KR101543409B1 - 나노섬유 제조용 전기방사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선단에 위치하는 유닛의 노즐블록에 배열설치되는 노즐 중 특정 노즐에서만 돗트(Dot) 형태로 기재에 핫멜트를 분사하고, 후단에 위치하는 유닛의 노즐블록에 배열설치되는 노즐에서 고분자 방사용액을 전기방사함으로써 기재에 나노섬유 웹의 접착이 용이한 전기방사장치를 제공하기 위한 것으로서, 나노섬유를 제조하기 위한 전기방사장치에 있어서, 핫멜트가 충진되는 적어도 하나 이상의 용액 주탱크와, 용액 주탱크에 충진된 핫멜트를 분사하도록 케이스 내부에 설치되되, 외부에서 공급되는 기재 상에 핫멜트 분사하기 위하여 핀 형태로서, 개별적으로 제어되는 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐블록을 갖는 핫멜트 유닛; 방사용액이 충진되는 적어도 하나 이상의 용액 주탱크와, 용액 주탱크에 충진되는 고분자 방사용액을 전기방사하도록 케이스 내부에 설치되되, 외부에서 공급되는 기재 상에 고분자 방사용액을 분사하기 위하여 핀 형태의 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐블록을 갖는 방사용액 유닛; 각 유닛 내에 설치되되, 노즐블록에 구비되는 노즐에서 분사되는 핫멜트 및 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐에서 일정간격 이격되는 컬렉터; 컬렉터에 전압을 발생시키는 전압 발생장치; 및 기재를 이송시키기 위한 보조 이송장치; 를 포함하여 구성되고, 핫멜트 유닛과 방사용액 유닛이 적어도 하나 이상으로 다수개로 구비되되, 교대로 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

나노섬유 제조용 전기방사장치{Electrospinning devices of manufacture for nano fiber}

본 발명은 전기방사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기방사장치에 다수개로 구비되는 유닛 중 선단에 위치하는 유닛의 노즐블록에 배열설치되는 특정 노즐에서 돗트(Dot) 형태로 핫멜트를 분사하여 후단에 위치하는 유닛의 노즐블록에서 고분자 방사용액의 전기방사 시 기재와 나노섬유 웹의 접착이 용이한 나노섬유 제조용 전기방사장치에 관한 것이다.

일반적으로, 필터는 유체 속의 이물질을 걸러내는 여과장치로서 액체필터와 에어필터로 분류된다.

상술한 바와 같은 필터 중 에어필터는 첨단산업의 발달과 함께 첨단제품의 불량방지를 위하여 공기 중의 먼지 등 미립자, 세균 및 곰팡이 등의 생물입자, 박테리아 등과 같은 생물학적으로 유해한 것을 제거하는 반도체 제조, 전산기기 조립, 병원, 식품가공공장, 농림수산 분야에 적용된다. 뿐만 아니라, 먼지가 대량 발생되는 작업장이나, 화력발전소 등에 광범위하게 필터가 사용된다.

한편, 화력발전소에서 사용되는 가스터빈은 외부로부터 정화된 공기를 흡입하여 압축한 뒤 압축된 공기를 연료와 함께 연소기 내로 분사하여 혼합하고, 혼합된 공기와 연료를 연소시켜 고온 및 고압의 연소가스를 얻은 다음, 터빈의 베인에 분사하여 회전력을 얻는 회전식 내연기관의 일종이다.

이러한 가스터빈은 매우 정밀한 부품으로 구성되어 있기 때문에 주기적인 정비를 실시하며, 이 때 압축기로 유입되는 대기 중의 공기를 정화하기 위한 전처리용 에어필터를 사용한다.

여기서, 상기 에어필터는 가스터빈으로 흡입되는 연소용 공기를 대기 중에서 취할 경우, 대기 중에 포함된 먼지, 분진 등의 이물질이 필터 여재 내로 침투하지 못하게 하여 정화된 공기를 공급할 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 에어필터의 경우, 이물질의 크기가 큰 입자는 필터 여재 표면에 쌓이게 되어 필터 여재 표면에 필터 케이크(Filter Cake)를 형성할 뿐만 아니라, 미세한 입자는 필터 여재 내에 쌓이게 되어 필터 여재의 기공을 막는다는 문제점이 있었다.

이로 인해, 입자들이 필터 여재의 표면에 쌓이게 될 경우, 필터의 압력손실을 높이고, 수명을 저하시킨다는 문제점이 있었다.

한편, 기존의 에어필터는 필터 여재를 구성하는 섬유집합체에 정전기를 부여하여 입자가 정전기력에 의해 필터 여재에 포집되는 원리를 이용하고 있으며, 정전기 효과에 의한 필터의 효율을 배제하기로 결정한 2012년 유럽의 에어필터 분류 표준인 EN779에 따라 정전기 효과를 배제하고 효율을 측정한 결과, 필터의 실제 효율이 20% 이상 저하되는 것으로 나타나는 문제점이 있었다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 나노사이즈로 섬유를 제조하고, 제조된 나노섬유를 필터에 적용하는 등 다양한 방식의 필터 여재가 개발 및 사용되고 있다.

이렇게 나노섬유를 필터에 적용할 경우, 직경이 큰 기존의 필터 여재에 비하여 비표면적이 크고, 표면 작용기에 대한 유연성도 좋다. 또한, 나노금의 가공사이즈를 갖으므로써 미세한 먼지입자의 효율적인 여과가 가능하다.

여기서, 나노사이즈의 섬유를 이용하여 필터를 제조할 경우, 생산비용이 증대되는 문제점이 있으며, 이로 인해 나노사이즈의 섬유를 이용한 필터를 기존 제품과 동일한 낮은 단가로 생산보급이 어렵다는 문제점이 있으며, 필터의 제조 및 생산을 위한 조건 등을 조절하기가 쉽지 않으며, 이로 인해 필터의 대량 생산이 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 나노섬유를 방사하는 기술의 경우, 실험실 위주의 소규모 작업 라인으로 한정되어 있기 때문에 방사구간을 구획하여 유닛 개념으로 나노섬유를 방사하는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

한편, 종래의 전기방사장치는 외부에서 공급되는 기재 일면에 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층형성하여 나노섬유를 제조한다. 즉, 종래의 전기방사장치는 상향식 또는 하향식 전기방사장치로 이루어져 전기방사장치 내로 공급되는 기재의 하부면 또는 상부면에만 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층형성하여 나노섬유 웹을 제조한다.

상술한 바와 같이, 상기 전기방사장치가 상향식 전기방사장치 또는 하향식 전기방사장치로 이루어짐으로써 외부에서 공급되어 일정방향으로 이송되는 기재의 하부면 또는 상부면에 방사용액이 전기방사되어 나노섬유 웹이 적층형성되는 나노섬유 또는 나노섬유 필터를 제조할 수 있다.

그러나, 상기 상향식 전기방사장치 또는 하향식 전기방사장치를 통해 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층형성시킬 경우, 기재의 이송 중에 기재에서 나노섬유 웹이 탈리되거나, 나노섬유 또는 나노섬유 필터로 제조된 제품 중 기재에서 나노섬유 웹이 탈리되는 문제점이 있었다.

즉, 상기 전기방사장치를 통하여 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층형성시킬 경우, 기재의 이송 중 또는 나노섬유, 나노섬유 필터로 제조된 제품이 기재와 고분자 방사용액의 재질 및 성분 차이에 의해 기재에서 고분자 방사용액이 전기방사되어 적층형성되는 나노섬유 웹이 탈리되는 문제점이 있었다.

한편, 상기 전기방사장치를 통하여 제조된 나노섬유 또는 나노섬유 필터에서 기재와 나노섬유 웹이 압착되도록 라미네이팅하는 라미네이팅 공정이 후공정으로 구비되어 있으나, 이 또한 기재와 고분자 방사용액의 재질 및 성분 차이에 의해 기재에서 고분자 방사용액이 전기방사되어 적층형성되는 나노섬유 웹이 탈리된다는 문제점이 있었다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 전기방사장치의 노즐블록에 고분자 방사용액의 공급 시 고분자 방사용액과 핫멜트를 혼합하여 공급함으로써 기재 상에 고분자 방사용액의 전기방사 시 고분자 방사용액과 동시에 분사되는 핫멜트에 의해 기재와 고분자 방사용액이 전기방사된 나노섬유 웹의 탈리를 방지하는 구성이 제안되었으나, 고분자 방사용액과 핫멜트를 혼합하여 기재 상에 전기방사 시 기재의 전면에 핫멜프가 혼합된 고분자 방사용액이 방사됨으로써 핫멜트가 요구되지 않는 부분 및 부위에도 핫멜트가 방사되어 나노섬유 또는 나노섬유 필터의 성능 및 품질을 저하시킬 수 있다는 문제점이 있었다.

