KR101382571B1 - 나노섬유 제조용 전기방사장치 - Google Patents

나노섬유 제조용 전기방사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노섬유 제조용 전기방사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노섬유화 되지 못한 폴리머 용액을 재사용하는 오버플로우 시스템과 방사 과정에서 발생하는 VOC(Volatile Organic Compounds : 휘발성 유기 화합물)를 재사용할 수 있으며, 상기 두 시스템을 연결시켜 작동하는 것이 가능한 나노섬유 제조용 전기방사장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 상향식으로 전기방사를 하기 때문에, 하향식 전기방사에서 발생하는 드롭 렛 현상이 발생하는 일이 없어 고품질의 나노섬유를 제조하는 것이 가능하며, 오버플로우된 방사용액을 회수하여 나노섬유의 원료로 재사용이 가능하기 때문에, 원료를 절약하게되고 원료 사용료를 줄일 수 있어 나노섬유 제조비용을 절감할 수 있으며, 유해성분인 VOC를 재사용 및 재활용함으로써 VOC를 제거 및 배출하기 위한 별도의 시설 및 장치의 삭제가 가능하고, 이로 인해 시설 및 장치 설비의 절감이 가능하고, 방사 시 발생되는 VOC를 다시 회수하여 용매로 재사용 및 재활용함으로써 장비 운용비 절감 및 용매의 사용량을 절감시킬 수 있으며, 인체 및 환경에 유해한 VOC를 외부로 배출하지 않고 재사용 및 재활용함으로써 친환경적이라는 등의 효과를 거둘 수 있다.

Description

나노섬유 제조용 전기방사장치{Electrospinning device for manufacturing nanofiber}
본 발명은 나노섬유 제조용 전기방사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노섬유화 되지 못한 폴리머 용액을 재사용하는 오버플로우 시스템과 방사 과정에서 발생하는 VOC(Volatile Organic Compounds : 휘발성 유기 화합물)를 재사용할 수 있으며, 상기 두 시스템을 연결시켜 작동하는 것이 가능한 나노섬유 제조용 전기방사장치에 관한 것이다.
일반적으로, 나노섬유(Nano Fiber)란, 지름이 수십에서 수백 나노미터에 불과한 초극세사를 지칭하는 것으로서, 나노섬유로 구성된 부직포, 멤브레인 및 브레이드 등의 제품은 생활용품, 농업용, 의류용 및 산업용 등으로 널리 사용된다.
뿐만 아니라, 인조 피혁, 인조 스웨이드, 생리대, 의복, 기저귀, 포장재, 잡화용 소재, 각종 필터 소재, 유전자 전달체의 의료용 소재 및 방탄 조끼 등 국방용 소재에 적용되는 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
상술한 바와 같은 나노섬유는 전기장에 의해 생산된다. 즉, 나노섬유는 원료인 고분자 물질에 고전압의 전기장을 걸어서 원료인 고분자 물질 내부에 전기적인 반발력을 발생시키고, 이로 인해 분자들이 뭉쳐 나노 크기의 실 형태로 갈라짐으로써 나노섬유가 제조 및 생산된다.
이때, 전기장이 강할수록 원료인 고분자 물질이 가늘게 찢어지기 때문에 10 내지 1000nm의 가늘기를 갖는 나노섬유를 얻을 수 있다.
이러한 가늘기를 갖는 나노섬유를 제조 및 생산하기 위한 전기방사장치는 방사용액이 내부에 충진되는 방사용액 주탱크, 방사용액의 정량 공급을 위한 계량 펌프, 방사용액을 토출하기 위한 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐블록, 노즐 하단에 위치하여 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터 및 전압을 발생시키는 전압 발생장치를 포함하여 구성된다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어지는 전기방사장치는 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이, 방사용액이 충진되는 방사용액 주탱크(미도시)와 상기 방사용액 주탱크 내에 충진된 고분자 방사용액의 정량 공급을 위한 계량 펌프(미도시)와 상기 방사용액 주탱크 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(112)이 다수개 배열설치되는 노즐 블록(111)과 상기 노즐(112)의 상단에 위치하여 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(112)에서 일정간격 이격되는 컬렉터(113) 및 상기 컬렉터(113)에 고전압을 발생시키는 전압 발생장치(114)를 포함하는 유닛(110)으로 구성된다.
