KR101562065B1 - 나노섬유 웹 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

전기방사(electrospinning) 방식을 이용한 나노섬유 웹 제조장치 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 나노섬유 웹 제조장치는 스프링 형태의 롤러를 포함하고, 상기 스프링 형태의 롤러는 전기-수력학적 힘(electro-hydrodynamic power)에 의해 방사도프를 정량적 및 연속적으로 분출함으로써 집속부에서 균일한 나노섬유 웹이 연속적으로 형성되도록 한다.
나노섬유, 전기방사

Description

나노섬유 웹 제조장치 및 그 제조방법{Appartus and Method for Manufacturing Nanofiber Web}
본 발명은 나노섬유 웹 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 전기방사(electrospinning) 방식을 이용한 나노섬유 웹 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
나노섬유는 직경이 수십 내지 수백 nm에 불과한 초극세사이다. 이러한 나노섬유로 이루어진 나조섬유 웹은 고기능성 의류, 초정밀 필터, 광화학 센서, 의료용 소재, 미용 소재, 및 세포배양용 소재 등 그 적용범위가 다양하다.
나노섬유 웹을 제조하기 위한 방법으로서 전기방사 방식이 이용되고 있다. 전기방사 방식에 의하면, 고분자 용액이 집속부(collector)로 이동하면서 정전기력에 의해 수십 내지 수백 nm의 직경을 갖도록 연신된다. 즉, 외부에서 가해진 전기장이 특정 임계값을 초과하면 정전기력이 고분자 용액의 표면장력보다 커지면서 고분자 제트가 형성된다. 고분자 제트는 이어서 수많은 초극세사로 분산되어 접지된 집속부를 향하게 된다. 전기장의 크기와 고분자 용액의 농도 또는 점도를 변화시킴으로써 나노섬유의 굵기를 조절할 수 있다.
통상적인 전기방사의 경우, 고전압이 인가되는 수백 내지 수백만개의 노즐들을 통해 고분자 용액이 집속부로 토출됨으로써 나노섬유 웹이 형성된다. 이와 같이 다수개의 노즐들을 이용하여 전기방사를 수행할 경우에는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 다수의 노즐들 중 어느 하나라도 그 슬릿이 막히게 될 경우 그로 인한 결점이 나노섬유 웹에 발생하게 된다. 나노섬유 웹 상에 결점을 야기하는 노즐의 막힘을 미연에 방지하기 위해서는 다수의 노즐들을 수시로 전기방사 장치로부터 분리하고 세정하여야하는 번거로움을 감수하여야만 한다.
둘째, 노즐들에 고전압이 인가됨으로써 발생하는 전기장들의 복잡한 상호 작용에 의해 각 노즐로부터 토출되는 고분자 제트의 방향이 영향을 받게되고, 그 결과 나노섬유 웹의 균일성이 저하된다.
셋째, 인가되는 고전압이 다수개의 노즐로 균일하게 분배되지 않을 경우 제조되는 나노섬유 웹의 품질 저하를 유발할 수 있다.
