer nanofibers, and a method for producing the same.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 나노 섬유를 포함하여 효율 및 차압에 유리한 에어 필터를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention provides an air filter advantageous in efficiency and differential pressure, including nanofibers manufactured by the above method.

본 발명은 고분자 바인더 및 박테리아 셀룰로오스(Bacteria cellulose)를 포함하고, The present invention comprises a polymer binder and bacterial cellulose,

상기 고분자 바인더는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 및 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함하는,The above polymer binder comprises at least one polymer resin selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral.

나노 섬유를 제공한다.Provides nano fibers.

또한, 본 발명은 아래 단계를 포함하는 상기 나노 섬유의 제조 방법을 제공한다:In addition, the present invention provides a method for producing the nanofiber comprising the following steps:

고분자 바인더, 박테리아 셀룰로오스 및 용매를 포함하는, 방사액을 준비하는 단계, A step of preparing a spinning solution comprising a polymer binder, bacterial cellulose and a solvent;

전기 방사에 의해 상기 방사액을 방사하는 단계, 및 A step of radiating the above-mentioned radiation solution by electrospinning, and

상기 방사액 중 용매를 제거하는 단계를 포함하고,Comprising a step of removing the solvent from the above-mentioned radiation solution,

상기 고분자 바인더는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 및 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함한다.The above polymer binder includes at least one polymer resin selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral.

또한, 본 발명은 상기 나노 섬유가 포함된 부직포 층을 포함하는 에어 필터를 제공한다.In addition, the present invention provides an air filter including a nonwoven layer containing the nanofibers.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 나노 섬유는 고분자 바인더 및 박테리아 셀룰로오스(Bacteria cellulose)를 포함하고, 상기 고분자 바인더는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 및 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함한다.The nanofiber of the present invention comprises a polymer binder and bacterial cellulose, and the polymer binder comprises at least one polymer resin selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral.

상기 나노 섬유는 상대적으로 굵은 고분자 나노 섬유 사이에 상대적으로 가는 박테리아 셀룰로오스가 연결되는 망상(netting) 구조를 형성할 수 있다.The above nanofibers can form a netting structure in which relatively thin bacterial cellulose is connected between relatively thick polymer nanofibers.

종래에는 직경이 다른 두 종의 나노 섬유로 이루어진 원단을 제조하기 위해서 2종 이상의 상이한 고분자로 이루어진 혼합물을 방사하였다. 이 경우, 단순히 직경이 상이한 나노 섬유가 적층된 형태를 보일 뿐, 본 발명과 같이 더 가는 나노 섬유가 더 굵은 나노 섬유를 연결하는 형태를 보이지 않았다. 이에 나노 섬유의 망상 구조를 제조하기 위해서는 염을 첨가하거나, 산 용매를 이용하는 등 추가적이 노력을 필요로 하였다.In the past, in order to manufacture a fabric composed of two types of nanofibers with different diameters, a mixture of two or more different polymers was spun. In this case, only a form in which nanofibers with different diameters were laminated was observed, and a form in which thinner nanofibers connected thicker nanofibers as in the present invention was not observed. Therefore, in order to manufacture a network structure of nanofibers, additional efforts were required, such as adding salt or using an acid solvent.

반면, 본 발명에서는 종래의 고분자 바인더 대신 박테리아 셀룰로오스를 사용하여 상기 망상 구조의 형성을 가능하게 하였다. 상기 박테리아 셀룰로오스는 박테리아 종에 의해서 생성된 셀룰로오스로, 필름상으로 얻을 수 있는 유일한 천연 셀룰로오스로서 겔 상태의 필름형 박테리아 셀룰로오스 시트는 펄프와 매우 유사한 성질을 가질 뿐만 아니라, 펄프보다 치밀하고 3차원 망상구조를 가지고, 기계적 강도 또한 우수하다. 이에 나노 섬유의 제조에 박테리아 셀룰로오스를 사용하는 경우 고분자 용액을 전기 방사하여 제조하기 어려운 수 nm 내지 수십 nm 직경의 나노 섬유의 형성이 가능하여, 에어 필터에의 응용 시 에어 필터의 효율이 증가하고, 차압이 낮아지는 효과를 가진다.On the other hand, the present invention makes it possible to form the network structure by using bacterial cellulose instead of the conventional polymer binder. The bacterial cellulose is a cellulose produced by bacterial species, and is the only natural cellulose that can be obtained in a film form. The gel-like film-like bacterial cellulose sheet not only has properties very similar to pulp, but is also denser than pulp and has a three-dimensional network structure and excellent mechanical strength. Therefore, when bacterial cellulose is used to produce nanofibers, it is possible to form nanofibers having a diameter of several nm to several tens nm, which are difficult to produce by electrospinning a polymer solution, and when applied to an air filter, the efficiency of the air filter increases and the differential pressure is lowered.

