나노섬유응용분야별소재차별성 탄소 융복합기술개발팀 1
기능성의류 ( 고어텍스 ) 에어필터 Nanofiber Membrane Technology 바이오 / 메디칼 액체필터 2 차전지분리막 2
Functional Textile Worldwide Functional Material Domestic Functional Material Medicine/Medical Worldwide 2015/$B 2 0.06 2017/$B Nanofiber Membrane Air Filtration Worldwide 2015/$B USA 12.5 Worldwide 60 Medium Filter Media 1.5 Energy Materials Porous Materials 1 Liquid Filtration Worldwide Battery 40 2015/$B Worldwide 2016/$B Separator 2 Filter Media 2.5 3
광범위한적용분야 자동차필터류 일차전지분리막 프리프레그 PCB 충진재 디젤연료필터 Nanofiber Membrane Technology 연료전지분리막 전열교환소재 디젤분진필터 흡음재 Summer Winter 4
소재차별성 - 에어필터 중요기능 정전MB Glass Fiber 다공성필름 나노섬유 특성 ( 효율 / 차압 ) 인체 / 환경안전성 X 신뢰성 ( 수명 ) X 기술차별성 X 국내생산 X X 경제성 ( 가격 ) X 나노섬유의필요성 1 환경오염및온난화이슈등고효율 / 저차압필터미디어요구 2 인체 / 환경에유해한유리섬유 (Glass Fiber) 법적사용규제 3 필터성능테스트및품질기준강화 (EN779, EN1822) 로정전 MB 감소 4 미세다공성소재에대한관심고조 5
Nanofiber Use 6
나노섬유적용에어필터 지지체층 지지체층 Melt Blown 층 나노섬유적용 Melt Blown 층 지지체층 나노섬유층 지지체층 Nanofiber benefits Submicron fibers significantly improve air filtration efficiency of media and filters. The submicron fiber range provides better filter efficiency in the interception and inertial impaction regimes. A wide range of design parameters allow media design experts to optimize the interaction between flow, efficiency and filter life. 7
0.3µm 필터효율 (%) 차압 (mmh2o) 100.0 15 + Melt Blown 층 나노섬유층 지지체층 0.0 0 Melt Blown 적용평량 (g/m2) Melt Blown 적용평량 (g/m2) TSI 3160 BS EN 1822-3(Testing flat sheet filter media) 32 L/min, 0.3µm NaCl 8
0.3µm FE. (%) 저차압에어필터미디어구현 100.0 90.0 80.0 70.0 A 사 : 90%/1.1 mmh 2 O Glass Fiber : 90%/1.5mmH2O 다공성필름 (PTFE) : 90%/5mmH2O 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 TSI 3160 BS EN 1822-3(Testing flat sheet filter media) Sample size; 100 cm 2 32 L/min, 5.3 cm/sec, 0.3µm NaCl Nanofiber 평량 (g/m 2 ) 9
신뢰할수있는안면마스크구현 Sample BS EN 143;2000, Paraffin(0.4µm) 30 L/min 95 L/min Resistance (mmh2o) Efficiency (%) Conventional A 3.7 82.0 Conventional B 2.3 74.5 국내 A 사 * 2.3 90.3 * 나노섬유 ( g/m2) + Melt Blown 부직포 ( g/m2) 기존제품 나노섬유적용제품 제품형태 3 층구조, 바깥층 / 중간층 ( 필터성능 )/ 내층 중간층구성 필터성능 정전처리된 Melt blown 부직포, 40 g/m 2 이상외부환경변화에의해정전기능상실시필터성능감소 나노섬유 + 부직포 (40 g/m 2 이하 ) 외부환경변화에도균일한필터성능발현 10