넷째, 다양한 종류의 나노섬유 웹을 안정적으로 형성하기 위해서는, 고분자 용액의 종류 및 점도 등에 따라 적절한 직경 및 길이의 노즐로 교체하는 작업이 반드시 요구된다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 나노섬유 웹의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 우수한 품질 및 균일성을 갖는 나노섬유 웹의 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 관점은, 제조설비의 유지 보수를 용이하게 수행할 수 있는 나노섬유 웹을 제조할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 관점은, 설비 또는 부품의 교체 없이도 다양한 종류의 나노섬유 웹을 안정적으로 제조할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술될 것이고, 부분적으로는 그러한 설명으로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 학습되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 이점들은 첨부된 도면은 물론이고 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
위와 같은 본 발명의 일 측면에 따라, 방사 도프(spinning dope)가 저장되는 방사 욕조(spinning bath); 집속부(collector); 상기 방사 욕조의 상기 방사 도프에 적어도 일 부분이 침지된 상태로 회전하는 제1 롤러; 상기 제1 롤러로부터 상기 방사 도프를 전달받아 상기 집속부로 분출하기 위하여 회전하는 제2 롤러; 및 상기 제2 롤러에 전압을 인가하는 전압공급부(Voltage Supplier)를 포함하는 나노섬유 웹 제조장치가 제공된다. 상기 제2 롤러는 스프링 형태일 수 있다. 상기 나노섬유 웹 제조장치는, 상기 집속부로 분출되는 방사도프의 양을 조절하는 롤러 형태 또는 나이프 형태의 조절 수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 방사 도프가 저장되는 방사 욕조; 집속부; 상기 방사 욕조의 상기 방사 도프에 적어도 일 부분이 침지된 상태로 회전하는 스프링 형태의 롤러; 및 상기 스프링 형태의 롤러에 전압을 인가하는 전압공급부(Voltage Supplier)를 포함하는 나노섬유 웹 제조장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 방사욕조에 방사도프를 공급하는 단계; 상기 방사욕조 내의 상기 방사도프의 적어도 일부를 상기 방사욕조로부터 인출하는 단계; 상기 인출된 방사도프의 양을 조절하는 단계; 및 상기 조절된 양의 방사도프를 전기-수력학적 힘(electro-hydrodynamic power)을 이용하여 분출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 제조방법이 제공된다.
위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 나노섬유 웹 제조장치 및 그 제조방법에 의하면, 제2 롤러에 방사 도프가 연속적으로 균일하게 공급될 수 있기 때문에 우수한 품질 및 균일성을 갖는 나노섬유 웹을 제조할 수 있다.
또한, 방사도프를 집속부로 분출하는 수단으로서 노즐이 아닌 롤러가 사용되기 때문에, 노즐의 막힘 방지를 위한 별도의 세정이 필요치 않게 되고, 결과적으로 제조설비의 유지 관리가 용이하게 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 나노섬유 웹 제조장치 및 그 제조방법에 의하면, 설비 또는 부품의 교체 없이 방사도프의 점도 및/또는 제1 및 제2 롤러들의 회전속도등만 조절함으로써 다양한 종류의 나노섬유 웹을 안정적으로 제조할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 나노섬유 웹의 제조장치 및 그 제조방법의 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 나노섬유 웹 제조장치의 개략적 구조를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 나노섬유 웹 제조장치는 방사도프 공급부(400), 방사도프 공급부(400)로부터 제공된 방사도프를 전기-수력학적 힘(electro-hydrodynamic power)을 이용하여 분출하는 방사부(100), 방사부(200)에 고전압을 인가하는 전압공급부(300), 및 나노섬유 웹이 형성되는 집속부(200)를 포함한다. 집속부(200)는 접지되어 있다.
방사도프 공급부(400)는 제조된 방사도프를 저장하는 방사도프 탱크(410) 및 펌프(420)를 포함한다. 펌프(420)의 작동에 의해 방사도프 탱크(410)에 저장되어 있는 방사도프가 정량적으로 방사부(100)에 연속적으로 공급될 수 있다.
도 2 및 도 3 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사부(100)의 정면 단면(front cross section) 및 측면 단면(side cross sectoin)을 개략적으로 나타낸다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사부(100)는 방사도프 공급부(400)로부터 제공된 방사도프(10)를 저장하는 방사 욕조(spinning bath)(110), 상기 방사 욕조(110)의 방사도프(10)에 적어도 일 부분이 침지된 상태로 회전하는 제1 롤러(120), 및 상기 제1 롤러(120)로부터 방사도프(10)를 전달받아 이를 전기-수력학적 힘에 의해 집속부(200)로 분출하는 제2 롤러(130)를 포함한다. 상기 제2 롤러(130)는 전압공급부(300)로부터 수천 내지 수만 볼트의 고전압을 인가받는다.
