KR100629107B1 - 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법 - Google Patents

나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100629107B1
KR100629107B1 KR1020050038872A KR20050038872A KR100629107B1 KR 100629107 B1 KR100629107 B1 KR 100629107B1 KR 1020050038872 A KR1020050038872 A KR 1020050038872A KR 20050038872 A KR20050038872 A KR 20050038872A KR 100629107 B1 KR100629107 B1 KR 100629107B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nanofibers
collector
nanofiber
electrospinning
width
Prior art date
Application number
KR1020050038872A
Other languages
English (en)
Inventor
김학용
박종철
병 민 이
관 우 김
기 승 배
창 준 김
치 헌 김
Original Assignee
김학용
박종철
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김학용, 박종철 filed Critical 김학용
Priority to KR1020050038872A priority Critical patent/KR100629107B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100629107B1 publication Critical patent/KR100629107B1/ko

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0076—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the collecting device, e.g. drum, wheel, endless belt, plate or grid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • D01D10/02—Heat treatment
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • D01D10/04—Supporting filaments or the like during their treatment
    • D01D10/0436—Supporting filaments or the like during their treatment while in continuous movement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

본 발명은 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법에 관한 것으로서, 고분자 방사용액을 고전압이 걸려있는 노즐(5)을 통하여 (ⅰ)길이 방향을 따라 폭(W)이 1~50mm인 홈이 형성된 앤드레스 벨트 형태의 비도전체 판(7b)과 (ⅱ)상기 비도전체 판(7b)에 형성된 홈의 길이방향을 따라 0.01~20mm의 간격(ℓ)으로 상기 길이방향과 수직인 폭 방향으로 홈의 바닥면 전체 폭(W)에 걸쳐 일직선으로 배열되어 있으며, 굵기(d)가 0.001~2mm인 도선(7a)들로 구성되며, 고전압이 걸려있는 컬렉터(7) 상에 전기 방사하여 리본 또는 밴드 형태의 나노섬유 집합체(16a)를 제조한 다음, 상기 나노섬유 집합체(16a)를 컬렉터(7)로부터 분리하여 나노섬유 미연신사(16b)를 제조한 다음, 이를 집속, 연신 및 권취하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 무배향 영역(a)과 배향영역(b)을 교호로 규칙적으로 반복되는 나노섬유 집합체를 제조한 후 이를 연신하기 때문에 나노섬유들을 섬유 축 방향으로 잘 배향시킬 수 있어서 연신성을 크게 향상시킬 수 있다. 그로 인해 기계적 물성이 보다 우수한 나노섬유의 연속상 필라멘트를 방적공적 없이도 전기방사 방식으로 대량 제조할 수 있다.
나노섬유, 필라멘트, 실, 전기방사, 컬렉터, 도선, 배향, 비도전체판, 홈.

