JP2008540868A - Filament bundle nano-long fibers and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
本発明は、2種以上の高分子ブレンドまたは共重合体を溶媒に溶解させて製造された紡糸溶液、または前記高分子を溶融させて製造された紡糸溶融体が、臨界電圧の印加された紡糸ノズルから液滴として電気紡糸され、前記紡糸される液滴が、板状及びロール状から選択された単独またはこれらの組み合わせの形状からなる多重コレクター上に連続的に捕集されて製造された、フィラメント束状のナノサイズの長繊維及びその製造方法を開示する。本発明のフィラメント束状のナノサイズの長繊維は、電気紡糸過程で一工程によって糸の形に製造されることにより、従来のナノ繊維不織布より機械的物性が向上し、その結果その活用範囲を拡大して応用することができる。 The present invention relates to a spinning solution produced by dissolving two or more kinds of polymer blends or copolymers in a solvent, or a spinning melt produced by melting the polymer. Electrospun as droplets from a nozzle, the droplets to be spun were produced by continuously collecting on a multiple collector consisting of a single shape or a combination of these selected from a plate shape and a roll shape, Disclosed is a filament bundle of nano-sized long fibers and a method for producing the same. The filament bundle-like nano-sized long fibers of the present invention are manufactured in the form of yarns in one step during the electrospinning process, thereby improving the mechanical properties compared to conventional nanofiber nonwoven fabrics. Can be expanded and applied.
Description
〔技術分野〕
本発明は、フィラメント束状のナノサイズの長繊維及びその製造方法に係り、より具体的には、2種以上の高分子ブレンドまたは共重合体を溶媒に溶解させて製造された紡糸溶液、または前記高分子を溶融させて製造された紡糸溶融体が、臨界電圧の印加された紡糸ノズルから液滴として電気紡糸され、前記紡糸される液滴が、板状及びロール状から選択された単独またはこれらの組み合わせの形状からなる多重コレクター上に連続的に捕集されて製造されたものであって、改善された電気紡糸法を用いたフィラメント束状のナノサイズの長繊維及びその製造方法に関する。
〔Technical field〕
The present invention relates to a filament bundle of nano-sized long fibers and a method for producing the same, and more specifically, a spinning solution produced by dissolving two or more polymer blends or copolymers in a solvent, or A spinning melt produced by melting the polymer is electrospun as a droplet from a spinning nozzle to which a critical voltage is applied, and the spun droplet is selected from a plate shape and a roll shape alone or The present invention relates to a filament bundle-like nano-sized long fiber that is continuously collected on a multi-collector having a shape of these combinations and is manufactured using an improved electrospinning method and a method for manufacturing the same.
〔背景技術〕
ナノ繊維は、繊維直径1〜1000nmの超極細繊維であって、既存の繊維では得られない種々の物性を提供する。ナノ繊維からなるウェブは、多孔性を持つ分離膜型素材であって、各種フィルター類、傷治療用ドレッシング、人工支持体生化学武器防御用衣服、2次電池用隔離膜、ナノ複合体などの様々な分野で非常に有用に使用できる。
[Background Technology]
Nanofibers are ultrafine fibers having a fiber diameter of 1 to 1000 nm and provide various physical properties that cannot be obtained with existing fibers. Nanofiber webs are porous separation membrane materials, such as various filters, wound dressings, artificial support biochemical weapon defense clothing, secondary battery separator membranes, nanocomposites, etc. It can be used very usefully in various fields.
ナノ繊維を製造する公知の方法としては、繊維原料溶液を荷電状態で紡糸して微細直径の繊維を製造する電気紡糸(エレクトロスピニング)法が代表的である。電気紡糸法を用いてナノ繊維を製造した例としては、韓国公開特許第2000−11018号、同第2003−3925号、同第2003−77384号及び米国特許第6,183,670号などの多数が公知になっている。ところが、公知の電気紡糸法によって製造されたナノ繊維は、不織布状に限定される。これについて、Doshi等は、一般に、従来の電気紡糸法における、紡糸ノズルの先端(tip)に生成された高分子溶液の液滴が高電圧印加の下に破裂しながらコレクター上に捕集されてナノ繊維が生成される過程で、ナノ繊維は、コレクター上に等方性配向ではなく異方性配向に集積されるため、ナノウェブ状、すなわち不織布状に生成されるからであるとその理由を説明している[Doshi and Reneker, "Electrospinning Process and Application", Journal of Electrostatics, 1995, 35, 151-160]。 A known method for producing nanofibers is typically an electrospinning method in which a fiber raw material solution is spun in a charged state to produce fine-diameter fibers. Examples of producing nanofibers using the electrospinning method include Korean published patents 2000-11018, 2003-3925, 2003-77384, and US Pat. No. 6,183,670. Is known. However, nanofibers produced by a known electrospinning method are limited to a nonwoven fabric. In this regard, Doshi et al. Generally collect droplets of a polymer solution generated at the tip of a spinning nozzle in a conventional electrospinning method while being collected on a collector while bursting under high voltage application. In the process of producing nanofibers, nanofibers are accumulated in an anisotropic orientation rather than an isotropic orientation on the collector. [Doshi and Reneker, "Electrospinning Process and Application", Journal of Electrostatics, 1995, 35, 151-160].
また、このような不織布状のナノ繊維は、単繊維からなるため、電気紡糸の際に紡糸ノズルの先端に生成された液滴が臨界電圧(Vc)の下でコレクターに向かって紡糸される過程で、コレクターに到達する前に単繊維同士が衝突し、その結果お互い干渉または結合して集塊になるという問題も指摘される。このため、韓国公開特許公報第2002−50381号では、紡糸溶液として、単一成分ではなくポリエチレンテレフタレートと共重合ポリエステルを用いて、従来の電気紡糸法によってナノ繊維を製造することを開示しているが、前記で製造されたナノ繊維も不織布状から逸脱していない。前記不織布状のナノ繊維は、機械的強度が非常に脆弱であり、特に不織布状のナノ繊維を撚って糸に製造する場合、製造の際に単繊維間を連結するための別途の連結繊維が必要であり、最終的に製造された糸が切れ易いという問題が誘発されるので、要求される様々な分野に適用するには改善が切実である。 In addition, since such a non-woven nanofiber is made of a single fiber, a process in which a droplet generated at the tip of a spinning nozzle during electrospinning is spun toward a collector under a critical voltage (Vc). In addition, it is pointed out that the single fibers collide before reaching the collector, and as a result, they interfere with each other or combine to form agglomerates. For this reason, Korean Published Patent Publication No. 2002-50381 discloses that nanofibers are produced by a conventional electrospinning method using polyethylene terephthalate and a copolyester as a spinning solution instead of a single component. However, the nanofibers produced above do not deviate from the nonwoven fabric. The non-woven nanofibers are very weak in mechanical strength. Particularly when the non-woven nanofibers are twisted to produce yarns, separate connecting fibers for connecting the single fibers during the production. Is necessary, and the problem that the finally manufactured yarn is likely to be broken is induced, so that improvement is urgently required for application to various required fields.