이러한 전기방사장치(100)를 통한 나노섬유의 제조방법은 방사용액이 충진되는 방사용액 주탱크 내의 방사용액이 계량 펌프를 통해 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(112) 내에 연속적으로 정량 공급되고, 노즐(112)로 공급되는 방사용액은 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(114) 상에 노즐(112)을 통하여 방사, 집속되어 나노섬유 웹이 형성되되, 상기 전기방사장치(100)의 유닛(110)들로 이송되는 장척시트(115) 상에 나노섬유 웹을 형성하고, 상기 나노섬유가 적층형성되는 장척시트(115)가 각 유닛(110)을 통과하여 반복적으로 나노섬유가 적층된 후 라미네이팅, 엠보싱 또는 니들펀칭하여 부직포로 제조한다.
여기서, 전기방사장치는 컬렉터 상의 위치하는 방향에 따라 상향식 전기방사장치, 하향식 전기방사장치 및 수평식 전기방사장치로 나뉜다. 즉, 전기방사장치는 컬렉터가 노즐의 상단에 위치하는 구성으로 이루어지고, 균일하고 상대적으로 가는 나노섬유를 제조할 수 있는 상향식 전기방사장치, 컬렉터가 노즐의 하단에 위치하는 구성으로 이루어지고, 상대적으로 굵은 나노섬유를 제조할 수 있으며, 단위시간 당 나노섬유의 생산량을 증대시킬 수 있는 하향식 전기방사장치 및 컬렉터와 노즐이 수평방향으로 배열되는 구성으로 이루어지는 수평식 전기방사장치로 나뉜다.
상향식 전기방사장치는 상향 노즐 블록의 노즐을 통하여 방사용액이 분사되고, 분사되는 방사용액이 지지체의 하부면에 적층되면서 나노섬유를 형성하는 구성으로 이루어진다.
상술한 바와 같은 구성에 의하여 상기 상향식 전기방사장치의 어느 한 유닛 내부에서 노즐을 통하여 방사용액을 분사하여 나노섬유 웹이 적층형성되는 장척시트는 다른 한 유닛 내부로 이송되고, 다른 한 유닛 내부로 이송되는 장척시트에 노즐을 통하여 방사용액을 분사하여 또 다시 나노섬유를 적층형성하는 등 상기한 공정을 반복적으로 수행하면서 나노섬유를 제조한다.
여기서, 노즐 블록의 노즐을 통하여 분사되는 방사용액은 고분자 폴리머 및 용매를 포함하여 이루어진다.
이때, 전기방사장치 노즐 블록의 노즐을 통하여 방사용액의 방사 시 방사용액에 포함되는 고분자 폴리머는 장척시트 상에 적층형성되어 나노섬유를 형성하나, 방사 과정에서 방사된 고분자 폴리머가 섬유화되지 못하고 노즐블록으로 떨어지는 경우가 발생하고, 방사용액에 포함되는 용매는 전기방사장치에서 발생되는 고전압으로 인해 휘발되어 VOC로 기화된다.