Description

나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법 {Method of manufacturing continuous filament composed of nano fibers}
도 1은 본 발명으로 제조되어 무배향 영역(a)과 배향영역(b)이 섬유축 방향으로 교호로 반복되는 나노섬유 집합체(6a)내 나노섬유들의 배열상태를 나타내는 모식도.
도 2는 상향방사 방식을 이용한 본 발명의 공정 개략도.
도 3은 도 1의 컬렉터(7) 부분의 확대 모식도.
도 4는 도 3에 도시된 도선(7a)들의 배열 상태를 나타내는 모식도.
도 5는 섬유축에 대한 나노섬유의 배열각도(θ)를 나타내는 모식도.
도 6은 하이브리드(Hybrid) 형태의 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트를 제조하는 본 발명의 공정개략도.
도 7은 실시예1로 제조된 미연신 상태의 연속상 필라멘트의 전체 표면상태를 나타내는 전자 현미경 사진.
도8은 실시예1로 제조된 미연신 상태의 연속상 필라멘트 중 나노섬유들이 섬유축에 대하여 잘 배향된 부분의 표면상태를 나타내는 전자 현미경 사진.
도9는 실시예1로 제조된 미연신 상태의 연속상 필라멘트 중 나노섬유들이 섬 유축에 대하여 잘 배향되지 않은 부분의 표면상태를 나타내는 전자현미경 사진.
* 도면중 주요부분에 대한 부호 설명
1 : 방사용액 주탱크 2 : 계량 펌프 3 : 방사용액 드롭장치
4 : 노즐블록 5 : 노즐 6 : 나노섬유
7: 컬렉터 7a : 도선 7b : 비도전체 판
8a, 8b : 컬렉터 지지봉 9 : 나노섬유 집합체 분리용 필름
9a : 나노섬유 집합체 분리용 필름 공급 로울러
9b : 나노섬유 집합체 분리용 필름 귄취 로울러
10 : 고전압 발생장치 11a : 교반기 모터 11b : 부도체 봉
11c : 교반기 12 : 방사용액 배출장치 13 : 이송관
14, 15 : 나노섬유 집합체의 이송 로울러
16a : 나노섬유 집합체 16b : 나노섬유 미연신사
16c : 나노섬유 필라멘트
17 : 꼬임 또는 공기 교락 장치 17a : 공기 유입구
17b : 공기 배출구 18 : 제 1 연신 로울러
19 : 제 2 연신 로울러 20 : 열처리장치
21 : 제 3 연신 로울러 22 : 제조된 연속상 필라멘트 귄취기
W : 컬렉터에 형성된 홈의 폭(도선의 폭)
a : 나노섬유의 무배향 영역 b : 나노섬유의 배향 영역
c : 섬유축 방향 d : 도선의 굵기
ℓ : 도선과 도선간의 간격 θ : 섬유축에 대한 나노섬유의 배향각도.
본 발명은 나노섬유로 구성되는 연속상 필라멘트 또는 실(이하 "필라멘트"로 통칭한다)을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전기방사 방식을 이용하여 연속상 필라멘트를 연속공정으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 나노섬유란 섬유 직경이 1,000nm 이하인, 보다 바람직하기로는 500nm 이하인 섬유를 의미한다.
나노섬유로 구성된 부직포 등은 인조피혁, 필터, 기저귀, 생리대, 봉합사, 유착방지제, 와이핑 클로스(Wiping cloth), 인조혈관, 뼈 고정용 기구 등으로 다양하게 활용 가능하며, 특히 인공피혁 제조에 매우 유용하다.
인공피혁 등의 제조에 적합한 극세섬유 또는 나노섬유를 제조하기 위한 종래 기술로서는 해도형 복합방사 방식, 분할형 복합방사 방식 및 블랜드 방사방식 등이 알려져 있다.
그러나, 해도형 복합방사 방식이나 블랜드 방사방식의 경우에는 섬유의 극세화를 위해 섬유를 구성하는 2개 고분자 성분 중 1개 고분자 성분을 용출, 제거해야 하며, 이들 방식으로 제조된 섬유로 인공피혁을 제조하기 위해서는 용융방사, 섬유 제조, 부직포 제조, 우레탄 함침, 1개 성분 용출과 같은 복잡한 공정을 거쳐야 하는 문제점이 있었다. 그럼에도 불구하고 상기 2개 방식으로는 직경 1,000nm 이하의 섬유를 제조할 수 없었다.
한편, 분할형 복합방사 방식의 경우에는 염색특성이 상이한 2개 고분자 성분(예를 들면, 폴리에스테르와 폴리아미드)들이 섬유 내에 공존하기 때문에 염색반이 나타나고, 인공피혁 제조공정도 복잡한 문제점이 있었다. 또한, 상기 방법으로는 직경 2,000nm 이하의 섬유를 제조하기 어려웠다.