そこで、本発明者らは、より多様な分野に充足させることが可能なナノ繊維を得ようと努力した結果、従来の電気紡糸法における、紡糸ノズルの先端(tip)に生成された紡糸溶液の液滴が高電圧印加の下に破裂しながらコレクター上に捕集されてナノ繊維が生成される過程で、紡糸溶液を一つ以上の1次コレクター上に吐き出させてナノ繊維を生成させた後、1次コレクターに集積されたナノ繊維を2次コレクター上に再捕集して連続的に集積させることにより、従来のナノ繊維より機械的物性に優れた1〜15μmの直径を有するフィラメント束状のナノ繊維を連続的に製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。 Therefore, as a result of efforts to obtain nanofibers that can be satisfied in a wider variety of fields, the present inventors have obtained a solution of the spinning solution generated at the tip of the spinning nozzle in the conventional electrospinning method. In the process of droplets being collected on a collector while bursting under high voltage application to produce nanofibers, the spinning solution is spouted onto one or more primary collectors to produce nanofibers Filament bundles having a diameter of 1 to 15 μm, which has better mechanical properties than conventional nanofibers, by collecting nanofibers collected on the primary collector and collecting them continuously on the secondary collector. The present inventors have found that the nanofibers can be continuously produced and have completed the present invention.
〔発明の開示〕
〔技術的課題〕
本発明の目的は、フィラメント束状のナノサイズの長繊維を提供することにある。
[Disclosure of the Invention]
[Technical issues]
An object of the present invention is to provide nano-sized long fibers in the form of bundles of filaments.
本発明の他の目的は、紡糸溶液または紡糸溶融体を臨界電圧の印加された紡糸ノズルから液滴として電気紡糸し、前記紡糸される液滴を一つ以上の1次コレクター上に吐き出させてナノ繊維を生成させた後、1次コレクターに集積されたナノ繊維を2次コレクター上に再捕集して連続的に集積させるが、この際、少なくとも一つのコレクターが回転することを特徴とする、前記フィラメント束状のナノサイズの長繊維の製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to electrospin a spinning solution or spinning melt as droplets from a spinning nozzle to which a critical voltage is applied, and to discharge the spun droplets onto one or more primary collectors. After the nanofibers are generated, the nanofibers collected on the primary collector are recollected on the secondary collector and continuously collected. At this time, at least one collector rotates. Another object of the present invention is to provide a method for producing the filament bundle-like nano-sized long fibers.
本発明の別の目的は、電気紡糸に適した分子構造を設計し、或いは適切な分子構造を持つ化合物の最適の配合条件を提供することにより実現される前記フィラメント束状のナノサイズの長繊維の製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to design the molecular structure suitable for electrospinning, or to provide the optimum blending condition of the compound having the appropriate molecular structure, and the filament bundle-like nano-sized long fiber. It is in providing the manufacturing method of.
〔技術的解決方法〕
上記目的を達成するために、本発明は、2種以上の高分子ブレンドまたは共重合体を溶媒に溶解させて製造された紡糸溶液、または前記高分子を溶融させて製造された紡糸溶融体が、臨界電圧の印加された紡糸ノズルから液滴として電気紡糸され、前記紡糸される液滴が、板状及びロール状から選択された単独またはこれらの組み合わせの形状からなる多重コレクター上に連続的に捕集されて製造された、フィラメント束状のナノサイズの長繊維を提供する。
[Technical Solution]
In order to achieve the above object, the present invention provides a spinning solution produced by dissolving two or more polymer blends or copolymers in a solvent, or a spinning melt produced by melting the polymer. Electrospun as droplets from a spinning nozzle to which a critical voltage is applied, and the spun droplets are continuously formed on a multiple collector composed of a single shape or a combination thereof selected from a plate shape and a roll shape. The present invention provides nanofibers in the form of filament bundles that are collected and manufactured.
この際、高分子は、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、フッ化ビニリデン樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン及びポリエチレンオキシドよりなる群から選択された2種以上の組み合わせからなり、さらに好ましくは、モノアミン、ジアミン、トリアミン及びテトラアミンよりなる群から選択された1種以上のアミン基を含む。本発明で最も好ましい高分子は、ポリアミド−ポリイミド共重合体である。 In this case, the polymer is composed of a combination of two or more selected from the group consisting of polyimide, polyamide, polyethylene, polypropylene, polyester, vinylidene fluoride resin, polyacrylonitrile, polysulfone and polyethylene oxide, more preferably monoamine, It contains one or more amine groups selected from the group consisting of diamines, triamines and tetraamines. The most preferred polymer in the present invention is a polyamide-polyimide copolymer.
好ましい溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、2−ブトキシエタノール、ジメチルアセトアミド及びジメチルホルムアミドよりなる群から選択されたいずれか一つが使用される。 As a preferable solvent, any one selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, 2-butoxyethanol, dimethylacetamide and dimethylformamide is used.
また、本発明は、連続糸束に製造された1〜1000nmのナノサイズを持つ長繊維からなる、フィラメント束状の糸(filament yarn)を提供する。 The present invention also provides a filament yarn made of continuous fibers having a nano size of 1 to 1000 nm manufactured into a continuous yarn bundle.
本発明は、前記1〜1000nmのナノサイズを持つ長繊維の製造方法を提供する。より具体的には、本発明の製造方法では、1)2種以上の高分子ブレンドまたは共重合体10〜50重量%を溶媒に溶解させて製造された紡糸溶液、または前記高分子を溶融温度以上に加熱して溶融させて製造された紡糸溶融体を準備し、2)前記紡糸溶液または紡糸溶融体を、臨界電圧の印加された紡糸ノズルから液滴として電気紡糸し、3)前記紡糸される液滴を1次コレクター上に吐き出させてナノ繊維を生成させた後、1次コレクターに集積されたナノ繊維を2次コレクター上に再捕集して連続的に集積させるが、この際、前記少なくとも一つのコレクターが回転する。また、前記1次コレクター及び前記2次コレクター以外に、一つ以上のコレクターをさらに備えてもよい。 The present invention provides a method for producing a long fiber having a nanosize of 1 to 1000 nm. More specifically, in the production method of the present invention, 1) a spinning solution produced by dissolving 10 to 50% by weight of two or more polymer blends or copolymers in a solvent, or the polymer at a melting temperature A spinning melt produced by heating and melting as described above is prepared, 2) the spinning solution or spinning melt is electrospun as droplets from a spinning nozzle to which a critical voltage is applied, and 3) the spinning is performed. The nanofibers are ejected onto the primary collector to form nanofibers, and then the nanofibers collected on the primary collector are collected again on the secondary collector and continuously collected. The at least one collector rotates. In addition to the primary collector and the secondary collector, one or more collectors may be further provided.
1次コレクターは、電気伝導性の金属板または金属メッシュの材質であって、板状が好ましく、固定されるか1〜1000rpmで回転できる。2次コレクターは、静電気を発生させ得る材質のガラスまたはプラスチック類のチューブまたは棒、或いは前記材質でコートされたチューブまたは棒である。また、前記2次コレクターは、1〜100rpmで回転するロール状が好ましい。 The primary collector is made of an electrically conductive metal plate or metal mesh and is preferably plate-shaped and can be fixed or rotated at 1-1000 rpm. The secondary collector is a tube or rod made of glass or plastic made of a material capable of generating static electricity, or a tube or rod coated with the material. The secondary collector is preferably in the form of a roll that rotates at 1 to 100 rpm.
