KR100787624B1

KR100787624B1 - Electro-spinning apparatus with upward spinning-nozzle for mass-production of nano-fiber

Info

Publication number: KR100787624B1
Application number: KR1020070029866A
Authority: KR
Inventors: 박종철
Original assignee: 박종철
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2007-12-21

Abstract

An upward type electro-spinning apparatus is provided to achieve auto-supply and auto-control of a spinning solution, by respectively applying a negative type voltage to a nozzle block and a positive voltage to a collector so as to improve the electric stability of the electro-spinning apparatus. A nozzle block(11) is connected to a cathode terminal of a voltage generator(16) to spin a spinning solution(S) upwardly. A collector(12) is connected to an anode terminal of the voltage generator, and installed above the nozzle block correspondingly to the nozzle block. The nozzle block includes an upper conductive plate having plural spinning nozzles, a lower conductive plate connected to the cathode terminal, and a supply space between the upper conductive plate and the lower conductive plate. Each of the spinning nozzles has a flow channel connected to the supply space. The collector is supported by a plurality of support beams.

Description

Electro-spinning Apparatus with Upward Spinning-nozzle for Mass-production of Nano-fiber

도 1은 공지된 상향식 전기 방사 장치의 개략적인 형태를 도시한 것이다. 1 shows a schematic form of a known bottom-up electrospinning apparatus.

도 2는 본 발명에 따른 전기 방사 장치의 노즐 블록을 도시한 것이다. 2 shows a nozzle block of the electrospinning apparatus according to the invention.

본 발명은 나노 섬유를 대량으로 생산하기 위한 상향식 전기 방사 장치에 관한 것이고, 구체적으로 전기적 안정성 및 방사 안정성을 가진 나노 섬유를 대량으로 생산할 수 있는 상향식 전기 방사 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a bottom-up electrospinning apparatus for mass production of nanofibers, and more particularly, to a bottom-up electrospinning apparatus capable of mass-producing nanofibers having electrical stability and spinning stability.

일반적으로 나노 섬유는 섬유 직경의 평균 직경이 5 내지 1,000 ㎚가 되는 섬유를 의미하며 이는 본 발명에 따라 제조되거나 또는 제조될 수 있는 나노 섬유에 대해서도 동일하다. 나노 섬유는 주로 방사 용액을 전기 방사하여 제조되고, 그리고 나노 섬유를 전기 방사하는 방법은 상향식, 하향식 그리고 측면 방식이 있다. 각각의 방식은 장단점을 가지고 있지만 세 가지 방식 모두 나노 섬유의 양산은 어렵다고 인식되어 왔다. 특히 하향식 전기 방사의 경우 제조 과정에서 특정 시점 또는 지점에서 발생할 수 있는 방사 용액의 불균일성은 전체 제품을 불량으로 만들 수 있으므로 대량 생산에 적합하지 못하다. 그러므로 대량 생산을 위하여 상향식 전기 방사가 유리하지만 상향식 전기 방사의 경우 방사 용액의 일부가 노즐 출구에서 순간적인 전기장의 불균일성으로 인한 드롭렛(droplet)을 여전히 방지하기 어렵다는 문제점을 가진다. In general, nanofibers refers to fibers having an average diameter of 5 to 1,000 nm of fiber diameters, which is the same for nanofibers that may or may be produced according to the present invention. Nanofibers are mainly produced by electrospinning spinning solutions, and the methods of electrospinning nanofibers are bottom-up, top-down and sideways. Each method has advantages and disadvantages, but all three methods have been recognized as difficult to produce nanofibers. In particular, in the case of top-down electrospinning, the non-uniformity of the spinning solution, which can occur at any point in time or at any point in the manufacturing process, can make the whole product defective and therefore not suitable for mass production. Therefore, bottom-up electrospinning is advantageous for mass production, but in the case of bottom-up electrospinning, there is a problem that a part of the spinning solution is still difficult to prevent droplets due to instantaneous electric field non-uniformity at the nozzle outlet.

나노 섬유의 전기 방사와 관련된 선행발명으로 특허공개번호 2005-0077313이 있다. 제시된 선행발명은 다수의 노즐을 좁은 영역에 배열하여 단위 시간당 생산량을 향상시키고 그리고 드롭렛 현상을 방지하기 위하여 노즐 블록이 컬렉터의 하단에 위치하는 상향식 전기 방사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 이루기 위하여 선행 발명은 노즐 블록에 설치된 노즐의 출구가 상부 방향으로 형성되고 그리고 컬렉터가 노즐 블록의 상부에 위치하는 상향식 전기 방사 장치를 제안한다. 일반적으로 전기 방사를 위하여 약 20 kV의 높은 전압이 노즐 블록과 컬렉터 사이에 인가되어야 한다. 제안된 선행 발명은 노즐 블록과 관련하여 복잡한 전기 장치가 설치되어야 하고 그리고 이들 장치를 노즐 블록의 높은 전압으로부터 절연시켜야 한다. 이것은 나노 섬유의 대량 생산을 어렵게 한다.Prior art relating to the electrospinning of nanofibers discloses Patent Publication No. 2005-0077313. The present invention aims to provide a bottom-up electrospinning device in which a nozzle block is located at the bottom of the collector to improve the yield per unit time by arranging a plurality of nozzles in a narrow area and to prevent droplet phenomenon. In order to achieve this object, the prior invention proposes a bottom-up electrospinning apparatus in which an outlet of a nozzle installed in a nozzle block is formed in an upward direction, and a collector is located above the nozzle block. In general, a high voltage of about 20 kV should be applied between the nozzle block and the collector for electrospinning. The proposed prior art requires complex electrical devices to be installed in connection with the nozzle block and to insulate these devices from the high voltage of the nozzle block. This makes mass production of nanofibers difficult.