나노섬유를 제조하기 위한 또 다른 종래기술로서 미국특허 제4,323,525호등 에서는 전기방사 방식을 제안하고 있다. 상기 종래의 전기방사 방식은 방사액 주탱크 내의 고분자 방사액을 계량펌프를 통해 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐 내로 연속적으로 정량 공급하고, 계속해서 노즐에 공급된 방사액을 노즐을 통해 5kV 이상의 높은 전압이 걸려있는 앤드레스(Endless) 벨트 타입의 집속장치 상으로 방사, 집속하여 섬유 웹을 제조하는 방식이다. 이와 같이 제조된 섬유 웹을 다음 공정에서 니들펀칭하여 나노섬유로 구성된 부직포를 제조한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 종래의 전기방사 방식은 1,000nm 이하의 나노섬유로 구성된 웹(WEB)과 부직포만을 제조할 수 있다. 따라서, 종래 전기방사 방식으로 연속상의 필라멘트를 제조하기 위해서는 제조된 나노섬유 웹을 일정한 길이로 절단하여 단섬유를 제조하고, 이를 다시 혼타면하여 별도의 방적공정을 거쳐야 하므로 공정이 복잡한 문제가 있었다.
나노섬유로 구성된 부직포의 경우에는 부직포 고유의 물성상 한계로 인해 인 조피혁 등 다양한 응용분야에 광범위하게 적용하는데는 한계가 있었다. 참고로 나노섬유로 구성된 부직포의 경우에서 10MPa 이상의 물성을 달성하기 어렵다.
본 발명은 별도의 방적공정 없이도 전기방사된 나노섬유 웹을 이용하여 연속적으로 필라멘트(실)를 제조하는 방법을 제공하므로서, 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트를 간단한 공정으로 제조하고자 한다. 또한, 본 발명은 전기방사 공정에서 나노섬유들을 섬유 축 방향으로 잘 배향되어 있는 배향 영역과 잘 배향되지 않은 무배향 영역이 교호로 규칙적으로 반복되는 나노섬유 집합체를 제조하여 연신성을 향상시킴으로서 연속상 필라멘트의 기계적 물성을 크게 향상시키고자 한다. 아울러, 본 발명은 물성이 우수하여, 인조피혁은 물론 필터, 기저귀, 생리대, 인조혈관 등의 다양한 산업소재에 적합한 나노섬유의 연속상 필라멘트를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법은, 고분자 방사용액을 고전압이 걸려있는 노즐(5)을 통하여 (ⅰ)길이 방향을 따라 폭(W)이 1~50mm인 홈이 형성된 앤드레스 벨트 형태의 비도전체 판(7b)과 (ⅱ)상기 비도전체 판(7b)에 형성된 홈의 길이방향을 따라 0.01~20mm의 간격(ℓ)으로 상기 길이방향과 수직인 폭 방향으로 홈의 바닥면 전체 폭(W)에 걸쳐 일직선으로 배열되어 있으며, 굵기(d)가 0.001~2mm인 도선(7a)들로 구성되며, 고전압이 걸려있는 컬렉터(7) 상에 전기 방사하여 리본 또는 밴드 형태의 나노섬유 집합체(16a)를 제조한 다음, 상기 나노섬유 집합체(16a)를 컬렉터(7)로부터 분리하여 나노섬유 미연신사(16b)를 제조한 다음, 이를 집속, 연신 및 권취하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 먼저, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 방사용액 주탱크(1)내 고분자 방사용액을 고전압이 걸려 있는 노즐(5)을 통해 고전압이 걸려 있는 컬렉터(7)로 전기방사하여 리본 또는 밴드 형태의 나노섬유 집합체(16a)를 제조한다.
보다 구체적으로, 고분자 방사용액은 계량펌프(2) 및 방사용액 드롭장치(3)를 통해 노즐블록(4)에 배열된 노즐(5)로 정량 공급된다.
이때, 본 발명은 나노섬유들이 집적되는 컬렉터(7)로서 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 (ⅰ)길이 방향을 따라 폭(W)이 1~50mm인 홈이 형성된 앤드레스 벨트 형태의 비도전체 판(7b)과 (ⅱ)상기 비도전체 판(7b)에 형성된 홈의 길이방향을 따라 0.01~20mm의 간격(ℓ)으로 상기 길이방향과 수직인 폭 방향으로 홈의 바닥면 전체 폭(W)에 걸쳐 일직선으로 배열되어 있으며, 굵기(d)가 0.001~2mm인 도선(7a)들로 구성된 컬렉터를 사용하여 컬렉터상에 도1과 같이 나노섬유들이 섬유축 방향으로 잘 배향되어 있는 배향 영역(b)과 나노섬유들이 섬유축 방향으로 잘 배향되지 않은 무배향 영역(a)이 교호로 규칙적으로 나타나는 나노섬유 집합체(6a)를 제조하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명으로 제조된 나노섬유 집합체(6a) 내 나노섬유들의 배열상태를 나타내는 모식도 이고, 도 2는 상향식 방식을 이용한 본 발명의 공정 개략도이고, 도 3은 도 1의 컬렉터(7) 부분의 확대 모식도 이고, 도 4는 섬유축에 대한 나노섬유의 배열각도(θ)를 나타내는 모식도이다.
컬렉터(7)에 형성된 홈의 바닥면에 배열된 도선(7b)의 굵기(d)는 0.01 ~ 2mm, 보다 바람직하기로는 0.05 ~ 1mm이다.
