KR100843266B1 - 보조 기재를 가진 전기방사장치의 컬렉터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전기방사장치의 컬렉터에 관한 것이고, 구체적으로 보조 기재를 가진 전기방사장치의 컬렉터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 컬렉터는 탈부착이 가능한 판형의 보조 기재를 포함하고 그리고 보조 기재는 제조된 나노섬유 웹의 물성을 측정하여 서로 다른 소재 또는 두께로 만들어지는 것을 특징으로 한다.

컬렉터, 보조 기재, 셀룰로오스, 통기성

Description

보조 기재를 가진 전기방사장치의 컬렉터{Collector with Supplementary Base Material for Electrospinning}

도 1은 본 발명에 따른 컬렉터의 실시 예를 도시한 것으로 위쪽은 하나의 구동축을 가진 컬렉터 그리고 아래쪽은 2개의 구동축을 가진 컬렉터를 각각 도시한 것이다 .

도 2는 본 발명에 따른 컬렉터가 적용된 상향식 전기방사 장치를 도시한 것이다.

본 발명의 전기방사장치의 컬렉터에 관한 것이고, 구체적으로 보조기재를 가진 전기방사장치의 컬렉터에 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 있지만 일반적으로 용액 형태가 된다. 나노섬유의 제조를 위한 전기 방사 장치는 노 즐 블록 및 컬렉터에 고전압을 인가하여 방사 용액 또는 용융물을 방사시킨다. 방사용액 또는 용융물은 컬렉터의 기재 또는 원단에 집속되어 나노섬유 또는 나노섬유 웹이 적층된 나노 섬유 제품이 된다. 또한 용융물의 경우 나노섬유 중합체가 될 수 있다. 이와 같이 컬렉터에 집속되는 나노섬유 웹의 물리적 성질은 다양한 원인에 의하여 결정되고 그리고 그와 같은 원인 중의 하나는 컬렉터의 소재와 같은 컬렉터의 물리적 성질이 된다.

나노섬유는 다양한 방사 용액 또는 조성물로부터 제조될 수 있다. 그리고 이와 같은 서로 다른 방사 용액 또는 조성물에 따라 컬렉터에 집속되는 나노섬유 웹의 물리적 성질의 달라질 수 있다. 역으로 동일한 방사용액 또는 용융물의 경우 집속되는 컬렉터의 성질이 달라지면 서로 다른 물질적 성질을 가진 나노섬유 웹이 형성될 수 있다. 그러므로 컬렉터의 물리적 성질을 변형시켜 요구되는 물리적 성질을 가진 나노섬유 웹을 제조할 수 있다.

이와 같이 제조되는 나노섬유의 물성은 방사용액의 성질 및 컬렉터의 물리적 성질에 의하여 결정될 수 있다. 본 발명은 서로 다른 방사 용액에 따라 컬렉터의 물리적 성질을 변경시켜 요구되는 물성을 가진 나노섬유 웹을 제조할 수 방법을 제안한다.

그러므로 본 발명은 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 방사 용액 또는 방사 용융물의 종류에 따라 요구되는 물성을 가진 나노섬유 웹을 제조할 수 있는 보조 기재를 가진 전기방사장치의 컬렉터를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 컬렉터는 탈부착이 가능한 판형의 보조 기재를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 보조 기재는 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체 및 고분자 중합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 둘 이상의 혼합물로부터 제조된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 보조 기재는 기재 또는 원단과 다른 종류의 소재가 된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 보조 기재의 소재 또는 두께는 제조된 나노섬유 웹의 물성을 측정하여 결정된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 컬렉터는 적어도 하나의 구동축에 의하여 구동된다.

아래에서 본 발명은 실시 예를 이용하여 상세하게 설명이 된다. 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것으로 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 본 발명에 따른 보조 기재를 가진 컬렉터를 실시 예를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 컬렉터(1)는 금속판(11), 보조 기재(12) 및 와이어 벨트(13)를 포함한다.

