KR101406117B1 - Method of manufacturing nanofiber via centrifugal forces and air current - Google Patents

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KR101406117B1
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한태환
임백호
전경수
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전북대학교산학협력단
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    • D01D5/18Formation of filaments, threads, or the like by means of rotating spinnerets

Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing nanofibers, comprising the steps of: supplying a spinning dope composed of one kind selected from polymer solution and polymer melt into a spinning tube that (i) has one kind of shape selected from a spherical shape, a conic shape, combined two conic shapes and combined four conic shapes, (ii) is connected to a motor by a connection bar, and (iii) has, on the surface of an inner part, one kind of formation selected from a groove and a protrusion; spinning the spinning dope, which has been supplied to the spinning tube, in the shape of nanofibers via centrifugal force by rotating the spinning tube with the rotation of a motor at 3,000 rpm or more; and accumulating the nanofibers spun from the spinning tube on a collector placed at the upper part of the spinning tube via centrifugal force generated by the rotation of the spinning tube and an air current generated by the rotation of a blade for air generation by rotating the blade for air generation, which is installed on one selected from the outer surface of the spinning tube and the connection bar, at 3,000 rpm or more together with the spinning tube. The present invention can manufacture nanofibers at high productivity (discharge amount) from not only polymer solution but also polymer melt as the viscosity of the polymer melt can be decreased without decomposing polymer via high shearing force using only a pure air current without static electricity. In addition, the present invention can evade operation danger as high voltage does not need to be applied to the collector etc.

Description

원심력과 공기흐름을 이용한 나노섬유의 제조방법{Method of manufacturing nanofiber via centrifugal forces and air current}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing nanofibers using centrifugal force and air flow,

본 발명은 원심력과 공기흐름을 이용한 나노섬유를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 방사튜브의 회전으로 발생되는 원심력과 공기발생용 날개의 회전으로 발생되는 공기흐름만을 이용하여 정전기력 부여 없이도 나노섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing nanofibers using centrifugal force and air flow, and more particularly, to a method of manufacturing nanofibers using centrifugal force and air flow, To a method of producing fibers.

본 발명의 상기 나노섬유 제조용 방사튜브는 방사액을 토출하는 기구로 사용된 종래 노즐을 대체한다.
The spinning tube for manufacturing the nanofiber of the present invention replaces a conventional nozzle used as a mechanism for discharging a spinning solution.

종래 나노섬유는 주로 전기방사방식으로 제조되어 왔다.Conventional nanofibers have been produced primarily by electrospinning.

종래 나노섬유를 제조하는데 사용된 전기방사장치로는 대한민국 등록특허 제10-0420460호 등에 게재된 바와 같이 방사액을 토출하는 기구로 고정된 노즐(Nozzle)을 주로 채택해 왔었다.As the electrospinning apparatus used for manufacturing the conventional nanofibers, a nozzle (nozzle) fixed by a mechanism for ejecting a spinning solution has been mainly adopted as disclosed in Korean Patent No. 10-0420460.

그러나, 상기 종래 전기방사장치들은 고정된 노즐을 통해 방사액을 전기방사(토출)하기 때문에 정전기력에만 의존하여 전기방사가 실시되어 단위시간당 노즐 단위홀당 토출량이 0.01g 수준으로 매우 낮아 생산성이 떨어져 결국 양산화가 어려운 문제점과, 노즐 교체 및 청소가 매우 복잡하고 번거로운 문제점 등이 있었다.However, since the conventional electrospinning devices are electrospinning (discharging) the spinning liquid through the fixed nozzle, electrospinning is performed depending on only the electrostatic force, and the discharge amount per nozzle unit per unit time is extremely low to 0.01 g level, And problems such as nozzle replacement and cleaning are complicated and cumbersome.

일반적으로 전기방사를 통한 나노섬유의 생산량은 시간당 0.1~1 g 수준이고 용액 토출량은 시간당 1.0~5.0 mL 수준으로 매우 낮다[D. H. H. Renecker 등, Nanptechnology 2006, VOl 17, 1123].In general, the production of nanofibers through electrospinning is 0.1 to 1 g per hour, and the solution discharge rate is very low, ranging from 1.0 to 5.0 mL per hour [D. H. H. Renecker et al., Nanptechnology 2006, Vo 17, 1123].

또 다른 종래의 전기방사장치로는 50rpm으로 회전하는 원추형 용기에 고전압들을 걸어주면서 폴리비닐피릴리돈 용액을 공급하여 정전기력과 원심력을 동시에 이용하여 노즐 없이 전기방사를 실시한 전기방사장치를 Nanzhou 대학의 Jinyuan Zhou 등이 2010년 스몰(Small)지에 발표한 논문(Small, 2010 Vol 6, 1612-1616)에 게재되어 있다.In another conventional electrospinning apparatus, a polyvinylpyrrolidone solution is supplied while a high voltage is applied to a conical container rotated at 50 rpm, and an electrospinning apparatus which is electrospinned by using both electrostatic force and centrifugal force at the same time is referred to as Jinyuan Zhou et al. (Small, 2010 Vol 6, 1612-1616) published in Small in 2010.