나노 섬유의 전기 방사와 관련된 다른 선행 발명으로 특허공고번호 10-0679073이 있다. 제시된 선행발명은 전기 방사 방식에 의하여 연속으로 나노 섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것은 목적으로 컬렉터를 지면에 대하여 일정한 각도로 경사지게 설치하거나 또는 노즐을 컬렉터와 일정한 각도로 설치하여 드롭렛을 방지하는 것을 특징으로 한다. 그러나 설치된 전기 장치의 절연 및 방사 과정에서 용제가 분사 노즐에 흘러내릴 수 있다는 문제점을 가진다. Another prior invention relating to electrospinning of nanofibers is Patent Publication No. 10-0679073. The present invention provides a method of continuously manufacturing nanofibers by an electrospinning method for the purpose of installing a collector at an angle with respect to the ground or by installing a nozzle at an angle with the collector to prevent droplets. It features. However, there is a problem that solvent may flow down to the spray nozzle during the insulation and spinning process of the installed electric device.

나노 섬유의 전기 방사와 관련된 또 다른 선행 발명으로 미국특허번호 7,134,857이 있다. 제안된 선행 발명은 대량 생산에 유리한 나노 섬유를 생산하기 위한 전기 방사 장치를 제공하는 것을 목적으로 회전 가능한 스프레이 헤드(22)와 접지된 컬렉터 사이에 형성된 전기장에 의하여 방사 용액이 컬렉터에 방사되는 전기 방사 장치를 제안한다. 그러나 제안된 전기 방사 장치는 연속 공정에 적합하지 않다는 단점을 가진다. Another prior invention relating to electrospinning of nanofibers is US Pat. No. 7,134,857. The proposed prior invention is electrospinning in which the spinning solution is radiated to the collector by an electric field formed between the rotatable spray head 22 and the grounded collector for the purpose of providing an electrospinning device for producing nanofibers, which is advantageous for mass production. Suggest a device. However, the proposed electrospinning device has the disadvantage that it is not suitable for continuous processing.

본 발명은 이와 같은 선행 발명의 문제점을 해결하기 위한 것으로 대량 및 연속 생산이 가능하고 그리고 구성이 간단하여 전기적으로 안정성을 가질 뿐만 아니라 드롭렛 현상을 억제하여 방사 안정성을 가진 나노 섬유의 대량 생산을 위한 전기 방사 장치를 제공한다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above is capable of mass and continuous production, and the configuration is simple to not only have electrical stability but also to suppress the droplet phenomenon for the mass production of nanofibers having radiation stability Provide an electrospinning apparatus.

본 발명의 목적은 음의 전압이 인가된 노즐 블록으로부터 방사 용액이 방사되어 양의 전압이 인가된 컬렉터에서 나노 섬유 웹이 형성되는 나노 섬유의 대량 생산에 위한 상향식 전기 방사 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a bottom-up electrospinning apparatus for mass production of nanofibers in which a spinning solution is radiated from a nozzle block to which a negative voltage is applied to form a nanofiber web in a collector to which a positive voltage is applied.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 나노 섬유의 제조를 위한 상향식 전기 방사 장치는 전압 발생 장치의 음극 단자에 연결되어 하부에서 방사 용액을 방사하는 노즐 블록; 및 전압 발생 장치의 양극 단자에 연결되어 노즐 블록의 위치에 대응되도록 상부에 설치되는 컬렉터를 포함하고, 상기에서 노즐 블록은 다수 개의 방사 노즐이 정렬되는 상부 도체 판; 상기 음극 단자에 연결되는 하부 도체 판; 및 상부 도체 판과 하부 도체 판의 사이에 형성되는 공급 공간을 포함하고 그리고 방사 노즐은 공급 공간으로 연결되는 유로를 가진다. According to a preferred embodiment of the present invention, a bottom-up electrospinning apparatus for producing nanofibers comprises: a nozzle block connected to a negative terminal of a voltage generator to radiate a spinning solution from below; And a collector connected to an anode terminal of the voltage generating device and installed at an upper portion thereof to correspond to the position of the nozzle block, wherein the nozzle block comprises: an upper conductor plate on which a plurality of radiating nozzles are arranged; A lower conductor plate connected to the negative terminal; And a supply space formed between the upper conductor plate and the lower conductor plate, and the spinning nozzle has a flow path connected to the supply space.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 컬렉터는 다수 개의 지지 빔에 의하여 지지된다. According to another suitable embodiment of the invention, the collector is supported by a plurality of support beams.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 다수 개의 지지 빔은 컬렉터와 접하는 부분에 형성된 절연 블록을 가진다. According to another suitable embodiment of the present invention, the plurality of support beams have an insulating block formed in the portion in contact with the collector.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상부 도체 판의 윗면에 증발 방지 막이 설치된다. According to another feature of the invention, an evaporation preventing film is provided on the upper surface of the upper conductor plate.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 공급 공간에 방사 용액을 공급하는 공급원을 더 포함하고, 상기에서 공급원은 지면을 기준으로 노즐 블록보다 위쪽에 설치된다. According to another feature of the invention, it further comprises a source for supplying the spinning solution to the supply space, wherein the source is installed above the nozzle block relative to the ground.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면 및 실시 예를 제시하여 상세하게 설명이 된다. 제시된 실 시 예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and embodiments. The examples presented are exemplary and are not intended to limit the scope of the invention.