컬렉터(1)로 사용되는 금속판(11)은 스테인리스 금속으로부터 제조될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 금속판(11)은 도전성을 가지고 그리고 노즐 블록(14)에 인가되는 전압에 대응되는 전압이 인가될 수 있는 임의의 금속 소재로부터 제조될 수 있다. 와이어 벨트(13)는 망형 와이어벨트 또는 와이어 컨베이어 벨트와 같이 이 분야에서 공지된 형태가 될 수 있다. 보조 기재(12)는 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체 또는 고분자 중합물로부터 제조되거나 또는 이들의 혼합물에 의하여 제조된 임의의 형태의 천연 섬유, 재생 섬유, 합성 섬유, 부직포 또는 수지 형태가 될 수 있고 그리고 금속판(11)에 대응되는 크기의 플레이트 또는 판형으로 형성될 수 있다. 대안으로 보조 기재(12)는 다층으로 형성될 수 있고, 다층으로 형성된 보조 기재(12)의 각층은 동일한 소재가 되거나 또는 서로 다른 소재가 될 수 있다. 보조 기재(12)는 금속판(11)의 아래쪽에 양면테이프와 같은 접착제를 이용하여 탈부착이 가능하도록 접착되거나 또는 와이어 벨트(13)에 탈부착이 가능하도록 접착될 수 있다. 도 1은 금속판(11)의 아래쪽에 접착되어 고정된 보조 기재(12)를 도시하고 있지만 대안으로 보조 기재(12)는 와이어 벨트(13)에 접착되어 와이어 벨트(13)와 함께 회전할 수 있다. 플레이트 또는 판형의 보조 기재(12)의 두께는 금속판(11)의 두께와 동일하거나 작을 수 있다. 구체적으로 보조 기재(12)의 두께: 금속판(11)의 두께 = 1:100 내지 1:1이 될 수 있고, 구체적으로 아래에서 설명하는 제조된 나노섬유 웹의 물성에 따라 조절될 수 있다. 일반적으로 금속판(11)의 두께는 0.5 내지 30 cm가 될 수 있고 보조 기재(12)의 두께는 나노섬유 웹의 물성에 따라 위에 제시된 비율 내에서 조절된다.

나노섬유 웹의 제조를 위하여 방사용액 또는 방사 용융물은 노즐 블록(14)에 설치된 방사노즐(15)로부터 방사되어 컬렉터(1)에 집속에 된다. 컬렉터(1)는 와이어 벨트(13)를 포함하고 그리고 와이어 벨트(13)는 롤러(R)에 의하여 회전한다. 와이어 벨트(13)의 아래쪽에 기재 또는 원단(B)이 와이어 벨트(13)의 회전에 의하여 표면에 나노섬유 웹이 계속적으로 형성되면서 이송된다. 기재 또는 원단(B)에 형성되는 나노섬유 웹은 방사 용액 또는 방사 용융물의 종류에 따라 서로 다른 성질을 가지게 된다. 방사 용액 또는 방사 용융물은 폴리우레탄, 나일론, 폴리이소설폰, 폴리설폰, 셀룰로오스, 콜라겐, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 나일론수지, 폴리비닐알코올 수지, 폴리비닐클로라이드 수지 또는 이들의 공중합체를 포함할 수 있다. 방사 용액 또는 방사 용융물은 폴리올레핀, 포리아미드, 폴리에스테르, 셀룰로오스 에테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌을 포함할 수 있다. 또는 방사 용액 또는 방사 용융물은 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴 또는 이들의 공중합체를 포함할 수 있다. 용액 형태로 방사되는 경우 방사 용액은 용제로 포름알데히드, 이소플루오르 아세트산, 메틸렌글리콜, 메탄올, 아세트산, 케톤, 에탄올, 프로판올, 톨루엔, 메틸렌클로라이드, 벤젠 또는 물성 변화를 위한 임의의 첨가제를 포함하는 졸-겔 형태가 될 수 있다.

이와 같은 방사 용액 또는 방사 용융물이 집속되는 기재 또는 원단(B)은 부직포와 같은 섬유 또는 수지로 제조된 플레이트 또는 판형으로 위에서 이미 설명한 방사 용액 또는 용융물과 동일하거나, 서로 다른 성분 또는 이들의 혼합 성분으로 제조될 수 있다. 마찬가지로 기재 또는 원단(B)은 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리우레탄(PU), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에스테르(PES) 또는 폴리페닐렌설파이드(PPS) 이들의 공중합체로부터 제조된 임의의 극세 섬유 또는 초극세 섬유가 될 수 있다. 그러나 기재 또는 원단(B)은 이들에 제한되는 것이 아니라 이 분야에서 공지된 임의의 성분 또는 구성요소로 제조될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 컬렉터(1)의 기재 또는 원단(B)은 표면에 나노섬유 웹의 적층이 요구되거나 또는 나노섬유 웹 또는 나노섬유 복합체의 제조를 위하여 사용될 수 있는 임의의 기재 및 원단을 포함할 수 있다.