또한, 고분자 방사용액에 핫멜트를 혼합함으로써 핫멜트의 사용량이 증대되고, 고분자 방사용액에 과도한 양의 핫멜트 혼합 및 첨가 시 기재 상에 고분자 방사용액의 전기방사에 의해 적층형성되는 나노섬유 웹의 성능 및 품질을 저하시킬 수 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전기방사장치에 다수개로 구비되는 유닛에서 선단에 위치하는 유닛의 노즐블록에 배열설치되는 다수개의 노즐 중 특정 노즐에서만 돗트(Dot) 형태로 핫멜트를 분사하고, 그 후단에 위치하는 유닛의 노즐블록에 배열설치되는 다수개의 노즐에서 핫멜트가 분사된 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사함으로써 기재에 나노섬유 웹의 접착이 용이한 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 전기방사장치의 유닛 중 핫멜트가 분사되는 유닛과 고분자 방사용액이 분사되는 유닛이 교대로 다수개 구비되되, 핫멜트가 분사되는 유닛의 노즐블록은 다수개로 배열설치되는 각 노즐이 각각의 밸브에 의해 개별적으로 동작 및 제어되어 특정 위치의 노즐에서 돗트(Dot) 형태로 핫멜트를 분사시킴으로써 기재의 특정 부분에만 핫멜트가 돗트(Dot) 형태로 분사되어 기재에서 나노섬유 웹의 탈리를 방지할 수 있는 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은, 상향식 전기방사장치 및 하향식 전기방사장치 모두에 적용가능하고, 핫멜트가 별개로 분사됨과 동시에 기재 상의 특정 부분에만 분사됨으로써 핫멜트의 사용이 감소됨과 동시에 나노섬유 웹에 대한 핫멜트의 간섭을 최소화하여 나노섬유 또는 나노섬유 필터의 성능 및 품질을 향상시킬 수 있으며, 각 유닛을 통하여 기재 상에 핫멜트를 분사할 뿐만 아니라, 기재 상에 동일 또는 상이한 종류의 고분자 방사용액을 전기방사할 수 있어 요구되는 다양한 재질 및 종류의 나노섬유 및 나노섬유 필터의 제조할 수 있으며, 대량 생산이 가능한 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 나노섬유를 제조하기 위한 전기방사장치에 있어서, 핫멜트가 충진되는 적어도 하나 이상의 용액 주탱크와, 용액 주탱크에 충진된 핫멜트를 분사하도록 케이스 내부에 설치되되, 외부에서 공급되는 기재 상에 핫멜트 분사하기 위하여 핀 형태로서, 개별적으로 제어되는 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐블록을 갖는 핫멜트 유닛; 방사용액이 충진되는 적어도 하나 이상의 용액 주탱크와, 용액 주탱크에 충진되는 고분자 방사용액을 전기방사하도록 케이스 내부에 설치되되, 외부에서 공급되는 기재 상에 고분자 방사용액을 분사하기 위하여 핀 형태의 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐블록을 갖는 방사용액 유닛; 각 유닛 내에 설치되되, 노즐블록에 구비되는 노즐에서 분사되는 핫멜트 및 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐에서 일정간격 이격되는 컬렉터; 컬렉터에 전압을 발생시키는 전압 발생장치; 및 기재를 이송시키기 위한 보조 이송장치; 를 포함하여 구성되고, 핫멜트 유닛과 방사용액 유닛이 적어도 하나 이상으로 다수개로 구비되되, 교대로 설치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 각 유닛의 노즐블록에서 오버플로우된 핫멜트 및 고분자 방사용액을 회수하기 위한 방사용액 회수경로와, 방사용액 회수경로에 연결되어 회수된 핫멜트 및 고분자 방사용액을 각각 저장하는 재생탱크와, 재생탱크 및 용액 주탱크에 이송배관으로 연결되는 핫멜트 및 고분자 방사용액이 각각 이송되는 중간탱크를 포함하되, 중간탱크에서 노즐블록으로 공급배관을 통하여 핫멜트 및 고분자 방사용액이 공급되는 오버플로우 장치; 를 더 포함하는 구성으로 이루어진다.

그리고, 각 유닛 내에서 발생되는 VOC를 응축하여 액화시키기 위한 응축장치와, 응축장치를 통하여 응축되어 액화된 VOC를 증류하여 액화시키는 증류장치 및 증류장치에서 액화된 용매를 저장하기 위한 저장장치를 포함하되, 증류장치에서 증류되어 액화되는 VOC가 분류되어 저장되는 저장탱크 내의 용매를 고분자 방사용액으로 재사용 및 재활용하는 VOC 재활용 장치; 를 더 포함하는 구성으로 이루어진다.

한편, 케이스는 상부가 절연체로 이루어지고, 하부가 도전체로 이루어지며, 케이스의 상, 하부가 상호 결합되도록 이루어진다.

더불어, 방사용액 유닛의 후단부에 설치되되, 초음파에 의해 이송되는 기재 상에 분사되는 나노섬유 웹의 두께를 측정하고, 측정된 나노섬유 웹의 두께에 따라 기재의 이송속도 및 전압 발생장치의 전압 세기를 조절하여 나노섬유 웹의 두께를 조절하는 두께 측정장치; 를 더 포함하는 구성으로 이루어진다.

한편, 각 유닛 중 최후단에 구비되되, 초음파에 의해 기재 상에 분사되는 나노섬유 웹의 통기도를 계측하고, 계측된 나노섬유 웹의 통기도에 따라 기재의 이송속도 및 전압 발생장치의 전압 세기를 조절하여 나노섬유 웹의 통기도를 조절하는 통기도 계측장치; 를 더 포함하는 구성으로 이루어진다.

그리고, 핫멜트 유닛과 방사용액 유닛 사이에 형성되는 완충구간과, 완충구간 상에 기재를 지지하는 한 쌍의 지지롤러와, 한 쌍의 지지롤러 사이에 상, 하로 이동가능하게 설치되어 기재가 권취되는 적어도 하나 이상의 조절롤러를 포함하여 구비되되, 각 조절롤러의 수직이동에 의해 기재의 이송속도를 조절하는 기재 이송속도 조절장치; 를 더 포함하는 구성으로 이루어진다.

이때, 노즐블록의 각 노즐관체 내주연에 나선상으로 형성되되, 열선 형태로 형성되어 노즐관체 내로 공급되는 핫멜트 및 고분자 방사용액의 온도를 조절하는 온도조절 제어장치; 를 포함하는 구성으로 이루어진다.

여기서, 핫멜트 유닛의 노즐블록에 배열설치되는 각 노즐에 용액 주탱크에 충진되는 핫멜트를 공급받기 위하여 공급관이 연설되고, 각 공급관에 밸브가 구비되되, 각 밸브가 개별적으로 개폐 제어되도록 이루어진다.

한편, 핫멜트 유닛의 노즐블록에 배열설치되는 노즐에서 핫멜트가 돗트(Dot) 형태로 분사되고, 핫멜트가 돗트(Dot) 형태로 분사된 기재가 그 후단에 위치하는 방사용액 유닛으로 공급된 후 방사용액 유닛의 노즐블록에 배열설치되는 각 노즐에서 일괄적으로 고분자 방사용액이 전기방사되어 나노섬유 웹이 적층형성되며, 상기한 공정이 교대로 반복된다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 전기방사장치에 다수개로 구비되는 유닛 중 선단에 위치하는 유닛의 노즐블록에서 핫멜트를 분사하고, 후단에 위치하는 유닛의 노즐블록에서 고분자 방사용액을 전기방사하는 등 핫멜트 및 고분자 방사용액을 교대로 분사으로써 기재 상에 나노섬유 웹의 접착이 용이하고, 핫멜트가 분사되는 유닛의 노즐블록에 배열설치되는 다수개의 노즐 중 특정 노즐에서만 돗트(Dot) 형태로 핫멜트를 분사함으로써 기재에서 나노섬유 웹의 탈리를 방지할 수 있다는 등의 효과를 거둘 수 있다.

또한, 본 발명은, 기재 상의 특정 부분에만 핫멜트가 돗트(Dot) 형태로 분사됨으로써 핫멜트의 사용을 감소시킴과 동시에 최적화할 수 있으며, 핫멜트가 돗트(Dot) 형태로 분사됨으로써 기재에 전기방사되는 나노섬유 웹에 대한 핫멜트의 간섭을 최소화할 수 있어 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 나노섬유 또는 나노섬유 필터의 성능 및 품질을 향상시킬 수 있다는 효과를 거둘 수 있다.

그리고, 본 발명은, 상향식 전기방사장치 및 하향식 전기방사장치 모두에 적용가능하고, 각 유닛을 통하여 기재 상에 핫멜트 및 고분자 방사용액을 분사할 뿐만 아니라, 기재 상에 동일 또는 상이한 종류의 고분자 방사용액을 전기방사할 수 있어 다양한 재질 및 종류의 나노섬유 및 나노섬유 필터를 제조할 수 있으며, 이로 인해 현장에서 요구되는 재질 및 형태의 나노섬유 또는 나노섬유 필터의 대량 생산이 가능하다는 등의 효과를 거둘 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 측면도,
도 2는 본 발명에 의한 전기방사장치의 핫멜트 유닛 내에 설치되는 노즐블록을 개략적으로 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명에 의한 전기방사장치의 핫멜트 유닛 내에 설치되어 노즐블록을 개략적으로 나타내는 측면도,
도 4는 본 발명에 의한 전기방사장치의 방사용액 유닛 내에 설치되는 노즐블록을 개략적으로 나타내는 평면도,
도 5는 본 발명에 의한 전기방사장치의 각 유닛 내에 설치되는 노즐블록에 전열장치가 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 정단면도,
도 6은 A-A'선 단면도,
도 7은 본 발명에 의한 전기방사장치의 보조 이송장치를 개략적으로 나타내는 도면,
도 8은 본 실시예에 의한 보조 이송장치의 보조벨트 롤러의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면,
도 9 내지 도 10은 본 발명에 의한 전기방사장치의 각 유닛 내에 설치되는 노즐블록을 통하여 핫멜트 및 고분자 방사용액이 순차적 분사되는 동작과정을 개략적으로 나타내는 평면도,
도 11 내지 도 14는 본 발명에 의한 전기방사장치의 기재 이송속도 조절장치의 동작과정을 개략적으로 나타내는 측면도.

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.

도 1은 본 발명에 의한 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 측면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 전기방사장치의 핫멜트 유닛 내에 설치되는 노즐블록을 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 3은 본 발명에 의한 전기방사장치의 핫멜트 유닛 내에 설치되어 노즐블록을 개략적으로 나타내는 측면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 전기방사장치의 방사용액 유닛 내에 설치되는 노즐블록을 개략적으로 나타내는 평면도이며, 도 5는 본 발명에 의한 전기방사장치의 각 유닛 내에 설치되는 노즐블록에 전열장치가 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 정단면도이고, 도 6은 A-A'선 단면도이며, 도 7은 본 발명에 의한 전기방사장치의 보조 이송장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 8은 본 실시예에 의한 보조 이송장치의 보조벨트 롤러의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 9 내지 도 10은 본 발명에 의한 전기방사장치의 각 유닛 내에 설치되는 노즐블록을 통하여 핫멜트 및 고분자 방사용액이 순차적 분사되는 동작과정을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 11 내지 도 14는 본 발명에 의한 전기방사장치의 기재 이송속도 조절장치의 동작과정을 개략적으로 나타내는 측면도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 전기방사장치(1)는 상향식 전기방사장치로 이루어지되, 적어도 하나 이상의 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)이 일정간격 이격되어 순차적으로 구비되고, 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)을 통하여 상방향으로 동일한 재질의 고분자 방사용액 또는 기타 재질의 용액을 개별적으로 전기방사하거나, 상이한 재질의 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 또는 나노섬유 필터 등의 필터 소재를 제조한다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 전기방사장치(1)가 상향식 전기방사장치로 이루어져 있으나, 하향식 전기방사장치(미도시)로 이루어지는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 전기방사장치(1)의 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)이 4개로 구비되어 있으나, 상기 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)의 갯수는 2개 이상으로 구비되는 것이 바람직하며, 이에 한정하지 아니한다.