本発明の製造方法において、電気紡糸の際に、紡糸ノズルと1次コレクター間の距離は1〜50cmであり、1次コレクターと2次コレクター間の距離は1〜50cmであることが好ましい。 In the production method of the present invention, during electrospinning, the distance between the spinning nozzle and the primary collector is preferably 1 to 50 cm, and the distance between the primary collector and the secondary collector is preferably 1 to 50 cm.
〔有利な効果〕
上述したように、本発明に係る改善された電気紡糸法で製造されたフィラメント束状のナノサイズの長繊維は、従来のナノ繊維不織布より機械的物性が向上し、従来のミクロン直径の繊維を活用した全ての分野で代替使用が可能である。例えば、本発明の繊維は、第一に、腎臓透析や血液精製などの医療用フィルター及び遺伝子分離用各種メンブレイン補強材として有用であり、第二に、電気電子分野では超薄膜の補強板及び超薄型PCB基板の製造に有用であり、第三に、超小型超軽量飛行体または無人調整飛行ロボットに適用可能であり、第四に、光通信分野で光ケーブルの補強材として有用である。
[Advantageous effects]
As described above, the filament bundle-like nano-sized long fibers produced by the improved electrospinning method according to the present invention have improved mechanical properties compared to conventional nanofiber nonwoven fabrics, and the conventional micron-diameter fibers are Alternative use is possible in all utilized fields. For example, the fiber of the present invention is useful firstly as a medical filter for kidney dialysis and blood purification and various membrane reinforcing materials for gene separation, and secondly, in the electrical and electronic field, an ultra-thin reinforcing plate and It is useful for manufacturing an ultra-thin PCB substrate, and thirdly, it can be applied to an ultra-compact ultralight aircraft or an unmanned adjustment flying robot, and fourthly, it is useful as a reinforcing material for optical cables in the optical communication field.
〔発明を実施するための最善の形態〕
以下、本発明を詳細に説明する。
[Best Mode for Carrying Out the Invention]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明は、2種以上の高分子ブレンドまたは共重合体を溶媒に溶解させて製造された紡糸溶液、または前記高分子を溶融させて製造された紡糸溶融体が、臨界電圧の印加された紡糸ノズルから液滴として電気紡糸され、前記紡糸される液滴が、板状及びロール状から選択された単独またはこれらの組み合わせの形状からなる多重コレクター上に連続的に捕集されて製造された、フィラメント束状のナノサイズの長繊維を提供する。 The present invention relates to a spinning solution produced by dissolving two or more kinds of polymer blends or copolymers in a solvent, or a spinning melt produced by melting the polymer. Electrospun as droplets from a nozzle, the droplets to be spun were produced by continuously collecting on a multiple collector consisting of a single shape or a combination of these selected from a plate shape and a roll shape, To provide nano-sized long fibers in the form of filament bundles.
より具体的には、前記電気紡糸の際に、紡糸される液滴を1次コレクター上に吐き出させてナノ繊維を生成させた後、1次コレクターに集積されたナノ繊維を2次コレクター上に再捕集して連続的に集積させるが、この際、少なくとも一つのコレクターが回転する。これにより、連続糸束に製造され、直径1〜1000nmのナノサイズの撚りのあるフィラメント束状の糸(filament yarn)を提供することができる(図2、図5、図7、図9、図11及び図13)。 More specifically, at the time of the electrospinning, droplets to be spun are discharged onto the primary collector to generate nanofibers, and then the nanofibers accumulated on the primary collector are placed on the secondary collector. Recollecting and continuously collecting, at this time, at least one collector rotates. Thereby, it is possible to provide a filament bundle yarn having a filament size that is manufactured as a continuous yarn bundle and has a nano-size twist of 1 to 1000 nm (FIGS. 2, 5, 7, 9, and 9). 11 and FIG. 13).
これに対し、従来の電気紡糸法を用いて製造されたナノ繊維は、網状の不織布の形に製造される(図15及び図16)。製造された短繊維を連続糸に製造する場合、短繊維を連結して製造するので、糸切れが発生し易いという従来の問題点を伴うが、これに対し、本発明は、連続過程によって連続糸に製造するので、糸切れの発見されないナノ繊維を一つの工程で製造することができる。 On the other hand, the nanofiber manufactured using the conventional electrospinning method is manufactured in the form of a net-like nonwoven fabric (FIGS. 15 and 16). When the manufactured short fiber is manufactured as a continuous yarn, since the short fiber is connected and manufactured, there is a conventional problem that yarn breakage is likely to occur. On the other hand, the present invention is continuous by a continuous process. Since it is produced into yarn, nanofibers in which yarn breakage is not found can be produced in one step.
1.紡糸溶液または紡糸溶融体の製造
本発明のナノ繊維は、電気紡糸に適した分子構造を設計し、或いは適切な分子構造を持つ化合物の最適の配合条件を提供することにより実現できる。
1. Production of Spinning Solution or Spinning Melt The nanofiber of the present invention can be realized by designing a molecular structure suitable for electrospinning or by providing optimum compounding conditions for a compound having an appropriate molecular structure.
より具体的には、本発明の紡糸溶液を製造するための高分子としては、溶媒との混和性に優れ、機械的強度に優れるものであれば特に制限されないが、さらに好ましくは、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、フッ化ビニリデン樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン及びポリエチレンオキシドよりなる群から選択された2種以上の組み合わせを使用する。さらに好ましくは、本発明の高分子は、モノアミン、ジアミン、トリアミン及びテトラアミンよりなる群から選択された1種以上のアミン基を含むものであり、前記ジアミンとしては、フェニレンジアミン、オキシフェレニンジアミン及びアルキルフェニレンジアミンよりなる群から選択される。 More specifically, the polymer for producing the spinning solution of the present invention is not particularly limited as long as it is excellent in miscibility with a solvent and excellent in mechanical strength. More preferably, it is polyimide, polyamide. A combination of two or more selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyester, vinylidene fluoride resin, polyacrylonitrile, polysulfone and polyethylene oxide is used. More preferably, the polymer of the present invention contains one or more amine groups selected from the group consisting of monoamines, diamines, triamines, and tetraamines. Examples of the diamine include phenylenediamine, oxyferrenine diamine, and Selected from the group consisting of alkylphenylenediamines.
最も好ましくは、前記高分子は、化学式1で表される化合物及び化学式2で表される化合物からなるポリアミド−ポリイミド共重合体である。
Most preferably, the polymer is a polyamide-polyimide copolymer composed of a compound represented by Chemical Formula 1 and a compound represented by
化学式において、mは10〜50モル%が好ましく、この際、mが10モル%未満であれば、結晶化が小さくてあまり柔軟になるという問題があり、mが50モル%以上であれば、結晶化が大きくて耐衝撃性が低いという欠点がある。また、前記nは、50〜90モル%が好ましく、50モル%未満であれば、結晶化が大きくて耐衝撃性が低く、90モル%超過であれば、結晶化が小さくてあまり柔軟になって好ましくない。 In the chemical formula, m is preferably 10 to 50 mol%. At this time, if m is less than 10 mol%, there is a problem that crystallization is small and becomes very flexible, and if m is 50 mol% or more, There is a disadvantage that crystallization is large and impact resistance is low. The n is preferably 50 to 90 mol%, and if it is less than 50 mol%, the crystallization is large and impact resistance is low, and if it exceeds 90 mol%, the crystallization is small and becomes very flexible. It is not preferable.