방사도프 공급부(400)로부터 제공되는 방사도프(10)를 방사 욕조(110)에 토출하는 방사도프 공급관의 말단(미도시)은 방사 욕조(110) 내의 방사도프(10)로부터 이격된 상태로 유지되어야 한다. 만약 상기 공급관의 말단이 방사 욕조(110) 내의 방사도프(10)와 접촉을 한다면, 방사도프 공급부(400)가 제2 롤러(130)에 인가되는 고전압에 의해 영향을 받을 수 있고, 그로 인해 방사도프의 정량적, 연속적, 및 안정적 공급에 차질이 빚어질 위험이 높아진다. 동일한 이유로, 본 발명의 방사도프 공급관은 절연물질로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제2 롤러(130)는 강선(steel wire)으로 구성된 스프링 형태의 롤러이다. 제2 롤러(130)의 강선은 원형 단면(circular cross section)을 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 제2 롤러(130)의 강선은 사다리꼴, 직사각형 또는 삼각형의 단면을 가질 수도 있다. 다만, 강선의 직경은 방사도프의 토출량과 관계가 있다. 강선의 직경이 지나치게 두꺼우면 제2 롤러(130) 표면에 묻어나는 방사도프의 양이 증가하기 때문에 토출량을 제어할 수 있는 범위가 제한된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제2 롤러(130)의 강선은 0.1 내지 20 mm의 직경을 갖는다.
제2 롤러의 재질은 우수한 전도성을 가짐과 동시에, 유기 용매, 산성 용매 및 알칼리 용매로부터 손상을 입지 않도록 우수한 내부식성을 갖는 스테인레스 스틸(stainless steel)이 바람직하다.
도 4본 발명의 일 실시예에 따른 스프링 형태의 제2 롤러(130)를 개략적으로 나타낸다.
스프링 형태의 제2 롤러(130)는 그 회전에 따라 스프링 강선의 위치가 변경되기 때문에, 방사부(100) 또는 집속부(200)에 별도의 트래버스(traverse)를 설치하지 않아도 균일한 나노섬유 웹을 얻을 수 있다. 나노섬유 웹의 균일성을 향상시키기 위해서, 제2 롤러(130)는 적절한 스프링 피치(P) 및 스프링 각(θ)을 갖는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제2 롤러(130)는 1 내지 50 mm의 스프링 피치(P) 및 10 내지 50°의 스프링 각(θ)을 갖는다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유 웹 제조장치를 이용한 나노섬유 웹 제조에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 전기방사될 대상인 방사도프(10)가 제조된다. 제조된 방사도프(10)는 방사도프 탱크(410)에 저장된다. 방사도프 탱크(410)에 저장된 방사도프(10)가 펌프(420)의 작동에 의해 방사도프 공급관을 통해 방사 욕조(110)로 정량적 및 연속적으로 제공된다. 전기방사 중에 방사 욕조(110) 내에 방사도프(10)가 일정 양으로 유지되도록 펌프(420)가 제어된다.
방사 욕조(110) 내의 방사도프(10)에 부분적으로 침지되어 있는 제1 롤러(120)가 회전한다. 제1 롤러(120)의 회전함에 따라, 제1 롤러(120)와 접촉하고 있던 방사도프(10)가 제1 롤러(120)의 표면에 붙은 상태로 이동하게 된다. 즉, 방사 욕조(110) 내에 저장되어 있던 방사도프(10)의 적어도 일부가 제1 롤러(120)의 회전에 따라 인출되기 시작한다.
제1 롤러(120)가 제1 방향으로 회전할 때, 제2 롤러(130)는 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전한다. 본 발명의 제1 실시예에 의하면, 제1 롤러(120)와 제2 롤러(130)가 표면접촉을 한다. 따라서, 제1 롤러(120)의 회전에 의해 인출되기 시작한 방사도프(10)의 적어도 일부가 상기 표면접촉에 의해 제2 롤러(130)로 전달된다. 이때, 상기 제2 롤러(130)에는 전압공급부(300)로부터 고전압이 인가되고 있다.