도 1은 본 발명에 따른 상향식 전기 방사의 개략적인 형태를 도시한 것이다. 1 shows a schematic form of a bottom-up electrospinning according to the invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 방사 장치(1)는 방사 용액(S)을 방사하는 방사 노즐(13)이 정렬된 노즐 블록(11); 방사 노즐(13)로부터 방사된 방사 용액(S)을 집속하여 나노 섬유 웹(F)을 형성하는 컬렉터(12); 노블 블록(11) 및 컬렉터(12)에 전압을 인가하는 전압 발생 장치(16); 노즐 블록(11) 및 컬렉터(12)를 일정한 간격으로 유지하기 위한 고정 빔 (17a, 17b)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the electrospinning apparatus 1 according to the present invention comprises a nozzle block 11 in which a spinning nozzle 13 for spinning a spinning solution S is aligned; A collector 12 which focuses the spinning solution S radiated from the spinning nozzle 13 to form a nanofiber web F; A voltage generator 16 for applying a voltage to the noble block 11 and the collector 12; And fixed beams 17a and 17b for maintaining the nozzle block 11 and the collector 12 at regular intervals.

본 발명에 따른 나노 섬유의 대량 생산을 위한 전기 방사 장치의 노즐 블록(11)은 일정한 전압을 유지하기 위하여 가로 및 세로의 크기가 각각 1 내지 8 m 가 되는 도체 판을 포함하고 그리고 각각의 도체 판은 일정한 간격으로 연속적으로 정렬된 300 내지 30,000개의 방사 노즐(13)을 포함한다. 도체 판 크기 및 방사 노즐(13)의 수는 생산이 되어야 할 나노 섬유의 종류 또는 나노 섬유 웹의 양에 따라 적당한 크기로 조절될 수 있으므로 제시된 크기 및 수에 제한되지 않는다. 방사 용액의 집속을 위한 컬렉터(12)는 노즐 블록(11)의 각각의 도체 판의 위치에 대응되는 각각의 금속판을 포함한다. 컬렉터(12)는 방사 용액이 집속되고 그리고 집속 과정에서 방사 용액이 컬렉터(12)를 벗어나는 것을 방지하기 위하여 금속판은 도체 판보다 넓은 면적을 가지는 것이 유리하다. 노즐 블록(11)의 도체 판 및 컬렉터(12)의 금속판은 임의의 형태를 가질 수 있지만 바람직하게는 사각형이 될 수 있다. 컬렉터(12)의 금속판은 다수 개의 고정 빔(17a, 17b)에 의하여 도체 판과 일정한 간격을 유지한다. 다수 개의 고정 빔(17a, 17b)의 위쪽은 컬렉터(12)의 임의의 위치에 고정될 수 있지만 바람직하게는 컬렉터(12) 4개의 모서리 및 중앙 부분의 가장 자리에 고정되도록 설치될 수 있고 그리고 고정 빔(17a, 17b)의 아래쪽은 지면에 고정될 수 있다. 위에서 이미 설명을 한 것처럼 컬렉터(12)는 방사 용액이 외부로 벗어나는 것을 방지하기 위하여 노즐 블록(11)의 도체 판보다 큰 면적을 가진다. 추가로 컬렉터(12)는 고정 빔(17a, 17b)의 위쪽 부분을 컬렉터(12)에 고정시키기 위한 면적을 가질 수 있다. 그러므로 컬렉터(12)는 방사 용액의 집속 및 고정 빔(17a, 17b)의 설치를 고려하여 충분한 크기로 만들어져야 한다. 고정 빔(17a, 17b)은 전체가 절연 소재로 형성되거나 또는 적어도 컬렉터(12)와 접하는 위쪽 부분에 절연 블록이 형성되어야 한다. 컬렉터(12)의 상당한 큰 중량을 고려할 때 고정 빔(17a, 17b)은 강철 빔이 될 수 있고 그리고 강철 빔이 되는 경우 고정 빔(17a,17b)의 위쪽 부분에 절연 블록이 반드시 형성되어야 한다. 절연 블록은 길이는 전기 방사 장치(1)의 방사 전압을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어 방사 전압이 40 kV가 된다면 절연 블록의 절연 내전압은 80 kV이상이 되어야 한다. 도체 판과 금속판 사이에 균일한 전기장이 형성되어야 하므로 고정 빔(17a, 17b)은 도체 판 또는 금속판의 가장 바깥 부분에 형성되어야 하고 그리고 금속판을 지지할 수 있는 최소 직경을 가지는 견고함 빔으로 형성되는 것이 유리하다. The nozzle block 11 of the electrospinning apparatus for mass production of nanofibers according to the present invention comprises a conductor plate having a width of 1 to 8 m in each of the horizontal and vertical sizes so as to maintain a constant voltage, and each conductor plate. Includes 300 to 30,000 spinning nozzles 13 continuously aligned at regular intervals. The size of the conductor plate and the number of the spinning nozzles 13 can be adjusted to an appropriate size depending on the type of nanofibers or the amount of nanofiber webs to be produced, and is not limited to the sizes and numbers presented. The collector 12 for focusing the spinning solution comprises a respective metal plate corresponding to the position of each conductor plate of the nozzle block 11. The collector 12 advantageously has a larger area than the conductor plate to prevent the spinning solution from concentrating and from exiting the collector 12 during the focusing process. The conductor plate of the nozzle block 11 and the metal plate of the collector 12 may have any shape, but may preferably be rectangular. The metal plate of the collector 12 is kept at a constant distance from the conductor plate by a plurality of fixed beams 17a and 17b. The upper part of the plurality of fixed beams 17a, 17b can be fixed at any position of the collector 12 but preferably can be installed to be fixed at the corners of the four corners and the central part of the collector 12 and fixed The bottom of the beams 17a and 17b may be fixed to the ground. As already explained above, the collector 12 has a larger area than the conductor plate of the nozzle block 11 to prevent the spinning solution from escaping outward. In addition, the collector 12 may have an area for fixing the upper portion of the fixed beams 17a and 17b to the collector 12. Therefore, the collector 12 must be made of sufficient size in consideration of the concentration of the spinning solution and the installation of the fixed beams 17a and 17b. The fixed beams 17a and 17b may be formed entirely of an insulating material or at least an insulating block formed at an upper portion thereof in contact with the collector 12. Considering the significant weight of the collector 12, the fixed beams 17a and 17b can be steel beams and, in the case of steel beams, insulating blocks must be formed in the upper part of the fixed beams 17a and 17b. The length of the insulating block can be determined in consideration of the radiation voltage of the electrospinning apparatus 1. For example, if the radiation voltage is 40 kV, the insulation withstand voltage of the insulation block should be more than 80 kV. Since a uniform electric field must be formed between the conductor plate and the metal plate, the fixed beams 17a and 17b must be formed at the outermost part of the conductor plate or the metal plate and formed of a rigid beam having a minimum diameter capable of supporting the metal plate. It is advantageous.