前記ポリアミド−ポリイミド共重合体(m+n)は、500〜1,000,000程度の数平均分子量を持つ。この際、500未満の数平均分子量を持つ場合には、分子量が低くて粘度及び機械的強度が低く、1,000,000超過の数平均分子量を持つ場合には、分子量が増加するにつれて粘度があまり大きくなり且つ加工が難しくなるという欠点がある。 The polyamide-polyimide copolymer (m + n) has a number average molecular weight of about 500 to 1,000,000. At this time, when the number average molecular weight is less than 500, the molecular weight is low and the viscosity and mechanical strength are low, and when the number average molecular weight exceeds 1,000,000, the viscosity increases as the molecular weight increases. There is a drawback that it becomes too large and difficult to process.
従来の電気紡糸に用いられる高分子が一成分相からなるが、これに対し、本発明で選択される高分子は二成分相からなるブレンドまたは共重合体である。したがって、従来の電気紡糸の際、紡糸ノズルの先端に生成されたコーン(cone)が臨界電圧(Vc)の下でコレクターに向かって紡糸されると、コレクターに到達する前に単繊維同士が衝突し、お互い干渉または結合することにより集塊を形成して不織布状の微細繊維を得るが、これに対し、本発明の二成分相の高分子ブレンドまたは共重合体は、単繊維間の干渉または結合を防止することにより、連続糸を製造することができる。 The polymer used for conventional electrospinning is composed of a one-component phase, whereas the polymer selected in the present invention is a blend or copolymer composed of a two-component phase. Therefore, when the cone generated at the tip of the spinning nozzle is spun toward the collector under the critical voltage (Vc) during conventional electrospinning, the single fibers collide before reaching the collector. However, by interfering with or bonding to each other, agglomerates are formed to obtain non-woven fine fibers, whereas the two-component polymer blend or copolymer of the present invention has interference between single fibers or By preventing bonding, a continuous yarn can be produced.
前記高分子を溶解させることが可能な好ましい溶媒としては、前記高分子を十分に溶解させることができるものであれば特に制限されないが、さらに好ましくは、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、2−ブトキシエタノール、ジメチルアセトアミド及びジメチルホルムアミドよりなる群から選択されたいずれか一つを使用し、さらに好ましくは、N−メチル−2−ピロリドンを使用する。 A preferable solvent capable of dissolving the polymer is not particularly limited as long as it can sufficiently dissolve the polymer. More preferably, N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone is used. Any one selected from the group consisting of 2-butoxyethanol, dimethylacetamide, and dimethylformamide is used, and N-methyl-2-pyrrolidone is more preferably used.
高分子溶液の粘度によって、同一の高分子を使用しても固有な臨界電圧(Vc)が異なり、紡糸ノズルの直径及び材質によって、高分子溶液に及ぼす摩擦力の差異が発生して紡糸ノズルの最下端までの高分子溶液の到達速度及び以後生成される液滴のコーンの形状が異なる。ところが、紡糸ノズルの直径及び材質は、電気紡糸の際に液滴のコーンの形成に間接的影響を及ぼすが、高分子溶液の濃度は、最も重要な要素として作用する。したがって、電気紡糸の際に、前記高分子溶液の濃度によって、高分子溶液の吐き出し速度(mL/min)及び紡糸ノズルの先端での液滴の生成程度が異なる。よって、本発明の高分子溶液は、溶媒に対して、前記高分子が10〜50重量%含有されることが好ましい。この際、10重量%未満であれば、紡糸された繊維が切れる糸切れ現象を示し、50重量%超過であれば、粘度が大きく上昇するため、ノズルの先端に生成されるコーンの形状が不安定になるという問題が発生する。 The inherent critical voltage (Vc) differs depending on the viscosity of the polymer solution even if the same polymer is used, and the difference in frictional force on the polymer solution occurs depending on the diameter and material of the spinning nozzle. The arrival speed of the polymer solution to the lowest end and the shape of the cone of the droplet generated thereafter are different. However, the diameter and material of the spinning nozzle indirectly affect the formation of the droplet cone during electrospinning, but the concentration of the polymer solution acts as the most important factor. Therefore, during electrospinning, the discharge rate (mL / min) of the polymer solution and the degree of droplet formation at the tip of the spinning nozzle differ depending on the concentration of the polymer solution. Therefore, the polymer solution of the present invention preferably contains 10 to 50% by weight of the polymer with respect to the solvent. At this time, if it is less than 10% by weight, it shows a yarn breakage phenomenon in which the spun fiber is cut, and if it exceeds 50% by weight, the viscosity greatly increases, so that the shape of the cone generated at the tip of the nozzle is not good. The problem of becoming stable occurs.
そこで、本発明で好ましい実施形態は、紡糸ノズル直径0.42mmのステンレス材質のチューブを用いて電気紡糸を行う場合、本発明の紡糸溶液は、N−メチル−2−ピロリドンの溶媒にポリアミド−ポリイミド共重合体25重量%を溶解させて製造されることが好ましく、この際、吐き出し速度は0.3mL/minである。 Accordingly, in a preferred embodiment of the present invention, when electrospinning is performed using a stainless steel tube having a spinning nozzle diameter of 0.42 mm, the spinning solution of the present invention contains polyamide-polyimide in a solvent of N-methyl-2-pyrrolidone. Preferably, the copolymer is prepared by dissolving 25% by weight of the copolymer. At this time, the discharge rate is 0.3 mL / min.
前記2種以上のブレンドまたは共重合体を溶媒に溶解させて製造された紡糸溶液以外に、前記高分子を溶融温度以上で溶融させて製造された紡糸溶融体を電気紡糸に適用することができる。本発明のナノ繊維は、電気紡糸の際に多重コレクターを導入して従来の電気紡糸法を改善したものであって、従来の方法に使用できる物質であれば同様に適用することができる。その一例として、セラミック溶融体、金属溶融体、有−無機ハイブリッド溶融体、金属−有機複合体溶融体、炭素溶融体、ゾル−ゲル溶液を使用することができ、前記溶融体は、それぞれの材料を相転移温度(phase transition temperature)以上に加熱して得ることができる。 In addition to the spinning solution produced by dissolving two or more kinds of blends or copolymers in a solvent, a spinning melt produced by melting the polymer at a melting temperature or higher can be applied to electrospinning. . The nanofiber of the present invention is an improvement of the conventional electrospinning method by introducing multiple collectors at the time of electrospinning, and any material that can be used in the conventional method can be similarly applied. For example, ceramic melt, metal melt, organic-inorganic hybrid melt, metal-organic composite melt, carbon melt, and sol-gel solution can be used. Can be obtained by heating to a temperature above the phase transition temperature.
