KR101721991B1 - 횡방향으로 평량이 상이한 나노섬유를 포함하는 마스크팩의 제조방법 - Google Patents

횡방향으로 평량이 상이한 나노섬유를 포함하는 마스크팩의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마스크팩의 제조방법에 관한 것으로 횡방향으로 평량이 상이한 나노섬유층을 갖는 마스크팩을 제조하여 탈리(脫離)를 방지할 수 있고, 경제적이고 저렴한 마스크팩을 생산할 수 있는 장점이 있는 발명이다.
뿐만 아니라 나노섬유층으로 인하여 피부 밀착성이 크게 개선되며, 보습성분 및 각종 영양성분의 함침효율이 높고, 피부를 통한 영양성분의 확산효과도 탁월한 마스크팩의 경제적인 생산이 가능하다.

Description

횡방향으로 평량이 상이한 나노섬유를 포함하는 마스크팩의 제조방법{The method of making nanofiber-maskpack with CD-direction different basis weights}
본 발명은 마스크팩의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기재와 나노섬유층으로 구성된 마스크팩에 있어서, 상기 나노섬유층은 횡방향으로 평량이 상이한 것을 특징으로 한 마스크팩을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 마스크팩을 제조하기 위하여 나노섬유층이 많이 사용된다. 상기한 나노섬유층은 피부 밀착성이 크게 개선시킬 수 있고, 보습성분 및 각종 영양성분의 함침효율이 높고, 피부를 통한 영양성분의 확산효과도 탁월한 장점이 있다.
상기한 나노섬유층은 통상적으로 전기방사를 통해 형성된다. 종래의 일반적인 전기방사는 전기방사를 위한 유닛내에 일정한 개수의 노즐을 특정한 방향으로 배치하여 기재의 전면에 일정한 속도와 시간으로 방사한다.
통상적인 전기방사장치는 전기방사를 위한 유닛과 유닛내부에 설치되는 노즐 및 노즐블럭 등의 구성으로 인해 특정한 고분자 용액을 적절한 조건에서 전기방사하여 기재상에 나노섬유층을 적층형성시킨다 .
이 때, 전기방사하여 기재상에 적층 형성되는 나노섬유층은 오염물질의 농도 및 이물질의 발생정도에 따라 단위 면적당 고분자 용액의 농도 즉, 평량이 상이하도록 제조한다면 이물질을 여과하는 데 있어서 보다 효과적이다. 그러나 종래의 나노섬유필터는 나노섬유층을 형성함에 있어서 고분자 용액을 균일하게 전기방사하였기 때문에 고분자 용액을 과다 사용할 수 밖에 없었고 이에 따른 생산단가의 상승이 불가피하였다. 뿐만 아니라 과다용매 사용에 따른 환경오염문제의 발생이 불가피한 문제가 있었다.
그러나 아직까지 마스크팩을 제조함에 있어서 평량이 상이한 고분자 나노섬유층을 이용한 마스크팩을 제조하는 방법에 대한 연구는 진행된 바 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 나노섬유층이 적층된 마스크팩을 제조함에 있어서, 횡방향(너비방향, CD방향)으로 평량(basis weight) 즉, 단위 면적당 고분자 밀도가 상이한 나노섬유층이 적층된 마스크팩을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은
마스크팩의 제조방법에 있어서,
상기 마스크팩은 기재와 복수의 나노섬유층을 포함하고,
상기 나노섬유층은 고분자 용액을 횡방향으로 평량이 상이하게 전기방사하여 형성되는 것을 특징으로 한 마스크팩의 제조방법을 과제 해결을 위한 수단으로 제공한다.
이때, 상기 기재와 나노섬유층 및 나노섬유층간 결합은 저융점 폴리에스테르, 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드, 저융점 폴리우레탄으로부터 1종 이상으로 선택되는 저융점 고분자 용액을 전기방사하여 형성되는 접착층을 통해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 저융점 고분자 용액의 전기방사는 기재와 나노섬유층의 일부분 또는 전면에 방사되는 것을 특징으로 하고,
상기 나노섬유층을 형성하기 위한 고분자는 친수성 고분자, 소수성 고분자, 내열성 고분자로부터 어느 하나로 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 친수성 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알콜, 폴리아미드, 친수성 폴리우레탄으로부터 어느 하나로 선택되며,
상기 소수성 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 저융점 폴리에스테르, 소수성 폴리우레탄으로부터 어느 하나로 선택되며,
상기 내열성 고분자는 폴리아믹산, 메타아라미드, 폴리에테르설폰으로부터 어느 하나로 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 탈리(脫離)를 방지할 수 있고, 경제적이고 저렴한 마스크팩을 생산할 수 있는 장점이 있다.