도선의 굵기(d)가 0.01mm 미만인 경우에는 도선 사이의 간격(ℓ)을 매우 좁게 해야 하기 때문에 도선과 도선 사이에 전기 방사된 나노섬유가 무배향 상태가 되고, 도선의 굵기(d)가 2mm를 초과하는 경우에는 도선(7b)에 전기력이 집중되어 도선(7b) 주위에 집적되는 나노섬유는 많아지나 도선과 도선 사이에 집적되는 나노섬유는 적어져 본 발명의 목적을 달성할 수 없게 된다.
또한 상기 도선과 도선 사이의 간격(ℓ)은 0.01 ~ 20mm, 보다 바람직하기로는 0.05 ~ 10mm 이다.
상기 간격(ℓ)이 0.01mm 미만인 경우에는 나노섬유들이 섬유축 방향으로 잘 배열되지 않고, 20mm를 초과하는 경우에는 도선과 도선 사이에서 섬유축 방향으로 배향되는 나노섬유들이 작아지고 도선 주위에만 나노섬유들이 집적되어 필라멘트의 물성이 저하하게 된다.
한편, 컬렉터(7) 상에 형성된 홈의 폭(W)은 1 ~ 50mm, 보다 바람직하기로는 5 ~ 25mm 이다.
도선이 상기 홈의 바닥면 전폭에 걸쳐 일직선상으로 배열되어 있기 때문에 상기 홈의 폭(W)은 도선 1개의 폭과 동일한 의미를 갖는다.
홈의 폭(W)이 1mm 미만이거나 50mm를 초과 하는 경우에는 전기력 분포 차이 등의 문제로 인해 배향 영역(b)과 무배향 영역(a)이 교호로 규칙되게 반복되는 나노섬유 집합체(6a)의 제조가 불가능하게 된다.
나노섬유들을 컬렉터 상에 형성된 홈의 바닥면에 전기 방사하는 이유는 나노섬유가 방사되는 면의 양쪽에 부도체로 벽을 만들어 줌으로서 나노섬유가 컬렉터의 홈의 바닥면 부분에 집적되는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기의 나노섬유 집합체(6a)는 도 1에 도시된 바와 같이 섬유축 방향을 따라 섬유축에 대한 나노섬유의 배향각도(θ)가 10 ~ 170°, 보다 바람직하기로는 60 ~ 170°인 무배향 영역(a)과 섬유축에 대한 나노섬유의 배향각도(θ)가 1°미만인 배향영역(b)이 교호로 규칙되게 반복되는 구조를 갖는다.
그로인해 상기의 나노섬유 집합체(6a)는 이후 연신공정에서 양호한 연신성을 나타내게 되어 최종 연속상 필라멘트의 물성을 향상 시키는 역할을 한다.
비도전체판(7a)의 재질로는 석영, 유리, 고분자 필름, 고분자판 등이 사용되며, 도선(7b)의 재질로는 구리, 금 등의 무기재료나 전도성이 우수한 고분자 등이 사용된다. 단위 폭으로 나노섬유를 방사하기 위해서는 제조하고자 하는 필라멘트의 굵기에 적당하게 노즐블록(4) 상에 노즐(5)들을 섬유 진행방향으로 1열로 배열하는 것이 바람직하나, 필요에 따라서는 2열 이상으로 배열할 수도 있다.
전기방사 방식으로는 (ⅰ) 노즐블록이 컬렉터의 하부에 위치하는 상향식 전기방사 방식을 사용할 수도 있고, (ⅱ) 노즐블록이 컬렉터의 상부에 위치하는 하향 식 전기방사 방식을 사용할 수도 있고, (ⅲ) 노즐블록과 컬렉터가 수평 또는 수평과 비슷한 각도로 위치하는 수평식 전기방사 방식을 사용할 수도 있다.
대량생산을 위해서는 상향식 전기방사 방식을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
전기방사시에 2종 이상의 고분자 방사용액을 각각의 노즐블록내에 배열된 노즐(5)들을 통해 동일한 컬렉터(7)로 전기방사하여 하이브리드 형태의 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트를 제조할 수도 있다.
노즐블럭(4)은 나노섬유 형성능을 양호하기 위해서 히터가 설치되어 있다. 또한 장시간 방사 혹은 무기산화물이 포함된 방사용액을 방사할 경우에 장시간 체류하면 겔(gel)화가 발생한다. 이를 방지하기 위해서는 교반기 모터(10a)를 이용하여 중간에 부도체 봉(10b)으로 연결된 교반기(10c)를 이용하여 교반하여 주는 것이 양호하다.
또한, 노즐블록(4)의 최상부에는 노즐블록에 과잉 공급된 방사용액을 방사 용액 주탱크(1)로 강제 이송 시키는 방사용액 배출장치(12)가 연결되어 있다.
상기 방사용액 배출장치(12)는 흡입공기등으로 노즐블록내에 과잉 공급된 방사용액을 방사용액 주탱크(1)로 강제 이동 시킨다.
다음으로는, 상기와 같이 컬렉터(7)상에 형성된 리본 또는 밴드 형태의 나노섬유 집합체(16a)를 이송 로울러(14, 15)를 이용하여 컬렉터(7)로 부터 이격(분리) 시켜 나노섬유 미연신사 (16b)를 제조한 다음, 계속해서 이를 집속, 연신 및 열처리하여 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트를 제조한다.
컬렉터(7)로 부터 리본 또는 밴드 형태의 나노섬유 집합체(16a)를 이격(분리) 시킬 때에는 도 1과 같이 컬렉터(7)의 표면에 분리용 필름 공급 로울러(9a)와 분리용 필름 권취 로울러(9b)를 사용하여 나노섬유 집합체 분리용 필름(9)을 연속적으로 공급해 주거나, 나노섬유 집합체 분리용 용액을 컬렉터 상에 연속 또는 불연속적으로 코팅하거나 분무해 주는 것이 바람직하다.