바람직하게는, 상기 박테리아 셀룰로오스는 상기 고분자 바인더 총 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 20 중량부, 또는 0.1 내지 15 중량부, 또는 0.1 내지 13 중량부, 또는 0.1 내지 10 중량부일 수 있다.Preferably, the bacterial cellulose may be present in an amount of 0.1 to 20 parts by weight, or 0.1 to 15 parts by weight, or 0.1 to 13 parts by weight, or 0.1 to 10 parts by weight, relative to 100 parts by weight of the total polymer binder.

상기 박테리아 셀룰로오스의 함량이 상기 고분자 바인더 총 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만인 경우, 망상 구조 형성에 필요한 박테리아 셀룰로오스 양이 불충분하고, 20 중량부를 초과하는 경우 박테리아 셀룰로오스 간 응집(aggregation)이 발생하여 용매에 분산이 어렵고, 점도가 높아져 전기 방사가 용이하지 않을 수 있다.When the content of the bacterial cellulose is less than 0.1 parts by weight based on 100 parts by weight of the total polymer binder, the amount of bacterial cellulose required for forming a network structure is insufficient, and when it exceeds 20 parts by weight, aggregation occurs between bacterial cellulose, making it difficult to disperse in a solvent, and the viscosity increases, making electrospinning difficult.

한편, 상기 나노 섬유의 고분자 바인더로는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 및 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함한다. 상기 나노 섬유에 고분자 바인더와 함께 포함되는 박테리아 셀룰로오스는 물, 에탄올 등의 극성 양성자성 용매(polar protic solvent)에서 분산이 용이하다. 따라서 상기 나노 섬유의 제조에 사용될 고분자 수지 또한 극성 양성자성 용매에 쉽게 용해될 수 있어야 하므로, 상기의 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 또는 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral) 등을 본 발명의 전기 방사에 적용 가능한 고분자로 사용할 수 있다. Meanwhile, the polymer binder of the nanofibers includes at least one polymer resin selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral. The bacterial cellulose included in the nanofibers together with the polymer binder is easily dispersed in a polar protic solvent such as water or ethanol. Accordingly, the polymer resin to be used in the production of the nanofibers should also be easily soluble in a polar protic solvent, and thus, the polyvinyl alcohol or polyvinyl butyral can be used as a polymer applicable to the electrospinning of the present invention.

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 고분자 바인더, 박테리아 셀룰로오스 및 용매를 포함하는, 방사액을 준비하는 단계, 전기 방사에 의해 상기 방사액을 방사하는 단계 및 상기 방사액 중 용매를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 고분자 바인더는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 및 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함하는, 나노 섬유 제조 방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, a method for manufacturing nanofibers is provided, comprising the steps of preparing a spinning solution including a polymer binder, bacterial cellulose, and a solvent, spinning the spinning solution by electrospinning, and removing the solvent in the spinning solution, wherein the polymer binder includes at least one polymer resin selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral.

상이한 나노 섬유로 이루어진 원단을 제조하기 위한 종래의 방법 중에는 고분자 용액을 1차로 방사하여 나노 섬유를 제조한 뒤 다른 고분자를 2차로 전기 방사하여 나노 섬유를 적층시키는 방법이 있다. 이러한 방법은 2회의 전기 방사를 실시해야 하여 공정이 복잡하다는 단점이 있다.Among the conventional methods for manufacturing fabrics made of different nanofibers, there is a method of manufacturing nanofibers by first spinning a polymer solution and then electrospinning another polymer a second time to laminate the nanofibers. This method has the disadvantage of being complicated because it requires two electrospinning operations.