그러나, 상기 종래의 전기방사장치는 원심력과 정전기력을 활용하여 노즐이 없는 형태로 단위시간당 생산량을 향상시킬 수 있지만 상기 원추형 용기 내에 방사액을 연속 공급하여 연속 생산이 어려운 문제점과, 상기 원추형 용기 하부에 컬렉터가 위치하여 방사액이 섬유형태가 아니라 용액상태로 떨어지는 현상(이하 "드롭발생 현상"이라고 한다)이 일어나는 문제점이 있었다.However, although the conventional electrospinning apparatus can improve the production amount per unit time in the form of no nozzle by utilizing the centrifugal force and the electrostatic force, it is difficult to continuously produce the continuous solution by supplying the spinning liquid into the conical container, (Hereinafter referred to as "drop generation phenomenon") occurs when the collector is located and the spinning liquid falls into the solution state instead of the fiber form.

또한 다량의 노즐을 노즐판상에 배열하여 전기방사하는 시스템에 대한 방식 등도 이미 잘 알려져 있다[H. Y. Kim, WO2005073441, WO2007035011].Also, a system for a system in which a large number of nozzles are arranged on a nozzle plate and electrospinning is already well known [H. Y. Kim, WO2005073441, WO2007035011].

기존의 전기방사장치들의 단점은 전기방사장치에 고전압을 걸어 주어야 하므로 위험하고, 단위 홀당 나노섬유의 생산량이 매우 낮고 또한 노즐을 사용함으로써 노즐의 청소 등이 번거로운 문제점이 있으며, 고분자를 용매에 녹인 고분자 용액은 전기방사가 가능하지만 고분자를 용융시킨 고분자 용융체는 전기방사가 불가능한 문제점이 있었다.Disadvantages of the conventional electrospinning devices are that it is dangerous to apply a high voltage to the electrospinning device, and the production amount of nanofibers per unit hole is very low, and there is a problem that the nozzles are cleaned by using nozzles, Although the solution can be electrospun, there is a problem that the polymer melt obtained by melting the polymer can not be electrospun.

그 이유는 기존의 전기방사장치들은 고분자 용융체의 분자량 감소 없이 점도만 낮추기 위해 필요한 고전단력을 전기방사되는 고분자 용융체에 부여할 수 없었기 때문이다.This is because the conventional electrospinning apparatuses can not impart the high shear force required to lower the viscosity of the polymer melt to the electrospun polymer melt without decreasing the molecular weight of the polymer melt.

그 결과, 고분자 용액은 물론 고분자 용융체를 사용하여 나노섬유를 제조할 수 있는 방사장치의 개발이 요구되었다.As a result, it has been required to develop a spinning device capable of producing a nanofiber using a polymer melt as well as a polymer solution.

또 다른 종래의 나노섬유용 방사장치로는 3,000rpm 이상으로 고속회전하는 원통을 이용하여 상기 원통 내에 투입된 방사액(클로로벤젠에 용해된 폴리메틸메타아크릴레이트 용액)을 원심력만을 이용하여 나노섬유를 방사하는 나노섬유용 방사장치가 K. Kern 등이 나노레터(Nano Letters)에 발표한 논문(Nano Letters, 2008, Vol 8, No.4, 1187-1191)에 게재되어 있다.In another conventional spinning device for nanofiber, a spinning solution (a polymethylmethacrylate solution dissolved in chlorobenzene) injected into the above-mentioned cylinder by using a cylinder rotating at a high speed of 3,000 rpm or more is spin- (Nano Letters, 2008, Vol 8, No. 4, 1187-1191) published by K. Kern et al. In Nano Letters.

그러나, 상기 종래의 나노섬유용 방사장치는 원통 내에서 고분자 용액과 용매의 분리가 어려워 나노섬유 형성능이 떨어지고, 원통 내에 방사액을 연속적으로 공급하기 어려워 연속생산이 곤란한 문제점이 있었다.However, in the conventional spinning device for nanofibers, it is difficult to separate a polymer solution and a solvent from each other in a cylinder, so that the ability to form nanofibers is deteriorated, and it is difficult to continuously supply the spinning solution in a cylinder.

또한 상기 종래방법은 원심력이 상기 원통의 원주방향으로 작용하기 때문에 방사된 나노섬유는 원주방향으로 날아가게 되어 이를 상기 원통의 상부에 위치하는 컬렉터 상에 포집하기 어려운 문제점이 있었다. 그로 인해 상기 종래방법은 상향식 방사는 어렵고 방사액을 원통 상부에서 하부로 공급해서 원통 하단에 위치하는 켈럭터 상에 방사된 나노섬유를 집적하는 하향식 방사만 가능하게 되고, 그로 인해 방울 형태로 켈렉터에 떨어지는 드롭렛 현상을 효과적으로 방지할 수 없는 문제가 있었다.
In addition, since the centrifugal force acts in the circumferential direction of the cylindrical body, the radiated nanofibers fly in the circumferential direction and it is difficult to collect the collected nanofibers on the collector located on the upper side of the cylindrical body. Therefore, in the above-mentioned conventional method, the upward-direction spinning is difficult, and the spinning solution is supplied from the upper part of the cylinder to the lower part so that only the top-down spinning in which the nanofibers radiated on the chelator positioned at the lower end of the cylinder are accumulated, There is a problem that the droplet phenomenon that falls to the surface of the substrate can not be effectively prevented.

