[发明专利]利用电纺纳米纤维网的液体过滤器用过滤材料及其制造方法以及利用其的液体过滤器

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体过滤器用过滤材料，尤其涉及利用纳米纤维网的液体过滤器用过滤材料及其制造方法以及利用其的液体过滤器，把经气流电纺丝(AES:Air-electrospinning)的具有三维微细气孔的多层结构的纳米纤维网用作薄膜，耐久性好，因毛细现象，不仅能够应用于亲水性树脂，还能够应用于疏水性树脂。

背景技术

最近，随着薄膜(membrane)制造技术及应用技术飞跃性发展，在诸如去除液体中的污染物质或有用物质的分离、浓缩及回收领域的液体处理领域，薄膜技术正在被广泛使用。

由于由薄膜孔隙大小决定的既定性能和稳定性及缘于自动化的便利性、简洁系统，原有的技术正在被薄膜技术所取代。

作为原有用于液体过滤器的薄膜，有多孔(porous)薄膜与压光(calendered)无纺布(nonwovens)。

以高分子材料为例，多孔薄膜是使用PTFE系、尼龙、聚砜等形成膜后，以化学的、物理的方法形成气孔的薄膜。此时的气孔结构形成具有二维形状的封闭的气孔结构(closed pore structure)，因而过滤效率低。

另外，以往，在使用诸如PTFE的疏水性高分子的情况下，气孔结构形成具有二维形状的封闭的气孔结构，液体不能顺利通过，因此用作需要加压的过滤器，被指责存在能源费用高、过滤器更换频繁、通水量低的问题。

而且，这种多孔薄膜根据素材，过滤材料的厚度为100μm，从而厚度过厚，重量过重。因此，存在难以弯曲多孔薄膜过滤材料，向过滤器内置入大量褶数的问题。

另一方面，压光无纺布作为高分子材料，例如，将聚丙烯通过熔喷(melt-blown)纺丝形成纤维，但大小以微米单位，因而无法具有极微细气孔，纤维也无法均匀分布，因而气孔不均匀，污染物质通过大的气孔集中泄漏，过滤效率低。

另外，压光无纺布平均气孔大小为5~20μm，为了把过滤器的平均气孔减小至3μm以下，应执行过度的压光。但过度的压光会堵塞气孔，造成孔隙率减小，因此，如果把压光无纺布用作液体处理用过滤器，则过滤压力高，气孔堵塞快，对过滤器寿命造成问题。

因此，即使利用原有薄膜技术制作液体处理模块，由于薄膜堵塞现象，阻碍液体流动，存在运转压力上升的问题。

这种堵塞现象在高浓度流体中特别严重，对于高浓度高浊度流体，不能应用薄膜技术，气孔逐渐张开，存在耐久性下降的问题。

因此，急需开发一种高寿命及高效率的薄膜，作为微细气孔结构的薄膜，具有由孔隙大小决定的既定过滤性能和稳定性，以便能够用于液体处理用。

另一方面，韩国公开专利公报第2008-60263提出一种过滤介质，包括1个以上具有约不足1μm的平均纤维直径的聚合物纳米纤维的纳米纤维层，平均流动孔隙大小约为0.5μm至5.0μm，固形物含量约15体积%至约90体积%，在10psi(69kPa)的差动压力下，通过介质的水的流动速度超过约0.055L/分/cm²。

所述公开专利公报第2008-60263号提出的过滤介质的制造方法的特征在于：包括1个以上的纺丝箱，纺丝箱包括纺丝喷嘴、吹丝气体注入喷嘴及收集器，使用在纺丝箱与收集器之间保持高电场的微细纤维纺丝装置，在使聚合物溶液从纺丝喷嘴压缩排出的同时，一同吹出从气体注入喷嘴排出的吹丝气体，形成纳米纤维的纤维质网，使形成的纤维质网向单一纺丝箱下方的单一通道移动，收集于收集装置上。

另外，所述公开专利公报第2008-60263号中，示出了使用在甲酸中含有24重量%的尼龙的溶液作为聚合物溶液，利用电吹制纺丝或电吹制方法纺制纳米纤维，形成网。

但是，在所述公开专利公报第2008-60263号中，形成纳米纤维的纤维质网的方法，不能称之为使用了多孔纺丝组件的制造技术。另外，为了提高生产率，借助于使用在多行和列上具备多个纺丝喷嘴、每个喷嘴均进行气流纺丝的多孔纺丝组件的空气喷射电纺装置，利用气流电纺(AES:Air-electrospinning)方法制造纳米纤维网，此时，包含24重量%的高分子的纺丝溶液因粘度上升，在溶液表面发生固化，难以长时间纺丝，同时，纤维直径增加，发生无法制造微米以下大小的纤维状的问题。

而且，借助于电纺丝而获得的超极细纤维网在压光之前，如果不经过适当调节网表面残存溶剂与水份的量的预处理工序，那么，在气孔增加的同时，网的强度减弱，或者当溶剂挥发过慢时，可能发生网融化的现象。

发明内容

技术课题