여기서, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)은 그 내부에 핫멜트 또는 고분자 방사용액이 내부에 충진되는 용액 주탱크(8)와 상기 각 용액 주탱크(8) 내에 충진된 핫멜트 또는 고분자 방사용액을 정량으로 공급하기 위한 계량펌프(미도시)와 상기 각 용액 주탱크(8) 내에 충진된 핫멜트 또는 고분자 방사용액을 분사하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(12)이 다수개 배열설치되는 노즐블록(11)과 상기 노즐(12)에서 분사되는 핫멜트 또는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(12)에서 일정간격 이격되는 컬렉터(13) 및 상기 컬렉터(13)에 전압을 발생시키는 전압 발생장치(14a, 14b, 14c, 14d)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 본 발명에 의한 전기방사장치(1)는 각 용액 주탱크(8) 내에 충진되는 핫멜트 또는 고분자 방사용액이 계량펌프를 통하여 노즐블록(11)에 연속적으로 정량 공급되고, 상기 노즐블록(11)에 공급되는 핫멜트 또는 고분자 방사용액은 다수개의 노즐(12)을 통하여 높은 전압이 걸려 있는 컬렉터(13) 상에 분사 및 집속되며, 상기 컬렉터(13) 상에서 이송되는 기재(15) 상에 핫멜트 및 나노섬유 웹이 적층형성되어 나노섬유 또는 나노섬유 필터로 제조된다.

이를 위하여 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)은 핫멜트 유닛(10a, 10c)과 방사용액 유닛(10b, 10d)으로 이루어지되, 상기 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내의 노즐블록(11a)에서는 핫멜트가 분사되고, 그 후단에 위치하는 방사용액 유닛(10b, 10d) 내의 노즐블록(11b)에서는 고분자 방사용액이 전기방사되는 등 핫멜트 유닛(10a, 10c)과 방사용액 유닛(10b, 10d)이 전기방사장치(1)에 교대로 각각 구비되어 기재(15)에 핫멜트와 방사용액이 교대로 분사된다.

그리고, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내에 설치되는 노즐블록(11) 중 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내의 노즐블록(11a)은 핫멜트가 충진된 용액 주탱크(8)에 연결되고, 방사용액 유닛(10b, 10d) 내의 노즐블록(11b)은 방사용액이 충진된 용액 주탱크(8)에 연결된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내에 설치되는 각 노즐블록(11)이 그에 대응되는 갯수의 용액 주탱크(8)에 개별적으로 연결되어 핫멜트 또는 고분자 방사용액이 공급되는 구성으로 이루어져 있으나, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 핫멜트 유닛(10a, 10c)이 하나의 용액 주탱크(8)에 연결되어 핫멜트를 공급받고, 방사용액 유닛(10b, 10d)이 하나의 용액 주탱크(8)에 연결되는 고분자 방사용액을 공급받는 구성으로 이루어지는 것도 가능하다.

여기서, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내에 설치되는 노즐블록(11a)은 다수개의 노즐(12)이 배열설치되되, 상기 각 노즐(12)에 공급관(21)이 각각 연설되고, 상기 각 공급관(21)에 밸브(23)가 구비되되, 상기 각 밸브(23)가 개별적으로 개폐 동작됨으로써 노즐블록(11a)의 특정 위치에 배열설치되는 노즐(12)로만 핫멜트가 공급됨으로써 이송되는 기재(15)의 특정 부분에만 돗트(Dot) 형태로 핫멜트를 분사할 수 있다.

즉, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 방사용액 유닛(10b, 10d) 내에 설치되어 기재(15)에 고분자 방사용액을 전기방사하는 노즐블록(11b)은 다수개의 노즐(12)이 배열설치되는 구조로 이루어지나, 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내에 설치되어 기재(15)에 핫멜트를 분사하는 노즐블록(11a)은 다수개의 노즐이 배열설치되되, 상기 각 노즐(12)은 핫멜트가 충진되는 용액 주탱크에 공급관(21)을 통하여 각기 개별적으로 제어가능하게 연결되고, 상기 각 공급관(21)에 밸브(23)가 개별적으로 개폐 동작되도록 설치되어 이송되는 기재(15)의 특정 부분에만 돗트(Dot) 형태로 핫멜트를 분사하는 구조로 이루어진다.

여기서, 상기 노즐블록(11a)의 구비되는 노즐(12)이 노즐블록(11a) 상에 다수개로 배열설치되는 노즐관체(40) 상부에 다수개로 구비될 경우, 상기 노즐관체(40)가 개별적으로 구획되어 각각의 노즐(12)에만 개별적으로 핫멜트가 공급되도록 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)에 설치되는 노즐블록(11) 중 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내에 설치되는 노즐블록(11a)의 노즐(12)은 핫멜트가 충진되는 용액 주탱크(8)에 공급관(21)을 통하여 각기 개별적으로 연결되고, 특정 노즐(12)로만 돗트(Dot) 형태로 핫멜트를 분사하도록 각 공급관(21)은 밸브(23)에 의해 제어되는 구조로 이루어지며, 방사용액 유닛(10b, 10d) 내에 설치되는 노즐블록(11b)의 노즐(12)은 고분자 방사용액이 충진되는 용액 주탱크(8)에 일체로 연결되어 고분자 방사용액을 동시 및 일괄 전기방사하는 구성으로 이루어져 있으나, 상기 방사용액 유닛(10b, 10d)에 설치되는 노즐블록(11b)이 상기 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내에 설치되는 노즐블록(11a)과 동일한 구조로 이루어지는 것도 가능하다.

이렇게 상기 핫멜트 유닛(10a, 10c)에 설치되는 노즐블록(11a)과 방사용액 유닛(10b, 10d)에 설치되는 노즐블록(11b)이 동일한 구조로 이루어질 경우, 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내에 구비되는 노즐블록(11)의 노즐(12)이 각기 개별적으로 제어되는 것이 바람직하며, 이로 인해 기재(15) 상에 핫멜트의 분사 위치 및 고분자 방사용액의 전기방사 위치 등의 조절 및 제어가 가능함과 동시에 핫멜트와 고분자 방사용액의 분사 순서 등의 다양한 조절 및 제어가 가능하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내에 설치되는 노즐블록(11a)의 노즐(12)은 핫멜트가 충진되는 용액 주탱크(8)에 공급관(21)을 통하여 각기 개별적으로 연결되고, 상기 각 공급관(21)은 밸브(23)에 의해 제어되어 특정 노즐(12)로만 돗트(Dot) 형태로 핫멜트를 분사하는 구조로 이루어져 있으나, 상기 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내의 노즐블록(11a)의 특정 위치에만 노즐(12)이 배열설치되고, 노즐블록(11a)의 특정 위치에 설치되는 노즐(12)을 통하여 기재(15)의 특정 부분에 돗트(Dot) 형태로 핫멜트를 분사하도록 이루어지는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 핫멜트 유닛(10a, 10c)의 노즐블록(11a)에 배열설치되되, 특정 위치에 구비되는 노즐(12)에서 핫멜트가 분사되고, 상기 핫멜트가 분사되면서 이송되는 기재(15)는 상기 핫멜트 유닛(10a, 10c)의 후단에 위치하는 방사용액 유닛(10b, 10d)으로 인입 및 공급되며, 상기 방사용액 유닛(10b, 10d)으로 공급된 기재(15) 상에 노즐블록(11b)의 각 노즐(12)을 통하여 고분자 방사용액이 전기방사되어 나노섬유 웹이 적층형성되는 등 상기한 공정을 반복하면서 나노섬유 또는 나노섬유 필터를 제조한다.

한편, 상기한 바와 같이, 상기 기재(15) 상에 고분자 방사용액의 전기방사 시 기재(15) 상에 핫멜트를 먼저 분사함으로써 기재(15)와 상기 기재(15) 상에 전기방사되어 적층형성되는 나노섬유 웹에 발생되는 탈리현상을 방지하며, 기재(15)의 특정 부분에만 핫멜트가 분사됨으로써 분사된 핫멜트가 전기방사되는 고분자 방사용액을 간섭을 최소화하고, 이로 인해 제조된 나노섬유 또는 나노섬유 필터의 성능 및 품질을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 최선단에 위치하는 유닛(10a)의 전방에는 유닛(10a) 내로 공급되어 핫멜트 및 고분자 방사용액의 전기방사에 의해 나노섬유 웹이 교대로 분사되는 기재(15)를 공급하기 위한 공급롤러(3)가 구비되고, 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 후단에 위치하는 유닛(10d)의 후방에는 핫멜트 및 나노섬유 웹이 적층형성되는 기재(15)를 권취하기 위한 권취롤러(5)가 구비된다.

또한, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내에는 상기 공급롤러(3)를 통하여 인입 및 공급되는 기재(15)를 권취롤러(5)측으로 이송시킴과 동시에 기재(15)의 이송속도를 조절하기 위한 보조 이송장치(16)를 더 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 전기방사장치(1)에 주 제어장치(7)가 구비되되, 상기 주 제어장치는 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내에 설치되는 노즐블록(11), 보조 이송장치(16) 및 전압 발생장치(14a, 14b, 14c, 14d)를 제어함과 동시에 후술하는 두께 측정장치(70), 기재 이송속도 조절장치(30) 및 통기도 계측장치(80) 등에 연결되어 이를 제어한다.

한편, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)을 통하여 기재(15) 상에 전기방사된 나노섬유 웹을 라미네이팅하기 위한 라미네이팅 장치(90)가 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 최후단에 위치하는 유닛(10d)의 후방에 구비되고, 상기 라미네이팅 장치(90)에 의해 전기방사장치(1)를 통하여 전기방사된 나노섬유 웹의 후공정을 수행한다.

상기한 바와 같이, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)을 통과하면서 고분자 방사용액이 전기방사되어 나노섬유 웹이 적층형성되는 기재(15)는 부직포 또는 직물 등으로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.

이때, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)을 통하여 방사되는 고분자 방사용액의 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 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 후단에 위치하는 유닛(10b, 10d) 내에서 노즐(12)을 통하여 공급되는 고분자 방사용액은 전기방사가 가능한 합성수지 재질인 폴리머를 적당한 용매에 용해시킨 용액으로서, 용매의 종류 또한 폴리머를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않는다.

예를 들면, 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. 고분자 방사용액에는 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유하는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.