본 발명의 과제는 이와 같은 종래의 문제점들을 해결할 수 있도록 섬유형성능이 우수하여 고분자 용액은 물론 고분자 용융체까지도 고전압 인가 없이 원심력과 공기흐름만으로 방사, 제조할 수 있고 단위시간당 단위 원통상 방사 튜브당 토출량이 높아져 생산성이 크게 향상되고, 노즐 교체 및 청소의 번거로움을 해소할 수 있고, 드롭 발생현상도 효과적으로 방지할 수 있는 나노섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a polymer melt and a polymer melt which can be spin-coated without a high voltage by centrifugal force and air flow, The productivity is greatly improved, the trouble of nozzle replacement and cleaning can be solved, and a drop occurrence phenomenon can be effectively prevented.

이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 (ⅰ) 원통형 형태, 원추형 형태, 2개의 원추형들이 서로 결합한 형태 및 4개의 원추형들이 서로 결합한 형태중에서 선택된 1종의 형태를 구비하며, (ⅱ) 연결봉에 의해 모터와 연결되어 있으며, (ⅲ) 내부 표면에 홈 또는 돌기 중에서 선택된 1종의 형상물이 형성되어 있는 방사튜브내로 고분자 용액 및 고분자 용융체 중에서 선택된 1종으로 이루어진 방사도프를 공급하는 공정;과, 상기 방사튜브를 모터 회전에 의해 3,000rpm 이상으로 회전시켜 원심력으로 방사튜브에 공급된 방사도프를 나노섬유 형태로 방사하는 공정;과, 상기 방사튜브 외표면 및 연결봉 중에서 선택된 하나에 설치된 공기발생용 날개를 방사튜브와 함께 3,000rpm 이상으로 회전시켜 방사튜브에서 방사되는 나노섬유를 방사튜브 회전으로 발생되는 원심력과 공기발생용 날개의 회전으로 발생되는 공기흐름에 의해 상기 방사튜브 상부에 위치하는 컬렉터 상에 집적하는 공정;을 차례로 거쳐 나노섬유를 제조하는 방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a connector, comprising the steps of: (i) forming a cylindrical shape, a conical shape, a shape in which two conical shapes are combined with each other, and a shape in which four conical shapes are combined with each other, (Iii) supplying a spinning dope composed of one kind selected from a polymer solution and a polymer melt into a spinning tube in which a shape selected from a groove or a projection is formed on an inner surface of the spinning dope; and A step of spinning the spinning tube by a motor rotation at 3,000 rpm or more to spin the spinning dope supplied to the spinning tube by centrifugal force into a nanofiber form; The nanofibers emitted from the spinning tube are rotated with the spinning tube by rotating at 3,000 rpm or more with the spinning tube It provides a method for producing a nanofiber via a turn; by the air flow generated by the centrifugal force generated with the rotation of the air occurs for the wings to be integrated on a step of the collector which is located above the spinning tube.

본 발명은 정전기력 없이 순수한 원심력과 공기흐름만을 이용하여 높은 전단력으로 고분자 용융체의 점도를 고분자의 분해 없이도 낮출 수 있기 때문에 고분자 용액은 물론 고분자 용융체으로부터도 나노섬유를 높은 생산성(토출량)으로 제조할 수 있다.Since the viscosity of the polymer melt can be lowered without decomposition of the polymer with high shear force using only pure centrifugal force and air flow without electrostatic force, the nanofiber can be produced from the polymer melt as well as the polymer melt with high productivity (discharge amount) .

또한 본 발명은 종래의 방사 노즐을 사용하지 않기 때문에 노즐교체나 노즐청소 등의 번거로운 작업을 생략할 수 있고, 컬렉터 등에 고전압을 인가하지 않아도 되기 때문에 작업 위험성도 피할 수 있다.
Further, since the conventional spinning nozzle is not used in the present invention, troublesome operations such as nozzle replacement and nozzle cleaning can be omitted, and a high voltage is not applied to the collector, so that the risk of work can be avoided.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 공정개략도.
도 3 내지 도 8은 본 발명에서 사용하는 방사튜브의 사시개략도.
도 9 내지 도 12은 본 발명에서 사용하는 방사튜브를 길이방향으로 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도.
도 13(a) 내지 도 13(d)는 방사튜브의 내부 표면에 형성된 형상물의 사시개략도.
도 14는 본 발명의 실시예 1로 제조한 나노섬유의 주사형 전자현미경 사진.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic view of a process of the present invention. Fig.
Figures 3 to 8 are perspective views of a spinning tube used in the present invention.
Figs. 9 to 12 are schematic plan views showing a state in which the spinning tube used in the present invention is opened in the longitudinal direction and opened. Fig.
Figures 13 (a) - 13 (d) are schematic perspective views of an article formed on the inner surface of the radiation tube.
14 is a scanning electron micrograph of the nanofiber prepared in Example 1 of the present invention.