일반적으로 기재 또는 원단을 제외한 동일한 방사 조건 아래에서 만약 기재로 셀룰로오스가 사용되고 그리고 100 g/㎡ 대하여 5 g/㎡의 방사 용액이 방사되어 나노섬유 웹이 제조되는 경우 통기성은 2 CFM(Cubic Feet per Minute)가 될 수 있다. 이에 비하여 기재가 PET 부직포가 되는 경우 통기성 4 CFM이 될 수 있다. 이와 같이 방사 용액 및 방사 조건이 동일하고 단지 기재만이 달라지는 경우 서로 다른 통기성을 가진 나노섬유 웹이 제조될 수 있다. 위에서 통기성을 예를 들어 설명하였지만 방사 기재만이 다르고 다른 방사 조건이 동일한 경우 제조된 나노섬유 웹은 기재에 따라 인열 강도, 인장 강도 또는 투습도와 같은 다른 물성도 또한 달라진다. 나노섬유 웹은 적용 분야에 따라 서로 다른 물성이 요구되지만 위에서 설명을 한 것처럼 기재가 달라지는 경우 방사조건이 동일한 경우라고 할지라도 제조된 나노섬유 웹은 서로 다른 물성을 가지게 된다. 아울러 요구되는 물성을 가지도록 방사 조건을 조절하면 제조된 나노섬유 웹에 핀 홀이 발생하는 것과 같이 결점의 발생 가능성이 높아져 생산성이 저하될 수 있다.

본 발명에 따른 컬렉터(1)의 경우 제조되는 나노섬유 웹이 요구되는 물성을 가지도록 하기 위하여 보조 기재가 적용된다. 그리고 본 발명에 따르면 보조 기재의 소재 및 두께에 의하여 제조되는 나노섬유 웹의 물성이 기재 또는 원단(B)에 상관없이 요구되는 조건으로 조절될 수 있다. 예를 들어 원단(B)으로 폴리프로필렌이 사용되고 그리고 보조 기재가 사용되지 않고 통기성이 9 CFM 정도가 되지만 실질적으로 요구되는 통기성이 7 CFM이 된다면 셀룰로오스 소재의 보조 기재(12)가 금속판(11)의 아래쪽 또는 와이어벨트(13)에 부착될 수 있다. 그리고 두께는 금속판의 두께에 대하여 두께 비가 1/20 내지 1이 되도록 조절이 되지만 구체적으로 제조된 나노섬유 웹의 통기성을 실시간으로 측정하여 두께를 조절할 수 있다. 보조 기재(12)의 적용은 통기성뿐만 아니라 제조된 나노섬유 웹의 다른 물성에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. 본 명세서에서 보조 기재의 두께를 조절하는 것은 예를 들어 두께가 서로 다른 동일 소재의 보조 기재로 교체하거나 또는 다층으로 형성될 수 있는 보조기재의 적어도 어느 한 층을 삽입하거나 제거하는 것을 의미한다. 또한 셀룰로오스가 기재로 사용되는 경우 요구되는 물성을 가진 나노섬유 웹을 제조하기 위하여 보조기재는 합성섬유 부직포로 대체될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 컬렉터는 서로 다른 종류의 보조 기재를 사용하여 제조되는 나노 섬유 웹의 통기성, 인장 강도, 인열 강도 또는 투습도와 같은 물성이 조절될 수 있도록 한다.

나노섬유 웹의 제조 과정에서 고려되어야 할 다른 문제는 이송되는 나노섬유 웹의 장력과 관련된다. 나노섬유 웹의 대량 생산을 위하여 다수 개의 노즐 블록 및 노즐 블록에 대응되는 다수 개의 컬렉터가 설치될 수 있다(아래의 도 2참조). 도 1에 도 시된 것과 같은 하나의 컬렉터(1)가 한 쌍의 롤러(R)에 의하여 회전되는 복수 구동축 방식 및 다수 개의 컬렉터(1)가 한 쌍의 롤러(R)에 의하여 회전되는 단일 구동축 방식(도 2 참조)의 선택은 기재 또는 원단에 의하여 결정될 수 있다. 본 명세서에서 컬렉터(1)의 회전은 와이어 벨트(13)의 회전을 의미한다. 도 1에서 위쪽 부분은 하나의 컬렉터(1)를 그리고 아래쪽은 하나의 컬렉터(1)가 연속되어 설치된 2개의 컬렉터가 각각의 롤러 쌍에 의하여 구동되는 복수 구동축을 가진 컬렉터를 도시한 것이다.