2.多重コレクターを用いた電気紡糸
本発明のナノ繊維の製造方法は、電気紡糸の際に多重コレクターを導入して従来の電気紡糸法を改善したものである。より具体的に、本発明のナノ繊維の製造方法では、1)2種以上のブレンドまたは共重合体10〜50重量%を溶媒に溶解させて製造された紡糸溶液、または前記高分子の溶融温度以上に加熱して溶融させて製造された紡糸溶融体を準備し、2)前記紡糸溶液または紡糸溶融体を臨界電圧の印加されている紡糸ノズルから液滴として電気紡糸し、3)前記紡糸される液滴を1次コレクター上に吐き出させてナノ繊維を生成させた後、1次コレクターに集積されたナノ繊維を2次コレクター上に再捕集して連続的に集積させるが、この際、前記少なくとも一つのコレクターが回転する。
2. Electrospinning Using Multiple Collectors The nanofiber production method of the present invention is an improvement over conventional electrospinning methods by introducing multiple collectors during electrospinning. More specifically, in the method for producing nanofibers of the present invention, 1) a spinning solution produced by dissolving 10 to 50% by weight of two or more blends or copolymers in a solvent, or the melting temperature of the polymer A spinning melt produced by heating and melting as described above is prepared, 2) the spinning solution or spinning melt is electrospun as droplets from a spinning nozzle to which a critical voltage is applied, and 3) the spinning is performed. The nanofibers are ejected onto the primary collector to form nanofibers, and then the nanofibers collected on the primary collector are collected again on the secondary collector and continuously collected. The at least one collector rotates.
前記製造方法では、1次コレクター及び2次コレクター以外に、一つ以上のコレクターをさらに備えてもよい。 The manufacturing method may further include one or more collectors in addition to the primary collector and the secondary collector.
1次コレクターは、電気伝導性の金属板または金属メッシュの材質からなり、その形状は特に制限されないが、円形板または長方形板が好ましい板状コレクター(plate-type collector)である。前記板状コレクターの大きさは、高分子溶液の粘度及びそれによる臨界電圧Vcによって異なるが、紡糸ノズルから紡糸されて製造されるナノ繊維の捕集面積以上であればよい。また、前記紡糸ノズルと1次コレクター間の距離は1〜50cmであることが好ましい。この際、前記紡糸ノズルと1次コレクター間の距離が1cm未満であれば、粒子が形成されて安定的に繊維が形成されず、50cm超過であれば、紡糸されたナノ繊維がコレクター領域から外れるので非効率である。 The primary collector is made of a material of an electrically conductive metal plate or a metal mesh, and the shape thereof is not particularly limited, but a circular plate or a rectangular plate is a preferred plate-type collector. The size of the plate-like collector varies depending on the viscosity of the polymer solution and the critical voltage Vc thereby, but it may be larger than the collection area of the nanofibers produced by spinning from the spinning nozzle. The distance between the spinning nozzle and the primary collector is preferably 1 to 50 cm. At this time, if the distance between the spinning nozzle and the primary collector is less than 1 cm, particles are formed and fibers are not stably formed. If the distance exceeds 50 cm, the spun nanofibers are out of the collector region. So it is inefficient.
1次コレクターは、紡糸ノズルに対して垂直または水平方向に位置してもよく、一つ以上を備えることができ、底面に固定されるか一定の速度で回転できる。1次コレクターが回転するとき、好ましい回転速度は、得ようとするナノ繊維の撚り程度によって変更できるが、1〜1000rpmの範囲内である。この際、回転速度が1rpm以下であれば、回転速度が遅くて特定の部位に偏って集積され、1000rpm以上とあまり速い速度で回転すれば、紡糸ノズルから十分にナノ繊維が生成されず、糸切れ現象が発生してナノ繊維の収率を低めるという問題がある。 The primary collector may be positioned vertically or horizontally with respect to the spinning nozzle and may comprise one or more and may be fixed to the bottom surface or rotated at a constant speed. When the primary collector rotates, the preferred rotation speed can be changed depending on the degree of twist of the nanofiber to be obtained, but is in the range of 1-1000 rpm. At this time, if the rotation speed is 1 rpm or less, the rotation speed is slow and is concentrated in a specific part, and if it rotates at a speed as high as 1000 rpm or more, nanofibers are not sufficiently generated from the spinning nozzle, and the yarn There is a problem that the cutting phenomenon occurs and the yield of nanofibers is lowered.
2次コレクターは、静電気を発生させ得る材質であって、ガラスまたはプラスチック類のチューブまたは棒、或いは前記材質でコートされたチューブまたは棒を使用することができる。前記2次コレクターは、1〜100rpmで回転するロール状コレクター(roll-type collector)である。この際、1次コレクターと2次コレクター間の距離及び各コレクターの回転速度は、得ようとするナノ繊維の直径及び前記繊維が切断されない程度によって決定できる。1次コレクターと2次コレクター間の距離は、好ましくは1〜50cmである。この際、1cm未満であれば、繊維が絡み合うという問題が発生し、50cm超過であれば、繊維が切れるおそれがある。 The secondary collector is a material capable of generating static electricity, and a glass or plastic tube or rod, or a tube or rod coated with the material can be used. The secondary collector is a roll-type collector that rotates at 1 to 100 rpm. At this time, the distance between the primary collector and the secondary collector and the rotational speed of each collector can be determined by the diameter of the nanofiber to be obtained and the degree to which the fiber is not cut. The distance between the primary collector and the secondary collector is preferably 1 to 50 cm. At this time, if the length is less than 1 cm, there is a problem that the fibers are entangled, and if it exceeds 50 cm, the fibers may be cut.
前記1次コレクターに集積されたナノ繊維を2次コレクター上に再捕集する過程は、ナノ繊維の集積された1次コレクター上に荷電された別途の棒を用いて2次コレクターの方向に誘導する工程、または静電気を発生する材質の2次コレクターを1次コレクターに近接させ、集積されたナノ繊維の一部を2次コレクターに誘導させた後、2次コレクターを移動させる工程などを使用することができる。 The process of re-collecting nanofibers collected on the primary collector on the secondary collector is guided in the direction of the secondary collector using a separate charged bar on the primary collector on which nanofibers are accumulated. Or a step of moving a secondary collector after a secondary collector made of a material that generates static electricity is brought close to the primary collector and a part of the accumulated nanofibers is guided to the secondary collector. be able to.
