KR100835737B1 - 방사블록의 잔여 용제 제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노섬유의 대량 생산에 사용되는 전기방사장치를 위한 방사블록의 잔여 용제 제거 장치에 관한 것이고, 구체적으로 나노섬유의 대량 생산 과정에서 전기방사장치의 방사블록으로 휘발된 잔여 용제를 제거하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 용제 제거 장치는 공기의 흐름을 유도하는 송풍 블록; 유도된 공기를 유입하는 흡입 블록; 송풍 블록 및 흡입 블록과 연결된 격벽; 및 유입된 공기를 배출하기 위하여 흡입 블록에 연결된 배출도관을 포함하고, 상기에서 송풍블록, 흡입블록 및 격벽은 노즐 블록 위에 설치되고 그리고 송풍블록, 흡입블록, 격벽, 컬렉터 및 노즐 유닛은 밀폐된 공간을 형성한다.

노즐 유닛, 방사 블록, 슬릿 막, 용제 제거, 휘발성

Description

방사블록의 잔여 용제 제거 장치{Apparatus for Removing Remanent Solvent}

도 1은 상향식 전기방사장치에 설치된 본 발명에 따른 용제 제거 장치의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 용제 제거 장치가 설치된 전기 방사 장치를 도시한 것이다.

도 3은 높이 조절이 가능한 블록 또는 격벽의 실시 예를 도시한 것이다.

본 발명은 나노섬유의 대량 생산에 사용되는 전기방사장치를 위한 방사블록의 잔여 용제 제거 장치에 관한 것이고, 구체적으로 나노섬유의 대량 생산 과정에서 전기방사장치의 방사블록으로 휘발된 잔여 용제를 제거하는 장치에 관한 것이다.

고분자 폴리머 용액을 용제에 녹인 방사 용액을 전기 방사하여 나노섬유를 제조하는 방법 또는 장치는 이 분야에 공지되어 있다. 방사 용액은 방사 노즐을 가진 방사블록에서 방사되고 그리고 컬렉터에 집속이 되어 나노섬유 웹을 형성한다. 나노섬유의 제조를 위한 방사 도프(dope)는 고분자 폴리머 용융물 형태가 될 수 있 지만 일반적으로 용액 형태가 된다. 방사 용액은 다양한 형태의 고분자 폴리머, 용매 및 첨가제를 포함할 수 있지만 전기방사 과정에서 또는 전기방사 후 용매 또는 용제가 제거되어야 한다. 특히 전기방사과정에서 노즐 블록과 컬렉터로 이루어지는 방사블록으로 휘발된 용제는 전하를 가질 수 있고 이로 인하여 방사 과정에 영향을 미쳐 결과적으로 집속된 나노섬유 웹의 품질을 저하시킬 수 있다. 예를 들어 휘발되지 않고 방사 블록에 잔유하거나 또는 도프와 함께 컬렉터에 도달하는 유기 용제는 집속된 나노섬유 웹의 일부를 용해시켜 덩어리를 형성할 수 있다. 잔여 용제로 인한 다른 문제는 방사노즐 전체의 원활한 방사에 필요한 방사 전압을 상승시킬 수 있고 그리고 방사 속도를 저하시킬 수 있다는 점이다. 아울러 전하를 띤 휘발성 용제의 입자들이 고전압이 인가된 전기방사장치에 전기적으로 영향을 미쳐 결과적으로 전기방사장치의 오동작을 유발시킬 수 있다는 점이다. 그러므로 적절한 방법으로 방사과정에서 방사블록에 존재하는 휘발성 유기용제가 제거될 필요가 있다.