한편, 고분자 2 종이 포함된 용액을 한번에 전기 방사하더라도, 상대적으로 굵은 나노 섬유 사이를 가는 나노 섬유가 연결하는 망상 구조를 갖도록 제조하는 것은 불가능하다.On the other hand, even if a solution containing two types of polymers is electrospun at the same time, it is impossible to manufacture a network structure in which thin nanofibers connect relatively thick nanofibers.

이에, 본 발명에서는 고분자 바인더 및 박테리아 셀룰로오스를 포함하는 방사액을 전기 방사하는 제조 방법을 사용하여, 한 번의 전기 방사만으로도 직경이 큰 나노 섬유 사이에 직경이 작은 나노 섬유가 망상 구조를 형성하는 나노 섬유를 제조하였다.Accordingly, in the present invention, a manufacturing method of electrospinning a spinning solution containing a polymer binder and bacterial cellulose was used to manufacture nanofibers in which small-diameter nanofibers form a network structure between large-diameter nanofibers with only one electrospinning.

전술한 바와 같이, 상기 제조 방법에서, 고분자 바인더는 극성 양성자성 용매에 잘 용해되는 고분자인, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 및/또는 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)이 사용될 수 있다.As described above, in the above manufacturing method, the polymer binder may be polyvinyl alcohol and/or polyvinyl butyral, which are polymers that dissolve well in polar protic solvents.

바람직하게는, 상기 고분자 바인더는 상기 용매 총 100 중량부에 대하여, 5 내지 15 중량부, 또는 5 내지 10 중량부, 또는 5 내지 8 중량부 일 수 있다. Preferably, the polymer binder may be present in an amount of 5 to 15 parts by weight, or 5 to 10 parts by weight, or 5 to 8 parts by weight, relative to 100 parts by weight of the total solvent.

상기 고분자 바인더의 함량이 상기 용매 총 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만인 경우, 점도가 너무 낮아 방사에 적합하지 않고, 15 중량부를 초과하는 경우 점도가 너무 높아 방사에 적합하지 않다.If the content of the polymer binder is less than 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total solvent, the viscosity is too low and not suitable for spinning, and if it exceeds 15 parts by weight, the viscosity is too high and not suitable for spinning.

바람직하게는, 상기 박테리아 셀룰로오스는 상기 고분자 바인더 총 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 20 중량부, 또는 0.1 내지 15 중량부, 또는 0.1 내지 13 중량부, 또는 0.1 내지 10 중량부 일 수 있다.Preferably, the bacterial cellulose may be present in an amount of 0.1 to 20 parts by weight, or 0.1 to 15 parts by weight, or 0.1 to 13 parts by weight, or 0.1 to 10 parts by weight, relative to 100 parts by weight of the total polymer binder.

상기 용매는 극성 양성자성 용매라면 특별한 제한이 없이 사용될 수 있고, 바람직하게는, 물 또는 에탄올일 수 있다.The above solvent can be used without special restrictions as long as it is a polar protic solvent, and preferably, it can be water or ethanol.

한편, 상기 방사액을 준비하는 단계에서, 상기 박테리아 셀룰로오스를 갈아서 준비하는 단계를 포함할 수 있다. 박테리아 셀룰로오스를 갈지 않는 경우, 겔 시트(gel sheet) 형태로 존재하여 방사액에 박테리아 셀룰로오스가 분산되지 않는다. 이에, 박테리아 셀룰로오스의 용이한 분산을 위해 갈아서 준비하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.Meanwhile, in the step of preparing the above-mentioned radiation solution, a step of grinding and preparing the bacterial cellulose may be included. If the bacterial cellulose is not ground, it exists in the form of a gel sheet and the bacterial cellulose is not dispersed in the radiation solution. Therefore, it is preferable to include a step of grinding and preparing it for easy dispersion of the bacterial cellulose.

이 때 박테리아 셀룰로오스를 갈기 위해서는 통상적으로 분쇄에 사용되는 장치라면 제한이 없으며, 일례로 믹서 분쇄기, 블렌더 등이 사용될 수 있다.At this time, there is no limitation on the device commonly used for grinding to grind bacterial cellulose, and for example, a mixer grinder or blender can be used.