상술한 바와 같이, 노즐을 통하여 방사되었으나 섬유화되지 못하고 오버플로우되는 고분자 폴리머로 인해 원료의 사용량이 늘어나고, 방사 시 발생되는 VOC는 발암성을 지닌 독성 화학물질로서, 대기오염을 발생시키는 물질이며, 지구온난화의 원인 물질이며, 대기환경보전법시행령에 따른 규제대상 물질이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전기방사장치 노즐 블록의 노즐에서 방사되었으나 나노섬유화되지 못하고 오버플로우 된 방사용액을 오버플로우 시스템을 이용하여 재생탱크로 이송하여 방사용액을 재사용 및 재활용하며, 방사 시 발생되는 VOC를 응축 및 증류시켜 재사용 및 재활용할 수 있는 VOC 재활용 시스템을 구비하는 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 오버플로우 시스템을 통해 재사용 및 재활용되는 방사용액에 필요한 양만큼의 용매를 VOC 재활용 시스템을 통해 얻은 용매로 이용할 수 있는 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 상향식 나노섬유 제조용 전기방사장치에 있어서,상기 나노섬유 제조용 전기방사장치의 각 유닛 내에 설치되는 노즐을 통하여 방사되는 방사용액에서 나노섬유화되지 못한 방사용액을 다시 회수하여 나노섬유의 원료로 재사용 및 재활용하는 오버플로우 시스템; 및방사 과정에서 발생하는 VOC를 응축 및 증류시켜 재사용 및 재활용할 수 있는 VOC 재활용시스템;을 포함하고, 상기 오버플로우 시스템과 VOC 재활용 시스템이 연결되고 동시에 작동되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 노즐의 선단부가 나팔관 모양의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 오버플로우 시스템은 나노섬유화되지 못한 방사용액을 회수하기 위한 방사용액 회수 경로와, 상기 나노섬유의 원료가 되는 상기 방사용액을 저장하는 원료탱크와, 상기 원료탱크로부터 제1 이송배관을 통해 이송되는 상기 방사용액을 재생 및 저장하고, 적어도 하나 이상으로 구비되는 재생탱크와, 상기 원료탱크 또는 재생탱크로부터 제2 이송배관을 통해 이송되는 상기 방사용액을 저장하는 중간탱크를 포함하여 이루어지고, 상기 VOC 재활용 시스템은 VOC를 응축하여 액화시키기 위한 응축장치와, 상기 응축 장치를 통하여 응축된 VOC를 저장하기 위한 용매 저장장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 VOC 재활용 시스템은 VOC를 응축하여 액화시키기 위한 응축장치와, 상기 응축 장치를 통하여 응축된 VOC를 증류하여 액화시키는 증류장치 및 상기 증류장치에서 액화된 VOC를 저장하기 위한 용매 저장장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 재생탱크는 회수된 방사용액의 액면높이를 측정하는 제1 센서를 갖고, 상기 제1 센서로 계측된 액면높이에 따라서 상기 제1 이송배관의 이송동작을 제어하는 제1 이송제어장치가 구비되고, 상기 중간탱크는 상기 방사용액의 액면높이를 측정하는 제2 센서를 갖고, 상기 제2 센서로 계측된 액면높이에 따라서 상기 제2 이송배관의 이송동작을 제어하는 제2 이송제어장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 재생탱크는 상기 방사용액을 회수하는 동시에, 회수된 상기 방사용액의 용매 함유율을 측정하고, 해당 측정결과에 따라 상기 VOC 재활용 시스템의 증류장치에서 증류되고, 기화 온도차에 의해 액화되어 재사용 및 재활용되는 VOC 용매를 필요한 양만큼 첨가하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 상향식으로 전기방사를 하기 때문에, 하향식 전기방사에서 발생하는 드롭 렛 현상이 발생하는 일이 없어 고품질의 나노섬유를 제조하는 것이 가능하다.
또한 오버플로우된 방사용액을 회수하여 나노섬유의 원료로 재사용이 가능하기 때문에, 원료를 절약하게되고 원료 사용료를 줄일 수 있어 나노섬유 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 유해성분인 VOC를 재사용 및 재활용함으로써 VOC를 제거 및 배출하기 위한 별도의 시설 및 장치의 삭제가 가능하고, 이로 인해 시설 및 장치 설비의 절감이 가능하고, 방사 시 발생되는 VOC를 다시 회수하여 용매로 재사용 및 재활용함으로써 장비 운용비 절감 및 용매의 사용량을 절감시킬 수 있으며, 인체 및 환경에 유해한 VOC를 반복적으로 재사용 및 재활용함으로써 친환경적이라는 등의 효과를 거둘 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 오버플로우 시스템과 VOC 재활용 시스템을 구비한 나노섬유 제조용 전기방사장치에 관한 도면이다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도2는 본 발명에 의한 오버플로우 시스템과 VOC 재활용 시스템을 구비한 나노섬유 제조용 전기방사장치를 나타내는 도면이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 나노섬유 제조용 전기방사장치(1)는 상기 전기방사장치(1)에서 방사되었으나 나노섬유화되지 못한 방사용액을 재사용하는 오버플로우 시스템(200)과, 방사 시 발생되는 VOC를 응축 및 증류하고, 용매로 수거 및 수집한 후 이를 재사용 및 재활용하기 위한 VOC 재활용 시스템(300)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 전기방사장치(1)는 케이스(102), 노즐블록(110), 컬렉터(150), 전원장치(160)와 보조 벨트장치(170)와 이들을 내부에 수용하는 유닛(100, 100')과, 원료탱크(210), 제2 이송배관(216), 제2 이송제어장치(218)와 중간탱크(220)와 재생탱크(230)와 이들로 이루어진 오버플로우 시스템(200)과, 전기방사장치(1)의 각 유닛(100, 100')에 연결설치되어 상기 유닛(100, 100') 내부에서 노즐(112)을 통하여 방사용액의 방사 시 발생되는 VOC를 응축하여 액화시키기 위한 응축장치(310), 상기 응축장치(310)를 통하여 응축된 VOC를 증류하여 액화시키는 증류장치(320), 및 상기 증류장치(320)를 통하여 액화된 용매를 저장하기 위한 용매 저장장치(330)와 이를 포함하는 VOC 재활용 시스템(300)으로 구성되어 있다.