본 발명의 목적은 전기방사장치는 방사블록에 존재하는 잔여 용제를 제거할 수 있는 잔여 용제 제거 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 잔여 용제 제거 장치는 임의의 전기방사장치에 적용될 수 있지만 특히 상향식 전기방사장치에 적절하게 적용될 수 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 용제제거장치는 공기의 흐름을 유도하는 송풍 블록; 유도된 공기를 유입하는 흡입 블록; 송풍 블록 및 흡입 블록과 연 결된 격벽; 및 유입된 공기를 배출하기 위하여 흡입 블록에 연결된 배출도관을 포함하고, 상기에서 송풍블록, 흡입블록 및 격벽은 노즐 블록 위에 설치되고 그리고 송풍블록, 흡입블록, 격벽, 컬렉터 및 노즐 유닛은 밀폐된 공간을 형성한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 송풍블록의 노즐 블록을 향하는 면에 개폐가 조절 가능한 다수 개의 슬릿 막이 설치된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 흡입 블록의 노즐 블록을 향하는 면에 다수 개의 홀 또는 슬릿이 형성된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 밀폐된 공간의 외부에 분리 벽이 더 설치되어 컬렉터 및 노즐 유닛은 이중으로 밀폐가 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 슬릿 막은 송풍 각의 조절이 가능하다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 슬릿 막은 송풍 양의 조절이 가능하다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 다수 개의 홀 또는 슬릿은 송풍 각 및 송풍 양의 조절이 가능하다.

아래에서 본 발명의 실시 예를 이용하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

본 명세서에서 방사 블록은 다수 개의 노즐을 가진 노즐 블록; 컬렉터; 및 노즐 블록과 컬렉터 사이의 공간을 포함하는 방사 용액의 전기 방사가 이루어지는 장치 및 공간을 의미한다. 그리고 노즐 유닛은 적어도 하나 이상의 노즐 블록이 정 렬되어 형성된 단위체를 의미한다. 대량 생산을 위한 전기방사장치는 일정한 형태로 정렬된 다수 개의 노즐 유닛으로부터 방사용액이 컬렉터에 전기 방사가 되어 연속적으로 나노섬유 웹이 연속적으로 제조될 수 있다.

도 1은 상향식 전기방사장치에 설치된 본 발명에 따른 용제 제거 장치의 실시 예를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 상하 높이 조절이 가능한 테이블(T) 위에 적어도 하나 이상의 노즐 블록(11a,11b)이 나노섬유 웹의 진행 방향(M)을 따라 정렬된 노즐 유닛(10)이 설치된다. 나노섬유의 연속 및 대량 생산을 위하여 하나의 노즐 유닛(10)에 다수 개의 노즐 유닛(10)이 정렬될 수 있다. 도 1에 도시되어 있지 않지만 노즐 유닛(10)의 위쪽에 컬렉터가 설치되고 그리고 노즐 블록(11a, 11b) 및 컬렉터에 각각 음 및 양의 고전압이 인가될 수 있다. 노즐 블록(11a, 11b)의 전면에 송풍 블록(12a 12b)이 설치되고 그리고 노즐 블록(11a, 11b)의 측면에 격벽(W)이 설치된다. 또한 노즐 블록(12a, 12b)의 후면에 흡입 블록(13a, 13b)이 설치되고 그리고 흡입 블록(13a, 13b)은 흡입된 용제의 배출통로가 되는 배출도관(14a,14b)에 의하여 수집도관(15)과 연결된다. 실질적으로 노즐 유닛(10) 및 컬렉터로 형성되는 방사 블록은 아크릴 수지와 같은 소재로 분리 벽을 형성하여 외부에 대하여 격리된다. 이와 같은 분리 벽이 설치되는 경우 송풍 블록(12a, 12b) 및 흡입 블록(13a, 13b)은 분리 벽의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 그리고 분리 벽이 설치되는 경우 격벽(W)은 별도로 형성되지 않거나 또는 별도로 형성될 수 있다. 만약 별도의 격벽(W)이 설치된다면 송풍 블록(12a,12b), 격벽(W) 및 흡입 블록(13a, 13b)에 의 하여 노즐 블록(11) 및 컬렉터는 2차 밀폐 공간을 밀폐된 공간을 형성하게 되고 그리고 방사 용액(S)은 이러한 밀폐 공간 내에서 방사 노즐(111)로부터 컬렉터로 방사된다. 본 명세서에서 제시된 밀폐된 공간이란 공기 또는 다른 기체의 유입 및 유출이 완전히 차단된 공간을 의미하는 것은 아니다. 밀폐된 공간은 방사 용액(S)으로부터 발생하는 휘발성 용제가 외부로 자유로이 이동되는 것을 차단하는 정도로 방사 블록을 외부 공간과 격리시키는 것을 의미한다.