여기서, 상기 전기방사장치(1)에 오버플로우 장치(200)가 구비된다. 즉, 상기 전기방사장치(1) 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)에는 각각의 용액 주탱크(8)와 제2 이송배관(216)과 제2 이송제어장치(218)와 중간탱크(220) 및 재생탱크(230)를 포함하는 구성으로 이루어진 오버플로우 장치(200)가 각각 구비된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)에 오버플로우 장치(200)가 각각 구비되어 있으나, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 어느 한 유닛(10a)에 오버플로우 장치(200)가 구비되고, 상기 오버플로우 장치(200)에 나머지 유닛(10b, 10c, 10d)이 일체로 연결되는 구조로 이루어지는 것도 가능하고, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 핫멜트를 분사하는 핫멜트 유닛(10a, 10c)에 오버플로우 장치(200)가 각각 구비되거나, 고분자 방사용액을 전기방사하는 방사용액 유닛(10b, 10d)에 오버플로우 장치(200)가 각각 구비되는 것도 가능하다.

또한, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 핫멜트가 분사되는 어느 한 유닛(10a)에 오버플로우 장치(200)가 구비되고, 상기 오버플로우 장치(200)에 나머지 한 유닛(10c)이 일체로 연결되는 구조로 이루어지거나, 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 고분자 방사용액이 전기방사되어 나노섬유 웹이 적층형성되는 어느 한 유닛(10b)에 오버플로우 장치(200)가 구비되고, 상기 오버플로우 장치(200)에 나머지 한 유닛(10d)이 일체로 연결되는 구조로 이루어지는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 각 유닛 중(10a, 10b, 10c, 10d) 중 핫멜트 유닛(10a, 10c)에 구비되는 용액 주탱크(8)는 핫멜트가 저장하고, 방사용액 유닛(10b, 10d)에 구비되는 용액 주탱크(8)는 나노섬유 또는 나노섬유 필터의 원료가 되는 고분자 방사용액을 저장한다. 상기 용액 주탱크(8) 내에는 핫멜트 및 고분자 방사용액의 분리 및 응고를 방지하기 위한 별도의 교반장치(211)를 그 내부에 구비한다.

그리고, 상기 제2 이송배관(216)은 상기 용액 주탱크(8) 또는 재생탱크(230)에 접속된 파이프(도번 미도시)와 밸브(212, 213, 214)를 포함하여 구성되고, 상기 핫멜트 또는 고분자 방사용액이 충진되는 용액 주탱크(8) 또는 재생탱크(230)에서 중간탱크(220)로 핫멜트 또는 고분자 방사용액을 이송한다.

한편, 상기 제2 이송제어장치(218)는 상기 제2 이송배관(216)의 밸브(212, 213, 214)를 제어함으로써 제2 이송배관(216)의 이송동작을 제어한다.

여기서, 상기 밸브(212)는 핫멜트 또는 고분자 방사용액이 충진된 용액 주탱크(8)에서 중간탱크(220)로 핫멜트 또는 고분자 방사용액의 이송을 제어하고, 상기 밸브(213)는 재생탱크(230)에서 중간탱크(220)로 핫멜트 또는 고분자 방사용액의 이송을 제어하며, 상기 밸브(214)는 용액 주탱크(8) 및 재생탱크(230)에서 중간탱크(220)로 유입되는 핫멜트 또는 고분자 방사용액의 양을 제어한다.

상기한 바와 같이, 상기 밸브(212, 213, 214)의 제어에 의해 후술하는 중간탱크(230)에 구비된 제2 센서(222)를 통하여 계측된 핫멜트 또는 고분자 방사용액의 액면 높이가 제어된다.

상기 중간탱크(220)는 핫멜트 또는 고분자 방사용액이 충진된 용액 주탱크(8) 또는 재생탱크(230)로부터 공급된 핫멜트 또는 고분자 방사용액을 별개로 저장하고, 상기 노즐블록(11) 중 핫멜트 유닛(10a, 10c)에 구비되는 노즐블록(11a) 및 방사용액 유닛(10b, 10d)에 구비되는 노즐블록(11b)으로 핫멜트 및 고분자 방사용액을 공급하며, 공급된 핫멜트 및 고분자 방사용액의 액면 높이를 측정하기 위한 제2 센서(222)가 각각 구비된다.

여기서, 상기 제2 센서(222)는 광 센서 또는 적외선 센서 등 핫멜트 또는 고분자 방사용액의 액면 높이를 측정할 수 있는 센서로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.

한편, 상기 중간탱크(220)의 하부에 노즐블록(11)으로 핫멜트 또는 고분자 방사용액을 각각 공급하기 위한 공급배관(240) 및 공급제어밸브(242)가 구비되고, 상기 공급제어밸브(242)는 공급배관(240)을 통한 핫멜트 또는 고분자 방사용액의 공급동작을 제어한다.

상기 재생탱크(230)는 오버플로우에 의해 회수된 핫멜트 또는 고분자 방사용액을 별개로 저장하고, 핫멜트 또는 고분자 방사용액의 분리 및 응고를 방지하기 위한 교반장치(231)를 그 내부에 구비한다.

여기에서도, 상기 제1 센서(232)는 광 센서 또는 적외선 센서 등 핫멜트 또는 고분자 방사용액의 액면 높이를 측정할 수 있는 센서로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.

한편, 상기 노즐블록(11)에서 오버플로우된 핫멜트 또는 고분자 방사용액은 노즐블록(11)의 하부에 구비된 용액 회수경로(250)를 통하여 별개로 각각 회수되고, 상기 용액 회수경로(250)는 제1 이송배관(251)을 통하여 재생탱크(230) 내의 고분자 방사용액을 회수한다.

그리고, 상기 제1 이송배관(251)은 상기 재생탱크(230)에 접속된 파이프(도번 미도시) 및 펌프(미도시)를 포함하여 구성되고, 상기 펌프의 동력으로 핫멜트 및 고분자 방사용액을 용액 회수경로(250)에서 재생탱크(230)로 이송한다.

이때, 상기 재생탱크(230)는 적어도 하나 이상으로 구비되는 것이 바람직하고, 상기 재생탱크(230)가 2개 이상으로 구비될 경우, 상기 제1 센서(232) 및 밸브(233)는 다수개로 구비되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 재생탱크(230)가 2개로 구비될 경우, 상기 재생탱크(230) 상부에 위치하는 밸브(233)도 이에 대응되는 갯수로 구비되고, 이로 인해 상기 제1 이송제어장치(미도시)는 재생탱크(230)에 구비된 상기 제1 센서(232)의 액면 높이에 따라 상부에 위치한 2개 이상의 밸브(233)를 제어하여 핫멜트 또는 고분자 방사용액을 복수의 재생탱크(230) 중 재생탱크(230)로 개별적으로 각각 이송할지 여부를 제어한다.

한편, 상기 전기방사장치(1)에 VOC 재활용 장치(300)가 구비된다. 즉, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)에 구비되는 노즐블록(11)의 노즐(12)을 통하여 핫멜트 및 고분자 방사용액의 분사 시 발생되는 VOC(Volatile Organic Compounds : 휘발성 유기 화합물)를 응축하여 액화시키기 위한 응축장치(310)와 상기 응축장치(310)를 통하여 응축된 VOC를 증류하여 액화시키는 증류장치(320) 및 상기 증류장치(320)를 통하여 액화된 용매를 저장하기 위한 용매 저장장치(330)를 포함하는 VOC 재활용 장치(300)가 구비된다.

여기서, 상기 응축장치(310)는 수냉식, 증발식 또는 공냉식 응축장치로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.

한편, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 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(10a, 10b, 10c, 10d)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, 상기 응축장치(310)와 용매 저장장치(330) 사이에 증류장치(320)가 구비되어 하나 이상의 용매가 적용될 경우, 각각의 용매를 분리 및 분류하도록 이루어지는 것도 가능하다.

여기서, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 핫멜트가 분사되는 유닛(10a, 10c) 내에서 발생되는 VOC 및 고분자 방사용액이 전기방사되는 유닛(10b, 10d) 내에서 발생되는 VOC를 재활용하기 위한 VOC 재활용장치(330)가 별개로 각각 구비되어 핫멜트의 분사 시에 발생되는 VOC 및 고분자 방사용액의 전기방사 시 발생되는 VOC를 별개로 저장하여 재활용하도록 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 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 장치(300)는 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)을 통하여 배출되되, 핫멜트 또는 고분자 방사용액의 분사 시 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.

그리고, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)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.

한편, 오버플로우된 후 재생탱크(230)로 회수된 고분자 방사용액에서의 용매 함유율을 측정하고, 이때 해당 함유율 측정은 재생탱크(230) 중에 고분자 방사용액의 일부를 샘플로 추출한 후 해당 샘플을 분석하여 측정할 수 있으며, 이렇게 고분자 방사용액의 분석 및 측정은 기존에 알려진 방법을 통하여 수행한다.

상기한 바와 같은, 해당 측정결과에 따라 용매가 요구될 경우, 상기 용매 저장장치(330)에 공급되되, 핫멜트 분사 또는 고분자 방사용액의 전기방사 시 발생되는 액화상태의 VOC를 배관(332)에 의해 상기 재생탱크(230)로 공급한다. 즉, 액화된 VOC는 측정 결과에 따라 필요한 양 만큼 상기 재생탱크(230)에 공급되어 용매로써 재사용 및 재활용된다.

한편, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)을 구성하는 케이스(18)는 도전체로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 케이스(18)가 절연체로 이루어지거나, 상기 케이스(18)가 도전체 및 절연체가 혼용되어 적용되는 것도 가능하고, 기타 다양한 재질로 이루어지는 것도 가능하다.

또한, 상기 케이스(18)는 상부가 절연체로 이루어지고, 그 하부가 도전체로 혼용되어 적용되는 경우에 절연부재(19)가 삭제되는 것도 가능하다. 이를 위하여 상기 케이스(18)는 도전체로 형성되는 하부와 절연체로 형성되는 상부가 상호 결합되어 하나의 케이스(18)로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.

상기한 바와 같이, 상기 케이스(18)를 도전체 및 절연체로 형성하되, 상기 케이스(18)의 상부를 절연체로 형성함으로써 케이스(18)의 상부 내측면에 컬렉터(13)를 취부하기 위하여 별도로 구비되는 절연부재(19)의 삭제가 가능하며, 이로 인해 장치의 구성을 간소화할 수 있다.

또한, 상기 컬렉터(13)와 케이스(18) 사이의 절연을 최적화할 수 있어 노즐블록(11)과 컬렉터(13) 사이에 35kV를 인가하여 전기방사를 실시할 경우, 상기 컬렉터(13)와 케이스(18) 및 그 외 기타 부재 사이에서 발생될 수 있는 절연파괴를 방지할 수 있다.