전압 발생장치(16)는 방사 용액(S) 또는 제조되는 나노 섬유 웹(F)의 용도에 따라 1 내지 80 kV의 전압을 노즐 블록(11)의 도체 판 및 컬렉터(12)의 금속 판 사이에 발생시킬 수 있다. 노즐 블록(11) 및 컬렉터(12)는 각각 전압 발생 장치(16)의 임의의 전극에 연결될 수 있지만 바람직하게는 노즐 블록(11)은 전압 발생 장치(16)의 음극 단자(N) 그리고 컬렉터(12)는 전압 발생 장치(16)의 양극 단자(P)에 각각 연결된다. 음극 단자(N)가 노즐 블록(11)에 연결되고 그리고 노즐 블록(11)이 다시 접지(Ground)와 연결되면 전기 방사 장치(1)는 안정성을 가지고 연속적으로 방사가 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 전기 방사 장치(1)는 노즐 블록(11)이 지면을 기준으로 아래쪽에 설치되고 그리고 컬렉터(12)가 위쪽에 설치된다. 그리고 노즐 블록(11)에 정렬된 방사 노즐(13)은 방사 용액을 아래쪽으로부터 위쪽으로 방사하므로 컬렉터(12)에 집속되지 못한 방사 용액은 노즐 블록(11) 또는 지면으로 낙하할 수 있다. 그리고 집속되지 못한 방사 용액은 미세한 방울 형태로 존재하므로 전하를 유지할 수 있다. 만약 노즐 블록(11)이 전압 발생장치(16)의 양극 단자(P)에 연결된 경우 집속되지 못한 방사 용액이 노즐 블록(11) 또는 노즐 블록(11)과 연결된 다른 전기 장치에 부딪히게 되면 방전 현상 또는 전기 스파크(spark)가 발생할 수 있다. 그리고 이로 인하여 전기 방사 장치(1)에 화재가 발생하거나 또는 전기적 장애를 발생시킬 수 있다. 그러나 노즐 블록(11)이 전압 발생장치(16)의 음극 단자(N)에 연결되는 경우 이와 같은 위험을 방지할 수 있다. 그리고 이로 인하여 안정된 전기 방사가 가능하다. The voltage generator 16 applies a voltage of 1 to 80 kV between the conductor plate of the nozzle block 11 and the metal plate of the collector 12 depending on the application of the spinning solution S or the nanofiber web F to be manufactured. Can be generated. The nozzle block 11 and the collector 12 may each be connected to any electrode of the voltage generator 16, but preferably the nozzle block 11 is a negative terminal N and a collector () of the voltage generator 16. 12 is connected to the positive terminal P of the voltage generator 16, respectively. When the negative electrode terminal N is connected to the nozzle block 11, and the nozzle block 11 is connected to the ground again, the electrospinning apparatus 1 can stably and continuously radiate. In the electrospinning apparatus 1 according to the present invention, the nozzle block 11 is installed below the ground and the collector 12 is installed above. In addition, since the spinning nozzle 13 aligned with the nozzle block 11 radiates the spinning solution from the bottom to the top, the spinning solution not focused on the collector 12 may fall to the nozzle block 11 or the ground. And the non-focused spinning solution is present in the form of fine droplets can maintain the charge. If the nozzle block 11 is connected to the positive terminal (P) of the voltage generator 16, the discharged condensation solution is hit by the nozzle block 11 or another electrical device connected to the nozzle block 11 discharge phenomenon Or an electrical spark may occur. As a result, a fire may occur or an electrical failure may occur in the electrospinning apparatus 1. However, when the nozzle block 11 is connected to the negative terminal N of the voltage generator 16, this risk can be prevented. And this enables stable electrospinning.

