KR101841028B1 - 마스크 제조용 전기방사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기방사장치의 유닛 내에 공급되는 기재의 길이방향으로 핀 형태의 노즐이 다수개 구비되는 노즐관체를 배열설치하고, 각 노즐관체로 공급되는 고분자 방사용액 공급량을 제어함과 동시에 각 노즐을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절함으로써 기재의 동일 평면 상의 길이방향으로 평량이 상이한 나노섬유를 적층형성시킬 수 있으며, 각 노즐관체 및 각 노즐을 개별 또는 동시에 제어함으로써 기재의 동일 평면 상에 각기 다른 평량을 갖는 나노섬유를 적층형성시킴과 동시에 기재의 길이방향으로 나노섬유에 다양한 평량을 갖는 나노 섬유를 적층형성시키는 등 기재의 동일 평면 상의 길이방향으로 평량이 가변적으로 적층형성되는 나노섬유를 포함하는 마스크 제조용 전기방사장치를 제공하기 위한 것이다.

Description

마스크 제조용 전기방사장치 {Electrospinning devices for manufacturing mask}
본 발명은 전기방사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기방사장치의 유닛 내에 구비되는 기재 상의 길이방향으로 핀 형태의 노즐이 다수개 구비되는 노즐관체를 배열설치하고, 각 노즐관체 및 노즐을 제어하여 기재의 길이방향으로 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절함으로써 기재 상에 적층형성되는 나노섬유의 평량을 조절하는 마스크 제조용 전기방사장치에 관한 것이다.
안면 마스크는 보건위생 상 병균, 먼지 등의 흡입 및 비산을 막기 위하여 코와 입을 가리는 물건이다. 안면 마스크는 1919년 스페인 감기 즉, 인플루엔자가 유행했을 때부터 사용되고 있다. 현재 안면 마스크는 면, 부직포, 종이 등을 소재로 하여 제조되고 있다.
종래의 안면 마스크는 비강이나 구강을 통해 찬공기를 직접 들이마시는 것을 막아 주기 때문에 감기에 걸리는 것을 어느 정도 예방해줄 수 있으나, 보통 0.1㎛ 내지 1.0㎛의 크기를 갖는 세균이나 미세 먼지에 비해 훨씬 큰 기공을 갖는 종래의 안면 마스크로는 세균이나 미세 먼지와 같은 미세 이물질을 차단하기에 한계가 있다.
한편, 나노섬유(Nano Fiber)란, 지름이 수십에서 수백 나노미터에 불과한 초극세사(超極細絲 : Micro Fiber)를 지칭하는 것으로서, 전기장에 의해 생산된다. 즉, 나노섬유는 원료인 고분자 물질에 고전압의 전기장을 걸어서 원료인 고분자 물질 내부에 전기적인 반발력을 발생시키고, 이로 인해 분자들이 뭉쳐 나노 크기의 실 형태로 갈라짐으로써 나노섬유가 제조 및 생산된다.
이때, 전기장이 강할수록 원료인 고분자 물질이 가늘게 찢어지기 때문에 10 내지 1000㎚의 가늘기를 갖는 나노섬유를 얻을 수 있다.
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 나노 멤브레인을 적층형성하여 나노섬유를 제조한다. 즉, 종래의 전기방사장치는 상향식 또는 하향식 전기방사장치로 이루어져 전기방사장치 내로 공급되는 기재의 하부면 또는 상부면에만 방사용액을 전기방사하여 나노 멤브레인을 적층형성하여 나노 멤브레인을 제조한다.
상술한 바와 같이, 상기 전기방사장치가 상향식 전기방사장치 또는 하향식 전기방사장치로 이루어짐으로써 외부에서 공급되어 일정방향으로 이송되는 기재의 하부면 또는 상부면에 방사용액이 전기방사되어 나노 멤브레인을 제조할 수 있다.
이러한 상향식 또는 하향식 전기방사장치 중 하향식 전기방사장치는 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이, 고분자 방사용액이 충진되는 방사용액 주탱크(120)와 상기 방사용액 주탱크(120) 내에 충진된 고분자 방사용액을 정량으로 공급하기 위한 계량 펌프(미도시)와 상기 방사용액 주탱크 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(111a)이 다수개로 배열설치되는 노즐블록(111)과 상기 노즐(111a)에서 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(111a)에서 일정간격 이격되게 설치되는 컬렉터(113) 및 상기 컬렉터(113)에 고전압을 발생시키는 전압 발생장치(114)를 포함하는 적어도 하나 이상의 유닛(110, 110')으로 구성된다.
이러한 전기방사장치(100)를 통한 나노 멤브레인의 제조방법은 방사용액 주탱크(120) 내에 충진되는 고분자 방사용액이 계량 펌프를 통해 높은 전압이 부여되는 노즐블록(111)으로 연속적으로 정량 공급되고, 상기 노즐블록(111)으로 공급되는 고분자 방사용액은 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(113) 상에 노즐(111a)을 통하여 전기방사장치(100) 내에서 이송되는 기재(115) 상에 방사 및 집속되어 나노 멤브레인이 적층형성된다.
이때, 상기 전기방사장치(100)는 이송롤러(116b) 사이에서 회전되는 이송벨트(116a)에 의해 기재(115)가 이송된다.
상술한 바와 같은 전기방사장치를 통하여 고분자 방사용액을 전기방사하여 제조된 나노 멤브레인을 산업현장에서 사용되는 필터 소재로 적용할 경우, 필터 소재로 사용되는 전체 나노 멤브레인의 평량이 일정 및 균일해야만 표준규격을 만족하여 제품의 생산 및 판매가 가능하였는데, 실제 화력발전소의 가스터빈등에 사용되는 필터의 경우, 공기가 유입되는 방향, 공기의 유입부분 위치, 공기의 배기부분 방향 및 배기부분의 위치에 따라 필터 소재를 구성하는 나노 멤브레인의 평량이 일정할 필요가 없는 경우도 있으며, 오히려 공기여과가 활발한 필터 부분은 공기여과 효율을 높이기 위해 나노 멤브레인의 평량을 작게 조절하여야 하는 반면, 공기여과가 활발하지 않은 필터 부분은 공기유량이 많지 않으므로 나노 멤브레인의 평량을 크게 조절하여 공기여과 측면보다 내구성을 높이는 설계의 요구가 필요한 실정이다.