송풍 블록(12a,12b)은 내부에 정렬된 다수 개의 방풍 팬을 포함하고 그리고 노즐 블록(11a, 11b)을 향하는 면에 정렬된 다수 개의 개폐 조절이 가능한 슬릿 막(121)을 포함한다. 방풍 팬은 모터와 같이 이 분야에서 공지된 구동 장치에 의하여 바람을 일정한 속도 또는 양으로 방사 블록 내부로 주입시켜 공기 흐름을 형성한다. 슬릿 막(121)은 각각 또는 전체가 동시에 개폐의 정도가 조절 가능하도록 설치되어 공기가 주입되는 높이 및 양을 조절할 수 있다. 공기가 주입되는 높이 및 양을 조절하는 것은 주입되는 공기의 속도 및 양에 따라 방사에 미치는 영향이 달라질 수 있기 때문이다. 노즐 블록(11a, 11b) 및 컬렉터 사이의 높이는 1 내지 50 ㎝가 될 수 있고 그리고 방사 노즐(111)은 0.5 내지 10 ㎝의 높이를 가질 수 있다. 일반적으로 잔여 휘발성 용제는 공기와의 상대 중량에 따라 방사 노즐(111)의 위쪽에 존재하거나 또는 노즐 블록(11)의 바닥면에 가라앉게 된다. 만약 휘발성 용제를 제거하기 위하여 방사가 이루어지는 부분에 공기 흐름을 형성시키는 경우 용액의 전기 방사에 예기치 않은 결과를 가져올 수도 있다. 그러므로 방사 노즐(111)의 위쪽 부분에 주로 공기 흐름을 형성시킬 필요가 있고 그리고 적절한 높이에 공기 흐 름을 유도하기 위하여 각각의 슬릿 막(121)의 조절 여부를 조절할 필요가 있다. 다른 방법으로 위쪽 부분의 슬릿 막(121)이 개방되는 시간 및 아래 부분의 슬릿 막(121)이 개방되는 시간을 서로 달리하여 방사 블록 내의 휘발성 용제를 적절하게 제거할 수 있다. 예를 들어 위쪽 부분의 슬릿 막(121)은 항상 개방된 상태를 유지하고 그리고 아래쪽 부분의 슬릿 막(121)은 일정한 주기로 개방된 상태를 유지하도록 슬릿 막(121)의 개폐 상태를 조절할 수 있다. 슬릿 막(121)의 다른 특징은 공기 흐름의 각을 조절할 수 있다는 점이다. 휘발성 용제는 일반적으로 방사 블록의 위쪽에 존재하는 경우 나노 섬유에 결점을 유발시킬 가능성이 높아진다. 그러므로 가능한 휘발성 용제는 방사 블록의 아래쪽으로 흘러 흡입 블록(13a, 13b) 내부로 유입되어 제거되는 것이 유리하다. 그러므로 슬릿 막(121)은 공기 흐름의 위치를 조절하기 위하여 풍향 각을 조절할 수 있도록 설치된다. 이와 같이 유입되는 공기의 양 및 공기 유입 각을 조절할 수 있도록 하기 위하여 슬릿 막(121)은 높이를 따라 분리된 다수 개의 블라인드 형태로 개폐 정도 및 개폐 각을 조절할 수 있도록 설치된다.

흡입 블록(13a,13b)은 내부에 다수 개의 흡입 팬(131)을 포함하고 그리고 노즐 블록(11a, 11b)과 접하는 면에 휘발성 용제가 유입될 수 있는 다수 개의 슬릿 또는 홀이 형성될 수 있다. 흡입 슬릿 또는 홀은 송풍 블록(12a, 12b)의 슬릿 막과 마찬가지로 개폐 정도 및 개폐 각을 조절할 수 있도록 설치할 수 있다. 방풍 팬(121) 및 흡입 팬(131)의 형성 및 구동은 이 분야에 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있다. 위에서 이미 설명을 한 것처럼, 방사 블록은 필요에 따라 아크릴 소재 의 분리 벽으로 형성된 제1차 밀폐 공간 및 송풍 블록(12a, 12b)과 흡입 블록(13a, 13b)로 이루어진 제2차 밀폐 공간의 2개의 밀폐 공간에 의하여 외부와 격리될 수 있다. 이러한 경우 방풍 팬(121) 및 흡입 팬(131)은 제1차 밀폐 공간, 제1차 및 2차 밀폐 공간 사이 또는 제2차 밀폐 공간 내부 중 임의의 위치에 설치될 수 있다.