이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 (ⅰ) 원통형 형태, 원추형 형태, 2개의 원추형들이 서로 결합한 형태 및 4개의 원추형들이 서로 결합한 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하며, (ⅱ) 연결봉에 의해 모터와 연결되어 있으며, (ⅲ) 내부 표면에 홈 또는 돌기 중에서 선택된 1종의 형상물이 형성되어 있는 방사튜브내로 고분자 용액 및 고분자 용융체 중에서 선택된 1종으로 이루어진 방사도프를 공급하는 공정;The present invention relates to an electric motor comprising (i) one type selected from the group consisting of a cylindrical shape, a conical shape, a combination of two conical shapes and a combination of four conical shapes, (ii) Iii) supplying a spinning dope composed of one kind selected from a polymer solution and a polymer melt into a spinning tube in which one kind of shape selected from a groove or a projection is formed on an inner surface;

상기 방사튜브를 모터 회전에 의해 3,000rpm 이상으로 회전시켜 원심력으로 방사튜브에 공급된 방사도프를 나노섬유 형태로 방사하는 공정; 및Rotating the spinning tube by a motor rotation at 3,000 rpm or more to spin the spinning dope supplied to the spinning tube by centrifugal force into nanofiber form; And

상기 방사튜브 외표면 및 연결봉 중에서 선택된 하나에 설치된 공기발생용 날개를 방사튜브와 함께 3,000rpm 이상으로 회전시켜 방사튜브에서 방사되는 나노섬유를 방사튜브 회전으로 발생되는 원심력과 공기발생용 날개의 회전으로 발생되는 공기흐름에 의해 상기 방사튜브 상부에 위치하는 컬렉터 상에 집적하는 공정;을 포함한다.The air generating vanes provided on one of the outer surface of the radiation tube and the connecting rod are rotated together with the radiation tube at 3,000 rpm or more to rotate the nanofibers radiated from the radiation tube by the centrifugal force generated by the spinning tube and the rotation of the air- And accumulating on the collector located above the radiation tube by the generated air flow.

구체적으로, 본 발명은 먼저 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 고분자 용액 또는 고분자 용융체인 방사도프를 도 3 내지 도 13(d)에 도시된 방사튜브(T)내로 공급한다.Specifically, the present invention first supplies a radial dope as a polymer solution or a polymer melt into the radiation tube T shown in Figs. 3 to 13 (d), as shown in Figs.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 공정 개략도이고, 도 3 내지 도 8은 상기 방사튜브의 사시개략도이고, 도 9 내지 도 12는 상기 방사튜브를 길이방향으로 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도이고 도 13(a) 내지 도 13(d)는 방사튜브의 내부 표면에 형성된 형상물의 사시개략도 이다.FIGS. 1 to 2 are schematic views of the process of the present invention, FIGS. 3 to 8 are schematic perspective views of the radiation tube, FIGS. 9 to 12 are schematic plan views showing a state in which the radiation tube is opened in the longitudinal direction, 13 (a) to 13 (d) are schematic perspective views of an article formed on the inner surface of the radiation tube.

상기 방사튜브는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 원통상 형태, 원추형 형태, 2개의 원추형들이 서로 결합한 형태 또는 4개의 원추형들이 서로 결합한 형태이며, 상기 방사튜브(T)의 내부 표면에는 도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이 홈 또는 돌기와 같은 형상물이 형성되어 있다.3 to 6, the radial tube T has a cylindrical shape, a conical shape, a combination of two conical shapes or a combination of four conical shapes, As shown in Fig. 12, grooves or protrusions are formed.

구체적으로, 상기 방사튜브는 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 형상물이 원통형 또는 원추형 방사튜브(T)의 내부 표면을 따라 연속되는 다수개의 나선상 곡선을 이루도록 형성된 구조일 수도 있고, 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상기 형상물이 서로 분리된 상태로 원통형 또는 원추형 방사튜브(T)의 내부 표면에 분산되게 형성된 구조일 수도 있고, 도 7 내지 도 8과 같이 2개 또는 4개의 원추형이 서로 결합된 형태인 방사튜브(T)의 내부표면에 상기 형상물이 형성된 구조일 수도 있다.3 to 4, the shape of the radiation tube may be a plurality of spiral curves extending along the inner surface of the cylindrical or conical radiation tube T, As shown in FIG. 6, the shapes may be dispersed on the inner surface of the cylindrical or conical radiation tube T in a state that they are separated from each other. Alternatively, two or four cones may be formed as shown in FIGS. Or may be a structure in which the shape is formed on the inner surface of the radiation tube T, which is a combined shape.

방사시 형성되는 나노섬유와 방사용액내 용매를 효율적으로 분리하여 형성된 나노섬유를 상부에 위치하는 컬렉터 상에 효율적으로 집적하기 위해서는 상기 형상물이 방사튜브(T)의 내부 표면을 따라 연속되는 다수개의 나선상 곡선을 이루도록 형성된 구조인 것이 보다 바람직하다.In order to efficiently integrate the nanofibers formed by efficiently separating the nanofibers formed in spinning and the solvents in the spinning solution onto the collector located on the upper side, It is more preferable that it is a structure formed so as to form a curve.