스프링 형태의 제2 롤러(130)에 전달된 방사도프(10)는 강선에 부착된 상태로 회전 및 이동한다. 제2 롤러(130)가 회전하기 때문에, 제2 롤러(130)의 표면으로 이동한 방사도프(10)에는 원심력이 작용하게 된다. 게다가, 제2 롤러(130)에 수 천 내지 수만 볼트의 고전압이 인가되기 때문에, 접지된 집속부(200)와 제2 롤러(130) 사이에 강한 전기장이 형성되게 된다. 상기 원심력과 전기장의 결과로, 전기-수력학적 힘(electro-hydrodynamic power)이 제2 롤러(130)의 표면에 묻어있는 방사도프(10)에 가해지게 된다.
상기 전기-수력학적 힘은 방사도프(10)의 표면장력을 극복할 수 있을 정도로 크기 때문에 방사도프(10)가 집속부(200)를 향해 분출된다. 이렇게 분출된 방사도프(10)는 용매의 휘발과 함께 순차적으로 세분화되면서 나노섬유가 되고, 이렇게 생성된 나노섬유는 집속부(200)에 집속되어 나노섬유 웹을 형성하게 된다. 방사도프(10) 용매의 휘발을 고려하여, 상기 집속부(200)는 나노섬유 웹이 형성되는 면이 방사 방향과 수직이 되도록 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 롤러(130)는 스프링 형태이기 때문에 회전에 따라 강선의 위치가 변경된다. 따라서, 나노섬유가 집속부(200)에 균일하게 그리고 연속적으로 집속될 수 있다.
한편, 상기 제2 롤러(130)를 생략하고 스프링 형태가 아닌 제1 롤러(120)에 바로 고전압을 인가함으로써 전기방사를 수행하는 것도 생각해 볼 수 있으나, 이 경우 제1 롤러(120)는 그 외측에 방사 도프(10)를 찍어 올리기 위한 핀 다발 또는 요철 구조를 가질 것이 요구된다. 핀 다발 또는 요철 구조를 갖는 롤러를 이용한 전기방사의 경우, i) 집속부(200)에 나노섬유가 비연속적으로 집속되기 때문에 나노섬유 웹의 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, ii) 방사 토출량의 제어가 어렵고, iii) 나노섬유 웹의 균일성이 담보될 수 없으며, iv) 방사도프 교체시 요 구되는 방사부 세정시 핀 다발 또는 요철 구조로 인해 세정시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다.
선택적으로, 본 발명의 나노섬유 웹 제조장치는 상기 집속부(200)로 분출되는 방사도프(10)의 양을 조절하는 조절 수단을 더 포함할 수 있다.
도 5는 롤러 형태의 조절 수단을 예시한다. 즉, 제1 및 제2 롤러들(120, 130) 사이에 위치한 보조 롤러(141)가 제1 롤러(120)로부터 제2 롤러(130)로 전달되는 방사도프(10)의 양을 조절할 수 있다. 보조 롤러(141)는 제1 롤러(120)에서 제2 롤러(130)로 과량의 방사도프(10)가 묻어나지 않도록 완충 역할을 한다. 보조 롤러(141)의 회전 및 방사도프(10)의 자중에 의해 보조 롤러(141)에 묻은 방사도프(10)의 일부가 방사 욕조(110) 내로 낙하하고, 보조 롤러(141) 표면에 남아있는 방사 도프(10)만이 제2 롤러(130)로 전달된다.
도 6은 나이프 형태의 조절 수단을 예시한다. 즉, 방사 욕조(110)에 설치된 보조 나이프(142)는 집속부(200)로 분출되는 방사도프가 일정 양을 초과하지 않도록 제2 롤러(130)가 회전할 때 제2 롤러(130)의 외표면에 묻어있는 방사도프의 일부를 제거할 수 있다. 보조 나이프(142)와 제2 롤러(130) 사이의 거리를 조절함으로써 집속부(200)에 분출되는 방사도프 양을 제어할 수 있다.