전기 방사는 정전기력에 의해 고분자 용액을 기재(substrate) 위에 또는 기재 없이 직접 섬유 형태로 방사하여 부직포 형태의 섬유 집합체를 얻는 방법이다.Electrospinning is a method of obtaining a nonwoven fiber assembly by directly spinning a polymer solution into fibers on or without a substrate using electrostatic force.

이러한 전기 방사 시, 방사액으로는, 상술한 고분자 바인더 및 용매 외에, 분산제, 첨가제 등을 포함할 수 있다.In this electrospinning, the spinning solution may include, in addition to the polymer binder and solvent described above, a dispersant, additives, etc.

분산제나 기타 첨가제 등, 본 명세서에서 특별히 한정하지 않은 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 방사 공정을 이용하여 섬유 부직포를 제조하는데 일반적으로 사용되는 공정 조건, 혹은 물질 등은, 본 발명에 특별한 제한 없이 적용될 수 있다.Unless specifically limited in this specification, process conditions, materials, etc., generally used in the technical field to which the present invention pertains for manufacturing fibrous nonwoven fabrics using a radiation process, such as dispersants or other additives, may be applied to the present invention without any particular limitation.

한편, 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 본 발명은 상기의 방법으로 제조된 나노 섬유가 포함된 부직포 층을 포함하는, 에어 필터를 제공한다.Meanwhile, according to another embodiment of the invention, the present invention provides an air filter including a nonwoven layer containing nanofibers manufactured by the above method.

본 발명의 나노 섬유는 굵은 고분자 나노 섬유 사이에 상대적으로 가는 박테리아 셀룰로오스가 망상 구조를 형성하며, 상기 나노 섬유를 포함하는 에어 필터는 효율이 높고 차압이 낮은 특징이 있다.The nanofibers of the present invention form a network structure of relatively thin bacterial cellulose between thick polymer nanofibers, and an air filter including the nanofibers has the characteristics of high efficiency and low differential pressure.

도 1은 제조예 및 비교 제조예에서 제조한 각 슬러리를 왼쪽부터 제조예 1, 제조예 2, 비교 제조예 1, 비교 제조예 2 및 비교 제조예 3의 순서로 세워 관찰한 이미지이다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 나노 섬유 부직포 층에 대한 SEM 이미지이다.
도 3은 실시예 2에서 제조한 나노 섬유 부직포 층에 대한 SEM 이미지이다.
도 4는 실시예 3에서 제조한 나노 섬유 부직포 층에 대한 SEM 이미지이다.
도 5는 비교예 1에서 제조한 나노 섬유 부직포 층에 대한 SEM 이미지이다.
Figure 1 is an image of the slurries manufactured in each of the Manufacturing Examples and Comparative Manufacturing Examples, observed in the order of Manufacturing Example 1, Manufacturing Example 2, Comparative Manufacturing Example 1, Comparative Manufacturing Example 2, and Comparative Manufacturing Example 3 from the left.
Figure 2 is a SEM image of the nanofiber nonwoven layer manufactured in Example 1.
Figure 3 is a SEM image of the nanofiber nonwoven layer manufactured in Example 2.
Figure 4 is a SEM image of the nanofiber nonwoven layer manufactured in Example 3.
Figure 5 is a SEM image of the nanofiber nonwoven fabric layer manufactured in Comparative Example 1.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail to help understand the present invention. However, the following examples are only intended to illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

제조예 1Manufacturing example 1

박테리아 셀룰로오스 시트와 물을 일반 블렌더에 넣고 15000 rpm 이상으로 3 분 이상 충분히 갈아주어 물을 용매로 하는 1 wt% 박테리아 셀룰로오스 슬러리를 제조하였다. 이 후 감압필터로 물을 최대한 제거한 다음 1 wt%가 되도록 박테리아 셀룰로오스 슬러리를 초순수에 첨가하고 임펠러로 600 rpm에서 1 분 동안 분산시켰다.Bacterial cellulose sheets and water were placed in a general blender and ground sufficiently at 15,000 rpm or higher for 3 minutes or longer to produce a 1 wt% bacterial cellulose slurry using water as a solvent. Afterwards, water was removed as much as possible using a vacuum filter, and the bacterial cellulose slurry was added to ultrapure water so that it became 1 wt%, and dispersed using an impeller at 600 rpm for 1 minute.