필터미디어 - 시장가격 구분 평량 (g/m 2 ) 두께 (µm) 필터효율 (%) 가격 (KRW/m 2 ) 비고 MB - 40 320 40 280 기존품 합성소재부직포 정전 MB - 40 320 90 750 Glass Fiber - 70 420 90 700 정전기능상실시효율감소 인체유해 Boron Gas 발생 다공성필름 PTFE - 5 10 90 5,800 고가, 높은차압 MB Nanofiber 개발품 Multi Layer 기존품단점극복, 고효율 / 저차압 - Nanofiber 11
Reference 마스크필터미디어가격 glade 업체명 MB 필터미디어 단가 ( 원 /g) 단가 ( 원 /m2) KF 80 (or 방진 2급 ) KF 94 (or 방진 1급 ) W 사 15 W 사 18.5 450 (30 gsm 적용 ) 750 (40 gsm 적용 ) KF 94 (or 방진 1 급 ) Nanofiber 출처 ; W 사내부자료 glade 업체명판매가격 ( 원 / 개당 ) 판매가격 ( 원 /m2) KF 80 (or 방진 2 급 ) KF 94 (or 방진 1 급 ) Y 사 1,250 6,250 3,000 15,000 KF 80 (or 방진 2 급 ) KF 94 (or 방진 1 급 ) 3 사 600 3,000 1,100 5,500 12
소재차별성 - 액체필터 중요기능 MB Glass Fiber 다공성필름 나노섬유 특성 ( 효율 / 차압 ) 인체 / 환경안전성 X 신뢰성 ( 수명 ) X 기술차별성 X 국내생산 X X 경제성 ( 가격 ) X 나노섬유의필요성 1 고효율 / 저차압 ( 고유량 )-> 높은성능소재 2 긴수명, 운전비용절감 -> 비용절감소재 3 외부환경변화에도성능유지 -> 내구성, 신뢰성의소재 4 기술의차별화, 기존소재와용이한복합 -> 차별성, 독점성 13
Nanofiber Use 14
액체필터소재 - 기공크기조절 MP 3.2 BP 4.5 MP 1.5 BP 2.6 MP 1.0 BP 1.2 MP 0.7 BP 0.7 15
소재차별성 - 아웃도어의류 중요기능 코팅 다공성필름 나노섬유 특성 ( 투습성 / 내수압 ) X X 인체 / 환경안전성 신뢰성 ( 수명 ) 기술차별성 X 국내생산 X 경제성 ( 가격 ) 나노섬유의필요성 1 가격경쟁력이있는소재 2 적용분야에따른다양한성능구현이가능한소재 3 기존소재와복합화가용이한소재 4 기능성을겸비한패션아이템의요구에부합하는소재 16
Nanofiber Use 17
투습도 (g/m2 day) 내수압 (mmh2o) 나노섬유적용아웃도어의류 Woven Adhesive Woven Nanofiber Membrane Adhesive, Woven Coating Nanofiber Membrane Adhesive, Woven Product 80,000 ---; 투습도곡선 8,000 70,000 ; 내수압곡선 7,000 60,000, ; 코팅원단, ; 나노섬유웹적용원단 6,000 50,000 5,000 40,000 4,000 30,000 20,000 10,000 0 3,000 2,000 1,000 0 기공크기조절투습도 / 내수압조절세탁견뢰도조절마찰강도조절접착강도조절 코팅양 (g/m2) 18
아웃도어의류원단 - 시장가격 투습방수원단 흡한속건원단 구분 겉감 / 안감 겉감 / 안감 겉감 / 안감 PTFE 다공성필름 / GORE TEX (5,000 원 /m 2 ) TPU 다공성필름 (1,000원/m 2 ) 코팅 (PU 수지 )+ 불소계발수발유제 (1,000 원 /m 2 ) 내수압 (mmh 2 O) 10,000 10,000 겉감 / 안감 Nanofiber 10,000 기능성원사원단 + 불소계발수발유제 겉감 / 안감 Nanofiber 2,000 요구특성 투습도 (g/m 2 day) 가격 (KRW/m 2 ) 3,000 9,000 5,000 10,000 비고 기존 8,000 - 없음 3,000 5,000 5,000 6,000 기존 8,000 - 없음 5,000 이하 8,000 이상 5,000 ~ 6,000 3,000 5,000 8,000 기존 신제품 500 10,000 - 기존 10,000 12,000 기술 / 용도차별 * 생활방수요구내수압 : 500 ~ 2,000 mmh 2 O( 우산 ) 19