도 13(a) 내지 도 13(d)에 도시된 바와 같이 방사튜브(T)의 내부 표면에 형성되어 있는 상기 형상물은 다각형돌기, 반원형돌기, 다각형홈 또는 반원형 돌기 등이다.As shown in Figs. 13 (a) to 13 (d), the shape formed on the inner surface of the radiation tube T is a polygonal projection, a semicircular projection, a polygonal groove or a semicircular projection.

다각형 돌기의 일예로는 삼각형 돌기 또는 사각형 돌기 등이 사용될 수 있고, 다각형 홈의 일예로는 삼각형 홈 또는 사각형 홈 등이 사용될 수 있다.As an example of the polygonal projection, a triangular projection, a square projection, or the like may be used. As the example of the polygonal groove, a triangular groove, a square groove, or the like may be used.

방사튜브(T)의 내부 표면에 형성된 상기 홈 또는 돌기들은 고분자 용액으로 나노섬유를 제조시 방사튜브 내에서 고분자 용액과 방사용액 내의 용매 분리를 용이하게 하여 (ⅰ) 고분자 쇄의 결합을 유도함으로써 나노섬유의 형성능을 향상시켜 줌과 동시에 (ⅱ) 형성된 나노섬유의 방향성 제어를 용이하게 하여, 다시 말해 형성된 나노섬유를 수평방향이 아니라 상부방향으로 진행되게 하여, 형성된 나노섬유를 방사튜브 상단부에 위치하는 컬렉터 상에 효과적으로 집적시켜주는 역할을 한다.The grooves or protrusions formed on the inner surface of the radiation tube T facilitate the separation of the solvent in the polymer solution and the spinning solution in the spinning tube when the nanofibers are prepared with the polymer solution, (i) inducing the binding of the polymer chains, (Ii) facilitating the directional control of the formed nanofibers, that is, moving the formed nanofibers to the upper direction instead of the horizontal direction, and thereby forming the formed nanofibers in the upper part of the radiation tube And effectively collects them on the collector.

이하, 도면 등을 통하여 상기 방사튜브의 구체적인 구현 예를 설명한다.Specific embodiments of the radiation tube will now be described with reference to the drawings.

제1구현 예에 따른 방사튜브(T)는 도 3에 도시된 바와 같이 원통상 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 13(a)에 도시된 바와 같은 사각형 홈(형상물)이 방사튜브의 내부 표면(Ti)을 따라 동일 방향으로 연속되는 다수개의 나선상 곡선(S)을 이루도록 형성되어 있다. 상기 제1구현예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면개략도는 도 9와 같다.The radial tube T according to the first embodiment has a cylindrical shape as shown in Fig. 3, and the inner surface Ti of the radial tube has a rectangular groove (shape) as shown in Fig. 13 (a) Is formed so as to form a plurality of helical curves (S) continuous in the same direction along the inner surface (Ti) of the radiation tube. A schematic plan view showing a state in which the radiation tube T of the first embodiment is cut open is shown in Fig.

제2구현 예에 따른 방사튜브(T)는 도 3에 도시된 바와 같이 원통상 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 13(b)에 도시된 바와 같은 반원형 홈(형상물)이 방사튜브의 내부 표면(Ti)을 따라 동일 방향만으로 연속되는 다수개의 나선상 곡선(S)을 이루도록 형성되어 있다.The radial tube T according to the second embodiment has a cylindrical shape as shown in Fig. 3, and the inner surface Ti of the radial tube has a semicircular groove (shape) as shown in Fig. 13 (b) Is formed so as to form a plurality of helical curved lines S continuous only in the same direction along the inner surface Ti of the radiation tube.

상기 제2구현예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도는 도 9와 같다.A schematic plan view showing the unfolded state of the radiation tube T of the second embodiment is shown in Fig.

제3구현 예에 따른 방사튜브(T)는 도 3에 도시된 바와 같이 원통상 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 13(c)에 도시된 바와 같은 반원형 돌기(형상물)가 방사튜브의 내부 표면(Ti)을 따라 동일 방향만으로 연속되는 다수개의 나선상 곡선(S)을 이루도록 형성되어 있다.The radial tube T according to the third embodiment has a cylindrical shape as shown in Fig. 3, and the inner surface Ti of the radial tube has a semicircular protrusion (shape) as shown in Fig. 13 (c) Is formed so as to form a plurality of helical curved lines S continuous only in the same direction along the inner surface Ti of the radiation tube.

상기 제3구현예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도는 도 9와 같다.A schematic plan view showing the unfolded state of the radiation tube T of the third embodiment is shown in Fig.

제4구현 예에 따른 방사튜브(T)는 도 3에 도시된 바와 같이 원통상 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 13(d)에 도시된 바와 같은 삼각형 돌기(형상물)가 방사튜브의 내부 표면(Ti)을 따라 동일 방향만으로 연속되는 다수개의 나선상 곡선(S)을 이루도록 형성되어 있다.The radial tube T according to the fourth embodiment has a cylindrical shape as shown in Fig. 3, and the inner surface Ti of the radial tube has a triangular projection (shape) as shown in Fig. 13 (d) Is formed so as to form a plurality of helical curved lines S continuous only in the same direction along the inner surface Ti of the radiation tube.