다수 개의 방사 노즐(13)에 의하여 상향으로 방사된 방사 용액은 두 개의 회전 롤러(14a, 14b)에 의하여 회전하는 와이어 벨트를 통과하는 집속 기재(18)에 집속되어 나노 섬유 웹을 형성한다. 와이어 벨트는 폴리에스터, 나일론 또는 폴리프로필렌 벨트와 같은 절연성 소재로 제조될 수 있고 그리고 두 개의 회전 롤러(14a, 14b)에 의하여 계속적으로 컬렉터(12)의 둘레를 회전하게 한다. 도 1에서 2개의 회전 롤러(14a, 14b)가 도시되어 있지만, 필요에 따라 컬렉터(12)의 금속판 사이에 추가적인 회전 롤러가 설치될 수 있다. 와이어 벨트와 함께 이송되는 집속 기재(18)는 나노 섬유 웹을 적층시켜 물성을 향상될 필요가 있는 섬유 원단이 될 수 있다. 또는 만약 나노 섬유 웹만으로 이루어진 소재를 제조하는 경우 집속 기재(18)는 종이 또는 부직포가 될 수 있다. 집속 기재(18)가 섬유 원단이 되는 경우 나노 섬유 웹은 집속 기재와 함께 권취 롤러(15)에 의하여 회전 드럼(도시되지 않음)과 같은 장치에 권취가 되어 나노 섬유 웹이 적층된 나노 섬유 제품이 된다. 이 와 달리 집속 기재(18)가 종이 또는 부직포가 되는 경우 제조 공정 과정에서(on-line) 나노 섬유 웹과 집속 기재를 분리하거나 또는 일단 나노 섬유 웹과 집속 기재(18)를 함께 회전 드럼에 권취한 후 별도의 공정으로(off-line) 나노 섬유 웹을 집속 기재(18)로부터 분리한다. The spinning solution radiated upward by the plurality of spinning nozzles 13 is focused on a focusing substrate 18 passing through a rotating wire belt by two rotating rollers 14a and 14b to form a nanofiber web. The wire belt can be made of an insulating material such as polyester, nylon or polypropylene belt and is caused to rotate continuously around the collector 12 by two rotating rollers 14a, 14b. Although two rotary rollers 14a and 14b are shown in FIG. 1, additional rotary rollers may be installed between the metal plates of the collector 12 as needed. The focusing substrate 18 conveyed together with the wire belt may be a fiber fabric that needs to be laminated with nanofiber webs to improve physical properties. Alternatively, if the material is made of a nanofiber web only, the focusing substrate 18 may be paper or nonwoven fabric. When the focusing substrate 18 becomes a fiber fabric, the nanofiber web is wound together with the focusing substrate by a winding roller 15 to a device such as a rotating drum (not shown), whereby a nanofiber product in which the nanofiber web is laminated is formed. do. In contrast, when the focusing substrate 18 becomes a paper or nonwoven fabric, the nanofiber web and the focusing substrate are separated on-line during the manufacturing process or the nanofiber web and the focusing substrate 18 are wound together on a rotating drum. The off-line nanofiber web is then separated from the focusing substrate 18 in a separate process.

노즐 블록(11) 및 컬렉터(12) 사이의 거리는 2 내지 30㎝가 될 수 있고 그리고 컬렉터(12)는 판 전체가 전도성을 가지거나 또는 표면이 전도성을 가지도록 처리된 니켈, 크롬, 주석, 은, 청동, 황동, 철, 알루미늄, 망간, 이들의 합금 또는 스테인리스 금속(STS) 판이 될 수 있고 그리고 금속판의 두께는 얇을수록 유리하지만 바람직하게는 0.5 내지 30 ㎝의 두께를 가질 수 있다. 금속판은 중량, 발생하는 전기장의 세기 또는 강도와 같은 요소를 고려하여 형성될 수 있다. 그리고 노즐 블록(11)의 도체 판은 위와 같은 요소 이외에도 방사 노즐(13)의 가공 용이성을 고려하여 결정될 수 있다. 노즐 블록(11)은 필요에 따라 고정 테이블(도시되지 않음) 위에 설치될 수 있다. 고정 테이블은 상하의 높이의 조절이 가능하고 그리고 와이어 벨트의 진행 방향과 수직이 되는 방향으로 좌우 왕복 운동이 가능하도록 설치될 수 있다. 고정 테이블의 상하 높이 조정은 서로 다른 나노 섬유의 제조에 따라 필요한 방사 거리의 조절이 가능하도록 한다. 그리고 방사 용액이 컬렉터(12)에 집속되면 강한 압력이 와이어 벨트에 작용하게 되고 그리고 이로 인하여 회전 롤러(14a, 14b)의 구동을 어렵게 한다. 그러므로 고정 테이블의 좌우 왕복 운동은 회전 롤러(14a, 14b)의 구동을 용이하도록 하고 아울러 방사 용액의 집속이 균일하게 이루어질 수 있도록 한다. The distance between the nozzle block 11 and the collector 12 may be between 2 and 30 cm and the collector 12 may be nickel, chromium, tin or silver treated so that the entire plate is conductive or the surface is conductive. , Bronze, brass, iron, aluminum, manganese, alloys thereof, or stainless steel metal (STS) plates, and the thinner the metal plate is, the more advantageous it is, but preferably may have a thickness of 0.5 to 30 cm. The metal plate may be formed in consideration of factors such as weight, strength or strength of electric field generated. In addition to the above elements, the conductor plate of the nozzle block 11 may be determined in consideration of the ease of processing of the spinning nozzle 13. The nozzle block 11 may be installed on a fixed table (not shown) as needed. The fixed table can be installed so that the height of the upper and lower sides can be adjusted and the left and right reciprocating motion can be performed in a direction perpendicular to the traveling direction of the wire belt. The vertical height adjustment of the fixed table allows adjustment of the required spinning distance according to the production of different nanofibers. And when the spinning solution is focused on the collector 12, a strong pressure acts on the wire belt, which makes it difficult to drive the rotary rollers 14a and 14b. Therefore, the left and right reciprocating motion of the fixed table facilitates the driving of the rotary rollers 14a and 14b, and also enables a uniform focusing of the spinning solution.