図1は本発明の好適な第1実施例であって、まず、紡糸溶液を紡糸溶液注入部102に注入し、前記紡糸溶液を一定の吐き出し速度で紡糸ノズル103に供給すると、紡糸ノズルの先端に液滴が生成される。この際、一定の電圧に設定された高電圧発生装置101から電圧が印加されると、液滴が破裂しながら、紡糸ノズル103に対して垂直に位置して回転する1次円板状コレクター104にナノ繊維が捕集される。その後、荷電された別途の棒を用いて、1次円板状コレクター104に集積された紡糸ナノ繊維105を、回転する2次ロール状コレクター上に連続的に集積されるように誘導し、ナノサイズの長繊維106を製造する(図2及び図3)。
FIG. 1 shows a first preferred embodiment of the present invention. First, when a spinning solution is injected into the spinning
図4は本発明の多重コレクターを用いた電気紡糸法の好適な第2実施形態であって、紡糸ノズル103に対して水平に位置して回転する1次円板状コレクター104上にナノ繊維が集積される。連続的に2次ロール状コレクター106を前記1次円板状コレクター104に接近させると、1次円板状コレクター104に捕集された、紡糸されたナノ繊維105の一部を2次ロール状コレクター106上に集積されるように誘導する(108)。その後、2次ロール状コレクター106を1次円板状コレクター104から、紡糸されたナノ繊維105が切れない程度の距離で分離しながら、2次ロール状コレクター106を1〜100rpmで回転する間にX−Y軸へ押し出してナノ繊維107を製造する(図5)。
FIG. 4 shows a second preferred embodiment of the electrospinning method using the multi-collector of the present invention, in which nanofibers are placed on a primary disk-shaped
図6は本発明の多重コレクターを用いた電気紡糸法の好適な第3実施形態であって、上端に設置された紡糸ノズル103に対して垂直方向に固定された1次板状コレクター104a、及び前記1次板状コレクター104aに対して90°の角度で位置する2次板状コレクター104bを備える。この際、1次板状コレクター104aは荷電されており、2次板状コレクター104bは荷電されていない。前記コレクターに液滴が連続的に集積されてナノサイズの長繊維107が製造される(図7)。
FIG. 6 shows a third preferred embodiment of the electrospinning method using the multiple collector according to the present invention, and a
図8は本発明の多重コレクターを用いた電気紡糸法の好適な第4実施形態であって、上端に設置された紡糸ノズル103に対して垂直方向に1次ロール状コレクター106aが底面に位置し、前記1次コレクター106aから5〜10cmの高さ差で2次ロール状コレクター106bを備え、前記1次ロール状コレクター106a及び2次ロール状コレクター106bは同一の速度で回転する。その後、紡糸ノズル103から1次コレクター106a上に紡糸されたナノ繊維を2次コレクター106b上に再捕集してナノ繊維107を製造する(図9)。
FIG. 8 shows a fourth preferred embodiment of the electrospinning method using the multi-collector of the present invention. The
図10は本発明の多重コレクターを用いた電気紡糸法の好適な第5実施形態であって、上端に紡糸ノズル103が設置され、下端には金属材質の1次板状コレクター104aが固定設置され、前記板状コレクター104aに対して90°の角度で位置する2次板状コレクター104bが設置される。前記1次板状コレクター104a及び2次板状コレクター104bは、2つの板状コレクターからなるL型の二重コレクターである。前記1次板状コレクター104aと2次板状コレクター104bとを連結し、前記2次板状コレクター104bの下端に中間層109をさらに備える。前記中間層109は、1次コレクターと2次コレクターを独立に荷電するために、非伝導性物質を使用する。前記二重コレクター上に液滴が連続的に集積されてナノ繊維107が製造される(図11)。
FIG. 10 shows a fifth preferred embodiment of the electrospinning method using the multiple collector of the present invention, in which a
図12は本発明の多重コレクターを用いた電気紡糸法の好適な第6実施形態であって、上端に紡糸ノズル103が設置され、前記紡糸ノズル103に対して水平方向に1次円板状コレクター104が設置されて回転し、前記1次円板状コレクター104に対して垂直方向に、無限軌道で牽引することが可能なコンベヤーベルト状の2次ロール状コレクター106cが設置される。以後、多重コレクターを連続的に通過しながらナノ繊維107を製造する(図13)。
FIG. 12 shows a sixth preferred embodiment of the electrospinning method using the multiple collector according to the present invention, in which a
〔発明を実施するための形態〕
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。
[Mode for Carrying Out the Invention]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
これらの実施例は、本発明をより具体的に説明するためのもので、本発明の範囲を制限するものではない。 These examples are for explaining the present invention more specifically, and do not limit the scope of the present invention.
<製造例1>紡糸溶液の製造1
平均分子量のポリアミド系高分子30モル%及び平均分子量のポリイミド系高分子70モル%からなる高分子共重合体をN−メチル−2−ピロリジン溶媒に添加し、常温で超音波機器を用いて20〜30分間十分に溶解させた。この際、数平均分子量1000のポリアミド−ポリイミド共重合体が溶媒に対して25重量%含有されている紡糸溶液を製造した。
<Production Example 1> Production of spinning solution 1
A polymer copolymer consisting of 30 mol% of an average molecular weight polyamide polymer and 70 mol% of an average molecular weight polyimide polymer is added to an N-methyl-2-pyrrolidine solvent, and 20 at room temperature using an ultrasonic device. Dissolve well for ~ 30 minutes. At this time, a spinning solution containing 25% by weight of a polyamide-polyimide copolymer having a number average molecular weight of 1000 with respect to the solvent was produced.
<製造例2>紡糸溶液の製造2
固有粘度0.64のポリエチレンテレフタレートと、イソフタル酸30モル%及びジエチレングリコール15モル%が含有された固有粘度0.60の共重合ポリエステルを75:25の重量比で混合した後、これをトリフルオロ酢酸とメチレングリコールの混合溶媒(50:50)に溶解させて固形成分15重量%の紡糸溶液を製造した。
<Production example 2> Production of
After mixing polyethylene terephthalate having an intrinsic viscosity of 0.64 and a copolymer polyester having an intrinsic viscosity of 0.60 containing 30 mol% of isophthalic acid and 15 mol% of diethylene glycol in a weight ratio of 75:25, this was mixed with trifluoroacetic acid. And a methylene glycol mixed solvent (50:50) to prepare a spinning solution having a solid content of 15% by weight.
<製造例3>紡糸溶融体の製造
平均分子量のポリアミド系高分子30モル%及び平均分子量のポリイミド系高分子70モル%からなる混合組成を、電気炉を用いて350℃で溶融させて紡糸溶融体を製造した。
<Production Example 3> Manufacture of spinning melt A mixed composition comprising 30 mol% of a polyamide polymer having an average molecular weight and 70 mol% of a polyimide polymer having an average molecular weight is melted at 350 ° C using an electric furnace, and is melted by spinning. The body was manufactured.