나노섬유 집합체 분리용 용액으로는 물, 메탄올, 에탄올, 톨루엔, 메틸렌클로라이드, 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 양쪽성(양이온-음이온) 계면활성제, 중성 계면활성제 등을 사용한다.
계속해서, 컬렉터(7)로 부터 이격(분리)된 나노섬유 집합체(16a)를 꼬임 장치 또는 공기를 이용한 공기교락장치(17)내로 통과시켜 집속시킨 후 계속해서 제 1연신 로울러(18)와 제 2 연신 로울러(19)를 통과시키면서 이들의 회전 선속도 차이를 이용하여 연신시키고, 계속해서 제 2 연신 로울러(19)와 제 3 연신 로울러(21)를 통과시키면서 이들의 회전 선속도 차이를 이용하여 연신 시킨 후, 연신된 연속상 필라멘트를 권취기(22)에 권취한다.
이때, 연신공정은 2단 또는 3단 이상의 공정으로 실시할 수 있으며, 선택적으로 제 2 연신 로울러(19)와 제 3 연신 로울러(21) 사이에 설치된 열처리 장치(20)도 열처리 할 수도 있다.
서로 다른 고분자 용액 각각을 본 발명에 따라 전기방사하여 제조한 서로 다른 성분의 나노섬유 필라멘트를 합사하거나, 복합노즐로 구성된 노즐블록을 사용하여 복합방사하여 서로 다른 성분으로 이루어진 하이브리드(Hybrid) 나노섬유 필라 멘트를 제조할 수도 있다.
또한, 서로 다른 고분자 용액을 코어/셀(core/shell) 형태로 복합방사한 후 이들중 코어성분을 용출하는 방식으로 중공사를 제조할 수도 있다.
이하, 실시예 및 비교 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다. 그러나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
96% 황산용액에서 상대 점도가 3.2인 나일론 6 수지를 개미산에 15중량% 농도로 용해하여 고분자 방사용액을 제조 하였다. 상기 고분자 방사용액의 표면장력은 49mN/m, 용액점도는 상온에서 1150센티포아즈, 전기전도도는 420mS/m 이였다.
상기 고분자 방사용액을 계량펌프(2)를 통해 도 1과 같은 상향식 전기방사 장치의 노즐블록(4)내의 노즐(5)로 공급한 후, 상기 노즐(5)을 통해 (ⅰ)길이 방향을 따라 폭이 10mm인 홈이 형성된 앤드레스 벨트 형태의 비전도체 판(7b)과 (ⅱ)상기 비도전체 판 (7b)에 형성된 홈의 길이 방향을 따라 2mm의 간격(ℓ)으로 상기 길이 방향과 수직인 폭방향으로 홈의 바닥면 전체 폭(W)에 걸쳐 일직선으로 배열되어 있으며 굵기(d)가 0.8mm인 도선(7a)들로 구성되며 고전압이 걸려있는 컬렉터(7)에 전기 방사 하였다.
이때, 노즐블록(4)으로는 직경이 1㎜인 노즐 2,000개가 일렬로 배열된 단위 노즐블록 8개로 이루어져 총 노즐수가 16,000개인 노즐블록을 사용하였고, 노즐 1개당 토출량은 1.2㎎/분으로 하였고, 전압은 28㎸로, 방사거리는 16㎝로 하였고, 컬렉터 표면에 나노섬유 집합체 분리용 필름(9)을 연속적으로 공급하였다.
다음으로는, 컬렉터에 물(분리용 용액)을 공급해 주면서 회전 선속도가 80m/분인 나노섬유 집합체 이송 로울러(14, 15)을 이용하여 상기와 같이 컬렉터상에 리본 형태로 집속된 나노섬유 나노섬유 집합체를 컬렉터(7)로 부터 분리(이격)하고, 계속해서 분리된 나노섬유 집합체를 공기교락장치(17)내로 통과시켜 집속시킨 후 회전 선속도가 215m/분인 제 1 연신 로울러(18)와 회전 선속도가 285m/분인 제 2 연신 로울러(19)사이에서 연신을 하였으며 283m/분의 권취속도로 권취하여 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트를 제조하였다.
제조된 연속상 필라멘트의 섬도는 75데니어, 강력은 5.3 g/데니어, 신도는 35% 이였다.
도7은 미연신 상태의 필라멘트, 즉 회전 선속도 215m/min으로 감은 필라멘트의 전체 전자현미경 사진으로 섬유축에 대하여 잘 배향된 부분과 그렇지 못한 부분이 전체적으로 나타낸 것이고, 도8은 상기 미연신 상태의 필라멘트 중 섬유축에 대하여 잘 배향된 부분을 확대하여 나타낸 전자현미경 사진으로 섬유축에 대한 나노섬유의 배향각도(θ)는 1.3°이었다. 또한 도9는 상기 미연신 상태의 필라멘트 중 잘 배향되지 않은 부분의 표면을 확대하여 나타낸 전자현미경 사진으로 섬유들이 무질서하게 배열되어 있으며 배향각도(θ)는 160°이었다.
실시예 2