흡입블록(13a,13b)으로 유입된 휘발성 용제를 포함하는 공기는 배출도관(14a, 14b)을 경유하여 수집도관(15)으로 배출되어 적절한 위치에 설치된 수집 용기(도시되지 않음)에 수집되어 적당한 방법으로 처리된다. 예를 들어 수집 용기의 수집된 휘발성 용제는 소각되거나 또는 정제 과정을 거쳐 재활용이 될 수 있다.

송풍 블록(12a, 12b) 및 흡입 블록(13a, 13b)은 필요에 따라 적절한 수로 설치될 수 있다. 도 2에 제시된 실시 예에서 하나의 노즐 블록에 대하여 하나의 송풍 블록 및 하나의 흡입 블록이 설치된 용제 제거 장치를 제시하였지만 필요에 따라 하나의 노즐 유닛(10)에 하나의 송풍 블록 및 흡입 블록만이 설치될 수도 있다. 또한 전기방사 장치는 다수 개의 노즐 유닛을 포함하고 있으므로 각각의 노즐 유닛에 대하여 적절한 수의 송풍 블록 및 흡입 블록이 설치될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 용제 제거 장치가 설치된 전기 방사 장치를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 용제 제거 장치는 임의의 전기 방사 장치에 설치될 수 있지만 상향식 전기방사 장치 그리고 특히 용액 방사를 이용하여 나노섬유를 제조하는 상향식 전기 방사 장치에 적합하다.

도 2에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 용제 제거 장치는 다수 개의 노즐 유 닛을 가진 상향식 전기 방사 장치에 설치될 수 있다. 상향식 전기 방사 장치는 출원인에 의하여 출원된 특허출원번호 제10-2007-0029866호에 개시되어 있고, 상기 발명은 참조로 본 명세서의 내용에 결합된다.

다수 개의 노즐 유닛이 나노섬유 웹의 진행방향으로 정렬되고 그리고 각각의 노즐 유닛은 적어도 하나 이상의 노즐 블록(11)을 가진다. 노즐 유닛은 높이 조절이 가능한 테이블(T) 위에 설치되어 노즐 유닛과 컬렉터(21) 사이의 간격이 조절될 수 있다. 컬렉터(21)는 다수 개의 지지 빔(22)에 의하여 지지되고 그리고 노즐 블록(11)은 다수 개의 방사 노즐(111)을 포함한다. 고전압 발생 장치(25)의 음극 및 양극이 각각 노즐 블록(11) 및 컬렉터(21)에 연결되어 방사 용액의 방사에 필요한 전압을 발생시킨다. 노즐 블록(11) 및 컬렉터(21)로 형성되는 방사 블록은 아크릴 소재의 분리 벽(26)에 의하여 1차로 밀폐 되고 그리고 송풍블록(12)과 흡입 블록(13)에 의하여 2차로 밀폐가 될 수 있다. 분리 벽(26)은 절연성을 가진 임의의 소재로 제조될 수 있고 도 1과 관련하여 설명한 격리벽은 별도로 설치되거나 또는 분리 벽(26)만 측면에 설치될 수 있다. 방사 노즐(111)로부터 방사된 방사 용액은 컬렉터(21)에 설치되어 롤러(R)에 의하여 회전하는 와이어 벨트에 집속되어 나노섬유 웹을 형성하게 된다. 실질적으로 나노섬유 웹은 와이어 벨트에 부착된 원단 또는 기재에 형성된다. 방사 과정에서 방사 용액으로부터 용제가 휘발되어 방사 블록 내에 부유하게 된다. 일반적으로 방사 블록은 20 내지 30 ℃의 온도로 유지되고, 이러한 휘발성 용제는 방사 공정에 영향을 미치거나 또는 컬렉터(21)에 집속되는 나노섬유 웹을 용해시켜 결점을 만들게 된다. 또한 용제는 전하를 띠고 있으므로 방사블록으로부터 유출되는 경우 다른 전기 구성요소에 장애를 발생시키거나 또는 스파크(spark)를 발생으로 인하여 위험을 유발시킬 수 있다.