<実施例1>ナノサイズの長繊維の製造1
図1に示すように、前記製造例1で製造されたポリアミド−ポリイミド共重合体25重量%を含有する紡糸溶液を紡糸溶液注入部102に注入し、前記紡糸溶液を0.3mL/minの吐き出し速度で紡糸ノズル103に供給すると、直径0.42mmの紡糸ノズルの先端に液滴が生成される。この際、臨界電圧が1.5Kv/cmと設定された高電圧発生装置101から電圧が印加されると、液滴が破裂しながら、紡糸ノズル103に対して垂直に位置して40rpmで回転する1次円板状コレクター104上にナノ繊維が捕集され、その後荷電された別途の棒を用いて、1次円板状コレクター104に集積された紡糸ナノ繊維105を、20rpmで回転する2次ロール状コレクター上に連続的に集積されるように誘導した。この際、紡糸ノズル103と1次板状コレクター104間の距離は10cm、1次円板状コレクター104と2次ロール状コレクター106間の距離は10cmとそれぞれ設定した。形成されたナノ繊維を走査顕微鏡で300倍及び20,000倍拡大したところ、平均直径0.4μmの長繊維が製造されることを確認した(図2及び図3)。
<Example 1> Production of nano-sized long fibers 1
As shown in FIG. 1, a spinning solution containing 25% by weight of the polyamide-polyimide copolymer produced in Production Example 1 is injected into the spinning
<実施例2>ナノサイズの長繊維の製造2
前記製造例1で製造されたポリアミド−ポリイミド共重合体25重量%を含有する紡糸溶液を紡糸溶液注入部102に注入し、前記紡糸溶液を0.3mL/minの吐き出し速度で紡糸ノズル103に供給すると、直径0.42mmの紡糸ノズルの先端に液滴が生成される。この際、臨界電圧が1.3Kv/cmと設定された高電圧発生装置101から電圧が印加されると、液滴が破裂しながら、紡糸ノズル103に対して水平に位置して40rpmで回転する1次円板状コレクター104上にナノ繊維が捕集される。次いで、2次ロール状コレクター106を前記1次円板状コレクター104に4cm程度の距離をおいて接近させると、1次円板状コレクター104に捕集された、紡糸されたナノ繊維105の一部が2次ロール状コレクター106上に集積される。その後、2次ロール状コレクター106を1次円板状コレクター104から、紡糸されたナノ繊維105が切れない程度の距離で分離しながら、2次ロール状コレクター106を20〜60rpmで回転する間にX−Y軸に押し出してナノ繊維を製造した。この際、紡糸ノズル103と1次円板状コレクター104間の距離は4cmであり、1次板状コレクター104と2次ロール状コレクター106間の距離は10cmである(図4)。形成されたナノ繊維を走査顕微鏡で3,000倍拡大したところ、平均直径0.8μmの撚りのある長繊維であることを確認した(図5)。
<Example 2> Production of nano-sized
A spinning solution containing 25% by weight of the polyamide-polyimide copolymer produced in Production Example 1 is injected into the spinning
<実施例3>ナノサイズの長繊維の製造3
前記製造例1で製造されたポリアミド−ポリイミド共重合体25重量%を含有する紡糸溶液を紡糸溶液注入部102に注入し、前記紡糸溶液を0.3mL/minの吐き出し速度で紡糸ノズル103に供給すると、直径0.42mmの紡糸ノズルの先端に液滴が生成される。その後、電気紡糸は、図6に示したような処理を行うことを除いては実施例1と同様の条件で行われた。上端に設置された紡糸ノズルに対して垂直方向に固定された金属板からなる1次板状コレクター104a、及び前記1次板状コレクター104aに対して90°の角度で位置し、3〜5cmの距離で分離されて固定された別途の2次板状コレクター104bを備える。この際、紡糸ノズルは「+」に荷電しており、1次板状コレクター104aは「−」に荷電しており、2次板状コレクター104bは荷電していない。それにより、紡糸されたナノ繊維105が捕集される。
<Example 3> Production of nano-sized
A spinning solution containing 25% by weight of the polyamide-polyimide copolymer produced in Production Example 1 is injected into the spinning
図7は前記実施例3で製造されたナノ繊維の表面を、走査顕微鏡を用いて300倍拡大して観察した結果であり、平均直径1.4μmの撚りのあるナノサイズの長繊維であることを確認した。 FIG. 7 shows the result of observing the surface of the nanofiber produced in Example 3 with a scanning microscope, magnified 300 times, and is a nano-sized long fiber with a mean diameter of 1.4 μm and a twist. It was confirmed.
<実施例4>ナノサイズの長繊維の製造4
前記製造例1で製造されたポリアミド−ポリイミド共重合体25重量%を含有する紡糸溶液を紡糸溶液注入部102に注入し、前記紡糸溶液を0.3mL/minの吐き出し速度で紡糸ノズル103に供給すると、直径0.42mmの紡糸ノズルの先端に液滴が生成される。その後、電気紡糸は、図8に示したような処理を行うことを除いては実施例1と同様の条件で行われた。上端に直径0.42mmの紡糸ノズル103が設置され、下端に2つのロール状コレクター106a、106bが設置された。前記で紡糸されるナノ繊維が先に集積される1次コレクター106aは、金属材質のロール状であり、40rpmで回転する。前記1次ロール状コレクター106aに対して5〜10mの高さ差を保ちながら、前記1次ロール状コレクターと同一の回転速度で回転する2次ロール状コレクター106bを備える。前記2次ロール状コレクター106bは、静電気の発生が可能な材質のガラスである。この際、紡糸ノズル103は「+」に荷電し、最下端に位置した1次ロール状コレクター106aは「−」に荷電した。
<Example 4> Production of nano-sized long fibers 4
A spinning solution containing 25% by weight of the polyamide-polyimide copolymer produced in Production Example 1 is injected into the spinning
図9は前記実施例4で製造されたナノ繊維の表面を、走査顕微鏡を用いて50倍拡大して観察した結果であり、平均直径5.1μmの撚りのあるナノサイズの長繊維であることを確認した。 FIG. 9 shows the result of observing the surface of the nanofiber produced in Example 4 with a scanning microscope by magnifying it 50 times, and is a nanosized long fiber with a mean diameter of 5.1 μm and a twist. It was confirmed.
<実施例5>ナノサイズの長繊維の製造5
前記製造例1で製造されたポリアミド−ポリイミド共重合体25重量%を含有する紡糸溶液を紡糸溶液注入部102に注入し、前記紡糸溶液を0.3mL/minの吐き出し速度で紡糸ノズル103に供給すると、直径0.42mmの紡糸ノズルの先端に液滴が生成される。その後、電気紡糸は、図10に示したような処理を行うことを除いては前記実施例1と同様の条件で行われた。上端に直径0.42mmの紡糸ノズル103が設置され、下端には金属材質の1次板状コレクター104aが固定設置され、前記板状コレクター104aに対して90°の角度で2次板状コレクター104bが設置された。前記1次板状コレクター104a及び2次板状コレクター104bは、同一の材質からなるL型の二重コレクターである。前記1次板状コレクター104a及び2次板状コレクター104bは、2つの板状コレクターからなるL型の二重コレクターである。前記1次板状コレクター104aと2次板状コレクター104bとを連結し、前記2次板状コレクター104bの下端に中間層109をさらに備える。前記中間層109は、1次コレクターと2次コレクターを独立に荷電するために非伝導性物質を使用する。この際、紡糸ノズル103を「+」に荷電し、L型の二重コレクター104a、104bを「−」に荷電した。
<Example 5> Production of nano-sized long fibers 5
A spinning solution containing 25% by weight of the polyamide-polyimide copolymer produced in Production Example 1 is injected into the spinning
図11は前記実施例5で製造されたナノ繊維の表面を、走査顕微鏡を用いて300倍拡大した結果であり、平均直径2.5μmの撚りのあるナノサイズの長繊維であることを確認した。 FIG. 11 shows the result of enlarging the surface of the nanofiber produced in Example 5 300 times using a scanning microscope, and confirmed that the nanofiber was a nanosized long fiber with a mean diameter of 2.5 μm and a twist. .