수평균 분자량이 80,000인 폴리(ε-카프로락톤) 고분자(미국 Aldrich 사 제품)를 메틸렌클로라이드/N,N-디메틸포름아마이드(체적비 : 75/25) 혼합용매에 13중량% 농도로 용해하여 고분자 방사용액을 제조 하였다. 상기 고분자 방사용액의 표면장력은 35mN/m, 용액점도는 상온에서 250센티포아즈, 전기전도도는 0.02mS/m, 유전율 상수는 90 이였다.
상기 고분자 방사용액을 계량펌프(2)를 통해 도 1과 같은 상향식 전기방사 장치의 노즐블록(4)내의 노즐(5)로 공급한 후, 상기 노즐(5)을 통해 (ⅰ)길이 방향을 따라 폭이 10mm인 홈이 형성된 앤드레스 벨트 형태의 비전도체 판(7b)과 (ⅱ)상기 비도전체 판 (7b)에 형성된 홈의 길이 방향을 따라 3mm의 간격(ℓ)으로 상기 길이 방향과 수직인 폭방향으로 홈의 바닥면 전체 폭(W)에 걸쳐 일직선으로 배열되어 있으며 굵기(d)가 0.8mm인 도선(7a)들로 구성되며 고전압이 걸려있는 컬렉터(7)에 전기 방사 하였다.
이때, 노즐블록(4)으로는 직경이 1㎜인 노즐 600개가 일렬로 배열된 단위 노즐블록 8개로 이루어져 총 노즐수가 4,800개인 노즐블록을 사용하였고, 노즐 1개당 토출량은 1.6㎎/분으로 하였고, 전압은 35㎸로, 방사거리는 28㎝로 하였고, 컬렉터 표면에 나노섬유 집합체 분리용 필름(9)을 연속적으로 공급하였다.
다음으로는, 컬렉터에 물(분리용 용액)을 공급해 주면서 회전 선속도가 80m/분인 나노섬유 집합체 이송 로울러(14, 15)을 이용하여 상기와 같이 컬렉터상에 리본 형태로 집속된 나노섬유 나노섬유 집합체를 컬렉터(7)로 부터 분리(이격)하고, 계속해서 분리된 나노섬유 집합체를 공기교락장치(17)내로 통과시켜 집속시킨 후 회전 선속도가 82m/분인 제 1 연신 로울러(18)와 회전 선속도가 115m/분인 제 2 연신 로울러(19)를 이용하여 연신한 후, 114m/분의 권취속도로 권취하여 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트를 제조하였다. 잘 배향된 부분의 섬유축에 대한 나노섬유 의 배향각도, θ는 1.6°이었고 잘 배향되지 않은 부분의 θ는 164°이었다.
제조된 연속상 필라멘트의 섬도는 75데니어, 강력은 4.5 g/데니어, 신도는 35% 이였다.
실시예 3
분자량이 80,000인 폴리우레탄 수지(대우인터네셔널, 한국)와 중합도가 800인폴리비닐클로라이드(LG화학, 한국)를 중량비로 70/30으로 디메틸포름아마이드/테트라하이드로퓨란(체적비 : 5/5)의 혼합용매에 용해하여 12.5중량% 방사용액을 제조하였다. 상기 방사용액의 점도는 450센티포아스이였다.
상기 고분자 방사용액을 계량펌프(2)를 통해 도 1과 같은 상향식 전기방사 장치의 노즐블록(4)내의 노즐(5)로 공급한 후, 상기 노즐(5)을 통해 (ⅰ)길이 방향을 따라 폭이 8mm인 홈이 형성된 앤드레스 벨트 형태의 비전도체 판(7b)과 (ⅱ)상기 비도전체 판 (7b)에 형성된 홈의 길이 방향을 따라 3mm의 간격(ℓ)으로 상기 길이 방향과 수직인 폭방향으로 홈의 바닥면 전체 폭(W)에 걸쳐 일직선으로 배열되어 있으며 굵기(d)가 1mm인 도선(7a)들로 구성되며 고전압이 걸려있는 컬렉터(7)에 전기 방사 하였다.
이때, 노즐블록(4)으로는 직경이 1㎜인 노즐 750개가 일렬로 배열된 단위 노즐블록 8개로 이루어져 총 노즐수가 6,000개인 노즐블록을 사용하였고, 노즐 1개당 토출량은 1.5㎎/분으로 하였고, 전압은 35㎸로, 방사거리는 20㎝로 하였고, 컬렉터 표면에 나노섬유 집합체 분리용 필름(9)을 연속적으로 공급하였다.
다음으로는, 컬렉터에 물(분리용 용액)을 공급해 주면서 회전 선속도가 80m/ 분인 나노섬유 집합체 이송 로울러(14, 15)을 이용하여 상기와 같이 컬렉터상에 리본 형태로 집속된 나노섬유 나노섬유 집합체를 컬렉터(7)로 부터 분리(이격)하고, 계속해서 분리된 나노섬유 집합체를 공기교락장치(17)내로 통과시켜 집속시킨 후 회전 선속도가 200m/분인 제 1 연신 로울러를 (18) 권취속도로 권취하여 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트를 제조하였다. 섬유축에 대하여 잘 배향된 부분의 배향각도, θ는 1.4°이었고 잘 배향되지 않은 부분의 θ는 167°이었다.
제조된 연속상 필라멘트의 섬도는 40 데니어, 강력은 1.6 g/데니어, 신도는 780% 이였다.
본 발명은 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트를 보다 간단한 연속공정으로 제조할 수 있다. 본 발명으로 제조된 상기 연속상 필라멘트는 물성이 크게 향상되어 인조피혁, 공기청정용 필터, 와이핑 클로스, 골프장갑, 가발 등의 일상용품은 물론 인공투석용 필터, 인조혈관, 유착방지제, 인공뼈 등의 다양한 산업분야 소재로 유용하다.