이때 상기 케이스(102)는 도전체로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 케이스(102)가 절연체로 이루어지거나, 상기 케이스(102)가 도전체 및 절연체가 혼용되어 적용되는 것도 가능하고, 기타 다양한 재질로 이루어지는 것도 가능하다.
노즐블록(110)은 노즐(112)이 상향식으로 다수개 배열설치되며, 중간탱크(220)로부터 방사용액을 공급받는다.
이때, 상기 노즐(112)의 선단부는 원통을 해당원통의 축과 비스듬히 교차하는 평면을 따라서 절단한 형상으로 이루어지는 것이 바람직하나, 노즐블록(110) 일부분의 노즐(112) 선단부가 나팔관 모양의 형상을 가지는 것도 가능하다.
컬렉터(150)는 노즐블록(110)보다 위쪽에 배치되어 있으며, 도전체로 이루어지고, 절연부재(152)를 통하여 케이스(102)에 취부되어 있다. 이때 상기 케이스(102)가 절연체로 이루어지거나, 케이스의 상부는 절연체로, 하부는 도전체로 혼용되어 적용되는 경우에는 절연부재(152)를 삭제하는 것도 가능하다.
전원장치(160)는 노즐블록(110)에 상향식으로 다수개 배열설치된 노즐(112)과 컬렉터(150)와의 사이에 고전압을 인가한다. 전원장치(160)의 정극은 컬렉터(150)에 접속되고, 전원장치(160)의 부극은 케이스(102)를 통하여 노즐블록(110)에 접속되어 있다.
상기 노즐블록(110)의 방사용액을 토출구로부터 상향의 컬렉터를 향하여 나노섬유를 토출하는 노즐(112)을 통해 제작된 나노섬유는 장척시트(미도시)에 퇴적되어 균일한 두께를 유지하면서 이동한다.
이때, 전기방사 나노섬유는 전기방사가 가능한 합성수지 재질을 방사하여 제조된 평균직경이 수~수천nm의 섬유로, 상기 전기방사가 가능한 합성수지 재질은 별도로 제한받지 아니하나, 예를 들면 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루라이드, 나일론, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄(PUR), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리올레핀, 폴리유산(PLA), 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리유산글리롤산(PLGA), 실크, 셀룰로오스, 키토산 등이 있으며, 그 중 폴리프로필렌(PP)재질의 소재와 내열성 고분자 물질인 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리 비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]과 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등의 폴리머로 이루어진 군이 상용적으로 널리 사용되고 있다.
또한, 상기 유닛(100, 100') 내에서 노즐(112)을 통하여 공급되는 방사용액은 상기 전기방사가 가능한 합성수지 재질인 폴리머를 적당한 용매에 용해시킨 용액으로, 용매의 종류 또한 폴리머를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않으며, 예를 든다면 페놀, 포름산, 황산, m-크레솔, 티플루오르아세트앤하이드라이드/다이클로로메테인, 물, N-메틸모폴린 N-옥시드, 클로로폼, 테트라히드로푸란과 지방족 케톤군인 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 지방족 수산기 군인 m-부틸알콜, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜, 메틸알콜, 에탄올, 지방족 화합물인 헥산, 테트라클로로에틸렌, 아세톤, 글리콜군으로서 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 할로겐 화합물군으로 트리크롤로에틸렌, 다이클로로메테인, 방향족 화합물 군인 톨루엔, 자일렌, 지방족 고리 화합물군으로서 사이클로헥사논, 시클로헥산과 에스테르군으로 n-부틸초산염, 초산에틸, 지방족에테르군으로 부틸셀로살브, 아세트산2-에톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 아미드로 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등을 사용할 수 있으며, 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용할 수 있다. 방사용액에는 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유하여도 좋다.