<実施例6>ナノサイズの長繊維の製造6
前記製造例1で製造されたポリアミド−ポリイミド共重合体25重量%を含有する紡糸溶液を紡糸溶液注入部102に注入し、前記紡糸溶液を0.3mL/minの吐き出し速度で紡糸ノズル103に供給すると、直径0.42mmの紡糸ノズルの先端に液滴が生成される。その後、電気紡糸は、図12に示すように行われた。上端に直径0.42mmの紡糸ノズル103が設置され、前記紡糸ノズル103に対して水平方向に1次円板状コレクター104が設置されて50rpmで回転し、前記1次円板状コレクター104に対して垂直方向に、無限軌道で牽引することが可能なコンベヤーベルト状の2次ロール状コレクター106cが設置された。この際、紡糸ノズル103と1次円板状コレクター104間の距離は4cm、臨界電圧は1.3Kv/cmと設定し、紡糸ノズル103は「+」に荷電し、1次円板状コレクター104は「−」に荷電した条件の下で電気紡糸を行った。その結果、連続的に繊維が製造された。
<Example 6> Production of nano-sized long fibers 6
A spinning solution containing 25% by weight of the polyamide-polyimide copolymer produced in Production Example 1 is injected into the spinning
図13は前記実施例6で製造されたナノ繊維の表面を、走査顕微鏡を用いて300倍拡大した結果であり、平均直径4.5μmの撚りのあるナノサイズの長繊維であることを確認した。 FIG. 13 shows the result of enlarging the surface of the nanofiber produced in Example 6 300 times using a scanning microscope, and confirmed that the nanofiber is a nanosized long fiber with a mean diameter of 4.5 μm and a twist. .
<比較例1>ナノ繊維の製造
前記製造例1で製造されたポリアミド−ポリイミド共重合体25重量%を含有する紡糸溶液を紡糸溶液注入部202に注入し、臨界電圧が1Kv/cmに設定された高電圧発生装置201から電圧が印加されると、前記紡糸溶液が紡糸ノズル203の末端に液滴として生成されて紡糸される。その後、紡糸された紡糸溶液は、前記紡糸ノズルに対して垂直方向に位置した金属メッシュ型の板状コレクター204上に集積された(図14)。前記コレクター204上に集積されたナノ繊維ウェブ207を走査顕微鏡で300倍拡大して観察したところ、図15の不織布状に製造されたことが分かった。また、20,000倍拡大して観察したところ、平均直径0.5μmのナノウェブから構成されたことが分かった(図15)。この際、ノズルの直径、紡糸ノズルと下端の金属コレクター間の距離、及び臨界電圧は前記実施例1と同様にした。
<Comparative Example 1> Production of nanofiber A spinning solution containing 25% by weight of the polyamide-polyimide copolymer produced in Production Example 1 was injected into the spinning
前記実施例1〜6で製造されたナノ繊維と比較例1で製造されたナノ繊維の平均直径及び直径の範囲を表1に示した。 Table 1 shows average diameters and diameter ranges of the nanofibers manufactured in Examples 1 to 6 and the nanofiber manufactured in Comparative Example 1.
表1に示すように、実施例1〜6及び比較例1で製造された繊維は、ナノサイズの直径範囲を持つナノ繊維であることを確認した。特に、実施例1〜6で製造されたナノ繊維は、臨界電圧、及び紡糸溶液または紡糸溶融体を紡糸ノズルへ移動させる吐き出し速度に応じて、前記ナノ繊維の直径を調節できることが分かる。また、比較例1で製造されたナノ繊維が不織布状(図15及び16)であるが、これに対し、実施例1〜6で製造されたナノ繊維は、図2、図5、図7、図9、図11及び図13の走査顕微鏡の結果より、フィラメント束状(撚りのある)の長繊維であることを確認した。 As shown in Table 1, it was confirmed that the fibers produced in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were nanofibers having a nano-sized diameter range. In particular, it can be seen that the nanofibers manufactured in Examples 1 to 6 can adjust the diameter of the nanofiber according to the critical voltage and the discharge speed at which the spinning solution or the melt is moved to the spinning nozzle. Moreover, although the nanofiber manufactured by the comparative example 1 is a nonwoven fabric form (FIGS. 15 and 16), on the other hand, the nanofiber manufactured by Examples 1-6 is FIG.2, FIG.5, FIG.7, From the results of the scanning microscopes of FIGS. 9, 11 and 13, it was confirmed that the filaments were filament-like (twisted) long fibers.
〔産業上の利用可能性〕
上述したように、本発明は、改善された電気紡糸法で製造されたフィラメント束状のナノサイズの長繊維は、従来のナノ繊維不織布より機械的物性が向上して、従来のミクロン直径を持つ繊維を活用した全ての分野で代替使用が可能である。例えば、本発明の繊維は、第一に、腎臓透析や血液精製などの医療用フィルター及び遺伝子分離用各種メンブレイン補強材として有用であり、第二に、電気電子分野では超薄膜の補強板及び超薄型PCB基板の製造に有用であり、第三に、超小型超軽量飛行体または無人調整飛行ロボットに適用可能であり、第四に、光通信分野で光ケーブルの補強材として有用である。
[Industrial applicability]
As described above, according to the present invention, a filament bundle-like nano-sized long fiber manufactured by an improved electrospinning method has a mechanical property improved compared to a conventional nanofiber nonwoven fabric and has a conventional micron diameter. Alternative use is possible in all fields using fiber. For example, the fiber of the present invention is useful firstly as a medical filter for kidney dialysis and blood purification and various membrane reinforcing materials for gene separation, and secondly, in the electrical and electronic field, an ultra-thin reinforcing plate and It is useful for manufacturing an ultra-thin PCB substrate, and thirdly, it can be applied to an ultra-compact ultralight aircraft or an unmanned adjustment flying robot, and fourthly, it is useful as a reinforcing material for optical cables in the optical communication field.
Claims (14)
2)前記紡糸溶液または前記紡糸溶融体を、臨界電圧の印加された紡糸ノズルから液滴として電気紡糸し、
3)前記紡糸される液滴を1次コレクター上に吐き出させてナノ繊維を生成させた後、1次コレクターに集積されたナノ繊維を2次コレクター上に再捕集して連続的に集積させるが、この際、前記コレクターの少なくとも一つが回転することを特徴とする、フィラメント束状のナノサイズの長繊維の製造方法。 1) A spinning solution produced by dissolving 10 to 50% by weight of two or more polymer blends or copolymers in a solvent, or a spinning melt produced by melting the polymer at a temperature higher than the melting temperature. Prepare the body
2) Electrospinning the spinning solution or the spinning melt as droplets from a spinning nozzle to which a critical voltage is applied,
3) After discharging the spun droplets onto the primary collector to form nanofibers, the nanofibers collected on the primary collector are collected again on the secondary collector and continuously accumulated. However, at this time, at least one of the collectors rotates, and the method for producing filament bundles of nano-sized long fibers.
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