이렇게, 나노 멤브레인의 평량은 공기유입부와 배출구의 위치에 따라 동일 나노 멤브레인 상에서도 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인 소재가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전기방사장치의 유닛 내에 공급되는 기재의 길이방향으로 핀 형태의 노즐이 다수개 구비되는 노즐관체를 배열설치하고, 각 노즐관체로 공급되는 고분자 방사용액 공급량을 제어함과 동시에 각 노즐을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절함으로써 기재의 동일 평면 상의 길이방향으로 평량이 상이한 나노섬유를 적층형성시킬 수 있는 마스크 제조용 전기방사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 각 노즐관체 및 각 노즐을 개별 또는 동시에 제어함으로써 기재의 동일 평면 상에 각기 다른 평량을 갖는 나노섬유를 적층형성시킴과 동시에 기재의 길이방향으로 나노섬유에 다양한 평량을 갖는 나노섬유를 적층형성시키는 등 기재의 동일 평면 상의 길이방향으로 평량이 가변적으로 적층형성되는 마스크 제조용 전기방사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 상향식 전기방사장치 및 하향식 전기방사장치 모두에 적용가능하고, 기재의 동일 평면 상에 길이방향으로 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절함으로써 기재의 특정영역 및 특정부분별로 각기 다른 평량을 갖는 나노섬유를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 각기 다른 평량을 갖는 나노섬유를 형성할 수 있으며, 이로 인해 현장에서 요구되는 다양한 평량의 나노섬유를 포함하는 마스크를 제조할 수 있고, 대량 생산이 가능한 마스크 제조용 전기방사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 마스크를 제조하기 위한 전기방사장치에 있어서, 유닛 내에 설치되되, 핀 형태의 노즐이 다수개 구비되는 노즐관체가 기재의 길이방향에 다수개로 배열설치되는 노즐블록; 고분자 방사용액이 충진되되, 노즐블록의 노즐관체에 연결되어 고분자 방사용액을 공급하는 방사용액 주탱크; 각 노즐관체의 노즐에서 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐에서 일정간격 이격되는 컬렉터; 컬렉터에 전압을 발생시키는 전압 발생장치; 및 기재를 이송시키기 위한 보조 이송장치; 를 포함하여 구성되고, 각 노즐관체는 방사용액 주탱크에 용액공급관으로 연결되되, 용액공급관에 공급량 조절수단이 구비되어 방사용액 주탱크에서 노즐관체로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량이 조절 및 제어되고, 각 노즐은 노즐관체의 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되되, 노즐공급관에 방사량 조절수단이 구비되어 노즐관체에서 노즐로 공급된 후 방사되는 고분자 방사용액의 방사량이 조절 및 제어되어 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사 시 기재의 길이방향 동일 평면상에 평량이 상이한 나노섬유를 적층형성시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 용액공급관에 구비되는 공급량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 공급밸브로 이루어지되, 공급밸브의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크에 용액공급관으로 연결되는 각 노즐관체 중 특정 노즐관체에만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하도록 이루어진다.
그리고, 노즐공급관에 구비되는 방사량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 노즐밸브로 이루어지되, 노즐밸브의 개, 폐에 의해 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되는 각 노즐 중 특정 노즐에서만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하여 전기방사하도록 이루어진다.
또한, 용액공급관의 공급량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 공급밸브로 이루어지되, 공급밸브의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크에 용액공급관으로 연결되는 각 노즐관체 중 특정 노즐관체에만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하고, 노즐공급관의 방사량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 노즐밸브로 이루어지되, 노즐밸브의 개, 폐에 의해 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되는 각 노즐 중 특정 노즐에서만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하여 전기방사하도록 이루어지며, 공급밸브 및 노즐밸브의 개, 폐를 개별 또는 동시에 제어하도록 이루어진다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 노즐블록의 길이방향으로 다수개의 노즐관체를 배열설치하되, 각 노즐관체로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량 및 각 노즐에서 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절하여 기재의 동일 평면상에 다양한 평량을 갖는 나노섬유를 포함하는 마스크를 제조할 수 있으며, 마스크의 제조 시 필터의 부위별 부하율을 각기 다르게 형성할 수 있으며, 이로 인해 현장에서 요구되는 다양한 평량 및 두께의 나노섬유를 포함하는 마스크의 제조가 가능하고, 대량 생산이 가능하다는 등의 효과를 거둘 수 있다.
또한, 본 발명은, 기재의 길이방향으로 평량이 상이한 나노섬유를 포함하는 마스크를 제조할 수 있어, 미세한 기공을 갖는 나노섬유층이 세균 및 미세 먼지 등의 미세 이물질을 잡아줌으로써 미세 이물질에 대한 뛰어난 차단 능력을 갖는 효과를 거둘 수 있다.
도 1은 마스크 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 측면도,
도 2는 본 발명에 의한 마스크 전기방사장치의 노즐블록에 배열설치되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 평면도,
도 3은 본 발명에 의한 마스크 전기방사장치의 노즐블록에 배열설치되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명에 의한 마스크 전기방사장치의 노즐블록에 배열되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 측면도,
도 5 내지 도 6은 본 발명에 의한 마스크 전기방사장치의 각 노즐관체의 노즐을 통하여 고분자 방사용액이 기재의 동일 평면 상에 전기방사되는 동작과정(도 5에서 파선으로 표시된 노즐이 폐쇄된 노즐을 나타내고, 도 6에서 파선으로 표시된 노즐은 기재 하부에 위치하는 것을 나타냄)을 개략적으로 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 2는 본 발명에 의한 마스크 전기방사장치의 노즐블록에 배열설치되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 마스크 전기방사장치의 노즐블록에 배열설치되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 4는 본 발명에 의한 마스크 전기방사장치의 노즐블록에 배열되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 측면도이고, 도 5 내지 도 6은 본 발명에 의한 마스크 전기방사장치의 각 노즐관체의 노즐을 통하여 고분자 방사용액이 기재의 동일 평면 상에 전기방사되는 동작과정을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 전기방사장치(100)는 상향식 전기방사장치로 이루어지되, 적어도 하나 이상의 유닛(110, 110')으로 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 전기방사장치(100)가 상향식 전기방사장치로 이루어져 있으나, 하향식 전기방사장치로 이루어지는 것도 가능하다.
여기서, 상기 유닛(110, 110')은 고분자 방사용액이 충진되는 방사용액 주탱크(120)와 상기 방사용액 주탱크(120) 내에 충진된 고분자 방사용액을 정량으로 공급하기 위한 계량 펌프(미도시)와 상기 방사용액 주탱크(120) 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(111a)이 다수개로 구비되는 노즐관체(112)가 기재(115)의 길이방향으로 다수개 배열설치되는 노즐블록(111)과 상기 노즐(111a)에서 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(111a)에서 일정간격 이격격되게 설치되는 컬렉터(113) 및 상기 컬렉터(113)에 고전압을 발생시키는 전압 발생장치(114)를 포함하여 구성된다.