상기 제4구현예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도는 도 9와 같다.A schematic plan view showing a state in which the radiation tube T of the fourth embodiment is cut open is shown in Fig.

제5구현 예에 따른 방사튜브(T)는 도 4에 도시된 바와 같이 원통상 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 13(a)에 도시된 바와 같은 사각형 홈(형상물)이 방사튜브의 내부 표면(Ti)을 따라 양쪽 방향으로 연속되어 서로 교차하는 다수개의 나선상 곡선(S)을 이루도록 형성되어 있다.The radial tube T according to the fifth embodiment has a cylindrical shape as shown in Fig. 4, and the inner surface Ti of the radial tube has a rectangular groove (shape) as shown in Fig. 13 (a) Are formed so as to form a plurality of helical curved lines (S) that are continuous in both directions along the inner surface (Ti) of the radiation tube and cross each other.

상기 제5구현 예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도는 도 10과 같다.A schematic plan view showing a state in which the radiation tube T of the fifth embodiment is cut open is shown in Fig.

제6구현 예에 따른 방사튜브(T)는 도 5에 도시된 바와 같이 원통상 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 13(c)에 도시된 바와 같은 반원형 돌기(형상물)가 방사튜브의 내부 표면(Ti)에 서로 분리된 상태로 형성되어 있다.The radial tube T according to the sixth embodiment has a cylindrical shape as shown in Fig. 5, and the inner surface Ti of the radial tube has a semicircular protrusion (shape) as shown in Fig. 13 (c) Are formed separately from each other on the inner surface (Ti) of the radiation tube.

상기 제6구현 예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도는 도 11과 같다.11 is a schematic plan view showing a state in which the radiation tube T of the sixth embodiment is cut open.

제7구현 예에 따른 방사튜브(T)는 도 6에 도시된 바와 같이 원추형 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 13(b)에 도시된 바와 같은 반원형 홈(형상물)이 방사튜브의 내부 표면(Ti)에 서로 분리된 상태로 분산되게 형성되어 있다.The radial tube T according to the seventh embodiment has a conical shape as shown in Fig. 6, and a semicircular groove (shape) as shown in Fig. 13 (b) is formed on the inner surface Ti of the radiant tube And is dispersed in the inner surface Ti of the radiation tube in a state of being separated from each other.

상기 제7구현 예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도는 도 12와 같다.A schematic plan view showing a state in which the radiation tube T of the seventh embodiment is cut open is shown in Fig.

다음으로는 상기 방사튜브(T)를 모터(5) 회전에 의해 3,000rpm 이상, 바람직하기로는 5,000rpm 이상으로 회전시켜 원심력으로 상기 방사도프를 나노섬유 형태로 방사한다.Next, the spinning tube T is rotated by 3,000 rpm or more, preferably 5,000 rpm or more by rotating the motor 5, and the spinning dope is radiated in a nanofiber form by centrifugal force.

다음으로는, 상기 방사튜브 외표면 및 연결봉 중에서 선택된 하나에 설치된 공기발생용 날개를 방사튜브와 함께 3,000rpm 이상으로 회전시켜 방사튜브에서 방사되는 나노섬유를 방사튜브 회전으로 발생되는 원심력과 공기발생용 날개의 회전으로 발생되는 공기흐름에 의해 상기 방사튜브 상부에 위치하는 컬렉터 상에 집적시켜 나노섬유를 제조한다.Next, the air generating vanes provided on one of the outer surface of the radiation tube and the connecting rod are rotated together with the radiation tube at 3,000 rpm or more, so that the nanofibers radiated from the radiation tube are rotated by centrifugal force generated by the spinning tube, The nanofibers are integrated on the collector located above the radiation tube by the air flow generated by the rotation of the wings to produce nanofibers.

상기 공기발생용 날개는 회전에 의해 방사튜브의 상부 방향으로 공기흐름을 발생시키는 구조를 구비하며, 날개 개수는 1개 이상인 것이 바람직하다.The air generating blade has a structure for generating an air flow toward the upper side of the radiating tube by rotation, and the number of the blades is preferably one or more.

상기 컬렉터(9)는 방사튜브(T)보다 높은 위치에 설치하는 것이 드롭렛 현상, 즉 나노섬유와 함께 용매가 컬렉터(9) 상에 떨어지는 현상을 방지하는데 바람직하다.It is preferable that the collector 9 is disposed at a position higher than the radiation tube T to prevent the droplet phenomenon, that is, the phenomenon that the solvent falls on the collector 9 together with the nanofibers.

본 발명은 방사튜브의 내부 표면에 형성된 홈 또는 돌기들이 방사튜브 내에서 용매와 고분자를 효과적으로 분리하기 때문에 섬유 형성능이 우수하고, 또한 방사튜브의 회전으로 발생되는 원심력에 의해 상기 홈 또는 돌기들이 형성된 섬유를 방사튜브의 상부방향으로 진행되게 제어함으로써 방사용액에 포함된 용매는 제외하고 형성된 나노섬유만 컬렉터 상에 포집하게 되어 드롭렛 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.The present invention is characterized in that the grooves or projections formed on the inner surface of the spinning tube effectively separate the solvent and the polymer in the spinning tube so that the spinning tube is excellent in fiber forming ability and the centrifugal force generated by the rotation of the spinning tube, To the upper portion of the spinning tube, so that only the nanofibers formed are collected on the collector except for the solvent contained in the spinning solution, thereby effectively preventing the droplet phenomenon.