뿐만 아니라 나노섬유층으로 인하여 피부 밀착성이 크게 개선되며, 보습성분 및 각종 영양성분의 함침효율이 높고, 피부를 통한 영양성분의 확산효과도 탁월한 마스크팩을 생산할 수 있는 효과가 기대된다.
도 1은 본 발명에 의한 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 측면도,
도 2는 본 발명의 방사용액 유닛내에 설치되는 노즐의 타 구성요소와의 연결관계를 개략적으로 나타내는 평면도,
도 3은 본 발명의 저융점 고분자 유닛내에 설치되는 노즐블럭의 배치도,
도 4는 도 3과 같은 노즐블럭의 배치에 따른 전기방사 작업과정을 나타내는 평면도,
도 5는 본 발명의 방사용액 유닛내의 노즐이 CD방향으로 ON-OFF되는 상태를 나타내는 평면도,
도 6은 도 5와 같은 방사용액 유닛내의 노즐의 작동에 따른 CD방향으로 고분자의 평량이 상이하게 전기방사되는 작업과정을 나타내는 평면도.
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 측면도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전기방사장치(1)는 상향식 전기방사장치(1)로 이루어지되, 적어도 하나 이상의 저융점 고분자 유닛(10a)과 방사용액 유닛(10b)이 일정간격 이격되어 순차적으로 구비되고, 상기 저융점 고분자 유닛(10a)과 방사용액 유닛(10b)은 저융점 고분자 또는 고분자 방사용액을 개별적으로 전기방사하여 나노필터를 제조한다.
상기 저융점 고분자 유닛과 방사용액 유닛은 그 내부에 저융점 고분자 또는 고분자 방사용액이 내부에 충진되는 주탱크(8)와 상기 주탱크(8) 내에 충진된 저융점 고분자 또는 고분자 방사용액을 정량으로 공급하기 위한 계량펌프(미도시)와 상기 주탱크(8) 내에 충진된 저융점 고분자 또는 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(12)이 다수개 배열설치되는 노즐블록(11)과 상기 노즐(12)에서 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(12)에서 일정간격 이격되는 컬렉터(13) 및 상기 컬렉터(13)에 전압을 발생시키는 전압 발생장치(14a, 14b)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 본 발명에 의한 전기방사장치(1)는 주탱크(8) 내에 충진되는 저융점 고분자 또는 고분자 방사용액이 계량펌프를 통하여 노즐블록(11)에 형성되는 다수의 노즐(12) 내에 연속적으로 정량 공급되고, 공급되는 저융점 고분자 또는 고분자 방사용액은 노즐(12)을 통해 높은 전압이 걸려 있는 컬렉터(13) 상에 방사 및 집속되어 컬렉터(13) 상에서 이동되는 장척시트(15) 상에 나노섬유 부직포를 형성하며, 형성되는 나노섬유 부직포는 필터 또는 부직포로 제조된다.
본 발명의 저융점 고분자 용액은 기재와 나노섬유층 및 나노섬유층들의 결합을 위한 접착층을 형성하기 위하여 주탱크내에 저융점 폴리에스테르, 저융점 폴리우레탄, 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드로부터 1종 이상으로 선택된 저융점 고분자 용액이 저장되어 있다.
본 발명의 방사용액 유닛내부에는 친수성 고분자, 소수성 고분자 또는 내열성 고분자 용액이 주탱크에 저장되어 있다.
상기 친수성 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알콜, 폴리아미드, 친수성 폴리우레탄으로부터 어느 하나로 선택된다.
상기 소수성 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 저융점 폴리에스테르, 소수성 폴리우레탄으로부터 어느 하나로 선택된다.
상기 내열성 고분자는 폴리아믹산, 메타아라미드, 폴리에테르설폰으로부터 어느 하나로 선택되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 방사용액 유닛내에 설치되는 노즐의 타 구성요소와의 연결관계를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도시된 바와 같이 노즐(12)이 노즐관체(40)을 따라 일렬로 배치되어 있고, 상기 노즐(12)로부터 방사용액을 기재의 전면에 걸쳐 전기방사할 수 있다.
도 3은 본 발명의 저융점 고분자 유닛내에 설치되는 노즐블럭의 배치도이다. 저융점 고분자 유닛에 배치된 노즐은 기재의 전면부에 도포될 수도 있으나, 필요에 따라 기재의 특정부분에 도포되는 것이 바람직하다. 도 3에서는 노즐을 9개씩 5개의 그룹으로 나누어서 상부에 2개 중앙에 1개 그리고 하부에 2개로 배치되어 있다. 그러나 상기 노즐과 노즐블럭의 배치는 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 당업자라면 노즐의 개수와 방사되는 저융점 고분자의 양 등을 고려하여 적절히 설계, 변경하여 배치할 수 있음은 물론이다.