상기한 바와 같은, 마스크 전기방사장치(1)는 방사용액 주탱크(120) 내에 충진되는 고분자 방사용액이 계량 펌프를 통해 높은 전압이 부여되는 노즐블록(111)으로 연속적으로 정량 공급되고, 노즐블록(111)으로 공급되는 고분자 방사용액은 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(113) 상에 노즐(111a)을 통하여 전기방사장치 내에서 이송되는 기재(115) 상에 방사 및 집속되어 나노섬유가 적층형성된다.
이때, 상기 마스크 전기방사장치(1)에 구비되는 적어도 하나 이상의 유닛(110, 110')은 일정간격 이격되어 순차적으로 구비되되, 각 유닛(110, 110')을 통하여 고분자 방사용액이 전기방사되어 마스크를 제조한다.
한편, 상기 전기방사장치(100)의 노즐블록(111)은 그 길이방향으로 다수개의 노즐관체(112)가 배열설치되고, 상기 노즐관체(112)에 고분자 방사용액을 공급하는 방사용액 주탱크(120)가 적어도 하나 이상 연결구비된다.
즉, 직육면체형상으로 형성되되, 그 상부면에 다수개의 노즐(111a)이 선형으로 구비되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)가 노즐블록(111)에 기재(115)의 길이방향으로 다수개 배열설치되고, 상기 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)는 방사용액 주탱크(120)에 연결되어 상기 방사용액 주탱크(120) 내에 충진된 고분자 방사용액이 공급된다.
여기서, 상기 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)는 방사용액 주탱크(120)에 용액공급관(121)으로 연결되되, 상기 용액공급관(121)은 다수개의 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)와 방사용액 주탱크(120)를 연결하기 위하여 다수개로 분기형성된다.
이때, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 연설되는 용액공급관(121)에는 공급량 조절수단(도번 미도시)이 구비되되, 상기 공급량 조절수단은 공급밸브(122)로 이루어진다.
이렇게 상기 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 연설되는 용액공급관(121)에 공급밸브(122)가 각각 구비되고, 상기 각 공급밸브(122)에 의하여 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어된다.
즉, 상기 용액공급관(121)을 통하여 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액의 공급 시 상기 방사용액 주탱크(120)와 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 연설하는 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122)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 공급밸브(122)의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어된다.
이를 위하여 상기 공급밸브(122)는 제어부(미도시)에 제어가능하게 연결되되, 상기 공급밸브(122)의 개, 폐가 제어부에 의해 자동으로 제어되는 것이 바람직하나, 현장상황 및 작업자의 요구에 따라 상기 공급밸브(122)의 개, 폐가 수동으로 제어되도록 이루어지는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 공급량 조절수단이 공급밸브(122)로 이루어져 있으나, 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량의 조절 및 제어가 용이하다면 상기 공급량 조절수단은 기타 다양한 구조 및 수단으로 이루어지는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 방사용액 주탱크(120)와 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 연설하되, 분기형성되는 용액공급관(121)에 공급밸브(122)가 각각 구비되어 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액의 공급 시 다수개의 공급밸브(122) 중 특정 공급밸브(122)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 공급밸브(122)를 폐쇄하여 노즐블록(111)에 배열설치되는 노즐관체 중 특정위치의 노즐관체(112a, 112c, 112e)에만 고분자 방사용액의 공급을 차단하는 등 상기 공급밸브(122)의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어된다.
한편, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 용액공급관(121)을 통하여 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액은 상기 용액공급관(121)에 연설되는 노즐공급관(125)을 통하여 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a)로 공급된다.
즉, 상기 용액공급관(121)과 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a)은 노즐공급관(125)으로 연설되되, 상기 노즐공급관(125)은 노즐(111a)의 갯수와 대응되게 분기형성된다.
여기서도, 상기 노즐공급관(125)에는 방사량 조절수단(도번 미도시)이 구비되되, 상기 방사량 조절수단은 노즐밸브(126)로 이루어진다.
이렇게, 상기 방사량 조절수단으로 노즐밸브(126)가 구비됨으로써 상기 노즐밸브(126)의 개, 폐에 의하여 노즐공급관(125)에서 각 노즐(111a)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 개별적으로 제어되고, 상기 노즐밸브(126)는 제어부(미도시)에 제어가능하게 연결되되, 상기 노즐밸브(126)의 개, 폐가 제어부에 의해 자동으로 제어되는 것이 바람직하나, 현장상황 및 작업자의 요구에 따라 상기 노즐밸브(126)의 개, 폐가 수동으로 제어되도록 이루어지는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 방사량 조절수단이 노즐밸브(126)로 이루어져 있으나, 노즐관체(112)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.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 용액공급관(121)과 각 노즐(111a)이 연결설치되되, 분기형성되는 노즐공급관(125)에 노즐밸브(126)가 각각 구비되어 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 통하여 각 노즐(111a)로 고분자 방사용액의 공급 시 다수개의 노즐밸브(126) 중 특정 노즐밸브(126)를 개방하여 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a) 중 특정위치의 노즐(111a)에서만 선택적으로 고분자 방사용액이 전기방사되거나, 특정 노즐밸브(126)를 폐쇄하여 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a) 중 특정위치의 노즐(111a)에서 고분자 방사용액의 전기방사를 선택적으로 차단하는 등 상기 노즐밸브(126)에 의해 방사용액 주탱크(120)에서 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 통하여 각 노즐(111a)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 개별적으로 조절 및 제어된다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 용액공급관(121)에 공급밸브(122)가 구비되어 상기 방사용액 주탱크(120)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 노즐공급관(125)에 노즐밸브(126)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 길이 방향에 평량이 상이한 나노 멤브레인을 적층형성하도록 이루어져 있으나, 상기 노즐블록(111)에 노즐(111a)을 배열설치한 후 각 노즐(111a)이 개별적으로 직접 조절 및 제어되어 상기 각 노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절 및 제어함으로써 기재(115)의 길이 방향에 평량이 상이한 나노섬유를 적층형성하도록 이루어지는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
이렇게 상기 용액공급관(121)의 공급밸브(122) 및 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 통하여 방사용액 주탱크(120)에서 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량 및 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절 및 제어함으로써 기재(115)의 길이방향 일측에 구비되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 및 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 노즐(111a)을 제어하여 기재(115)의 길이방향 일측 평면상에 평량이 50 내지 150nm인 나노섬유(115a)를 적층형성하고, 기재(115)의 길이방향 중심측 평면상에 평량이 150 내지 300nm인인 나노섬유(115b)를 적층형성하며, 기재(115)의 길이방향 타측 평면상에 평량이 300 내지 500nm인 나노섬유(115c)를 적층형성하는 등 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노섬유(115a, 115b, 115c)를 다양하게 적층형성할 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 노즐블록(111)의 노즐관체 및 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 노즐(111a)을 제어함으로써 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 평량이 각기 상이한 3종류의 평량을 갖는 나노섬유가 적층형성된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 3종류의 각기 상이한 평량을 갖는 나노섬유가 적층형성되어 있으나, 상기 노즐블록(111)의 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 및 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 각 노즐(111a)을 제어하여 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 2종류의 각기 상이한 평량을 갖는 나노섬유를ㄹ 동시에 적층형성하는 것도 가능하고, 상기 노즐블록(111)의 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 및 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 각 노즐(111a)을 제어하여 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 4종류 이상의 각기 상이한 평량을 갖는 나노섬유를 동시에 적층형성하는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
여기서, 상기 방사용액 주탱크(120)에 충진되는 고분자 방사용액의 재질은 한정하지 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.