선택적으로, 1개의 스프링 형태의 롤러를 사용하여 전기방사를 수행할 수도 있다. 즉, 스프링 형태의 롤러를 방사 욕조(110) 내의 방사도프(10)에 부분적으로 침지시킨 상태에서 회전시키고, 이 롤러에 고전압을 인가함으로써 전기-수력학적 힘을 발생시킬 수 있을 것이다. 이 경우, 집속부(200)로 분출되는 방사도프의 양을 조절하기 위하여 도 6에 예시된 보조 나이프(142)가 사용될 수도 있을 것이다.
이하, 본 발명의 실시예와 비교실시예의 비교를 통해 본 발명의 효과를 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로 이것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안 된다.
실시예 1
폴리비닐알코올을 물에 용해시켜 폴리비닐알코올의 농도가 10 중량%인 방사도프를 제조하였다. 이어서, 도 2 및 도 3에 도시된 나노섬유 웹 제조장치를 이용하여 상기 방사도프를 20시간 동안 전기방사시킴으로써 나노섬유 웹을 제조하였다. 이때, 220V 및 60Hz의 교류전원이 연결된 고전압 발생장치를 이용하여 스프링 형태의 제2 롤러(130)에 30,000V의 전압을 인가하였다. 제2 롤러(130)와 집속부(200) 사이의 거리를 의미하는 방사거리는 30cm이었다. 집속부(200)의 이동속도는 0.5m/min의 속도이었다. 제2 롤러(130)의 회전 속도는 10rpm이었고, 스프링 피치(P)는 10mm이었고, 스프링 길이는 40cm이었고, 스프링 각(θ)은 20°이었으며, 강선의 직경은 2mm이었다.
실시예 2
제2 롤러(130)의 강선 직경이 1mm이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나노섬유 웹을 제조하였다.
실시예 3
제2 롤러(130)의 스프링 피치(P)가 20mm이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나노섬유 웹을 제조하였다.
실시예 4
폴리우레탄을 디메틸포름아미드에 용해시켜 폴리우레탄 농도가 10중량%인 방사도프를 제조하였다. 이어서, 도 2 및 도 3에 도시된 나노섬유 웹 제조장치를 이용하여 상기 방사도프를 20시간 동안 전기방사시킴으로써 나노섬유 웹을 제조하였다. 이때, 스프링 형태의 제2 롤러(130)에는 35,000V의 전압이 인가되었다. 방사거리는 35cm이었다. 집속부(200)의 이동속도는 0.5m/min의 속도이었다. 제2 롤러(130)의 회전 속도는 20rpm이었고, 스프링 피치(P)는 20mm이었고, 스프링 길이는 40cm이었고, 스프링 각(θ)은 20°이었으며, 강선의 직경은 1mm이었다.
실시예 5
제2 롤러(130)의 강선 직경이 2mm이었다는 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 나노섬유 웹을 제조하였다.
실시예 6
제2 롤러(130)의 스프링 피치(P)가 30mm이었다는 것을 제외하고는 실시예 5과 동일한 방법으로 나노섬유 웹을 제조하였다.
실시예 1 내지 6의 제조 조건을 요약하면 아래의 표 1과 같다.