도 2는 본 발명에 따른 노즐 블록(11)을 도시한 것이다. 2 shows a nozzle block 11 according to the invention.

도 2를 참조하면, 노즐 블록(11)은 하부 도체 판(111) 및 상부 도체 판(113)을 포함하고 그리고 하부 도체 판(111) 및 상부 도체 판(113) 사이에 공급 공간(23)이 형성된다. 하부 도체 판(111)은 예를 들어 판 전체가 전도성을 가지거나 또는 표면이 전도성을 가지도록 처리된 니켈, 크롬, 주석, 은, 청동, 황동, 철, 알루미늄, 망간, 이들의 합금 또는 스테인리스 금속판과 같은 임의의 금속으로 제조될 수 있지만 바람직하게는 컬렉터(도 1 참조)와 동일한 소재의 금속판으로 제조된다. 상부 금속판(113)도 동일하게 임의의 금속으로 제조될 수 있지만 바람직하게는 가공이 용이한 연성의 금속으로 제조될 수 있다. 하부 도체 판(111) 및 상부 도체 판(113) 사이에 형성된 공급 공간(23)은 방사 노즐(131)을 통하여 방사되는 방사 용액을 일시적으로 저장하기 위한 공간으로 방사용액의 공급원(21)과 이송 파이프(24)에 의하여 연결된다. 공급 공간(23)은 공급원(21)과 연결된 부분 및 방사 노즐(131)과 연결된 부분을 제외하고 외부에 대하여 밀폐가 된다. 방사 노즐(13)은 상부 도체 판(113)에 고정되고 그리고 공급 공간(21)으로 연결되는 고정 부분(131) 및 고정부(132)의 상부에 형성된 나사 형성부에 결합되는 노즐 부분(132)을 포함한다. 고정 부분(131)의 아래쪽은 공급 공간(23)으로 연결되어 저장된 방사 용액이 고정 부분(131)의 내부에 형성된 유로를 통하여 상승할 수 있도록 한다. 그리고 노즐 부분(132)의 아래쪽에 고정 부분(131)과 결합되는 나사 부분이 형성되고 그리고 노즐 부분(132)의 위쪽은 방사 용액이 분산되면서 컬렉터(도 1 참조)를 향하여 방사될 수 있도록 노즐 부분(132)의 위쪽이 아래쪽보다 직경이 작아지는 원뿔 형태가 될 수 있다. 그러나 도 2에 도시된 것처럼 노즐 부분(132)의 위쪽 일정 길이는 균일한 직경을 가지도록 하는 것이 유리하다. 그러나 본 발명에 따른 방사 노즐(13)은 이 분야에서 공지된 임의의 형태가 사용될 수 있고 반드시 이와 같은 형태로 제한되는 것은 아니다. Referring to FIG. 2, the nozzle block 11 includes a lower conductor plate 111 and an upper conductor plate 113, and a supply space 23 is provided between the lower conductor plate 111 and the upper conductor plate 113. Is formed. The lower conductor plate 111 may be, for example, nickel, chromium, tin, silver, bronze, brass, iron, aluminum, manganese, alloys thereof, or a stainless steel sheet, in which the entire plate is conductive or the surface is treated to be conductive. It may be made of any metal such as but is preferably made of a metal plate of the same material as the collector (see FIG. 1). The upper metal plate 113 may also be made of any metal in the same manner, but preferably may be made of a soft metal that is easy to process. The supply space 23 formed between the lower conductor plate 111 and the upper conductor plate 113 is a space for temporarily storing the spinning solution radiated through the spinning nozzle 131 and is transported with the supply source 21 of the spinning solution. Connected by a pipe 24. The supply space 23 is sealed to the outside except for the portion connected to the source 21 and the portion connected to the spinning nozzle 131. The spinning nozzle 13 is fixed to the upper conductor plate 113 and is connected to the fixing portion 131 connected to the supply space 21 and the nozzle portion 132 coupled to the screw forming portion formed on the upper portion of the fixing portion 132. It includes. The lower portion of the fixed portion 131 is connected to the supply space 23 to allow the stored spinning solution to rise through the flow path formed inside the fixed portion 131. In addition, a screw portion coupled to the fixing portion 131 is formed at a lower portion of the nozzle portion 132, and an upper portion of the nozzle portion 132 is disposed so that the nozzle portion can be radiated toward the collector (see FIG. 1) while the spinning solution is dispersed. The top of 132 may be in the form of a cone that is smaller in diameter than the bottom. However, as shown in FIG. 2, it is advantageous to have a predetermined length above the nozzle portion 132 to have a uniform diameter. However, the spinning nozzle 13 according to the present invention may be used in any form known in the art and is not necessarily limited to such a form.