이하, 본 발명에 의한 나노 멤브레인 전기방사장치의 동작과정을 도 5 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명에 의한 전기방사장치(100)의 선단에 구비되는 공급롤러(도번 미도시)를 통하여 기재(115)가 전기방사장치(100)의 유닛(110, 110') 내로 유입 및 공급되고, 상기 유닛(110, 110') 내에서 고분자 방사용액이 전기방사되어 나노섬유가 적층형성된다.
이때, 상기 기재(115)는 이송롤러(116b) 사이에서 회전되는 이송벨트(116a)에 의해 기재(115)가 이송된다.
이렇게 상기 공급롤러(도번 미도시)를 통하여 전기방사장치(100)의 유닛(110, 110') 내로 인입 및 공급되는 기재(115)는 컬렉터(113) 상에 위치하고, 전압발생장치(114)의 고전압이 노즐블록(111)의 노즐관체(112)에 구비되는 노즐(111a)을 통해 컬렉터(113) 상에 발생되며, 고전압이 발생되는 컬렉터(113) 상의 기재(115) 상에 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 전기방사한다.
상기한 바와 같이, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 노즐블록(111)으로 공급되는 고분자 방사용액은 방사용액 주탱크(120)와 노즐블록(111)의 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 연설되는 용액공급관(121)을 통하여 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되고, 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급된 방사용액 주탱크(120)는 상기 용액공급관(121)에 연설되는 노즐공급관(125)을 통하여 노즐(111a)로 공급된 후 상기 노즐(111a)을 통하여 전기방사되어 기재(115) 상에 나노섬유가 적층형성된다.
여기서, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 용액공급관(121)을 통하여 기재(115)의 길이방향으로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량은 방사용액 주탱크(120)에서 분기형성되는 용액공급관(121)에 각각 구비되는 공급밸브(122)의 개, 폐에 의해 제어되고, 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에서 노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량은 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 용액공급관(121)에서 분기형성되는 노즐공급관(125)에 각각 구비되는 노즐밸브(126)의 개, 폐에 의해 제어된다.
이렇게 상기 공급밸브(122) 및 노즐밸브(126)에 의하여 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량 및 노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량이 제어되고, 이로 인해 상기 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 평량이 상이한 나노섬유의 적층형성이 가능하다.
예를 들면, 또한, 상기 기재(115)의 길이방향으로 다수개로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 기재(115)의 길이방향 일측에 위치하는 3개의 노즐관체(112a, 112b, 112c)의 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122) 중 양 측에 구비되는 노즐관체(112a, 112c)에 연결되는 용액공급관(121)의 공급밸브(122)를 폐쇄하고, 그 중심측에 구비되는 1개의 노즐관체(112b)에 연결되는 용액공급관(121)의 공급밸브(122)를 개방하여 상기 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 1개의 노즐관체(112b)로 공급하며, 상기 1개의 노즐관체(112b)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 각 노즐밸브(126)를 개방하여 상기 1개의 노즐관체(121b)로 공급되는 고분자 방사용액을 모든 노즐(111a)로 공급한 후 기재(115) 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 50 내지 150nm의 낮은 평량을 갖는 나노섬유(115a)를 적층형성한다.
그리고, 상기 기재(115)의 길이방향에 다수개로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 기재(115)의 길이방향 중심측에 위치하는 3개의 노즐관체(112d, 112e, 112f)의 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122) 중 중심부에 구비되는 노즐관체(112e)에 연결되는 용액공급관(121)의 공급밸브(122)를 폐쇄하고, 그 양 측에 각각 구비되는 2개 노즐관체(112d, 112f)에 연결되는 용액공급관(121)의 공급밸브(122)를 개방하여 상기 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 2개의 노즐관체(112d, 112f)로 공급하며, 상기 2개의 노즐관체(112d, 112f)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 각 노즐밸브(126)를 개방하여 상기 2개의 노즐관체(112d, 112f)로 공급되는 고분자 방사용액을 모든 노즐(111a)로 공급한 후 기재(115) 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 150 내지 300nm의 평량을 갖는 나노섬유(115b)를 적층형성한다.
또한, 상기 기재(115)의 길이방향에 다수개로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 기재(115)의 길이방향 타측에 위치하는 3개의 노즐관체(112g, 112h, 112i)의 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122)를 모두 개방하여 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 3개의 노즐관체(112g, 112h, 112i)로 모두 공급하고, 상기 3개의 노즐관체(112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)에서 분기형성되는 노즐공급관(125)의 각 노즐밸브(126)를 개방하여 상기 각 노즐관체(112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액을 모든 노즐(111a)로 공급한 후 기재(115) 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 300 내지 500nm의 높은 평량을 갖는 나노섬유(115c)를 적층형성한다.
본 발명의 일 실시예에서는 방사용액 주탱크(120)에서 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)의 각 공급밸브(122)를 제어하여 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노섬유(115a, 115b, 115c)를 적층형성하고 있으나, 상기 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 제어하여 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노섬유(115a, 115b, 115c)를 적층형성하는 것도 가능하다.