단일 구동축은 인장 강도가 약한 예를 들어 저평량(low basis weight)의 셀룰로오스 기재 또는 원단에 사용될 수 있고 복수 구동축은 비교적 인장 강도가 강한 고평량(high basis weight)의 부직포 기재 또는 원단에 사용될 수 있다. 단일 구동축을 사용하는 경우 기재 또는 원단(B)이 와이어벨트(13)에 완전히 밀착되므로 와이어벨트 패터닝이 야기될 수 있다. 이에 비하여 복수 구동축은 사용하는 경우 기재 또는 원단에 강한 장력을 작용시켜 인장 강도가 약한 기재 또는 원단의 경우 파열될 수 있다. 본 발명에 따른 보조 기재를 가진 컬렉터(1)는 단일 구동 축 및 복수 구동축에 따른 이와 같은 문제점을 제거할 수 있도록 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 컬렉터(1)는 보조 기재(12)를 사용하여 제조되는 나노 섬유 웹의 물성을 조절할 수 있도록 하고 그리고 이와 동시에 기재 또는 원단의 물성을 고려하여 적절한 수의 구동축을 사용하여 제조과정에서 발생하는 제품의 결함을 제거할 수 있도록 한다.

아래에서 본 발명에 따른 컬렉터가 적용된 전기 방사 장치에 대하여 설명을 한다. 제시된 실시 예는 예시적으로 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따른 컬렉터를 가진 상향식 전기방사장치를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 컬렉터는 임의의 형태의 전기방사장치에 적용될 수 있지만 바람직하게는 상향식 전기방사장치에 적용될 수 있다.

상향식 전기방사장치는 출원인에 의하여 이미 출원된 특허출원번호 10-2007-0029866호에 기재되어 있고, 상기 발명은 본 명세서에 참조로 결합이 된다.

도 2를 살펴보면, 상향식 전기방사장치는 컬렉터(1), 노즐블록(14) 및 고전압발생 장치(22)를 포함한다. 컬렉터(1)는 지지 빔(23)에 의하여 고정되고 그리고 도 1과 관련하여 설명한 보조 기재를 포함한다. 도 2의 경우 한 쌍의 롤러(R)에 의하여 구동되는 단일 구동축을 가진 전기 방사 장치를 예시하고 있지만 기재 또는 원단에 따라 다수 개의 구동축이 적용될 수 있다. 고전압발생 장치(22)의 음의 단자는 노즐블록(14)에 연결되고 그리고 양의 단자는 컬렉터(1)에 연결될 수 있다. 노즐블록(14)에 설치된 방사노즐(15)에서 방사된 방사용액 또는 방사 용융물은 컬렉터(1)에 집속이 되어 나노섬유 웹을 형성한다. 기재 또는 원단에 형성된 나노섬유 웹은 실시간으로 물성 시험장치(21)에 의하여 물성이 측정된다. 측정된 물성이 만약 요구되는 값을 가지지 않는 경우 컬렉터(1)에 형성된 보조 기재(도 1 참조)의 소재를 변경하거나 또는 보조 기재의 두께를 조절할 수 있다. 또한 기재의 인장 강도를 고려하여 컬렉터(11)의 구동축의 수를 조절할 수도 있다. 이와 같이 본 발명 에 따른 보조 기재를 가진 컬렉터(1)를 적용하거나 또는 구동축의 수를 조절하여 요구되는 물성을 가진 나노섬유 웹이 제조될 수 있도록 한다.

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 컬렉터는 전기방사장치에 적용되어 요구되는 물성을 가진 나노섬유 웹이 제조될 수 있도록 한다. 그리고 구동축의 조절을 통하여 제품의 결함을 감소시킬 수 있다. 아울러 실시간으로 제조되는 나노섬유 웹의 물성을 측정하여 제조 과정에서 나노섬유 웹의 물성을 조절할 수 있다는 이점을 가진다.

Claims (6)

1. 방사된 나노 섬유 웹이 집속되는 기재 또는 원단이 설치된 전기 방사 장치의 컬렉터에 있어서, 탈부착이 가능한 판형의 보조 기재를 포함하는 전기방사 장치의 컬렉터.
2. 청구항 1에 있어서, 보조 기재는 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체 및 고분자 중합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중에서 선택된 적어도 2종의 혼합물로부터 제조된 소재가 되는 것을 특징으로 하는 전기방사 장치의 컬렉터.
3. 청구항 1에 있어서, 보조 기재는 기재 또는 원단과 다른 종류의 소재가 되는 것을 특징으로 하는 전기방사 장치의 컬렉터.
4. 청구항 1에 있어서, 보조 기재의 소재 또는 두께는 나노섬유 웹의 물성을 측정하여 결정되는 것을 특징으로 하는 전기방사 장치의 컬렉터.
5. 청구항 1에 있어서, 컬렉터는 적어도 하나의 구동축에 의하여 구동되는 것을 특징으로 하는 전기방사 장치의 컬렉터.
6. 청구항 1에 있어서, 전기방사 장치는 상향식인 것을 특징으로 하는 전기방사 장치의 컬렉터.

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