제조예 2Manufacturing example 2

감압필터 사용 이후의 용매로 초순수 대신 에탄올을 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 박테리아 셀룰로오스 슬러리를 제조하였다.A bacterial cellulose slurry was prepared using the same method as in Manufacturing Example 1, except that ethanol was used instead of ultrapure water as the solvent after using a pressure reducing filter.

비교 제조예 1Comparative manufacturing example 1

감압필터 사용 이후의 용매로 초순수 대신 아세톤을 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 박테리아 셀룰로오스 슬러리를 제조하였다.A bacterial cellulose slurry was prepared using the same method as in Manufacturing Example 1, except that acetone was used instead of ultrapure water as the solvent after using a pressure reducing filter.

비교 제조예 2Comparative manufacturing example 2

감압필터 사용 이후의 용매로 초순수 대신 DMSO(dimethyl sulfoxide)를 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 박테리아 셀룰로오스 슬러리를 제조하였다.A bacterial cellulose slurry was prepared using the same method as in Manufacturing Example 1, except that dimethyl sulfoxide (DMSO) was used instead of ultrapure water as the solvent after using a pressure reducing filter.

비교 제조예 3Comparative manufacturing example 3

감압필터 사용 이후의 용매로 초순수 대신 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)를 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 박테리아 셀룰로오스 슬러리를 제조하였다.A bacterial cellulose slurry was prepared using the same method as in Manufacturing Example 1, except that NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) was used instead of ultrapure water as the solvent after using a pressure reducing filter.

실시예 1Example 1

초순수에 박테리아 셀룰로오스 시트를 0.4 내지 0.8 wt%가 되도록 넣고 믹서를 이용해 갈아준 뒤 filtaration으로 탈수하고 용매인 에탄올에 충분히 교반하는 작업을 3회 반복하여 2 wt%의 박테리아 셀룰로오스 슬러리를 제조하였다.Bacterial cellulose sheets were added to ultrapure water at 0.4 to 0.8 wt%, ground using a mixer, dehydrated by filtration, and stirred sufficiently in ethanol as a solvent. This process was repeated three times to produce a 2 wt% bacterial cellulose slurry.

폴리비닐부티랄(PVB)을 용매인 에탄올에 대해 8 wt%로 분산시키고, 박테리아 셀룰로오스의 함량이 PVB 대비 0.1 wt%가 되도록 상기 슬러리를 추가한 뒤 약 1 시간 동안 약 40 ℃의 온도에서 교반하여, 방사액을 준비하였다. Polyvinyl butyral (PVB) was dispersed in ethanol as a solvent at 8 wt%, and the slurry was added so that the content of bacterial cellulose was 0.1 wt% relative to PVB, and stirred at a temperature of about 40°C for about 1 hour to prepare a spinning solution.

전기 방사를 위한 장치로는, NanoNC社의 flat collector 전기방사 장치를 사용하여, 나노 섬유 부직포 층을 제조하였다. 방사 조건은 다음과 같다. As a device for electrospinning, a flat collector electrospinning device from NanoNC was used to produce a nanofiber nonwoven layer. The spinning conditions were as follows.

노즐: single metal nozzle(18 gauge); 방사 속도: 0.03 ml/min; 방사 거리: 25 cm; 전압: 20 kV; 방사 시간: 30 minNozzle: single metal nozzle(18 gauge); Radiation speed: 0.03 ml/min; Radiation distance: 25 cm; Voltage: 20 kV; Radiation time: 30 min

실시예 2Example 2

박테리아 셀룰로오스의 함량이 PVB 대비 5 wt%가 되도록 상기 슬러리를 추가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 섬유 부직포 층을 제조하였다.A nanofiber nonwoven layer was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the slurry was added so that the content of bacterial cellulose was 5 wt% relative to PVB.

실시예 3Example 3

박테리아 셀룰로오스의 함량이 PVB 대비 10 wt%가 되도록 상기 슬러리를 추가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 섬유 부직포 층을 제조하였다.A nanofiber nonwoven layer was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the slurry was added so that the content of bacterial cellulose was 10 wt% relative to PVB.