Claims (12)

  1. 고분자 방사용액을 고전압이 걸려있는 노즐(5)을 통하여 (ⅰ)길이 방향을 따라 폭(W)이 1~50mm인 홈이 형성된 앤드레스 벨트 형태의 비도전체 판(7b)과 (ⅱ)상기 비도전체 판(7b)에 형성된 홈의 길이방향을 따라 0.01~20mm의 간격(ℓ)으로 상기 길이방향과 수직인 폭 방향으로 홈의 바닥면 전체 폭(W)에 걸쳐 일직선으로 배열되어 있으며, 굵기(d)가 0.001~2mm인 도선(7a)들로 구성되며, 고전압이 걸려있는 컬렉터(7) 상에 전기 방사하여 리본 또는 밴드 형태의 나노섬유 집합체(16a)를 제조한 다음, 상기 나노섬유 집합체(16a)를 컬렉터(7)로부터 분리하여 나노섬유 미연신사(16b)를 제조한 다음, 이를 집속, 연신 및 권취하는 것을 특징으로 하는 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법.
  2. 1항에 있어서, 컬렉터(7)의 표면에 나노섬유 집합체(16a) 분리용 필름(9)을 연속적으로 공급해 주는 것을 특징으로 하는 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법.
  3. 1항에 있어서. 비도전체 판(7b)에 형성된 홈의 폭(W)이 5 ~ 25mm 이고, 길이 방향의 도선들 사이의 간격(ℓ)이 0.05 ~ 10mm이고, 도선의 굵기(d)가 0.05 ~ 1mm인 것을 특징으로 하는 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법.
  4. 1항에 있어서, 전기방사방식이 (ⅰ) 노즐블록이 컬렉터의 하부에 위치하는 상향식 전기방사 방식이거나, (ⅱ) 노즐블록이 컬렉터의 상부에 위치하는 하향식 전기방사 방식이거나, (ⅲ) 노즐블록과 컬렉터가 수평 또는 수평과 비슷한 각도로 위치하는 수평식 전기방사 방식인 것을 특징으로 하는 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법.
  5. 1항에 있어서, 전기방사시에 2종 이상의 고분자 방사용액을 각각의 노즐블록내에 배열된 노즐(5)들을 통해 동일한 컬렉터(7)상에 전기방사하는 것을 특징으로 하는 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법.
  6. 1항에 있어서, 나노섬유가 전기방사 되는 컬렉터(7)상에 나노섬유 집합체(16a) 분리용 용액을 연속 또는 불연속적으로 코팅 또는 분무하는 것을 특징으로 하는 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법.
  7. 6항에 있어서, 나노섬유 집합체 분리용 용액이 물, 메탄올, 에탄올, 톨루엔, 메틸렌클로라이드, 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 양쪽성(양이온-음이온) 계면활성제 또는 중성 계면활성제인 것을 특징으로 하는 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법.
  8. 1항에 있어서, 컬렉터로 부터 이격된 나노섬유 집합체(16a)를 공기교락장치(17)내로 통과시켜 집속시키는 것을 특징으로 하는 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법.
  9. 1항에 있어서, 집속처리된 나노섬유 미연신사(16b)을 두 개의 로울러 사이에서 상기 로울러간의 회전속도 차이를 이용하여 연신하는 것을 특징으로 하는 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법.
  10. 1항에 있어서, 연신된 나노섬유 필라멘트(16c)를 열처리하는 것을 특징으로 하는 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법.
  11. 1항에 있어서, 나노섬유 집합체(16a)는 섬유축 방향을 따라 섬유축에 대한 나노섬유의 배향각도(θ)가 10° ~ 170° 무배향 영역(a)과 섬유축에 대한 나노섬유의 배향각도(θ)가 10° 미만인 배향 영역(b)이 교호로 규칙되게 반복되는 것을 특징으로 하는 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법.
  12. 10항에 있어서, 무배향 영역(a)내에 존재하는 나노섬유들의 섬유축에 대한 배향각도(θ)가 60~170°인 것을 특징으로 하는 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법.
KR1020050038872A 2005-05-10 2005-05-10 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법 KR100629107B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050038872A KR100629107B1 (ko) 2005-05-10 2005-05-10 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050038872A KR100629107B1 (ko) 2005-05-10 2005-05-10 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100629107B1 true KR100629107B1 (ko) 2006-09-27