본 발명에 따라 방사 블록 내의 휘발성 용제는 용제 제거 장치에 의하여 제거될 수 있다. 용제 제거 장치는 송풍 블록(12), 흡입 블록(13) 및 격벽(도 1 참조)을 이용하여 잔여 휘발성 용제를 방사 블록을 벗어나서 다른 구성 요소와 접촉하는 것을 방지한다. 그리고 송풍 블록(12)내에 설치된 송풍 팬(121)은 공기 흐름을 유도하여 방사 블록 내의 잔유 휘발성 용제가 흡입 블록(13)의 전면에 설치된 흡입 홀(131)을 통하여 흡입 블록(13)으로 유입되도록 한다. 방사 블록 내의 공기 흐름은 슬릿 막(121)의 개폐에 의하여 조절될 수 있다. 흡입 블록(13)으로 유입된 휘발성 용제를 포함하는 공기는 배출도관(14)을 경유하여 수집도관(15)으로 흐르게 된다. 그리고 이후 휘발성 용제는 수집도관(15)과 연결된 수집용기(26)에 수집되어 소각되거나 또는 재활용이 될 수 있다. 수집용기(26)에 필요에 따라 밸브 및 공기 흐름을 유도하기 위한 펌프를 포함할 수 있다.

위에서 설명을 한 것처럼 노즐 유닛(11)은 높이가 테이블(T)에 의하여 높이가 조절될 수 있으므로 송풍블록(12), 흡입블록(13) 및 격벽의 높이도 조절될 수 있어야 한다.

송풍블록(12), 흡입블록(13) 및 격벽의 높이는 이 분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있다. 예를 들어 도 3에 도시된 것과 같이 적절한 수의 결합 돌기 및 결합 홈을 가진 조립블록이 높이 조절을 위하여 이용될 수 있다.

도 3에 도시된 것처럼 각각의 블록(31, 32)은 결합돌기(33) 및 결합 홈(34) 을 포함할 수 있고 그리고 서로 다른 두 개의 블록(31, 32)은 결합돌기(33)를 결합 홈(34)에 삽입시키는 것에 의하여 차례대로 적층될 수 있다.

송풍블록(12), 흡입블록(13) 및 격벽의 높이조절은 이 분야에서 공지된 임의의 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 블록의 윗면 및 컬렉터에 센서를 설치하여 컬렉터 및 블록 윗면이 일정한 간격이상이 되는 경우 블록이 슬라이드 방식으로 자동으로 높이가 조절되는 자동 높이조절 장치가 높이 조절을 위하여 사용될 수 있다.

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.

본 발명에 따른 용제제거장치는 방사블록 내의 잔여 휘발성 용제로 인하여 발생할 수 있는 전기 방사 장치의 고장을 미연에 방지할 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 용제제거장치는 전기 방사가 안정적으로 이루어질 수 있도록 하고 그리고 나노섬유 웹의 결점을 감소시킬 수 있도록 한다. 아울러 본 발명에 따른 용제제거장치는 전기방사장치의 생산성을 향상시킬 수 있도록 한다는 이점을 가진다.

Claims (7)

1. 컬렉터 및 적어도 하나의 노즐 블록을 포함하는 전기방사장치의 용제 제거 장치에 있어서,

   공기의 흐름을 유도하는 송풍 블록;

   유도된 공기를 유입하는 흡입 블록;

   송풍 블록 및 흡입 블록과 연결된 격벽; 및

   유입된 공기를 배출하기 위하여 흡입 블록에 연결된 배출도관을 포함하고,

   상기에서 송풍블록, 흡입블록 및 격벽은 노즐 블록 위에 설치되고 그리고 송풍블록, 흡입블록, 격벽, 컬렉터 및 노즐 유닛은 밀폐된 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치의 용제 제거 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 송풍블록의 노즐 블록을 향하는 면에 개폐가 조절 가능한 다수 개의 슬릿 막이 설치된 것을 특징으로 하는 용제 제거 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 흡입 블록의 노즐 블록을 향하는 면에 다수 개의 홀 또는 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 용제 제거 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 밀폐된 공간의 외부에 분리 벽이 더 설치되어 컬렉터 및 노즐 유닛은 이중으로 밀폐가 되는 것을 특징으로 하는 용제 제거 장치.
5. 청구항 2에 있어서, 슬릿 막은 송풍 각의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 용제 제거 장치.
6. 청구항 2에 있어서, 슬릿 막은 송풍 양의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 용제 제거 장치.
7. 청구항 3에 있어서, 다수 개의 홀 또는 슬릿은 송풍 각 및 송풍 양의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 용제 제거 장치.

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