예를 들면, 상기 기재(115)의 길이방향에 다수개로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 기재(115)의 길이방향 일측에 위치하는 3개의 노즐관체(112a, 112b, 112c)의 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122)를 모두 개방하여 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 3개의 노즐관체(112a, 112b, 112c)로 공급하되, 상기 3개의 노즐관체(112a, 112b, 112c) 중 양 측에 구비되는 노즐관체(112a, 112c)의 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 모두 폐쇄하고, 그 중심측에 구비되는 1개의 노즐관체(112b)의 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 개방하여 상기 1개의 노즐관체(112b)에 구비되는 각 노즐(111a)로 고분자 방사용액을 공급한 기재(115) 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 50 내지 150nm의 낮은 평량을 갖는 나노섬유(115a)를 적층형성한다.
그리고, 상기 기재(115)의 길이방향에 다수개로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 기재(115)의 길이방향 중심측에 위치하는 3개의 노즐관체(112d, 112e, 112f)의 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122)를 모두 개방하여 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 3개의 노즐관체(112d, 112e, 112f)로 모두 공급하되, 상기 3개의 노즐관체(112d, 112e, 112f) 중 중심부에 구비되는 노즐관체(112e)의 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 모든 노즐밸브(126)를 폐쇄하고, 그 양 측에 각각 구비되는 2개의 노즐관체(112d, 112f)의 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 개방하여 상기 2개의 노즐관체(112d, 112f)에 구비되는 각 노즐(111a)로 고분자 방사용액을 공급한 후 기재(115) 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 150 내지 300nm의 평량을 갖는 나노섬유(115b)를 적층형성한다.
또한, 상기 기재(115)의 길이방향에 다수개로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 기재(115)의 길이방향 일측에 위치하는 3개의 노즐관체(112g, 112h, 112i)의 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122)를 모두 개방하여 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 3개의 노즐관체(112g, 112h, 112i)로 모두 공급하고, 상기 3개의 노즐관체(112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)에서 분기형성되는 노즐공급관(125)의 각 노즐밸브(126)를 개방하여 상기 각 노즐관체(112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액을 모든 노즐(111a)로 공급한 후 기재(115) 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 300 내지 500nm의 높은 평량을 갖는 나노섬유(115c)를 적층형성한다.
상기한 바와 같이, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 노즐관체(112)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)의 각 공급밸브(122)를 제어하여 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노섬유를 적층형성할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 제어하여 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노섬유(115a, 115b, 115c)를 적층형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 방사용액 주탱크(120)에서 노즐관체(112)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)의 각 공급밸브(122)를 제어하여 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노섬유(115a, 115b, 115c)를 적층형성하거나, 상기 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 제어하여 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노섬유(115a, 115b, 115c)를 적층하도록 이루어져 있으나, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 노즐관체(112)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)의 각 공급밸브(122)를 제어함과 동시에 상기 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 제어하여 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노섬유(115a, 115b, 115c)를 적층형성하도록 이루어지는 것도 바람직하고, 상기 기재(115)의 길이방향 동일 평면상의 특정영역 및 특정부분에 평량을 달리하는 나노섬유(115a, 115b, 115c)를 적층형성하거나, 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 특정형상 및 특정형태로 평량을 달리하는 나노섬유(115a, 115b, 115c)를 적층형성하는 것도 가능하나, 이에 한정하지 아니한다.
상기한 바와 같이, 상기 용액공급관(121)의 각 공급밸브(122) 또는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 개별적으로 제어하거나, 상기 용액공급관(121)의 각 공급밸브(122)과 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 동시에 제어하여 다양하고 상이한 평량을 갖는 나노섬유를 포함하는 마스크의 제조가 가능하다.
또한, 상기 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)의 개, 폐를 개별적으로 제어하여 상기 기재(115)의 길이방향으로 배열설치되는 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 다수개의 노즐(111a) 중 특정 노즐(111a)에만 고분자 방사용액을 공급하고, 다른 특정 노즐(111a)에는 고분자 방사용액의 공급을 차단함으로써 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노섬유를 적층형성하는 것도 가능하다.
이때, 상기 기재(115)의 길이방향으로 배열설치되는 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a) 중 고분자 방사용액을 공급하는 특정 노즐(111a)들과 고분자 방사용액의 공급을 차단하는 특정 노즐(111a)들의 갯수 및 형태는 다양하게 변경가능하며, 가변적으로 조절 및 제어가능하게 이루어진다.
한편, 상기 방사용액 주탱크(120)에 충진된 고분자 방사용액을 동시에 전기방사할 경우, 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 평량이 각기 상이한 나노섬유(115a, 115b, 115c)가 적층형성되도록 기재(115)의 이송시간을 느리게 또는 정지되도록 제어하거나, 상기 방사용액 주탱크(120)에 연결되는 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 또는 노즐(111a)들을 순차적으로 폐쇄하여 기재(115) 상에 평량이 상이한 나노섬유(115a, 115b, 115c)가 적층형성되도록 한다.
즉, 상기 전기방사장치(100)로 유입 및 공급되어 이송되는 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 방사용액 주탱크(120)에 충진된 고분자 방사용액이 기재(115) 상에 동시에 전기방사할 경우, 평량이 상이하도록 전기방사되는 고분자 방사용액이 겹쳐지거나, 섞이지 않도록 기재(115)의 이송시간을 느리게 또는 정지되도록 제어하거나, 상기 방사용액 주탱크(120)에 연결되는 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 기재(115)의 진행방향에 반대되는 방향의 최후단 노즐관체(112a, 112d, 112g)부터 순차적으로 폐쇄하여 고분자 방사용액의 공급을 차단하거나, 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 기재(115)의 진행방향에 반대되는 방향의 최후단 노즐관체(112a, 112d, 112g)의 노즐(111a)부터 순차적으로 폐쇄하여 고분자 방사용액의 분사를 차단함으로써 기재(115) 상에 평량이 상이한 나노섬유(115a, 115b, 115c)가 적층형성되도록 한다.