[표 1]
구분 방사도프
분출수단		 고분자
종류		 용매 전압
(V)		 방사거리
(cm)		 강선직경
(mm)		 피치
(mm)		 스프링 각 (θ) 회전속도
(rpm)
실시예 1 스프링
롤러		 폴리비닐알코올 물 30,000 30 2 10 20 10
실시예 2 스프링
롤러		 폴리비닐알코올 물 30,000 30 1 10 20 10
실시예 3 스프링
롤러		 폴리비닐알코올 물 30,000 30 2 20 20 10
실시예 4 스프링
롤러		 폴리
우레탄		 디메틸포름아미드 35,000 35 1 20 20 20
실시예 5 스프링
롤러		 폴리
우레탄		 디메틸포름아미드 35,000 35 2 20 20 20
실시예 6 스프링
롤러		 폴리
우레탄		 디메틸포름아미드 35,000 35 2 30 20 20
비교실시예 1
폴리비닐알코올을 물에 용해시켜 폴리비닐알코올의 농도가 10 중량%인 방사도프를 제조하였다. 이 방사도프를 접지된 집속부로 총 20개의 노즐(40cm의 방사부 폭)을 통해 20시간 동안 분사함으로써 나노섬유 웹을 제조하였다. 이때, 220V 및 60Hz의 교류전원이 연결된 고전압 발생장치를 이용하여 다수의 노즐에 30,000V의 전압을 인가하였다. 각 노즐의 토출량은 0.5ml/분이었고, 노즐과 집속부의 사이의 거리인 방사간격은 30cm이었다.
비교실시예 2
폴리우레탄을 디메틸포름아미드에 용해시켜 폴리우레탄 농도가 10중량%인 방사도프를 제조하였다. 이 방사도프를 접지된 집속부로 20개의 노즐(40cm의 방사부 폭)을 통해 20시간 동안 분사함으로써 나노섬유 웹을 제조하였다. 이때, 다수의 노즐에는 35,000V의 전압이 인가되었다. 각 노즐의 토출량은 0.7ml/분이었고, 방사간격은 35cm이었다.
비교실시예 3
각 노즐의 토출량이 0.8ml/분이었다는 것을 제외하고는 비교실시예 2와 동일한 방법으로 나노섬유 웹을 제조하였다.
비교실시예 1 내지 3의 제조 조건을 요약하면 아래의 표 2와 같다.
[표 2]
구분 방사도프
분출수단		 고분자 종류 용매 전압
(V)		 토출량
(ml/분)		 방사간격
(cm)
비교실시예 1 노즐 폴리비닐알코올 물 30,000 0.5 30
비교실시예 2 노즐 폴리우레탄 디메틸포름아미드 35,000 0.7 35
비교실시예 3 노즐 폴리우레탄 디메틸포름아미드 35,000 0.8 35
실시예 1 내지 6 및 비교실시예 1 내지 3에 의해 제조된 나노섬유 웹들의 결점 및 그 제조 과정에서 방사공정 불량율을 다음의 방법으로 측정함으로써 표 3의 결과를 얻었다.
나노섬유 웹의 결점 측정
폭 45cm, 길이 5m의 나노섬유 웹 단위영역 내에 존재하는 결점의 수를 육안검사를 통해 파악하였다. 방사도프가 낙하한 지점 및 나노섬유가 도포되지 않은 지점이 결점으로 간주되었다.
방사공정 불량율 측정
매 10분마다 육안관찰을 실시하여 방사도프 제트의 형성이 1개 이상 없을 때를 확인하여 다음의 식 1에 의해 불량율을 계산하였다.
식 1: 불량율(%)=(제트의 형성이 없을 때의 회수/총 관찰회수 회수)×100
[표 3]
구분 결점(개) 방사공정 불량율(%)
실시예 1 0 0.83
실시예 2 0 0.83
실시예 3 0 1.66
실시예 4 0 0.83
실시예 5 0 1.66
실시예 6 0 0.83
비교실시예 1 11 5.00
비교실시예 2 12 4.16
비교실시예 3 10 5.00
위 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 6에 의해 제조된 나노섬유 웹은 결점이 없는 우수한 품질이었음에 반해, 비교실시예 1 내지 3에 의해 제조된 나노섬유 웹은 10 내지 12개의 결점이 발생하였음을 알 수 있다. 비교실시예들에 나타난 결점은 대부분 노즐에서 떨어진 방사도프이며, 노즐의 막힘 현상에 기인한 결점도 발견할 수 있었다.