비교예 1Comparative Example 1

박테리아 셀룰로오스 슬러리를 추가하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 섬유 부직포 층을 제조하였다.A nanofiber nonwoven layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the bacterial cellulose slurry was not added.

실험예Experimental example

(1) 용매에 따른 박테리아 셀룰로오스 분산 비교(1) Comparison of bacterial cellulose dispersion according to solvent

상기 제조예 및 비교 제조예에서 제조된 박테리아 셀룰로오스 슬러리의 분산 정도를 비교하여 각 슬러리를 촬영한 결과를 도 1에 도시하였다.The degree of dispersion of the bacterial cellulose slurries manufactured in the above manufacturing examples and comparative manufacturing examples was compared, and the results of photographing each slurry are shown in Figure 1.

도 1은, 제조예 및 비교 제조예에서 제조한 각 슬러리를 제조예 1, 제조예 2, 비교 제조예 1, 비교 제조예 2 및 비교 제조예 3의 순서로 세워 관찰한 이미지이다.Figure 1 is an image of the slurries manufactured in each of the Manufacturing Examples and Comparative Manufacturing Examples, observed in the order of Manufacturing Example 1, Manufacturing Example 2, Comparative Manufacturing Example 1, Comparative Manufacturing Example 2, and Comparative Manufacturing Example 3.

도 1을 참고하면, 박테리아 셀룰로오스는 물에서 가장 용이하게 분산되며, 에탄올에서도 물과 유사한 수준으로 분산됨을 확인할 수 있었다. 반면, 아세톤의 경우 시간이 지남에 따라 박테리아 셀룰로오스와 아세톤이 층 분리(동그라미 표시)되어, 셀룰로오스가 침전되고, DMSO와 NMP의 경우 물과 비교했을 때 어느 정도 분산은 되지만, 분산되지 않고 덩어리 지는 박테리아 셀룰로오스(동그라미 표시)가 있음을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 1, it was confirmed that bacterial cellulose was most easily dispersed in water, and that it was dispersed at a similar level in ethanol as in water. On the other hand, in the case of acetone, bacterial cellulose and acetone separated into layers (circled) over time, causing cellulose to precipitate, and in the case of DMSO and NMP, it was confirmed that bacterial cellulose was dispersed to some extent compared to water, but was not dispersed and formed lumps (circled).

상기 결과로부터, 아세톤, DMSO, 또는 NMP 등의 용매의 경우, 박테리아 셀룰로오스가 비교적 분산이 어려우므로 본 발명의 용매로는 적절하지 않음을 알 수 있고, 이를 근거로 상기의 용매에 용해되는 PTFE, PVDF, PET 등의 수지 또한 본 발명의 고분자 바인더로 사용되기 어려움을 유추할 수 있다.From the above results, it can be seen that in the case of solvents such as acetone, DMSO, or NMP, bacterial cellulose is relatively difficult to disperse and thus is not suitable as a solvent for the present invention. Based on this, it can be inferred that resins such as PTFE, PVDF, and PET that dissolve in the above solvents are also difficult to use as a polymer binder for the present invention.

(2) 나노 섬유 부직포 층의 외관 관찰(2) Observation of the appearance of the nanofiber nonwoven layer

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 나노 섬유 부직포 층을 SEM으로 관찰하였다.The nanofiber nonwoven fabric layers manufactured in the above examples and comparative examples were observed using SEM.

도 2는 실시예 1에서 제조한 나노 섬유 부직포 층에 대한 SEM 이미지이고, 도 3은 실시예 2에서 제조한 나노 섬유 부직포 층에 대한 SEM 이미지이고, 도 4는 실시예 3에서 제조한 나노 섬유 부직포 층에 대한 SEM 이미지이고, 도 5는 비교예 1에서 제조한 나노 섬유 부직포 층에 대한 SEM 이미지이다.FIG. 2 is an SEM image of a nanofiber nonwoven layer manufactured in Example 1, FIG. 3 is an SEM image of a nanofiber nonwoven layer manufactured in Example 2, FIG. 4 is an SEM image of a nanofiber nonwoven layer manufactured in Example 3, and FIG. 5 is an SEM image of a nanofiber nonwoven layer manufactured in Comparative Example 1.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 상대적으로 굵은 PVB 섬유 사이의 공간을 직경이 작은 박테리아 셀룰로오스가 연결하며 망상 구조를 형성하고 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 2 to 4, it can be confirmed that the spaces between relatively thick PVB fibers are connected by small-diameter bacterial cellulose, forming a network structure.