더불어, 리크 전류를 소정 범위 내에 멈출 수 있어 전압 발생장치(14a, 14b, 14c, 14d)로부터 공급되는 전류의 감시가 가능하고, 전기방사장치(1)의 이상을 조기에 감지할 수 있으며, 이로 인해 전기방사장치(1)의 장시간 연속적인 운전이 가능하고, 요구하는 성능의 나노섬유 제조가 안정적이며, 나노섬유의 대량생산이 가능하다.

여기서, 절연체로 형성되는 상기 케이스(18)의 두께(a)는 "a=8mm"를 만족시키도록 이루어진다.

이로 인해, 상기 노즐블록(11)과 컬렉터(13) 사이에 40kV를 인가하여 전기방사를 실시할 경우, 컬렉터(13)와 케이스(18) 및 그 외 기타 부재 사이에서 발생될 수 있는 절연 파괴를 방지할 수 있으며, 리크 전류를 소정 범위 내로 제한할 수 있다.

또한, 절연체로 형성되는 케이스(18)의 내측면과 컬렉터(13)의 외주면 사이 거리가 케이스(18)의 두께(a)와 케이스(18)의 내측면과 컬렉터(13)의 외측면 사이의 거리(b)는 "a+b=80mm"를 만족시키도록 이루어진다.

이로 인해, 상기 노즐블록(11)과 컬렉터(13) 사이에 40kV를 인가하여 전기방사를 실시할 경우, 컬렉터(13)와 케이스(18) 및 그 외 기타 부재 사이에서 발생될 수 있는 절연 파괴를 방지할 수 있으며, 리크 전류를 소정 범위 내로 제한할 수 있다.

한편, 상기 전기방사장치(1)에 두께 측정장치(70)가 구비된다. 즉, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 고분자 방사용액이 전기방사되는 유닛(10b, 10d)의 후단부에 기재(15) 상에 적층형성되는 나노섬유 웹의 두께를 측정하고, 측정된 두께에 따라 기재(15)의 이송속도(V) 및 노즐블록(11)을 제어하기 위한 두께 측정장치(70)가 구비된다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10b, 10d)에서 고분자 방사용액이 전기방사된 후 기재(15) 상에 적층형성되는 나노섬유 웹의 두께가 기준값보다 얇게 측정될 경우, 상기 각 유닛(10b, 10d)의 이송속도(V)를 감속하거나, 노즐블록(11b)에서 방사되는 고분자 방사용액의 토출량을 증가시키고, 전압 발생장치(14b, 14d)의 전압 세기를 조절하여 단위면적당 고분자 방사용액의 토출량을 증대시켜 기재(15) 상에 적층형성되는 나노섬유 웹의 두께를 두껍게 할 수 있다.

한편, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10b, 10d)에서 고분자 방사용액이 전기방사된 후 기재(15) 상에 적층형성되는 나노섬유 웹의 두께가 기준값 보다 두껍게 측정될 경우, 상기 각 유닛(10b, 10d)의 이송속도(V)를 가속하거나, 노즐블록(11b)에서 방사되는 고분자 방사용액의 토출량을 감소시키고, 전압 발생장치(14b, 14d)의 전압 세기를 조절하여 단위면적당 고분자 방사용액의 토출량을 감소시켜 기재(15) 상에 적층형성되는 나노섬유 웹의 두께를 얇게 할 수 있다.

여기서, 상기 두께 측정장치(70)는 인입 및 공급되는 기재(15)를 사이에 두고, 그 상, 하부면을 마주보도록 배치되며, 초음파 측정방식에 의해 기재(15)의 상부 또는 하부까지의 거리를 측정하는 두께측정부(미도시)가 구비되되, 한 쌍의 초음파 종파 횡파 측정방식으로 이루어진다.

이렇게 초음파 측정방식으로 이루어지는 상기 두께 측정장치(70)에 의해 측정된 거리를 통하여 기재(15) 상에 적층형성되는 나노섬유 웹의 두께를 산출할 수 있다.

즉, 상기 두께 측정장치(70)는 나노섬유 웹이 적층형성된 기재(15)에 초음파 종파와 횡파를 함께 투사하여 종파와 횡파의 각 초음파 신호가 기재(15) 상에서 왕복 이동하는 시간, 즉 종파와 횡파의 각 전파 시간을 측정하고, 측정된 종파와 횡파의 전파 시간, 나노섬유 웹이 적층형성된 기재(15)의 기준 온도에서 종파와 횡파의 전파속도 및 종파와 횡파 전파속도의 온도 상수를 이용하는 소정의 연산식으로부터 피검사체의 두께를 계산하여 나노섬유 웹의 두께를 산출할 수 있다.

이렇게 나노섬유 웹이 적층된 기재(15)의 두께를 계산함으로써, 내부온도가 분균일한 상태에서도 온도 변화에 따른 전파속도의 변화에 의한 오차를 자체 보상하여 두께를 정밀하게 측정할 수 있고, 나노섬유 웹 내부에 어떤 형태의 온도 분포가 존재하더라도 정밀한 두께의 측정이 가능하다.

한편, 상기 전기방사장치(1)에 통기도 계측장치(80)가 구비된다. 즉, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 최후단에 위치하는 유닛(10d)의 후방에 유닛(10b, 10d)을 통하여 기재(15)에 적층형성되는 나노섬유 웹의 통기도를 계측하기 위한 통기도 계측장치(80)가 구비되고, 상기 통기도 계측장치(80)는 초음파에 의해 나노섬유 웹의 통기도를 계측한다.

이렇게 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10b, 10d)을 통하여 고분자 방사용액이 방사되어 나노섬유 웹이 적층형성된 후 통기도 계측장치(80)로 공급되는 기재(15)는 상기 통기도 계측장치(80)에서 투사되는 초음파 신호에 따른 계측값을 통하여 나노섬유 웹의 통기도가 크게 계측될 경우, 각 유닛(10b, 10d)의 이송속도(V)를 감속하거나, 노즐블록(11b)의 토출량을 증가시키고, 전압 발생장치(14b, 14d)의 전압 세기를 조절하여 단위면적당 고분자 방사용액의 토출량을 증대시킴으로써 기재(15) 상에 고분자 방사용액의 적층량을 증가시켜 통기도를 작게 형성한다.

그리고, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10b, 10d)을 통하여 고분자 방사용액이 방사되어 나노섬유 웹이 적층형성된 후 통기도 계측장치(80)로 공급되는 기재(15)는 상기 통기도 계측장치(80)에서 투사되는 초음파 신호에 따른 계측값을 통하여 나노섬유 웹의 통기도가 작게 계측될 경우, 각 유닛(10b, 10d)의 이송속도(V)를 증가시키거나, 노즐블록(11b)의 토출량을 감소시키고, 전압 발생장치(14b, 14d)의 전압 세기를 조절하여 단위면적당의 고분자 방사용액의 토출량을 감소시킴으로써 기재(15) 상에 고분자 방사용액의 적층량을 감소시켜 통기도를 크게 형성한다.

상기한 바와 같이, 상기 나노섬유 웹의 통기도를 계측한 후 통기도에 따라 각 유닛(10b, 10d)의 이송속도 및 노즐블록(11b)을 제어함으로써 균일한 통기도를 갖는 나노섬유 웹의 제조가 가능하다.

여기서, 상기 나노섬유 웹의 통기도 편차량(P)이 소정의 값 미만인 경우에는 이송속도(V)를 초기 값으로부터 변화시키지 않고, 상기 편차량(P)이 소정값 이상인 경우에는 이송속도(V)를 초기 값으로부터 변화시킬 수 있어 이송속도(V) 제어장치에 의한 이송속도(V)의 제어를 단순화하는 것이 가능하다.

또한, 상기 이송속도(V)의 제어 외에도 노즐블록(11b)의 토출량 및 전압의 세기 조절이 가능하여 통기도 편차량(P)이 소정값 미만인 경우에는 노즐블록(11b)의 토출량과 전압의 세기를 초기 값으로부터 변화시키지 않고, 상기 편차량(P)이 소정값 이상인 경우에는 노즐블록(11b)의 토출량과 전압의 세기를 초기 값으로부터 변화시켜 상기 노즐블록(11b)의 토출량과 전압의 세기의 제어를 단순화할 수 있다.

여기서, 상기 전기방사장치(1)의 핫멜트 유닛(10a, 10c)과 방사용액 유닛(10b, 10d) 사이에 핫멜트가 분사된 후 고분자 방사용액이 분사되는 기재(15)의 이송속도를 조절하기 위한 기재 이송속도 조절장치(30)가 더 구비된다.

이를 위하여 상기 기재 이송속도 조절장치(30)는 전기방사장치(1)의 핫멜트 유닛(10a, 10c)과 방사용액 유닛(10b, 10d) 사이에 형성되는 완충구간(31)과 상기 완충구간(31) 상에 구비되어 기재(15)를 지지하는 한 쌍의 지지롤러(33, 33') 및 상기 한 쌍의 지지롤러(33, 33') 사이에 구비되는 조절롤러(35)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 지지롤러(33, 33')는 각 유닛(10a, 10c) 내 노즐블록(11)에 구비되는 다수개의 노즐(12)에서 핫멜트가 분사되는 기재(15)의 이송을 지지하기 위한 것으로서, 상기 핫멜트 유닛(10a, 10c)과 방사용액 유닛(10b, 10d) 사이에 형성되는 완충구간(31)의 선, 후단에 각각 구비된다.

그리고, 상기 조절롤러(35)는 상기 한 쌍의 지지롤러(33, 33') 사이에 구비되되, 상기 기재(15)가 권취되고, 상기 조절롤러(35)의 상, 하 이동에 의해 상기 핫멜트 유닛(10a, 10c)과 방사용액 유닛(10b, 10d) 사이의 기재(15a, 15b) 이송속도 및 이동시간이 조절된다.

이를 위하여 상기 핫멜트 유닛(10a, 10c)과 방사용액 유닛(10b, 10d) 사이에 기재(15a, 15b)의 이송속도를 감지하기 위한 감지센서(미도시)가 구비되고, 상기 감지센서에 의해 감지된 핫멜트 유닛(10a, 10c)과 방사용액 유닛(10b, 10d) 사이의 기재(15a, 15b) 이송속도에 따라 조절롤러(35)의 이동을 제어하기 위하여 주 제어장치(7)에 연결된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 핫멜트 유닛(10a, 10c)과 방사용액 유닛(10b, 10d) 사이의 기재(15a, 15b) 이송속도를 감지하고, 감지된 기재(15a, 15b)의 이송속도에 따라 제어부가 조절롤러(35)의 이동을 제어하는 구성으로 이루어져 있으나, 상기 기재(15a, 15b)를 이송시키기 위해 컬렉터(13)의 외측에 구비되되, 후술하는 보조벨트(16a) 또는 상기 보조벨트(16a)를 구동시키는 보조벨트 롤러(16b) 또는 모터(미도시)의 구동속도를 감지하고, 이에 따라 제어부가 조절롤러(35)의 이동을 제어하는 구성으로 이루어지는 것도 가능하다.