도 4는 도 3과 같은 노즐블럭의 배치에 따른 전기방사 작업과정을 나타내는 평면도인데, 직육면체형상으로 형성되되, 그 상부면에 다수개의 노즐이 선형으로 구비되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)가 노즐블록에 기재의 길이 및 폭방향으로 다수개 배열설치되고, 상기 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)는 방사용액 주탱크(8)에 연결되어 상기 방사용액 주탱크(8) 내에 충진된 고분자 방사용액이 공급된다.
여기서, 상기 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)는 방사용액 주탱크(8)에 공급배관(240)으로 연결되되, 상기 공급배관(240)은 다수개의 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)와 방사용액 주탱크(8)를 연결하기 위하여 다수개로 분기형성된다.
이때, 상기 방사용액 주탱크(8)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 연설되는 공급배관(240)에는 공급량 조절수단(도번 미도시)이 구비되되, 상기 공급량 조절수단은 밸브(212, 213, 214, 233)로 이루어진다.
이렇게 상기 방사용액 주탱크(8)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 연설되는 공급배관(240)에 밸브(212, 213, 214, 233)가 각각 구비되고, 상기 각 밸브(212, 213, 214, 233)에 의하여 방사용액 주탱크(8)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어되는 on-off 시스템에 의해 제어된다.
즉, 상기 공급배관(240)을 통하여 방사용액 주탱크(8)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액의 공급 시 상기 방사용액 주탱크(8)와 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 연설하는 공급배관에 구비되는 밸브(212, 213, 214, 233)의 개, 폐에 의해 노즐블록(111)에 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 특정위치의 노즐관체(112b, 112d, 112f, 112g, 112h, 112i)에만 선택적으로 고분자 방사용액을 공급하는 등 상기 밸브(212, 213, 214, 233)의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크(8)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어된다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 방사용액 주탱크(8)와 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 연설하되, 분기형성되는 공급배관(240)에 밸브(212, 213, 214, 233)가 각각 구비되어 방사용액 주탱크(8)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액의 공급 시 다수개의 밸브(212, 213, 214, 233) 중 특정 밸브(212, 213, 214, 233)를 개방하여 노즐블록(111)에 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 특정위치의 노즐관체(112b, 112d, 112f, 112g, 112h, 112i)에만 고분자 방사용액을 공급하거나, 특정 밸브(212, 213, 214, 233)를 폐쇄하여 노즐블록(111)에 배열설치되는 노즐관체 중 특정위치의 노즐관체(112a, 112c, 112e)에만 고분자 방사용액의 공급을 차단하는 등 상기 밸브(212, 213, 214, 233)의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크(8)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어된다.
즉, 상기 공급배관(240)과 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a)은 연설되되, 상기 공급배관(240)은 노즐(111a)의 갯수와 대응되게 분기형성된다.
상기 방사량 조절수단은 밸브(212, 213, 214, 233)로 이루어진다.
이렇게, 상기 방사량 조절수단으로 밸브(212, 213, 214, 233)가 구비됨으로써 상기 밸브(212, 213, 214, 233)의 개, 폐에 의하여 공급배관(240)에서 각 노즐(111a)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 개별적으로 제어되고, 상기 밸브(212, 213, 214, 233)는 제어부(미도시)에 제어가능하게 연결되되, 상기 밸브(212, 213, 214, 233)의 개, 폐가 제어부에 의해 자동으로 제어되는 것이 바람직하나, 현장상황 및 작업자의 요구에 따라 상기 밸브(212, 213, 214, 233)의 개, 폐가 수동으로 제어되도록 이루어지는 것도 가능하다.
본 발명에서는 상기 방사량 조절수단이 밸브(212, 213, 214, 233)로 이루어져 있으나, 공급배관(240)에서 노즐(111a)로 공급된 후 방사되는 고분자 방사용액의 방사량의 조절 및 제어가 용이하다면 상기 방사량 조절수단은 기타 다양한 구조 및 수단으로 이루어지는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
본 발명에서는 상기 공급배관(240)에 밸브(212, 213, 214, 233)가 구비되어 상기 방사용액 주탱크(8)에서 노즐블록(111)의 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량을 조절 및 제어함과 동시에 상기 공급배관(240)에 밸브(212, 213, 214, 233)가 구비되어 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에서 공급되어 각 노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절 및 제어함으로써 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 각 노즐(111a)에서 전기방사되는 고분자 방사용액에 의해 기재(115)의 폭방향에 평량이 상이한 나노섬유 웹을 적층형성하도록 이루어져 있다.