이렇게, 상기 기재(115)의 이송속도 또는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액을 제어함으로써 기재 (115)상에 이종의 나노섬유(115a, 115b, 115c)의 적층형성이 용이해진다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 기재(115)의 길이방향으로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)가 3개씩 하나의 군으로 제어가능하게 연결되어 상기 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 각기 상이한 3종류의 평량을 갖는 나노 멤브레인을 적층형성하는 구조로 이루어져 있으나, 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)가 2개씩 하나의 군으로 제어가능하게 연결되거나, 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)가 4개씩 하나의 군으로 제어가능하게 연결되어 기재(115)의 길이방향 동일 평면상에 각기 상이한 평량을 갖는 나노섬유를 적층형성하는 구조로 이루어지는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 노즐블록(111)에 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)가 9개로 배열설치되어 있으나, 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 갯수 및 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 노즐(111a)의 갯수는 다양하게 변경실시가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 용액공급관(121)의 공급밸브(122)의 개, 폐를 제어하거나, 상기 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)의 개, 폐를 제어하여 노즐블록(111)의 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 및 각 노즐(111a)의 동작을 제어함으로써 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량 및 노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절하여 각기 상이한 평량의 나노 멤브레인을 동시에 적층형성하고 있으나, 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 및 노즐(111a)의 개, 폐를 제어함으로써 각기 상이한 평량을 갖는 나노섬유의 폭도 가변적으로 조절하는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
이렇게 상기 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량 및 노즐(111a)에서 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절 및 제어함으로써 상기 노즐(111a)을 통하여 기재(115)의 동일 평면상의 길이방향으로 상이한 평량을 갖는 나노섬유의 폭이나, 상이한 평량을 갖는 나노섬유의 방사영역 및 방사부분을 가변적으로 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 전기방사장치(100)가 상향식 전기방사장치에 적용되는 일 예를 나타내고 있으나, 본 발명에 의한 전기방사장치(100)가 하향식 전기방사장치에 적용되는 것도 가능하고, 상, 하향 복합시 전기방사장치에 적용되는 것도 가능하다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 본 발명에 의한 전기방사장치(100)를 통하여 기재(115)상에 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절 및 제어하여 기재(115)의 동일 평면상의 길이방향의 특정영역 및 특정부분에 상이한 평량을 갖는 나노섬유를 적층형성할 수 있어 다양한 마스크를 제조하기 용이하다.
이하, 본 발명에서 사용되는 고분자에 대하여 설명한다. 본 발명의 고분자 및 그에 바람직한 것으로 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리우레탄 및 나일론이 있다.
먼저, 상기 고분자는 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오르 프로필렌 공중합체, 혹은 이들의 복합 조성물, 폴리우레탄, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 메타아라미드, 폴리에틸렌클로로트리플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리비닐리덴클로라이드-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리아크릴아미드 등으로 구성되는 군에서 선택된 어느 하나 이상의 물질이다.
먼저, 본 발명에서 사용되는 폴리아미드를 살펴본다.
폴리아미드(Polyamide)는 아미드 결합(-CONH-)으로 연결된 중합체의 총칭을 의미하며, 디아민과 2가 산의 축합 중합으로 얻을 수 있다. 폴리아미드는 분자 구조 내의 아미드 결합에 의하여 특징이 달라지며, 아미드기의 비율에 따라 물성이 다르게 변한다. 예를 들면, 분자 내의 아미드기의 비율이 높아지면 비중, 융점, 흡수성, 강성 등이 올라가는 특성이 있다.
또한, 폴리아미드는 내부식성, 내마모성, 내화학성 및 절연성이 우수한 특성으로 인해 의류용, 타이어코드, 카핏, 로프, 컴퓨터 리본, 낙하산, 플라스틱, 접착제 등의 광범위한 분야에서 응용되고 있는 소재이다.
일반적으로 폴리아미드는 방향족 폴리아미드와 지방족 폴리아미드로 구분이 되는데, 대표적인 지방족 폴리아미드로는 나일론(Nylon)이 있다. 나일론은 본래 미국 듀폰 사의 상표명이지만 현재는 일반명으로 사용되고 있다.
나일론은 흡습성 고분자이며, 온도에 민감하게 반응한다. 대표적인 나일론으로는 나일론 6, 나일론 66 및 나일론 46 등이 있다.
먼저, 나일론 6은 내열성, 성형성 및 내약품성이 우수한 특성이 있으며, 이를 제조하기 위해서는 ε-카프로락탐(Caprolactam)의 개환 중합으로 제조된다. 나일론 6이라고 하는 것은 카프로락탐의 탄소수가 6개이기 때문이다.
Figure 112015123319717-pat00001
(반응식 1) 카프로락탐의 나일론 6 중합
한편, 나일론 66은 나일론 6과 전반적으로 그 특성이 비슷하지만, 나일론 6에 비하여 내열성이 매우 우수하고 자기소화성 및 내마모성이 우수한 고분자이다. 나일론 66은 헥사메틸렌디아민과 아디프산의 탈수축합 중합반응으로 제조된다.
Figure 112015123319717-pat00002
(반응식 2) 헥사메틸렌디아민과 아디프산의 탈수축합 중합반응에 의한 나일론 66 중합
또한, 나일론 46은 내열성, 기계적 특성 및 내충격성이 우수하며, 가공온도가 높은 장점이 있다. 나일론 46은 테트라메틸렌디아민과 아디프산의 중축합으로 제조된다. 원료인 디아미노부탄(Diaminobutane, DAB)을 아크릴로니트릴과 시안화수소와의 반응으로부터 제조하고, 중합조작에서는 첫 단계로 디아미노부탄과 아디프산으로부터 염을 만든 다음, 적당한 압력 하에서 중합반응을 거쳐 프리폴리머(Prepolymer)로 전환하고, 상기 프리폴리머(Prepolymer)의 고체는 질소와 수증기의 존재 하에서 약 250℃로 처리하면 고상에서 고분자화가 되어 제조된다.
특히 나일론 46은 높은 아미드 농도와, 메틸렌기와 아미드기 사이의 규칙 정연한 배열로 우수한 특징을 나타낸다. 나일론 46의 녹는점은 약 295℃로서, 다른 종류의 나일론보다 높으며, 상기와 같은 특성으로 인해 내열성이 우수한 수지로서 주목받고 있다.
본 발명에서는 상기 폴리아미드를 이용하여 기재상에 CD방향으로 상이한 평량을 지닌 나노섬유를 포함하는 마스크 및 이의 제조방법을 제공한다.
보다 구체적으로, 먼저 폴리아미드를 유기 용매에 녹인 폴리아미드 용액을 전기방사장치의 유닛(110)과 연결된 방사용액 주탱크(8)에 공급하고, 상기 방사용액 주탱크(8)에 공급된 폴리아미드 용액은 계량 펌프(미도시)를 통하여 높은 전압이 부여되는 노즐블록(11)의 다수의 노즐(12) 내에 연속적으로 정량공급된다. 상기 각 노즐(12)로부터 공급되는 폴리아미드 용액은 노즐(12)을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(13) 상에 위치한 기재 상에 전기방사 및 집속되면서 폴리아미드 나노섬유를 적층형성한다.
상기와 같은 방법으로 유닛(110)에서 폴리아미드 나노섬유를 적층형성한 후, 전기방사장치(1) 후단부에 위치하는 합지장치(100)에서는 또 다른 기재가 상기 폴리아미드 나노섬유가 적층형성된 상기 기재의 일면에 접합되고, 라미네이팅 장치(90)에서 열융착하는 과정을 거쳐 마스크를 제조하는 것이 가능하다.