한편, 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)에 설치되는 노즐블록(11)의 각 노즐관체(40) 내에 온도조절 제어장치(60)가 구비된다.

즉, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내에 설치되되, 그 상부에 구비되는 다수개의 노즐(12)로 핫멜트 및 고분자 방사용액이 분사되는 노즐블록(11)의 노즐관체(40)에 핫멜트 및 고분자 방사용액의 온도를 조절하기 위한 온도조절 제어장치(60)가 구비된다.

여기서, 상기 노즐블록(11) 내의 핫멜트 및 고분자 방사용액의 흐름은 핫멜트 또는 고분자 방사용액이 저장되는 용액 주탱크(8)로부터 방사용액 유동파이프(도번 미도시)를 통하여 각 노즐블록(11)의 노즐관체(40)로 공급된다.

그리고, 상기 각 노즐블록(11)의 노즐관체(40)에 공급되는 핫멜트 및 고분자 방사용액은 다수개의 노즐(12)을 통해 분사 및 전기방사되어 나노섬유 웹이 기재(15)에 적층형성된다. 이때, 상기 각 노즐블록(11)의 각 노즐관체(40) 및 상기 각 노즐관체(40)의 상부에 길이방향으로 일정간격 이격되어 다수개로 장착되는 노즐(12)은 도전부재로 이루어져 전기적으로 접속된 상태로 노즐관체(40)에 장착된다.

여기서, 상기 온도조절 제어장치(60)는 각 노즐블록(11)의 노즐관체(40)로 공급 및 유입되는 핫멜트 및 고분자 방사용액의 온도조절을 제어하기 위하여 각 노즐관체(40)의 내주연에 열선(41) 형태로 구비된다. 즉, 도 5 내지 도 6에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 노즐블록(11)의 노즐관체(40) 내주연에 열선(41) 형태의 온도조절 제어장치(60)가 노즐블록(11)의 노즐관체(40) 내주연에 나선상으로 형성되어 노즐관체(40)로 공급 및 유입되는 핫멜트 및 고분자 방사용액의 온도를 조절한다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 노즐블록(11)의 노즐관체(40) 내주연에 열선(41) 형태의 온도조절 제어장치(60) 나선상으로 구비되어 있으나, 상기 온도조절 제어장치(60)가 열선(41) 형태로 형성되되, 상기 노즐관체(40)의 내주연 방사상에 길이방향으로 다수개 구비되어 핫멜트 및 고분자 방사용액의 온도를 조절하도록 이루어지는 것도 가능하고, 상기 온도조절 제어장치(60)가 대략 "C"형태의 판체형상으로 형성되되, 상기 노즐관체(40)의 내주연에 구비되어 핫멜트 및 고분자 방사용액의 온도를 조절하도록 이루어지는 것도 가능하다.

여기서, 상기 각 노즐블록(11)에 구비되는 다수개의 노즐관체(40)의 온도를 조절하기 위하여 각 노즐관체(40) 및 온도조절 제어장치(60)는 주 제어장치(7)에 연결되고, 상기 주 제어장치(7)에 의해 핫멜트 및 고분자 방사용액의 온도를 조절 및 제어한다.

한편, 도 7에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내로 인입 및 공급되는 기재(15)를 이송시키거나, 기재(15)의 이송속도를 조절하기 위한 보조 이송장치(16)는 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내 기재(15)의 탈착 및 이송이 용이하도록 기재(15)의 이송속도에 동기하여 회전하는 보조벨트(16a) 및 상기 보조벨트(16a)를 지지하며 회전시키는 보조벨트 롤러(16b)를 포함하여 구성된다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 보조벨트 롤러(16b)의 회전에 의해 보조벨트(16a)가 회동하고, 상기 보조벨트(16a)의 회동에 의하여 기재(15)가 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)으로 인입 및 공급되며, 이를 위하여 상기 보조벨트 롤러(16b) 중 어느 한 보조벨트 롤러(16b)는 모터(미도시)에 회전가능하게 연결된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 보조벨트(16a)에 보조벨트 롤러(16b)가 5개 구비되고, 모터의 동작에 의해 어느 한 보조벨트 롤러(16b)가 회전됨으로써 보조벨트(16a)가 회동됨과 동시에 나머지 보조벨트 롤러(16b)가 회전되도록 이루어져 있으나, 상기 보조벨트(16a)에 2개 이상의 보조벨트 롤러(16b)가 구비되고, 모터의 동작에 의해 어느 한 보조벨트 롤러(16b)가 회전되고, 이에 따라 보조벨트(16a) 및 나머지 보조벨트 롤러(16b)가 회전되도록 이루어지는 것도 가능하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 보조 이송장치(16)가 모터에 의해 구동가능한 보조벨트 롤러(16b) 및 보조벨트(16a)로 이루어져 있으나, 도 8에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 보조벨트 롤러(16b)가 마찰계수가 낮은 롤러로 이루어져 기재(15)가 인입 및 공급되는 작은 힘에 의해 롤러가 회전되도록 이루어지는 것도 가능하다.

이때, 상기 보조벨트 롤러(16b)는 마찰계수가 낮은 베어링을 포함하는 롤러로 이루어지는 것이 바람직하며, 이로 인해 모터의 삭제가 가능하다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 보조 이송장치(16)가 보조벨트(16a)와 마찰계수가 낮은 보조벨트 롤러(16b)로 이루어져 있으나, 보조벨트(16a)가 제외된 마찰계수가 낮은 롤러만 구비하여 기재(15)를 이송하도록 이루어지는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 보조벨트 롤러(16b)로 마찰계수가 낮은 롤러가 적용되어 있으나, 마찰계수가 낮은 롤러라면 그 형태와 구성에 제한받지 아니하며, 구름베어링, 기름베어링, 볼베어링, 롤러베어링, 미끄럼베어링, 슬리브베어링, 유동압 저널베어링, 유정압 저널베어링, 공기압베어링, 공기동입 베어링, 공기정압 베어링 및 에어베어링과 같은 베어링들이 포함되는 롤러가 적용되는 것도 가능하고, 플라스틱, 유화제 등의 소재 및 첨가제를 포함시켜 마찰계수를 저감시킨 롤러가 적용되는 것도 가능하다.

이하, 본 발명에 의한 전기방사장치의 동작과정을 도 1 내지 도 14를 참조하여 설명한다.

먼저, 본 발명에 의한 전기방사장치(1)의 선단에 구비되는 공급롤러(3)를 통하여 기재(15)가 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 최선단에 위치하는 유닛(10a) 내로 유입 및 공급된다.

이렇게 상기 공급롤러(3)를 통하여 전기방사장치(1)의 유닛(10a) 내로 인입 및 공급되는 기재(15)는 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 핫멜트 유닛(10a, 10c)을 통과하면서 핫멜트가 분사되고, 상기 핫멜트 유닛(10a, 10c)의 후단에 위치하는 방사용액 유닛(10b, 10d)을 통과하면서 고분자 방사용액이 전기방사된다.

이때, 상기 공급롤러(3)를 통하여 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내로 인입 및 공급되는 기재(15)는 컬렉터(13) 상에 위치하고, 전압 발생장치(14a, 14b, 14c, 14d)의 고전압이 노즐(12)을 통해 컬렉터(13) 상에 발생되며, 고전압이 발생되는 컬렉터(13) 상의 기재(15)에 용액 주탱크(8)에 충진된 핫멜트 및 고분자 방사용액이 순차적으로 노즐블록(11)의 노즐(12)을 통해 전기방사된다.

여기서, 상기 각 용액 주탱크(8) 내에 충진되는 핫멜트 및 고분자 방사용액이 계량 펌프(미도시)를 통하여 높은 전압이 부여되되, 핫멜트가 분사되는 노즐블록(11a)의 노즐(12) 및 고분자 방사용액이 전기방사되는 노즐블록(11b)의 노즐(12) 내에 연속적으로 정량 공급되고, 상기 각 노즐(12)로 공급되는 핫멜트 및 고분자 방사용액은 노즐(12)을 통해 높은 전압이 걸려 있는 컬렉터(13) 상에 분사 및 전기방사되어 집속되면서 기재(15) 상에 적층형성된다.

이때, 도 9 내지 도 10에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 전기방사장치(1)의 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내의 노즐블록(11a)에 배열설치되는 노즐(12) 중 특정 위치의 노즐(12)을 통하여 돗트(Dot) 형태로 핫멜트가 분사되고, 상기 핫멜트 유닛(10a, 10c)을 통과하면서 핫멜트가 특정 부분에 돗트(Dot) 형태로 분사된 기재(15)는 그 후단부에 위치하는 방사용액 유닛(10b, 10d) 내에 설치되는 노즐블록(11b)에 배열설치되는 다수개의 노즐(12)을 통하여 고분자 방사용액이 전기방사된다.

즉, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 선단에 위치하는 핫멜트 유닛(10a)의 노즐블록(11a)에 다수개로 배열설치되는 노즐(12) 중 각 가장자리 및 중심부에 위치하는 노즐(12)에서 돗트(Dot) 형태로 핫멜트가 분사되고, 상기 핫멜트가 각 가장자리 및 중심부에 분사되면서 이송되는 기재(15)는 핫멜트 유닛(10a)의 후단에 위치하는 방사용액 유닛(10b)으로 인입 및 공급되며, 상기 방사용액 유닛(10b)으로 공급된 기재(15) 상에 노즐블록(11b)에 배열설치되는 다수개의 노즐(12)에서 일괄적으로 고분자 방사용액이 전기방사되고, 상기 고분자 방사용액이 하부면에 분사되면서 이송되는 기재(15)는 다시 핫멜트를 분사하는 핫멜트 유닛(10c) 및 고분자 방사용액을 전기방사하는 방사용액 유닛(10d)을 통과하면서 핫멜트 및 고분자 방사용액이 분사되면서 나노섬유 또는 나노섬유 필터로 제조된다.