한편, 상기 컬렉터(150)의 외측에는 보조 벨트장치(170)가 구비되며, 상기 보조벨트장치(170)는 장척시트의 이송속도에 동기하여 회전하는 보조벨트(172)와, 보조벨트(172)의 회전을 돕는 보조벨트용 롤러(174)와 보조벨트(172)의 구동을 위한 보조벨트 구동장치(미도시)로 구성된다.
이때, 보조벨트용 롤러(174)는 보조벨트 구동장치에 의하여 보조벨트(172)를 회전시키는 것이 바람직하나, 마찰계수가 낮은 롤러를 사용하여 별도의 구동장치가 없이 장척시트의 이송을 보조하는 것도 가능하다.
원료탱크(210)는 나노섬유의 원료가 되는 방사용액을 저장한다. 원료탱크(210) 내에는 방사용액의 분리나 응고를 방지하기 위한 교반장치(211)를 내부에 구비한다.
제2 이송배관(216)은 상기 원료탱크(210) 또는 재생탱크(230)에 접속된 파이프와 밸브(212, 213, 214)로 구성되어 있고, 상기 원료탱크(210) 또는 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)에 방사용액을 이송한다.
제2 이송제어장치(218)는 상기 제2 이송배관(216)의 밸브(212, 213, 214)를 제어함으로써, 제2 이송배관(216)의 이송동작을 제어한다. 밸브(212)는 원료탱크(210)로부터 중간탱크(220)로의 방사용액의 이송을 제어하며, 밸브(213)는 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)로의 방사용액의 이송을 제어한다. 밸브(214)는 원료탱크(210) 및 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)에 유입하는 방사용액의 양을 제어한다.
상기와 같은 제어방법은 후술하는 중간탱크(230)의 구비된 제2 센서(222)로 계측된 방사용액의 액면높이에 따라서 제어된다.
중간탱크(220)는 원료탱크(210) 또는 재생탱크(230)로부터 공급된 방사용액을 저장하고, 노즐블록(110)으로 상기 방사용액을 공급하며, 공급된 방사용액의 액면높이를 측정하는 제2 센서(222)를 구비하고 있다.
상기 제2 센서(222)는, 액면높이 측정이 가능한 센서면 가능하고, 예를 들면 광센서 혹은 적외선 센서 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 중간탱크(220)의 하부에는 노즐블록(110)으로 방사용액을 공급하는 공급배관(240)과 공급제어밸브(242)가 구비되어 있는데, 상기 공급제어밸브(242)는 상기 공급배관(240)의 공급동작을 제어한다.
재생탱크(230)는 오버플로우되어 회수된 방사용액을 저장하고 방사용액의 분리나 응고를 방지하기 위한 교반장치(231)를 내부에 갖고, 회수된 방사용액의 액면높이를 측정하는 제1 센서(232)를 구비하고 있다.
상기 제1 센서(232)는, 액면높이 측정이 가능한 센서면 가능하고, 예를 들면 광센서 혹은 적외선 센서 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 노즐블록(110)에서 오버플로우된 방사용액은 노즐블록(110)하부에 구비된 방사용액 회수 경로(250)를 통하여 회수된다. 상기 방사용액 회수 경로(250)는 제1 이송배관(251)을 통해 재생탱크(230)로 방사용액을 회수한다.
한편, 제1 이송배관(251)은 상기 재생탱크(230)에 접속되는 파이프와 펌프를 구비하고, 상기 펌프의 동력으로 방사용액을 방사용액 회수경로(250)로부터 재생탱크로(230)이송한다.
이때, 재생탱크(230)는 적어도 하나 이상인 것이 바람직하며, 2개 이상인 경우에는 상기 제1 센서(232)와 밸브(233)가 복수개로 구비되는 것도 가능하다.