본 발명에 사용되는 폴리비닐리덴플루오라이드에 대해 알아본다. 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지는 플루오로 계열의 고분자 중 하나로, 플루오로 수지는 플루오린을 함유하여 열적, 화학적 성질이 우수하다. 폴리비닐리덴플루오라이드는 적절한 유기 용매에 용해시킨 방사용액을 제조함에 있어서, 폴리비닐리덴플루오라이드는 불화비닐리덴의 호모폴리머, 또는 불화비닐리덴을 몰비로 50% 이상 함유하는 공중합폴리머를 포함하는 것으로서, 폴리비닐리덴플루오라이드 수지의 강도가 우수한 관점에서 호모폴리머인 것이 보다 바람직하며, 폴리비닐리덴플루오라이드 수지가 공중합폴리머인 경우, 불화비닐리덴모노머와 공중합되는 다른 공중합모노머로서는, 공지의 것을 적절하게 선택하여 이용할 수 있고, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 불소계 모노머나 염소계 모노머 등을 적합하게 이용할 수 있다.
중량 평균 분자량(Mw)은, 특별히 한정되지 않지만, 10,000 내지 500,000인 것이 바람직하고, 50,000 내지 500,000인 것이 보다 바람직하고, 폴리비닐리덴플루오라이드 수지의 중량평균분자량이 10,000 미만인 경우에는 나노섬유를 이루는 나노섬유가 충분한 강도를 얻을 수 없고, 500,000을 초과하는 경우에는 용액취급이 용이하지 않고, 공정성이 나빠 균일한 나노섬유를 얻기 어렵게 된다.
또한, 본 발명에 적용되는 상기 고분자 중 바람직하게는 폴리아크릴로니트릴이 사용될 수 있다.
일반적으로, 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile, PAN)은 아크릴로니트릴(CH2=CHCN)의 중합체를 의미한다.
Figure 112015123319717-pat00003
(반응식 3) 폴리아크릴로니트릴의 단위체
여기서, 폴리아크릴로니트릴 수지는 대부분을 구성하는 아크릴로니트릴과 단위체의 혼합물로부터 만들어지는 공중합체이다. 자주 사용되는 단위체는 부타디엔스티렌염화비닐리덴 또는 다른 비닐 화합물 등이 있다. 아크릴 섬유는 최소한 85%의 아크릴로니트릴을 포함하며, 모드아크릴은 35~85%의 아크릴로니트릴을 포함하고 있다. 다른 단위체가 포함되면 섬유는 염료에 대한 친화력이 증가하는 특성을 갖는다. 더 자세하게는 아크릴로니트릴계 공중합체 및 방사용액을 제조하는 데 있어서, 아크릴로니트릴계 공중합체를 사용하여 제조하는 경우에는 전기방사법으로 극세섬유를 제조하는 과정에서 노즐 오염이 적고, 전기방사성이 우수하여 용매에 대한 용해도를 증가시킴과 동시에, 보다 좋은 기계적 물성을 부여할 수 있다. 더불어 폴리아크릴로니트릴은 연화점이 300℃ 이상으로 내열성이 우수하다.
또한, 폴리아크릴로니트릴의 중합도는 1,000 내지 1,000,000이며, 바람직하게는 2,000 내지 1,000,000인 것이 좋다.
그리고, 폴리아크릴로니트릴은 아크릴로니트릴 단량체, 소수성 단량체 및 친수성 단량체의 사용량을 만족시키는 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 고분자 중합 시 아크릴로니트릴 단량체의 중량%는 친수성 단량체의 중량%와 소수성 단량체의 중량%이 3:4 비율로 하여 전체 단량체에서 뺀 값이 60보다 적을 경우 전기방사하기에 점도가 너무 낮으며, 여기에 가교제를 투입하더라도 노즐오염의 유발은 물론 전기방사시 안정적인 젯(JET) 형성이 어렵다. 또한 99 이상일 경우 방사점도가 너무 높아 방사가 어렵고 여기에 점도를 낮출 수 있는 첨가제를 투입하더라도 극세섬유의 직경이 굵어지고 전기방사의 생산성이 너무 낮아 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.
또한, 아크릴계 고분자에서 공단량체의 양이 많이 투입될수록 가교제의 양도 많이 투입되어야만 전기방사의 안정성이 확보되고 나노섬유의 기계적 물성 저하를 방지할 수 있다.
상기 소수성 단량체는 메타아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 비닐아세테이트, 비닐피롤리돈, 비닐리덴클로라이드, 비닐클로라이드 등의 에틸렌계 화합물 및 그의 유도체에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 친수성 단량체는 아크릴산, 알릴알콜, 메타알릴알콜, 하이드록시에틸아크릴레이트, 하이드록시에틸메타크릴레이트, 하이드록시프로필아크릴레이트, 부탄디올모노아크릴레이트, 디메틸아미노에틸아크릴레이트, 부텐트리카르복실산, 비닐술폰산, 알릴 술폰산, 메탈릴술폰산, 파라스티렌술폰산 등의 에틸렌계 화합물 및 다가산 또는 그들의 유도체에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아크릴로니트릴계 고분자를 제조하기 위하여 사용하는 개시제로는 아조계 화합물 또는 설페이트 화합물을 사용할 수 있으나 일반적으로 산화환원 반응에 이용되는 라디칼 개시제를 사용하는 것이 좋다.
한편, 본 발명에 사용되는 상기 고분자 중 바람직하게는 또한 폴리에테르설폰이 사용될 수 있다.
일반적으로, 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES)은 하기의 반복 단위체를 가진 호박색 투명한 비정성 수지로서, 일반적으로 디클로로디페닐설폰의 축중합반응에 의하여 제조된다.
Figure 112015123319717-pat00004
(반응식 4) 폴리에테르설폰의 단위체
폴리에테르설폰은 영국 ICI 사가 개발한 초내열성 엔지니어링 플라스틱으로 열가소성 플라스틱 중에서는 내열성이 매우 우수한 고분자이다. 폴리에테르설폰은 비정성이기 때문에 온도상승에 의한 물성저하가 적고, 굴곡 탄성률의 온도 의존성이 작기 때문에 -100 내지 200℃에서 거의 변하지 않는다. 하중 왜곡온도는 200 내지 220℃이고, 유리 전이온도는 225℃이다. 또한 180℃까지의 내크립성은 열가소성 수지 중에서 가장 우수하며, 150 내지 160℃의 열수나 스팀에서 견디는 특성을 가진다.