또한, 본 발명은 상기 공기발생용 날개의 회전에 의해 방사튜브의 상부 방향으로 흐르는 공기기류를 발생시킴으로서, 방사된 나노섬유를 방사튜브의 상부에 위치하는 컬렉터 상에 보다 더 효율적으로 포집할 수 있다.In addition, according to the present invention, by generating an air stream flowing in an upward direction of the radiation tube by the rotation of the air generating blades, the radiated nanofibers can be collected more efficiently on the collector located in the upper portion of the radiation tube .

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples.

그러나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 보호범위가 한정되는 것은 아니다.However, the scope of protection of the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example 1 One

중량평균분자량(Mw)이 150,000인 폴리아크릴니트릴(Aldrich 회사 제품)을 용매인 디메틸포름아미드에 용해하여 고형분이 9중량%이고 점도가 477센티포아스인 방사도프를 제조하였다.Polyacrylonitrile (product of Aldrich) having a weight average molecular weight (Mw) of 150,000 was dissolved in dimethylformamide as a solvent to prepare a spinning dope having a solid content of 9 wt% and a viscosity of 477 centipoise.

다음으로는 도 1에 도시된 바와 같이 제조된 방사도프를 정량펌프로 분당 5cc의 공급속도로 (ⅰ) 도 7과 같이 2개의 원추형이 서로 결합된 형태를 구비하고, (ⅱ) 내부 표면에 도13(a)와 같은 사각형 홈이 내부 표면을 따라 연속되는 4개의 나선상 곡선을 이루도록 형성되어 있는 방사튜브(T) 하단부로 공급한 다음, 상기 방사튜브를 10,000rpm으로 회전시켜 원심력으로 방사튜브(T)에 공급된 방사도프를 나노섬유 형태로 방사하였다.Next, the spinning dope produced as shown in FIG. 1 is supplied at a supply rate of 5 cc / min by a metering pump, (i) two cones are coupled together as shown in FIG. 7, (ii) A rectangular groove as shown in FIG. 13 (a) is fed to the lower end of the radiation tube T formed so as to form four continuous spiral curves along the inner surface, and then the radiation tube is rotated at 10,000 rpm, ) Was spun in the form of nanofibers.

이때, 원추형 방사튜브의 상부 내부직경은 42㎜로 하였고, 원추형 방사튜브의 하부 내부직경은 30㎜로 하였고 상기 나선상 곡선간의 피치간격은 7㎜로 하였고, 상기 사각형 홈의 깊이(H)는 2㎜로 하였고, 상기 사각형 홈의 넓이(W)는 4㎜로 하였다.At this time, the upper inner diameter of the conical radiation tube was 42 mm, the lower inner diameter of the conical radiation tube was 30 mm, the pitch interval between the helical curves was 7 mm, and the depth H of the rectangular groove was 2 mm , And the width W of the rectangular groove was 4 mm.

다음으로는, 상기와 같이 방사도프를 회전하는 방사튜브(T)를 통해 방사함과 동시에 방사튜브(T)와 모터(5)를 연결하는 연결봉(4)에 설치되어 있으며 회전시 방사튜브 상부로 공기흐름을 일으키는 3개의 날개를 구비하는 공기발생용날개(3)를 방사튜브(T)와 함께 10,000rpm으로 회전시켜 방사튜브에서 방사되는 나노섬유를 방사튜브회전으로 발생하는 원심력과 상기 공기발생용날개(3)의 회전으로 발생되는 공기흐름에 의해 방사튜브 상부에 위치하는 컬렉터(9) 상에 집적하여 나노섬유를 제조하였다.Next, as described above, the radial dope is radiated through the spinning tube T rotating, and at the same time, is provided on the connecting rod 4 connecting the spinning tube T and the motor 5, The air generating vanes 3 having three wings for causing air flow are rotated together with the radiation tube T at 10,000 rpm to generate centrifugal force generated by rotation of the spinning tube of the nanofibers radiated from the radiation tube, The nanofibers were integrated on the collector 9 located above the radiation tube by the air flow generated by the rotation of the wings 3 to produce nanofibers.

제조한 나노섬유의 주사형 전자현미경 사진은 도 14와 같았고, 나노섬유의 평균직경은 740㎚이였다.The scanning electron micrograph of the manufactured nanofiber was as shown in FIG. 14, and the average diameter of the nanofiber was 740 nm.