필요에 따라 고정 부분(131)과 노즐 부분(132)이 접하는 끝 부분에 실링(sealing)을 위한 오링 또는 패킹과 같은 것이 설치될 수 있지만 반드시 요구되는 것은 아니다. If necessary, an o-ring or packing for sealing may be installed at the end portion where the fixing portion 131 and the nozzle portion 132 contact each other, but is not necessarily required.

위에서 이미 설명을 한 것처럼 전압 발생 장치(16)의 양극 단자(P)는 컬렉터에 연결되고 그리고 음극 단자(N)는 하부 도체 판(111)에 연결된다. 그리고 공급 공간(23)으로 방사 용액을 공급하기 위한 공급원(21)이 임의의 위치에 설치될 수 있다. 전기 방사 장치의 노즐 블록 및 컬렉터 사이에 높은 전압이 인가되어 있으므로 관련 장치 또는 주변 장치는 전기를 사용하지 않는 것이 유리하다. 이를 위하여 공급원(21)은 바람직하게는 노즐 블록에 비하여 높은 위치에 설치되어 단지 대기압과 동일하거나 그보다 약간 높은 압력에 의하여 방사 용액이 공급될 수 있도록 하거나 전기를 사용하지 않는 다른 동력 수단에 의하여 방사 용액이 공급될 수 있도록 하는 것이 유리하다. 그리고 높은 위치에 설치된 공급원(21)은 주위 압력 또는 대기압에 의하여 방사 용액이 방사 노즐(13)을 통하여 방사가 되도록 한다. 만약 방사 용액의 공급을 위하여 추가적인 압력이 필요한 경우 공기압이 이용될 수 있고 그리고 공급 공간(23)으로 공급되는 방사 용액의 양 및 압력을 조절하기 위하여 유량 조절기(22)가 공급원(21)의 아래쪽에 설치될 수 있다. As described above, the positive terminal P of the voltage generator 16 is connected to the collector and the negative terminal N is connected to the lower conductor plate 111. And the supply source 21 for supplying the spinning solution to the supply space 23 can be installed at any position. Since a high voltage is applied between the nozzle block and the collector of the electrospinning device, it is advantageous that the associated device or peripheral device does not use electricity. For this purpose, the source 21 is preferably installed at a higher position than the nozzle block so that the spinning solution can be supplied only by a pressure equal to or slightly higher than atmospheric pressure or by other power means that do not use electricity. It is advantageous to allow this to be supplied. And the source 21 installed at a high position causes the spinning solution to spin through the spinning nozzle 13 by ambient pressure or atmospheric pressure. If additional pressure is required for the supply of the spinning solution, air pressure can be used and a flow regulator 22 is provided below the source 21 to adjust the pressure and the amount of spinning solution supplied to the supply space 23. Can be installed.

상향식 전기 방사 장치를 사용하여 방사 용액이 방사 노즐(13)을 통하여 방사되는 과정에서 일부는 컬렉터에 집속되지 않은 상태로 노즐 블록으로 다시 떨어지게 된다. 만약 집속되지 않은 방사 용액이 노즐 블록에 그대로 방치되는 경우 증발이 되어 제조된 나노 섬유 웹에 결점을 만들 수 있을 뿐만 아니라 전기 방사 장치 자체에 고장을 유발할 수 있다. 그러므로 노즐 블록에 윗면에 떨어진 방사 용액이 컬렉터 및 노즐 블록 사이로 증발이 되는 것을 방지할 필요가 있다. 본 발명에 따른 방사 장치의 노즐 블록의 윗면에 증발 방지 막(24)은 방사 용액의 증발을 방지하기 위하여 설치된다. 증발 방지 막(24)은 임의의 절연 소재로 제조될 수 있지만 바람직하게는 폴리프로필렌 판, 폴리에틸렌 판, 폴리비닐 판, 폴리스티렌 판, 폴리우레탄 판, 실리콘 판 또는 전기 전도성을 가지지 않거나 전하를 띠지 않는 임의의 부직포가 될 수 있다. 방사 노즐(13)은 증발 방지 막(23)을 관통하여 설치되고 그리고 증발 방지 막(23)은 방사 용액이 내부로 흘러들어 갈 수 있도록 다수 개의 작은 관통 홀(H) 또는 다수 개의 슬릿을 포함할 수 있다. 증발 방지 막(23)의 내부로 흘러 들어간 방사 용액은 노즐 블록의 윗면에 존재하게 된다. 노즐 블록의 윗면에 존재하는 방사 용액은 적절하게 제거되어야 하고 그리고 이를 위하여 방사 노즐 사이에 방사 용액이 가장 자리로 흘러 갈 수 있는 홈이 형성될 수 있다. 홈을 통하여 가장 자리로 흘러간 방사 용액은 적절한 방법으로 폐기되거나 또는 다시 사용가능하도록 처리되어 공급원(21)에 투입될 수 있다. In the process of spinning the spinning solution through the spinning nozzle 13 using a bottom-up electrospinning device, some of the spinning solution falls back to the nozzle block without being focused on the collector. If the unfocused spinning solution is left in the nozzle block, it can evaporate and create defects in the fabricated nanofiber web, as well as cause failure of the electrospinning device itself. Therefore, it is necessary to prevent evaporation between the collector and the nozzle block from the spinning solution dropped on the upper surface of the nozzle block. An evaporation preventing film 24 is provided on the upper surface of the nozzle block of the spinning apparatus according to the present invention to prevent evaporation of the spinning solution. The anti-evaporation film 24 may be made of any insulating material, but is preferably a polypropylene plate, a polyethylene plate, a polyvinyl plate, a polystyrene plate, a polyurethane plate, a silicon plate or any that has no electrical conductivity or is not charged Can be a nonwoven fabric. The spinning nozzle 13 is installed through the anti-evaporation film 23 and the anti-evaporation film 23 may include a plurality of small through holes H or a plurality of slits to allow the spinning solution to flow therein. Can be. The spinning solution flowing into the anti-vaporization film 23 is present on the top surface of the nozzle block. The spinning solution present on the top of the nozzle block must be properly removed and a groove can be formed between the spinning nozzles to allow the spinning solution to flow to the edge. The spinning solution flowing through the grooves to the edges can be disposed of or reused in an appropriate manner and introduced into the source 21.