한편, 상기 노즐블록(11a)의 노즐(12)과 핫멜트가 충진된 용액 주탱크(8)를 연설하는 공급관(21)에 설치된 밸브(23) 중 핫멜트가 분사되는 특정 노즐(12)에 연설된 공급관(21)의 밸브(23)는 개방하고, 핫멜트가 분사되지 않는 나머지 노즐에 연설되는 공급관(21)의 밸브(23)는 폐쇄함으로써 핫멜트가 특정 노즐(12)을 통하여 돗트(Dot) 형태로 분사된다.

여기서, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)에 연결되는 각 용액 주탱크(8)는 핫멜트 또는 고분자 방사용액이 충진되되, 핫멜트 유닛(10a, 10c)에는 핫멜트가 충진되는 용액 주탱크(8)가 연결되고, 그 후단에 위치하는 방사용액 유닛(10b, 10d)에는 고분자 방사용액이 충진되는 용액 주탱크(8)가 연결된다.

한편, 상기 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내에 배열설치되는 노즐블록(11a)이 방사용액 유닛(10c, 10d) 내에 배열설치되는 노즐블록과 동일한 갯수 및 배열의 노즐(12)이 동일하지 않고, 상기 노즐블록(11a)의 특정 위치에만 노즐(12)을 배열설치한 후 노즐블록(11a)의 특정 위치에 설치되는 노즐(12)에서 핫멜트를 분사하여 이송되는 기재(15)의 특정 부분에만 돗트(Dot) 형태로 핫멜트를 분사하도록 이루어지는 것도 바람직하다.

여기서, 상기 노즐블록(11a)의 특정 위치에 설치되는 노즐(12)의 위치 및 갯수는 다양하게 변경가능하게 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 최선단에 위치하는 유닛(10a) 내로 유입 및 공급되는 기재(15)는 모터(미도시)의 구동에 의해 동작하는 보조 이송장치(16)의 보조벨트 롤러(16b) 및 상기 보조벨트 롤러(16b)의 회전에 의해 구동하는 보조벨트(16a)에 의해 그 후단에 위치하는 유닛(10b)으로 이송되는 등 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내에 구비되는 보조 이송장치(16)의 동작에 의해 기재(15)가 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내로 이송되고, 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내에서 유입 및 공급되는 기재(15) 상에 핫멜트 및 동일한 종류의 고분자 방사용액이 각각 전기방사되거나, 핫멜트 및 상이한 종류의 고분자 방사용액이 각각 전기방사되는 등 상기와 같은 공정이 반복되면서 기재(15) 상에 나노섬유 웹이 적층형성되어 나노섬유 또는 나노섬유 필터로 제조된다.

여기서, 상기 전기방사장치(1)에 구비되는 오버플로우 장치(200)에 의하여 노즐블록(11)에서 오버플로우된 핫멜트 및 고분자 방사용액이 노즐블록(11)의 하부에 구비되는 용액 회수경로(250)를 통하여 회수되고, 회수된 핫멜트 및 고분자 방사용액은 다시 재사용 및 재활용한다.

또한, 상기 전기방사장치(1)에 구비되는 VOC 재활용 장치(300)에 의하여 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내에서 노즐(12)을 통하여 핫멜트 및 고분자 방사용액의 분사 시 발생되는 VOC를 재활용 및 재사용한다.

즉, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내에서 노즐(12)을 통하여 기재(15) 상에 핫멜트를 분사하거나, 기재(15) 상에 고분자 방사용액을 전기방사할 때 발생되는 기화상태의 VOC가 배관(311, 331)을 통하여 응축장치(310)로 각각 배출되고, 상기 응축장치(310)로 배출되는 기화상태의 VOC는 응축되어 액화상태로 변화된 후 용매 저장장치(330)으로 각각 저장되고, 상기 용매 저장장치(330)에 저장된 VOC는 재활용 및 재사용된다.

상기한 바와 같이, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 내에서 발생되어 응축장치(310)로 배출되는 기화상태의 VOC는 응축장치(310) 내에서 수냉, 공냉 또는 증발식 등의 냉각방법에 의해 냉각되어 응축됨으로써 액화상태로 변화한 후 응축장치(310)를 통하여 응축된 액화상태의 VOC를 액화시킨 다음, 상기 액화상태의 VOC를 증류장치(320)로 이동시켜 증류시킨 후 상기 증류장치(320)로 이동된 액화상태의 VOC는 고온의 열에 의해 끓는점의 차이에 따라 순차적으로 기화되고, 기화되는 각각의 VOC가 용매별로 분리 및 분류되면서 액화시켜 배출한다.

이때, 상기 증류장치(320)를 통하여 증류되는 액화상태의 VOC는 끓는점이 낮은 용매부터 끓는점이 높은 용매의 순서대로 증발되어 기화된다. 즉, 액화상태의 VOC는 끓는점이 낮은 순서대로 증발되고, 증발되어 액화된 VOC는 증류장치(320)의 상측방향에 구비되는 배관부터 하측방향에 구비되는 배관(311, 321, 331)으로 배출되어 각 용매 저장장치(330)로 공급된다.

이렇게, 여러 종류의 혼합 용매로 이루어지는 VOC를 용매별로 분류하여 배출 시 각 용매별로 분류하여 각 용매 저장장치(330)에 저장하고, 상기 각 용매별로 분류되어 분류별로 용매 저장장치(330)에 저장된 용매는 다시 핫멜트 및 고분자 방사용액에 용매로 첨가하여 재사용 및 재활용한다.

그리고, 상기 전기방사장치(1)의 선단에 위치하는 핫멜트 유닛(10a, 10c)을 통하여 핫멜트가 분사된 후 후단에 위치하는 방사용액 유닛(10b, 10d)을 통하여 고분자 방사용액이 전기방사되면서 나노섬유 웹이 적층형성되는 기재(15)가 상기 유닛(10b, 10d)의 후단에 위치하는 두께 측정장치(70)를 통과하고, 상기 두께 측정장치(70)를 통과 시 두께 측정장치(70)에서 초음파 종파와 횡파를 함께 투사하여 종파와 횡파의 각 초음파 신호가 기재(15) 상에서 왕복 이동하는 시간, 즉 종파와 횡파의 각 전파 시간을 측정한다.

그 다음, 측정된 종파와 횡파의 전파 시간, 나노섬유 웹이 적층형성된 기재(15)의 기준 온도에서 종파와 횡파의 전파속도 및 종파와 횡파 전파속도의 온도 상수를 이용하는 소정의 연산식으로부터 피검사체의 두께를 계산하여 나노섬유 웹의 두께를 산출함으로써 기재(15) 상에 적층형성되는 나노섬유 웹의 두께를 측정한다.

여기서, 상기 두께 측정장치(70)를 통하여 각 유닛(10b, 10d)을 통과하는 기재(15) 상에 적층형성되는 나노섬유 웹의 두께 측정 시 상기 나노섬유 웹의 두께가 기준값보다 얇게 측정될 경우, 그 다음 유닛(10b, 10d)의 이송속도(V)를 감속시키거나, 전압 발생장치(14b, 14d)의 전압 세기를 조절하여 노즐블록(11b)에서 방사되는 고분자 방사용액의 단위면적당 토출량을 증대시켜 나노섬유 웹의 두께를 두껍게 형성한다.

또한, 상기 두께 측정장치(70)를 통하여 각 유닛(10b, 10d)을 통과하는 기재(15) 상에 적층형성되는 나노섬유 웹의 두께 측정 시 상기 나노섬유 웹의 두께가 기준값보다 두껍게 측정될 경우, 그 다음 유닛(10b, 10d)의 이송속도(V)를 증가시키거나, 전압 발생장치(14b, 14d)의 전압 세기를 조절하여 노즐블록(11b)에서 분사되는 고분자 방사용액의 단위면적당 토출량을 감소시켜 나노섬유 웹의 두께를 얇게 형성한다.

여기서, 상기 두께 측정장치(70)를 통과하는 기재(15)의 이송속도가 빠르거나, 느릴 경우, 상기 기재 이송속도 조절장치(30)가 보조 이송장치(16)를 통하여 이송되는 기재(15)의 속도를 조절한다.

즉, 상기 전기방사장치(1) 내에 설치되는 감지센서가 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 선단에 위치하는 핫멜트 유닛(10a, 10c)과 그 후단에 위치하는 방사용액 유닛(10b, 10d) 사이에서의 기재(15a) 이송속도가 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내의 이송속도가 방사용액 유닛(10b, 10d) 내의 이송속도보다 빠르다고 감지할 경우, 도 11 내지 도 12에서 도시하고 있는 바와 같이, 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내에서 이송되는 기재(15a)가 처지는 것을 방지하기 위하여 상기 한 쌍의 지지롤러(33, 33') 사이에 구비되되, 기재(15)가 권취되는 조절롤러(35)를 하측으로 이동하면서 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내에서 방사용액 유닛(10b, 10d)으로 이송되는 기재(15) 중 핫멜트 유닛(10a, 10c) 외부로 이송되어 핫멜트 유닛(10a, 10c)과 방사용액 유닛(10b, 10d) 사이에 위치하는 완충구간(31)으로 과다하게 이송되는 기재(15a)를 당겨 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내 기재(15a)의 이송속도와 방사용액 유닛(10b, 10d) 내 기재(15b)의 이송속도가 동일해지도록 보정제어하면서 기재(15a)의 처짐 및 구겨짐을 방지한다.

한편, 상기 감지센서가 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 선단에 위치하는 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내 기재(15a)의 이송속도가 그 후단에 위치하는 방사용액 유닛(10b, 10d) 내 기재(15b)의 이송속도보다 느리다고 감지할 경우, 도 13 내지 도 14에서 도시하고 있는 바와 같이, 방사용액 유닛(10b, 10d) 내에서 이송되는 기재(15b)가 찢어지는 것을 방지하기 위하여 상기 한 쌍의 지지롤러(33, 33') 사이에 구비되되, 기재(15)가 권취되는 조절롤러(35)를 상측으로 이동하면서 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내에서 방사용액 유닛(10b, 10d)으로 이송되는 기재(15) 중 핫멜트 유닛(10a, 10c) 외부로 이송되어 핫멜트 유닛(10a, 10c)과 방사용액 유닛(10b, 10d) 사이에 위치하는 완충구간(31)에 조절롤러(35)에 의해 권취되어 있는 기재(15a)를 방사용액 유닛(10b, 10d)에 빠르게 공급하여 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내 기재(15a)의 이송속도와 방사용액 유닛(10b, 10d) 내 기재(15b)의 이송속도가 동일해지도록 보정제어하면서 기재(15b)의 끊어짐을 방지한다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 방사용액 유닛(10b, 10d) 내로 이송되는 기재(15b)의 이송속도를 조절함으로써 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 방사용액 유닛(10b, 10d) 내의 기재(15b) 이송속도가 핫멜트 유닛(10a, 10c) 내의 기재(15a) 이송속도와 동일해지는 효과를 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)을 통과하면서 핫멜트 및 고분자 방사용액이 전기방사되어 그 하부면에 나노섬유 웹이 적층형성되는 기재(15)는 라미네이팅 장치(Laminating : 90)을 통하여 라미네이팅되는 등 후공정을 수행하고, 최종 제품으로 제작된다.