T : 방사튜브 S : 나선상 곡선
Ti : 방사튜브의 내부 표면 H : 4각형 홈 형태인 형상물의 홈 깊이
A : 나선상 곡선을 이루는 형상물의 일부분
W : 4각형 홈 형태인 형상물의 홈 넓이
P : 돌기 G : 홈
R : 반원홈 형태인 형상물의 홈 깊이
R' : 반원돌기 형태인 형상물의 돌기 높이
1 : 나노섬유 3 : 공기 발생용 날개
4 : 방사튜브와 모터를 연결하는 연결봉
5 : 회전 모터
6 : 방사도프 공급탱크 7 : 정량공급펌프
9 : 컬렉터 10 : 나노섬유 매트
11 : 나노섬유 매트 권취롤
T: Radiation tube S: Spiral curve
Ti: inner surface of the radiating tube H: groove depth of the shape in the shape of a quadrangular groove
A: A part of the shape of the spiral curve
W: groove width of a shape in the form of a quadrangular groove
P: Projection G: Home
R: groove depth of a semi-circular groove shaped object
R ': height of projection of semi-circular projection
1: nanofiber 3: air generating blade
4: Connecting rod connecting radiating tube and motor
5: Rotary motor
6: Radiation Dope Supply Tank 7: Quantity Feed Pump
9: collector 10: nanofiber mat
11: Nano fiber mat rolling roll

Claims (5)

(ⅰ) 원통형 형태, 원추형 형태, 2개의 원추형들이 서로 결합한 형태 및 4개의 원추형들이 서로 결합한 형태중에서 선택된 1종의 형태를 구비하며, (ⅱ) 연결봉에 의해 모터와 연결되어 있으며, (ⅲ) 내부 표면에 홈 또는 돌기 중에서 선택된 1종의 형상물이 형성되어 있는 방사튜브내로 고분자 용액 및 고분자 용융체 중에서 선택된 1종으로 이루어진 방사도프를 공급하는 공정;
상기 방사튜브를 모터 회전에 의해 3,000rpm 이상으로 회전시켜 원심력으로 방사튜브에 공급된 방사도프를 나노섬유 형태로 방사하는 공정; 및
상기 방사튜브 외표면 및 연결봉 중에서 선택된 하나에 설치된 공기발생용 날개를 방사튜브와 함께 3,000rpm 이상으로 회전시켜 방사튜브에서 방사되는 나노섬유를 방사튜브 회전으로 발생되는 원심력과 공기발생용 날개의 회전으로 발생되는 공기흐름에 의해 상기 방사튜브 상부에 위치하는 컬렉터 상에 집적하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심력과 공기흐름을 이용한 나노섬유의 제조방법.
(I) one type selected from the group consisting of a cylindrical shape, a conical shape, a combination of two conical shapes and a combination of four conical shapes, (ii) connected to the motor by a connecting rod, (iii) Supplying a spinning dope composed of one kind selected from a polymer solution and a polymer melt into a radiation tube in which one kind of shape selected from a groove or a projection is formed on a surface;
Rotating the spinning tube by a motor rotation at 3,000 rpm or more to spin the spinning dope supplied to the spinning tube by centrifugal force into nanofiber form; And
The air generating vanes provided on one of the outer surface of the radiation tube and the connecting rod are rotated together with the radiation tube at 3,000 rpm or more to rotate the nanofibers radiated from the radiation tube by the centrifugal force generated by the spinning tube and the rotation of the air- And collecting on the collector located above the radiation tube by the generated air flow. The method of manufacturing nanofibers using centrifugal force and air flow.
제1항에 있어서, 공기발생용 날개는 회전에 의해 방사튜브의 상부 방향으로 공기흐름을 발생시키는 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 원심력과 공기흐름을 이용한 나노섬유의 제조방법.The method of manufacturing a nanofiber according to claim 1, wherein the air generating blade has a structure for generating an air flow in an upper direction of the radiating tube by rotation. 제1항에 있어서, 상기 형상물이 방사튜브의 내부 표면을 따라 연속되는 다수개의 나선상 곡선을 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 나노섬유의 제조방법.2. The method of claim 1, wherein the shape is formed to form a plurality of continuous spiral curves along the inner surface of the radiation tube. 제1항에 있어서, 상기 형상물이 서로 분리된 상태로 방사튜브의 내부 표면에 분산되게 형성된 것을 특징으로 하는 나노섬유의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the shape of the nanofibers is dispersed on the inner surface of the radiation tube in a state where the shapes are separated from each other. 제1항에 있어서, 방사튜브의 내부 표면에 형성되어 있는 상기 형상물은 다각형 돌기, 반원형 돌기, 다각형 홈 및 반원형 홈 중에서 선택된 1종의 형태인 것을 특징으로 하는 나노섬유의 제조방법.

The method of manufacturing a nanofiber according to claim 1, wherein the shape formed on the inner surface of the radiation tube is one of a polygonal protrusion, a semicircular protrusion, a polygonal groove, and a semicircular groove.

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100780346B1 (en) 2006-09-19 2007-11-30 주식회사 아모메디 An electro-centrifugal spinning apparatus and a method for mass production of nano-fibers using the same
KR101172267B1 (en) 2010-12-09 2012-08-09 전북대학교산학협력단 Electrospinning device comprising polygon tube
KR20120070780A (en) * 2010-12-22 2012-07-02 전북대학교산학협력단 Electrospinning device comprising spinning tube with extruding holes

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101617220B1 (en) 2014-11-20 2016-05-03 주식회사 우리나노 Nanofibers spinning device by centrifugal force and method of manufacturing nanofibers thereby

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