반면, 도 5의 경우, 박테리아 셀룰로오스가 포함되지 않은 방사액을 전기 방사한 비교예 1의 나노 섬유 부직포 층으로, 망상구조를 형성하지 않았다.On the other hand, in the case of Fig. 5, the nanofiber nonwoven layer of Comparative Example 1, which was electrospun using a spinning solution that did not contain bacterial cellulose, did not form a network structure.

도 2 내지 도 5에서 크기 비교를 위해 표시된 하얀 막대의 길이가 1 μm임을 고려할 때, PVB 섬유의 직경은 수백 nm이고, 박테리아 셀룰로오스의 직경은 수십 nm임을 알 수 있다.Considering that the length of the white bar shown for size comparison in FIGS. 2 to 5 is 1 μm, it can be seen that the diameter of the PVB fiber is several hundred nm, and the diameter of the bacterial cellulose is several tens nm.

Claims (9)

고분자 바인더 및 박테리아 셀룰로오스(Bacteria cellulose)를 포함하고,
상기 고분자 바인더는 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)을 포함하고,
상기 박테리아 셀룰로오스는 상기 고분자 바인더 총 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 20 중량부인,
나노 섬유.
Containing a polymer binder and bacterial cellulose,
The above polymer binder contains polyvinyl butyral,
The bacterial cellulose is present in an amount of 0.1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer binder.
Nano fibers.
제1항에 있어서,
상기 나노 섬유는 상대적으로 굵은 고분자 나노 섬유인 고분자 바인더 사이에 상대적으로 가는 박테리아 셀룰로오스가 연결되는 망상(netting) 구조인,
나노 섬유.
In the first paragraph,
The above nanofibers are a netting structure in which relatively thin bacterial cellulose is connected between relatively thick polymer nanofibers, which are polymer binders.
Nano fibers.
삭제delete 고분자 바인더, 박테리아 셀룰로오스 및 용매를 포함하는, 방사액을 준비하는 단계,
전기 방사에 의해 상기 방사액을 방사하는 단계 및
상기 방사액 중 용매를 제거하는 단계를 포함하고,
상기 고분자 바인더는 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)을 포함하는,
제1항의 나노 섬유의 제조 방법.
A step of preparing a spinning solution comprising a polymer binder, bacterial cellulose and a solvent;
A step of radiating the above-mentioned radiation solution by electrospinning, and
Comprising a step of removing the solvent from the above-mentioned radiation solution,
The above polymer binder comprises polyvinyl butyral.
A method for producing nanofibers of the first paragraph.
제4항에 있어서,
상기 고분자 바인더는 상기 용매 총 100 중량부에 대하여, 5 내지 15 중량부인,
나노 섬유의 제조 방법.
In paragraph 4,
The polymer binder is present in an amount of 5 to 15 parts by weight relative to 100 parts by weight of the total solvent.
Method for producing nanofibers.
제4항에 있어서,
상기 박테리아 셀룰로오스는 상기 고분자 바인더 총 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 20 중량부인,
나노 섬유의 제조 방법.
In paragraph 4,
The bacterial cellulose is present in an amount of 0.1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer binder.
Method for producing nanofibers.
제4항에 있어서,
상기 용매는 물 또는 에탄올인,
나노 섬유의 제조 방법.
In paragraph 4,
The above solvent is water or ethanol,
Method for producing nanofibers.
제4항에 있어서,
상기 방사액을 준비하는 단계는 상기 박테리아 셀룰로오스를 갈아서 준비하는 단계를 포함하는,
나노 섬유의 제조 방법.
In paragraph 4,
The step of preparing the above-mentioned radiation solution includes the step of grinding and preparing the above-mentioned bacterial cellulose.
Method for producing nanofibers.
제1항의 나노 섬유가 포함된 부직포 층을 포함하는,
에어 필터.
Comprising a nonwoven layer containing the nano fibers of the first clause,
Air filter.
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