본 발명의 나노섬유층은 폭방향 즉 CD방향으로 평량이 상이하게 전기방사되어 적층되는 것을 특징으로 한다. CD방향은 Cross Direction로서 MD방향(Machine Direction)의 직각 방향을 의미하는데, CD방향은 폭방향/횡방향을 지칭하기도 한다.
평량(Basis Weight or Grammage)은 단위 면적당 질량, 즉 바람직한 단위로서 제곱미터당 그램(g/㎡)으로 정의된다.
도 5는 본 발명의 방사용액 유닛내의 노즐이 CD방향으로 ON-OFF되는 상태를 나타내는 평면도이고 도 6은 도 5와 같은 방사용액 유닛내의 노즐의 작동에 따른 CD방향으로 고분자의 평량이 상이하게 전기방사되는 작업과정을 나타내는 평면도인데, 전술한 바와 같이 방사용액 유닛내의 노즐의 작동을 전기적으로 ON-OFF 조절하여 CD방향으로 평량이 상이한 나노섬유층을 형성할 수 있다.
실시예
중량평균 분자량이 157,000인 폴리우레탄을 디메틸포름아마이드(DMF)에 용해시켜 폴리우레탄 용액을 제조하여 상기 폴리우레탄 용액을 방사용액 주탱크 각각에 투입하고 CD방향으로 노즐블럭이 2부분으로 분리되고 각각 독립된 주탱크에 연결되게 설계된 on-off시스템을 포함한 노즐블록에 인가전압을 20kV로 부여하고, 평량 3g/㎡인 기재 상에 전기방사하였다. 전기방사된 컬렉터 상에 CD방향 중 일방향으로 1m는 폴리우레탄 나노섬유의 평량이 0.2g/㎡이고 나머지 일방향으로 1m는 나노섬유의 평량이 0.5g/㎡인 CD 폭이 2m인 폴리우레탄 나노섬유가 형성되어 폴리우레탄 나노섬유층을 기재에 적층하여 마스크팩을 제조하였다. 이때, 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 온도 22℃의 조건으로 상향식 전기방사를 실시하였다.
1 : 전기방사장치, 3 : 공급롤러,
5 : 권취롤러, 7 : 주 제어장치,
8 : 주탱크,
10a: 저융점 고분자 유닛 10b : 방사용액 유닛
11 : 노즐블록, 12 : 노즐,
13 : 컬렉터, 14, 14a, 14b : 전압 발생장치,
15, 15a, 15b : 장척시트, 16 : 보조 이송장치,
16a : 보조벨트, 16b : 보조벨트 롤러,
18 : 케이스, 19 : 절연부재,
30 : 장척시트 이송속도 조절장치, 31 : 완충구간,
33, 33' : 지지롤러, 35 : 조절롤러,
40 : 관체, 41, 42 : 열선,
43 : 파이프, 60 : 온도조절 제어장치,
70 : 두께 측정장치, 80 : 통기도 계측장치,
90 : 라미네이팅 장치, 111 : 노즐블록,
111a : 노즐, 112 : 노즐관체,
112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i : 노즐관체,
115 : 기재, 115a, 115b, 115c : 나노섬유 웹,
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 : 방사용액 회수 경로, 251 : 제1 이송배관,
300 : VOC 재활용 장치, 310 : 응축장치,
311, 321, 331, 332 : 배관, 320 : 증류장치,
330 : 용매 저장장치, 404 : 공기 공급용 노즐,

Claims (5)

  1. 기재와 복수의 나노섬유층을 포함하는, 마스크팩의 제조방법에 있어서,
    상기 나노섬유층은 고분자 용액을 횡방향으로 평량이 상이하게 전기방사하여 형성되고,
    상기 기재와 나노섬유층 및 나노섬유층들의 결합은 저융점 폴리에스테르, 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드, 저융점 폴리우레탄으로부터 1종 이상으로 선택되는 저융점 고분자 용액을 전기방사하여 형성되는 접착층을 통해 이루어지는 것을 특징으로 한 마스크팩의 제조방법
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저융점 고분자 용액의 전기방사는 기재와 나노섬유층의 일부분 또는 전면에 방사되는 것을 특징으로 한 마스크팩의 제조방법
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 나노섬유층을 형성하기 위한 고분자는 친수성 고분자, 소수성 고분자, 내열성 고분자로부터 선택되는 것을 특징으로 한 마스크팩의 제조방법
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 친수성 고분자는 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알콜, 폴리아미드, 친수성 폴리우레탄으로부터 어느 하나로 선택되며,
    상기 소수성 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 저융점 폴리에스테르, 소수성 폴리우레탄으로부터 어느 하나로 선택되며,
    상기 내열성 고분자는 폴리아믹산, 메타아라미드, 폴리에테르설폰으로부터 어느 하나로 선택되는 것을 특징으로 한 마스크팩의 제조방법
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