Family

ID=37628918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050038872A KR100629107B1 (ko) 2005-05-10 2005-05-10 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100629107B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100857523B1 (ko) 2007-07-03 2008-09-08 파인텍스테크놀로지글로벌리미티드 전기방사장치의 방사 조건의 조절 방법
KR101650497B1 (ko) * 2015-03-16 2016-08-23 전북대학교산학협력단 정렬된 나노섬유 제조장치
KR20180011965A (ko) * 2016-07-26 2018-02-05 전북대학교산학협력단 롤투롤 방식의 투명 나노섬유 제조장치 및 투명 나노섬유 제조용 시트
CN112176455A (zh) * 2020-10-17 2021-01-05 汕头市圣达安实业有限公司 中空涤纶/腈纶超细纤维弹性经编织物及其制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100857523B1 (ko) 2007-07-03 2008-09-08 파인텍스테크놀로지글로벌리미티드 전기방사장치의 방사 조건의 조절 방법
KR101650497B1 (ko) * 2015-03-16 2016-08-23 전북대학교산학협력단 정렬된 나노섬유 제조장치
KR20180011965A (ko) * 2016-07-26 2018-02-05 전북대학교산학협력단 롤투롤 방식의 투명 나노섬유 제조장치 및 투명 나노섬유 제조용 시트
KR101885822B1 (ko) 2016-07-26 2018-09-06 전북대학교산학협력단 롤투롤 방식의 투명 나노섬유 제조장치
CN112176455A (zh) * 2020-10-17 2021-01-05 汕头市圣达安实业有限公司 中空涤纶/腈纶超细纤维弹性经编织物及其制备方法
CN112176455B (zh) * 2020-10-17 2021-08-31 汕头市圣达安实业有限公司 中空涤纶/腈纶超细纤维弹性经编织物及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100621428B1 (ko) 전기방사를 이용한 연속상 필라멘트의 제조방법 및 이로제조된 연속상 필라멘트
JP4504430B2 (ja) ナノ繊維からなる連続状フィラメントの製造方法
JP4346647B2 (ja) ナノ繊維からなる連続状フィラメントの製造方法
JP4011584B2 (ja) ナノ繊維からなる連続状フィラメントの製造方法
JP4769871B2 (ja) 複合電気紡糸装置、これを用いて製造された複合ナノ繊維不織布及び複合ナノ繊維フィラメント
US20090324950A1 (en) Method of manufacturing a continuous filament by electrospinning and continuous filament manufactured thereby
KR100665608B1 (ko) 전기방사를 이용한 연속상 매트의 제조방법 및 이로 제조된 매트
KR100629107B1 (ko) 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법
KR100607416B1 (ko) 전기방사를 이용한 연속상 필라멘트의 제조방법 및 이로제조된 연속상 필라멘트
KR100696285B1 (ko) 나노섬유로 구성된 연속상 고강력 필라멘트의 제조방법 및이로 제조된 필라멘트
KR100595486B1 (ko) 상향식 다성분 전기방사장치 및 이를 이용하여 제조된다성분 나노섬유
KR100595489B1 (ko) 나노섬유로 구성된 고강력 필라멘트의 제조방법
KR100595485B1 (ko) 복합 전기방사장치, 이를 이용하여 제조된 복합 나노섬유부직포 및 복합 나노섬유 필라멘트
KR100562010B1 (ko) 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법
KR100702870B1 (ko) 전기방사를 이용한 연속상 매트의 제조방법 및 이로 제조된매트
KR100595490B1 (ko) 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법
KR100595491B1 (ko) 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법
KR100763872B1 (ko) 전기방사를 이용한 연속상 매트의 제조방법 및 이로 제조된매트
KR20060128257A (ko) 나노섬유가 코팅된 매트의 제조방법 및 이로 제조된 매트
KR100607415B1 (ko) 전기방사를 이용한 연속상 필라멘트의 제조방법 및 이로제조된 연속상 필라멘트
KR20050107075A (ko) 중공 나노섬유의 제조방법
KR100763873B1 (ko) 전기방사를 이용한 연속상 매트의 제조방법 및 이로 제조된매트
KR100702868B1 (ko) 나노섬유로 구성된 연속상 필라멘트의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130510

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140530

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150709

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160630

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170629

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180627

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190701

Year of fee payment: 14