위에서 제시된 본 발명에 따른 전기 방사 장치에서 전압 발생 장치, 공급원 또는 회전 롤러와 같은 장치 또는 이와 같은 장치들의 전기적 또는 기계적 연결은 이 분야에서 공지된 임의의 방법에 따라 적절하게 선택될 수 있다. In the electrospinning device according to the invention presented above, the device such as a voltage generator, a source or a rotating roller or the electrical or mechanical connection of such devices can be appropriately selected according to any method known in the art.

위에서 본 발명은 실시 예를 이용하여 상세하게 설명이 되었다. 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 제시된 실시 예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 이러한 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않고 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다. The present invention has been described above in detail by using an embodiment. The presented embodiments are exemplary and can be made by those skilled in the art to various modifications and modifications to the disclosed embodiments without departing from the spirit of the present invention. The scope of the invention is not limited by these modifications and variations, but only by the claims appended below.

본 발명에 따른 전기 방사 장치는 나노 섬유를 연속적으로 대량 생산할 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 본 발명에 따라 노즐 블록에 음의 전압 그리고 컬렉터에 양의 전압을 각각 인가하여 전체적으로 전기 안정성을 높일 수 있도록 하였다. 이와 동시에 노즐 블록의 구성을 간단하게 구성하여 전체적으로 방사 안정성을 향상시킬 수 있다는 이점을 가진다. 이와 동시와 본 발명에 따르면 복잡한 장치를 구성하는 것에 따라 절연 문제의 해결로 방사 장치의 경제성을 향상시킬 수 있도록 하였다. The electrospinning apparatus according to the present invention has the advantage of enabling the continuous mass production of nanofibers. According to the present invention, the negative voltage is applied to the nozzle block and the positive voltage to the collector, respectively, to increase the overall electrical stability. At the same time, the configuration of the nozzle block can be simply configured to improve the radiation stability as a whole. At the same time, according to the present invention, it is possible to improve the economics of the radiation device by solving the insulation problem by configuring a complicated device.

본 발명에 따른 전기 방사 장치의 전기 안정성은 방사 용액의 자동 공급 및 자동 제어가 가능하도록 한다. 아울러 서로 다른 비중의 방사 용액을 균질하게 혼합할 수 있도록 하여 혼성 방사에 의한 나노 섬유의 제조가 가능하도록 한다. The electrical stability of the electrospinning apparatus according to the invention enables the automatic supply and automatic control of the spinning solution. In addition, it is possible to homogeneously mix the spinning solution of different specific gravity to enable the production of nanofibers by hybrid spinning.

Claims

In the bottom-up electrospinning apparatus for the production of nanofibers,

A nozzle block connected to the negative terminal of the voltage generator to radiate a spinning solution from below; And

A collector connected to the positive terminal of the voltage generator and installed at an upper portion of the nozzle block so as to correspond thereto;

The nozzle block may include an upper conductor plate on which a plurality of spinning nozzles are arranged; A lower conductor plate connected to the negative terminal; And a supply space formed between the upper conductor plate and the lower conductor plate, and wherein the spinning nozzle has a flow path connected to the supply space.

The bottom up electrospinning apparatus of claim 1, wherein the collector is supported by a plurality of support beams.

3. The bottom-up electrospinning apparatus of claim 2, wherein the plurality of support beams have insulating blocks formed in portions in contact with the collector.

The bottom-up electrospinning apparatus according to claim 1, wherein an evaporation preventing film is provided above the upper conductor plate.

The bottom-up electrospinning apparatus of claim 1, further comprising a source for supplying a spinning solution to the supply space, wherein the source is installed above the nozzle block with respect to the ground.