이어서, 재생탱크(230)가 2개 이상인 경우, 재생탱크(230) 상부에 위치한 밸브(233)도 복수로 구비됨에 따라 제1 이송제어장치(미도시)는 상기 재생탱크(230)에 구비된 상기 제1 센서(232)의 액면높이에 따라서 상부에 위치한 2개 이상의 밸브(233)를 제어하여 방사용액을 복수의 재생탱크 중 어느 하나의 재생탱크로 이송할지에 대하여 제어한다.
한편, 상기 VOC 재활용 시스템(300)은 각 유닛(100, 100')을 통하여 배출되는 기화된 VOC에 공기 및 냉각수를 공급하여 응축 및 액화시키는 응축장치(310)와 상기 응축장치(310)를 통하여 응축된 VOC를 저장하기 위한 용매 저장장치(330)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 응축장치(310)는 수냉식, 증발식 또는 공냉식 응축장치로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
한편, 상기 각 유닛(100, 100') 내에서 발생되는 기화상태의 VOC를 응축장치(310)로 유입시키고, 상기 응축장치(310)에서 발생되는 액화상태의 VOC를 용매 저장장치(330)에 저장하기 위한 배관(311, 331)이 각각 연결설치된다.
즉, 상기 각 유닛(100, 100')과 응축장치(310), 상기 응축장치(310)와 용매 저장장치(330)를 상호 연결하기 위한 배관(311, 331)이 각각 연결설치된다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 응축장치(310)를 통하여 VOC를 응축시킨 후 응축된 액화상태의 VOC가 용매 저장장치(330)로 공급되는 구조로 이루어져 있으나, 도 3을 참조하면 상기 응축장치(310)와 용매 저장장치(330) 사이에 증류장치(220)가 구비되어 하나 이상의 용매가 적용될 경우, 각각의 용매를 분리 및 분류하도록 이루어지는 것도 가능하다.
여기서, 상기 증류장치(320)는 응축장치(310)에 연결되어 액화상태의 VOC를 고온의 열로 가열하여 기화시키고, 이를 다시 냉각하여 액화되는 VOC를 용매 저장장치(330)로 공급된다.
이 경우, 상기 VOC 재활용 시스템(300)은 각 유닛(100, 100')을 통하여 배출되는 기화된 VOC에 공기 및 냉각수를 공급하여 응축 및 액화시키는 응축장치(310)와 상기 응축장치(310)를 통하여 응축된 VOC에 열을 가하여 기화상태로 만든 다음, 다시 냉각시켜 액화상태로 만드는 증류장치(320) 및 상기 증류장치(320)를 통하여 액화된 VOC를 저장하기 위한 용매 저장장치(330)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 증류장치(320)는 분별증류장치로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
즉, 상기 각 유닛(100, 100')과 응축장치(310), 상기 응축장치(310)와 증류장치(320) 및 상기 증류장치(320)와 용매 저장장치(330)를 상호 연결하기 위한 배관(311, 321, 331)이 각각 연결설치된다.
이어서, 오버플로우 되어 상기 재생탱크(230)에 회수된 방사용액에 있어서의 용매의 함유율을 측정한다. 해당 측정은 재생탱크(230) 중에 방사용액의 일부를 샘플로 하여 추출하고, 해당 샘플을 분석함으로 실시할 수 있다. 방사용액의 분석은 이미 알려진 방법으로 행할 수 있다.
해당 측정결과를 기초로 하여, 필요한 양의 용매는 상기 용매 저장장치(330)에 공급되는 액화상태의 VOC를 배관(332)을 통하여 상기 재생탱크(230)에 공급된다.
즉, 액화된 VOC는 측정결과에 따라 필요한 양만큼 상기 재생탱크(230)에 공급되어 용매로써 재사용 및 재활용이 가능하다.
상기와 같은 본 발명에 의한 나노섬유 제조용 전기방사장치(1)는 상향식으로 전기방사를 하기 때문에, 하향식 전기방사에서 발생하는 드롭 렛 현상이 발생하는 일이 없어 고품질의 나노섬유를 제조하는 것이 가능하다.