또한, 실시예 1 내지 6에 의해 나노섬유 웹을 제조하는 동안 방사공정 불량율은 2% 이하로 양호하였지만 비교실시예 1 내지 3에 의해 나노섬유 웹을 제조하는 동안에는 본 발명의 실시예들보다 2배를 초과하는 불량율을 나타내었다.
한편, 실시예 1에서 사용된 제2 롤러(130)와 비교실시예 1에서 사용된 노즐부에 대하여, 방사부로부터의 분리, 잔존용액 제거, 세척, 건조, 점검 및 방사부 체결의 일련의 작업들을 작업자 1명이 수행하는데 걸리는 시간을 각각 측정함으로써 다음의 표 4의 결과를 얻었다.
[표 4]
구분 실시예 1의 제2 롤러 비교실시예 1의 노즐부
방사부로부터 분리 30초 10분
잔존 용액 제거 3분 10분
세척 10분 20분
건조 60분 60분
점검 1분 10분
방사부 체결 30초 10분
총 소요시간 75분 120분
건조 제외 소요 시간 15분 60분
위 표 4에 나타난 바와 같이, 건조를 제외한 모든 작업의 소요 시간에 있어서 실시예 1이 비교실시예 1보다 상당한 수준으로 단축되었음을 알 수 있다. 전기방사의 폭이 증가될 경우 이와 같은 차이는 더욱 커지게 될 것이라는 것은 자명하다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 나노섬유 웹 제조장치의 개략적 구조를 나타내고,
도 2 및 도 3 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사부의 정면 단면(front cross section) 및 측면 단면(side cross sectoin)을 개략적으로 나타내고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 롤러를 개략적으로 나타내고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사부의 단면을 개략적으로 나타내며,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방사부의 단면을 개략적으로 나타낸다.
<도면의 부호에 대한 간략한 설명>
100 : 방사부 110 : 방사욕조
120 : 제1 롤러 130 : 제2 롤러
141 : 보조 롤러 142 : 보조 나이프
200 : 집속부 300 : 전압공급부
400 : 방사도프 공급부 410 : 방사도프 탱크
420 : 펌프

Claims (14)

  1. 방사 도프(spinning dope)가 저장되는 방사 욕조(spinning bath);
    집속부(collector);
    상기 방사 욕조의 상기 방사 도프에 적어도 일 부분이 침지된 상태로 회전하는 제1 롤러;
    상기 제1 롤러로부터 상기 방사 도프를 전달받아 상기 집속부로 분출하기 위하여 회전하는 제2 롤러;
    상기 제1 롤러로부터 상기 제2 롤러로 전달된 상기 방사 도프의 적어도 일부를 제거하기 위한 보조 나이프; 및
    상기 제2 롤러에 전압을 인가하는 전압공급부(Voltage Supplier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 롤러는 스프링 형태인 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스프링 형태의 제2 롤러는 스테인레스 스틸로 만들어진 강선(steel wire)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 제조장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 강선은 0.1 내지 20 mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 제조장치
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 스프링 형태의 제2 롤러는 1 내지 50 mm의 피치(pitch)를 갖는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 제조장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 스프링 형태의 제2 롤러는 10 내지 50도의 스프링 각을 갖는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 제조장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사욕조에 상기 방사도프를 연속적으로 공급하는 방사도프 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 제조장치.
  10. 방사 도프가 저장되는 방사 욕조;
    집속부;
    상기 방사 욕조의 상기 방사 도프에 적어도 일 부분이 침지된 상태로 회전하는 스프링 형태의 롤러;
    상기 스프링 형태의 롤러의 표면에 묻은 방사 도프의 적어도 일부를 제거하기 위한 보조 나이프; 및
    상기 스프링 형태의 롤러에 전압을 인가하는 전압공급부(Voltage Supplier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹 제조장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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