소재차별성 - 일차전지분리막 기존 New separator 나노섬유적용 부직포 type ( 두께 ; 75~100μm) 2 장사용 부직포 / 나노섬유 ( 두께 ; 90~100μm) 1 장사용 Higher Energy density, higher power density, longer life batteries with thinner, lower resistance Reduction in thickness higher energy density and/or power density [ 획기적개선 ] Lower resistance - higher power [ 획기적개선 ] Better barrier properties longer life [ 획기적개선 ] Increased chemical stability longer life and performance [ 기존특성유지 ] Better dimensional stability [ 기존특성유지 ] Better wicking properties aids in manufacturing [ 기존특성유지 ] Better wettability aids in manufacturing [ 기존특성유지 ] 20
Duracell 13.3% MarKet Leaders 32.9% Energizer 9.3% Rayovac 3.6% VARTA 2.5% Matsushita 2.4% Sanyo 1.8% Primary Competitors 출처 : Freedonia, Worldwide Batteries, Report, 2002 Separator Manufacturer Global Market Share Products/Services Route to Market Hollingsworth & Vose 30% PVA/Rayon Wetlaid, Cellophane laminates Direct NKK (Nippon Kodoshi Co.) 30% PVA/Rayon Wetlaid Direct Freudenberg 15% PVA/Rayon Wetlaid Direct Others & Nonidentified 25% PVA/Rayon Wetlaid Direct 21
나노섬유적용고성능일차전지구현 22
소재차별성 - 이차전지분리막 기존분리막 낮은내열성및장기사용시화학적안정성이취약 전해액보액특성과투기도낮음 Nanofiber 섬유직경이 submicron 인미세섬유집합체 생산두께 ( 수 μm~) 에제약이없음 기존분리막 / 유무기코팅 미세기공크기로코팅양에제한이있어, 내열성, 화학안정성, 전해액보액특성및투기도향상에제약 산업용부직포 / 유무기코팅 해결방안 소재선택에의한내열성, 화학안정성향상 작은기공크기 ( 수 μm), 높은기공도 (60%~) 높은투기도및비표면적이큼 Nanofiber/ 유무기코팅 코팅양에제한이없어다양한기능성부여 내열성향상 소재선택에의한내열성및화학적안정성향상 높은기공도로전해액보액특성향상 기공크기 ( 수십 μm) 및부직포두께가커서코팅양에제한이있어미세기공구현이어려움 높은보액특성, 투기도유지 미세기공 (~ 1 μm) 구현 얇은분리막두께 (~20 μm) 구현 화학안정성유지, 이온전도성향상 23
29% 22% 산요전기 삼성 SDI 7% 8% 15% 19% 소니에너지 LG화학 BYD 기타 24
고내열성이차전지분리막구현 나노섬유와 PE 멤브레인복합분리막들의물성비교 점검항목 열수축률 (150 도 /1hr, %) Instron (Kgf/cm2) 뚫림강도 (gf/mm2) 기공크기 (μm) 전해액흡수도 (wt%) 두께 (μm) Gurley number (sec/100ml) PE 멤브레인적용 PE 멤브레인 91 ~1,500 ~13,000 0.1 67 16 220 PE 멤브레인 /(PVDF-12HFP) 코팅 82 ~1,200 ~12,000-120 20 520 PE 멤브레인 /( 유 / 무기,2/8) 코팅 50 ~1,200 ~12,000-92 20 280 나노섬유적용 5 300 1,000 1.0 200 20 150 In-Line 제조공정가능 Lower Cost of Manufacturing 25
Voltage profile Nanofiber Celgard 상용 LIB 분리막 26