또한 오버플로우된 방사용액을 회수하여 나노섬유의 원료로 재사용이 가능하기 때문에, 원료를 절약하게 되고 원료 사용료를 줄일 수 있어 나노섬유 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 유해성분인 VOC를 재사용 및 재활용함으로써 VOC를 제거 및 배출하기 위한 별도의 시설 및 장치의 삭제가 가능하고, 이로 인해 시설 및 장치 설비의 절감이 가능하고, 방사 시 발생되는 VOC를 다시 회수하여 재사용 및 재활용함으로써 장비 운용비 절감 및 용매의 사용량을 절감시킬 수 있으며, 인체 및 환경에 유해한 VOC를 외부로 배출하지 않고 재사용 및 재활용함으로써 친환경적이라는 등의 효과를 거둘 수 있다.
이상, 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하지만, 첨부된 특허청구범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
1 : 전기방사장치, 100, 100' : 유닛,
102 : 케이스, 110 : 노즐블록,
112 : 노즐, 150 : 컬렉터,
152 : 절연부재, 160 : 전원장치,
170 : 보조벨트장치, 172 : 보조벨트,
174 : 보조벨트용 롤러, 200 : 오버플로우 시스템,
210 : 원료탱크, 211 : 교반장치,
212 : 밸브, 213 : 밸브,
214 : 밸브, 216 : 제2 이송배관,
218 : 제2 이송제어장치, 220 : 중간탱크,
222 : 제2 센서, 230 : 재생탱크,
231 : 교반장치, 232 : 제1 센서,
233 : 밸브, 240 : 공급배관,
242 : 공급제어밸브, 250 : 방사용액 회수 경로,
251 : 제1 이송배관, 300 : VOC 재활용 시스템
310 : 응축장치, 311 : 배관,
320 : 증류장치, 321 : 배관,
330 : 용매 저장장치, 331 : 배관,
332 : 배관.

Claims (6)

  1. 상향식 나노섬유 제조용 전기방사장치에 있어서,
    상기 나노섬유 제조용 전기방사장치의 각 유닛 내에 설치되는 노즐을 통하여 방사되는 방사용액에서 나노섬유화되지 못한 방사용액을 다시 회수하여 나노섬유의 원료로 재사용 및 재활용하는 오버플로우 시스템; 및
    방사 과정에서 발생하는 VOC를 응축 및 증류시켜 재사용 및 재활용할 수 있는 VOC 재활용시스템;
    을 포함하고, 상기 오버플로우 시스템과 VOC 재활용 시스템이 연결되고 동시에 작동되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐의 선단부가 나팔관 모양의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 오버플로우 시스템은 나노섬유화되지 못한 방사용액을 회수하기 위한 방사용액 회수 경로와, 상기 나노섬유의 원료가 되는 상기 방사용액을 저장하는 원료탱크와, 상기 원료탱크로부터 제1 이송배관을 통해 이송되는 상기 방사용액을 재생 및 저장하고, 적어도 하나 이상으로 구비되는 재생탱크와, 상기 원료탱크 또는 재생탱크로부터 제2 이송배관을 통해 이송되는 상기 방사용액을 저장하는 중간탱크를 포함하여 이루어지고,
    상기 VOC 재활용 시스템은 VOC를 응축하여 액화시키기 위한 응축장치와, 상기 응축 장치를 통하여 응축된 VOC를 저장하기 위한 용매 저장장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 VOC 재활용 시스템은 VOC를 응축하여 액화시키기 위한 응축장치와, 상기 응축 장치를 통하여 응축된 VOC를 증류하여 액화시키는 증류장치 및 상기 증류장치에서 액화된 VOC를 저장하기 위한 용매 저장장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 재생탱크는 회수된 방사용액의 액면높이를 측정하는 제1 센서를 갖고,
    상기 제1 센서로 계측된 액면높이에 따라서 상기 제1 이송배관의 이송동작을 제어하는 제1 이송제어장치가 구비되고,
    상기 중간탱크는 상기 방사용액의 액면높이를 측정하는 제2 센서를 갖고,
    상기 제2 센서로 계측된 액면높이에 따라서 상기 제2 이송배관의 이송동작을 제어하는 제2 이송제어장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 재생탱크는 상기 방사용액을 회수하는 동시에, 회수된 상기 방사용액의 용매 함유율을 측정하고, 해당 측정결과에 따라 상기 VOC 재활용 시스템의 증류장치에서 증류되고, 기화 온도차에 의해 액화되어 재사용 및 재활용되는 VOC 용매를 필요한 양만큼 첨가하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.

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