[发明专利]三维高分子纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开一维高分子纳米纤维以准整齐排列的栅格形状正交层叠而气孔分布及气孔大小得到控制的三维高分子纳米纤维膜及其的制备方法。利用电纺丝方式的图案形成装置可形成可调节气孔大小及气孔度的三维高分子纳米纤维膜，上述电纺丝方式的图案形成装置包括：双重绝缘块，可通过对电场进行变形，来使纳米纤维向特定方向准整齐排列；以及集电体，可旋转90°。此外，通过功能性表面涂敷赋予多种特性，可使用于空气过滤器、分离膜、水处理过滤器、细胞培养膜等。

技术领域

本发明涉及一种一维结构的高分子纳米纤维(1D Polymer Nanofibers)以准整齐排列(Quasi-aligned)的栅格(Grid)形状正交层叠而成(Cross-Laminated)的三维高分子纳米纤维膜的制备方法，更详细地涉及三维结构的高分子纳米纤维膜(3D PolymerNanofibers Membrane)及其制备方法，在上述三维结构的高分子纳米纤维膜中，一维高分子纳米纤维以正交或平行的方式整齐排列而层叠为栅格形状，气孔的分布及大小得到控制。

背景技术

过去数十年，过滤、分离用膜在汽车、航空航天、新材料产业等的最尖端领域及化学、食品、医疗等的传统领域中起到非常重要的作用。在全世界上，纤维膜产业在非服装类用纤维产业领域中每年持续增长两位数以上，最近，由于细颗粒物的危险性大大地突出，因此预计环境产业用过滤器市场将急剧增长。

但是，当前与作为纤维膜的主原料的无纺布(不织布)和构成无纺布的纤维原材料相关的本身的源头技术均处于海外独占的情况，尤其是处于美国独占世界市场的状况，现状是，韩国国内技术力的不足，而要从海外进口对膜的性能起到最重要的作用的无纺布再通过简单加工来制备过滤器单元。与无纺布的加工/分析/设计、细颗粒物的行为相关的研究直接关系到膜的性能，因此处于迫切需要与此相关的研究的状况。

最近，随着将纳米纤维适用于膜的实例的增加，正活跃地进行对通过电纺丝工序的纳米纤维制备的研究开发。1795年博斯(Bose)发现，若向结在毛细管端部的水珠赋予高压，则在表面张力的作用下会从水珠表面放出微细丝(filament)的静电喷射现象，电纺丝是以上述发现为起点在向具有粘度的高分子溶液或熔融体施加静电力的情况下形成纤维的现象。电纺丝技术是资本密集型的，与用于批量生产的现有的纤维生产系统相比，初期设施投资少，更经济，可大量制备纳米纤维，因此当前从纤维、化学、材料乃至生命科学正在多样地进行研究。通过电纺丝可制备数十纳米至数微米的各种高分子的纤维，尤其是，可以以有效的方法以非常均匀且具有高的纵横比(aspect ratio)的方式制备直径为数十至数百纳米的高分子纳米纤维。例如，针对于1g的聚乙烯，可通过电纺丝制备长度为130000km且直径为100nm的均匀的纳米纤维。此外，可通过混合两种以上的高分子来实现纺丝，根据情况还可制备具有核-壳(core-shell)结构的纳米纤维，从而还可制备一同具有互不相同的高分子特征的纳米纤维。最近，还报告如下事例：通过这种电纺丝取得的纳米纤维作为二次电池分离膜、化学以及生物传感器及高性能过滤器的主材料成功地进行了商业化。但是，现有的利用电纺丝制备而成的纳米纤维垫因为纳米纤维是随机分布的，所以呈现非常多样的大小的气孔分布。这是因为若结在毛细管端部的高分子溶液在重力和表面张力之间得到平衡来形成半球形液滴的状态下，继续施加规定强度以上的的电场，则克服表面张力，带电的高分子溶液的射流从泰勒锥放出，且此时随机排列于集电体上部。但是，在产业上控制气孔分布及大小是非常重要的，尤其是在精密过滤膜、过滤器等中必需的技术。因此，需要开发可对以非常有效的方法可批量生产纳米纤维的电纺丝的优点和可控制气孔分布及大小的技术进行复合化的新的工序。

发明内容

(发明所要解决的问题)

本发明的实施例涉及一维结构的高分子纳米纤维以准整齐排列的栅格形状正交层叠而成的三维高分子纳米纤维膜的制备方法，提供一种通过简单且可实现大面积生产的工序，使一维高分子纳米纤维正交而层叠为栅格形状而气孔分布及气孔大小得到控制的三维结构的高分子纳米纤维膜及其制备方法。

(解决问题所采用的措施)