한편, 상기 라미네이팅 장치(90)를 통하여 라미네이팅된 기재(15)는 상기 통기도 계측장치(80)에 의해 통기도기 계측되고, 상기 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d) 중 선단에 구비되는 유닛(10a, 10c)을 통하여 핫멜트가 분사되고, 그 후단에 구비되는 유닛(10b, 10d)을 통하여 기재(15) 상에 고분자 방사용액이 전기방사되어 적층형성되는 나노섬유 웹의 통기도가 계측된 후 계측값에 따라 기재(15)의 이송속도(V) 및 노즐블록(11)을 제어하여 나노섬유 웹의 통기도를 조절한다.

즉, 상기 전기방사장치(1)의 각 유닛(10b, 10d)을 통하여 기재(15) 상에 적층형성되는 나노섬유 웹의 통기도가 크게 계측될 경우, 상기 유닛(10b, 10d)의 이송속도(V)를 감속하거나, 전압 발생장치(14b, 14d)의 전압 세기를 조절하여 노즐블록(11)의 단위면적당 토출량을 증가시켜 기재(15) 상에 고분자 방사용액의 적층량을 증가시킴으로써 통기도를 작게 형성하고, 각 유닛(10b, 10d)을 통하여 기재(15) 상에 적층형성되는 나노섬유 웹의 통기도가 작게 계측될 경우, 상기 유닛(10b, 10d)의 이송속도(V)를 증가시키거나, 전압 발생장치(14b, 14d)의 전압 세기를 조절하여 노즐블록(11)의 단위면적당 토출량을 감소시켜 기재(15) 상에 고분자 방사용액의 적층량을 감소시킴으로써 통기도를 크게 형성한다.

이렇게, 상기 기재(15) 상에 적층형성되는 나노섬유 웹의 통기도를 계측한 후 계측된 통기도에 따라 각 유닛(10b, 10d)의 이송속도 및 노즐블록(11)을 제어함으로써 균일한 통기도를 갖는 나노섬유 웹을 제조할 수 있다.

본 발명에서는 상기 전기방사장치(1)가 하향식 전기방사장치로 이루어지고, 4개의 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)이 순차적으로 구비되고, 두께 측정장치(70) 및 기재 이송속도 조절장치(30)가 각각 구비되며, 각 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)의 후단부에 라미네이팅 장치(90) 및 통기도 계측장치(80)가 구비되어 있으나, 상기 전기방사장치(1)가 상향식 전기방사장치로 이루어지는 것도 가능하고, 유닛(10a, 10b, 10c, 10d)의 갯수는 4개 이상 또는 이하의 갯수로 이루어지는 것도 가능하며, 요구되는 나노섬유 또는 나노섬유 필터에 따라 두께 측정장치(70), 기재 이송속도 조절장치(30), 플립장치(110), 라미네이팅 장치(90) 및 통기도 계측장치(80) 중 요구되는 제품에 적합한 장치가 구비되는 것이 바람직하다.

더불어, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 오버플로우 장치(200) 및 VOC 재활용 장치(300)가 전기방사장치(1)에 동시에 구비되어 있으나, 상기 오버플로우 장치(200) 및 VOC 재활용 장치(300)가 개별적으로 구비되는 것도 가능하다.

이상, 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하지만, 첨부 특허청구의 범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

1 : 전기방사장치, 3 : 공급롤러,
5 : 권취롤러, 7 : 주 제어장치,
8 : 용액 주탱크, 10a, 10c : 핫멜트 유닛,
10b, 10d : 방사용액 유닛, 11, 11a, 11b : 노즐블록,
12 : 노즐, 13 : 컬렉터,
14, 14a, 14b, 14c, 14d : 전압 발생장치,
15, 15a, 15b : 기재, 16 : 보조 이송장치,
16a : 보조벨트, 16b : 보조벨트 롤러,
18 : 케이스, 19 : 절연부재,
21 : 공급관, 23 : 밸브,
30 : 기재 이송속도 조절장치, 31 : 완충구간,
33, 33' : 지지롤러, 35 : 조절롤러,
40 : 노즐관체, 41 : 열선,
60 : 온도조절 제어장치, 70 : 두께 측정장치,
80 : 통기도 계측장치, 90 : 라미네이팅 장치,
200 : 오버플로우 장치, 211, 231 : 교반장치,
212, 213, 214, 233 : 밸브, 216 : 제2 이송배관,
218 : 제2 이송제어장치, 220 : 중간탱크,
222 : 제2 센서, 230 : 재생탱크,
232 : 제1 센서, 240 : 공급배관,
242 : 공급제어밸브, 250 : 용액 회수경로,
251 : 제1 이송배관, 300 : VOC 재활용 장치,
310 : 응축장치, 311, 321, 331, 332 : 배관,
320 : 증류장치, 330 : 용매 저장장치.

Claims (10)

1. 나노섬유를 제조하기 위한 전기방사장치에 있어서,
   핫멜트가 충진되는 적어도 하나 이상의 용액 주탱크와, 상기 용액 주탱크에 충진된 핫멜트를 분사하도록 케이스 내부에 설치되되, 외부에서 공급되는 기재 상에 핫멜트 분사하기 위하여 핀 형태로서, 개별적으로 제어되는 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐블록을 갖는 핫멜트 유닛;
   방사용액이 충진되는 적어도 하나 이상의 용액 주탱크와, 상기 용액 주탱크에 충진되는 고분자 방사용액을 전기방사하도록 케이스 내부에 설치되되, 외부에서 공급되는 기재 상에 고분자 방사용액을 분사하기 위하여 핀 형태의 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐블록을 갖는 방사용액 유닛;
   상기 각 유닛 내에 설치되되, 상기 노즐블록에 구비되는 노즐에서 분사되는 핫멜트 및 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐에서 일정간격 이격되는 컬렉터;
   상기 컬렉터에 전압을 발생시키는 전압 발생장치;
   상기 기재를 이송시키기 위한 보조 이송장치;
   상기 각 유닛 내에서 발생되는 VOC를 응축하여 액화시키기 위한 응축장치;
   상기 응축장치를 통하여 응축되어 액화된 VOC를 증류하여 액화시키는 증류장치;
   상기 증류장치에서 액화된 용매를 저장하기 위한 저장장치; 상기 증류장치에서 증류되어 액화되는 VOC가 분류되어 저장되는 저장탱크 내의 용매를 고분자 방사용액으로 재사용 및 재활용하는 VOC 재활용 장치;
   를 포함하여 구성되고,
   상기 핫멜트 유닛과 방사용액 유닛이 적어도 하나 이상으로 다수개로 구비되되, 교대로 설치되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 각 유닛의 노즐블록에서 오버플로우된 핫멜트 및 고분자 방사용액을 회수하기 위한 방사용액 회수경로와, 상기 방사용액 회수경로에 연결되어 회수된 핫멜트 및 고분자 방사용액을 각각 저장하는 재생탱크와, 상기 재생탱크 및 용액 주탱크에 이송배관으로 연결되는 핫멜트 및 고분자 방사용액이 각각 이송되는 중간탱크를 포함하되, 상기 중간탱크에서 노즐블록으로 공급배관을 통하여 핫멜트 및 고분자 방사용액이 공급되는 오버플로우 장치;
   를 더 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 케이스는 상부가 절연체로 이루어지고, 하부가 도전체로 이루어지며, 상기 케이스의 상, 하부가 상호 결합되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 방사용액 유닛의 후단부에 설치되되, 초음파에 의해 이송되는 기재 상에 분사되는 나노섬유 웹의 두께를 측정하고, 측정된 나노섬유 웹의 두께에 따라 기재의 이송속도 및 전압 발생장치의 전압 세기를 조절하여 나노섬유 웹의 두께를 조절하는 두께 측정장치;
   를 더 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 각 유닛 중 최후단에 구비되되, 초음파에 의해 기재 상에 분사되는 나노섬유 웹의 통기도를 계측하고, 계측된 나노섬유 웹의 통기도에 따라 기재의 이송속도 및 전압 발생장치의 전압 세기를 조절하여 나노섬유 웹의 통기도를 조절하는 통기도 계측장치;
   를 더 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 핫멜트 유닛과 방사용액 유닛 사이에 형성되는 완충구간과, 상기 완충구간 상에 기재를 지지하는 한 쌍의 지지롤러와, 상기 한 쌍의 지지롤러 사이에 상, 하로 이동가능하게 설치되어 기재가 권취되는 적어도 하나 이상의 조절롤러를 포함하여 구비되되, 상기 각 조절롤러의 수직이동에 의해 기재의 이송속도를 조절하는 기재 이송속도 조절장치;
   를 더 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 노즐블록의 각 노즐관체 내주연에 나선상으로 형성되되, 열선 형태로 형성되어 노즐관체 내로 공급되는 핫멜트 및 고분자 방사용액의 온도를 조절하는 온도조절 제어장치;
   를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터 제조용 전기방사장치.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 핫멜트 유닛의 노즐블록에 배열설치되는 각 노즐에 상기 용액 주탱크에 충진되는 핫멜트를 공급받기 위하여 공급관이 연설되고, 상기 각 공급관에 밸브가 구비되되, 상기 각 밸브가 개별적으로 개폐 제어되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노섬유 필터 제조용 전기방사장치.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 핫멜트 유닛의 노즐블록에 배열설치되는 노즐에서 핫멜트가 돗트(Dot) 형태로 분사되고, 상기 핫멜트가 돗트(Dot) 형태로 분사된 기재가 그 후단에 위치하는 방사용액 유닛으로 공급된 후 상기 방사용액 유닛의 노즐블록에 배열설치되는 각 노즐에서 일괄적으로 고분자 방사용액이 전기방사되어 나노섬유 웹이 적층형성되며, 상기한 공정이 교대로 반복되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
    

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