상기와 같은 특성으로 인해 폴리에테르설폰은 광학디스크, 자기드스크, 전기 전자 분야, 열수 분야, 자동차 분야 및 내열 도료용 등에 사용되고 있다.
상기 폴리에테르설폰과 함께 사용가능한 용매로는 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 디메틸포름아마이드(N,N-Dimethylformamide, DMF), 디메틸아세트아마이드(N,N-Dimethylacetamide, DMAc), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl pyrrolidone, NMP), 시클로헥산, 물 또는 이들의 혼합물 등이 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 마스크는 제1 기재; 제1 기재 상에 형성되는 제1 접착층; 상기 접착층 상에 형성되는 나노섬유층; 상기 나노섬유층 상에 형성되는 제2 접착층; 및 상기 제2 접착층 상에 형성되는 제2 기재를 포함할 수도 있다.
상기 접착층은 저융점 고분자 또는 에폭시 수지-경화제를 포함할 수 있다.
이때, 상기 저융점 고분자는 저융점 폴리우레탄, 저융점 폴리에스테르, 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드는 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 저융점 폴리우레탄은 연화온도가 80-100℃인 저중합도 폴리우레탄을 사용한다.
상기 저융점 폴리에스테르는 테레프탈산, 이소프탈산 및 이들의 혼합물을 사용하는 것이 좋다. 여기에 융점을 더욱 강하시키기 위하여 디올성분으로 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 첨가하는 것도 무방하다.
상기 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드는 중량 평균 분자량 5,000이고 융점 80~160℃인 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용한다.
또한, 본 발명에서는 접착층 형성시 에폭시 수지-경화제 용액을 사용 할 수 있다.
이때, 상기 에폭시(epoxy) 수지는 열경화성 수지의 중간체로 경화제와의 반응에 의하여 불용/불융의 3차원 망목상 구조를 형성하여 에폭시 고유의 물성을 나타내며, 상기 에폭시 수지는 경화제와의 반응에 의하여 접착성, 기계적 강도, 내열성, 내화학성, 내수성, 전기 절연성, 성형성 및 함침성이 우수해지며, 복합재료의 제조가 용이하며, 경화제의 선택에 따라 다양한 물성의 구현이 가능한 장점이 있다.
이러한 에폭시 수지의 비제한적인 예를 들면, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지 등이 있다.
상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 하기 화학식 1로 나타내며, 가장 일반적으로 사용되는 에폭시 수지로써 제법이 크게 직접법과 간접법이 있다.
[화학식 1]
Figure 112015123319717-pat00005
또한, 상기 비스페놀 F형 에폭시 수지는 하기 화학식 2로 표시되고, 비스페놀 F와 ECH 반응으로 만들어지며, 비스페놀 A형 에폭시 수지와 비교시 점도가 낮으며, 이론상 기계적, 물리적 특성이 다소 떨어지나, 오히려 일반적인 접착 등에서 향상되는 특성을 나타낸다.
[화학식 2]
Figure 112015123319717-pat00006
또한, 상기 비스페놀 S형 에폭시 수지는 하기 화학식 3으로 표시되고, 일반적으로 에폭시 접착제를 빠르게 경화시키는데 사용되며, 중합체 반응에서 반응물로서 사용된다.
[화학식 3]
Figure 112015123319717-pat00007
한편, 상기 경화제는 아민계 경화제, 산무수물계 경화제 및 이미다졸계 경화제로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아민계 경화제의 비제한적인 예로는, 지방족 폴리아민, 변성 지방족 폴리아민, 방향족 아민, 3차 아민, 2차 아민 등이 있다.
상기 지방족 폴리아민의 예로는, Diethylene Triamine (DETA), Triethylene Tetramine (TETA), Diethylamino propyl amine (DEAPA), Menthane diamine(MDA), N-aminoethyl piperazine (N-AEP), M-xylene diamine (MXDA), Isophorone diamine (IPDA) 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 변성 지방족 폴리아민의 예로는, Epoxy Polyamine Adduct, Ethylene 또는 Propylene Oxide 와 Polyamine adduct, Cyanoethyl화 Polyamine, Ketone 봉쇄 Polyamine (Ketimine) 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 방향족 아민의 예로는, Meta phenylene Diamine (MPD), 4.4' Dimethyl aniline (DAM or DDM), Diamino Diphenyl Sulfone (DDS), Aromatic amine adduct 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 산무수물계 경화제의 비제한적인 예로는, 폴리아미드(PA), 4수소무수프탈산(THPA), 메틸4수소무수프탈산(MTHPA), 6수소무수프탈산(HHPA), MNA 등이 있다.
또한, 이미다졸계 경화제의 비제한적인 예로는, 2MZ, 2E4MZ 등이 있다.
또한, 상기 경화제 용액은 경화촉진제를 추가로 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서 사용되는 경화 촉진제로서는 에폭시 화합물의 경화 촉진에 일반적으로 사용되는 경화 촉진제이면 특별히 제한은 없고, 예를 들면 제3급 아민, 제3급 아민염, 이미다졸류, 유기 인계 화합물, 제4급 암모늄염, 제4급 포스포늄염, 유기 금속염, 붕소 화합물 등을 이용할 수 있다. 경화 촉진제는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
제3급 아민으로서는 예를 들면 라우릴디메틸아미노, N,N-디메틸시클로헥실아민, N,N-디메틸벤질아민, N,N-디메틸아닐린, (N,N-디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(N,N-디메틸아미노메틸)페놀, 1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데센-7(DBU), 1,5-디아자비시클로[4.3.0]노넨-5(DBN) 등을 들 수 있다.
제3급 아민염으로서는 예를 들면 상기 제3급 아민의 카르복실산염, 술폰산염, 무기산염 등을 들 수 있다. 카르복실산염으로서는 옥틸산염 등의 탄소수 1 내지 30(특히, 탄소수 1 내지 10)의 카르복실산의 염(특히, 지방산의염) 등을 들 수 있다. 술폰산염으로서는 p-톨루엔술폰산염, 벤젠술폰산염, 메탄술폰산염, 에탄술폰산염 등을 들 수 있다. 제3급 아민염의 대표적인 예로서 1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데센-7(DBU)의 염(예를 들면, p-톨루엔술폰산염, 옥틸산염) 등을 들 수 있다.
금속계 경화 촉진제로서는, 코발트, 구리, 아연, 철, 니켈, 망간, 주석 등의 금속의, 유기 금속 착체 또는 유기 금속염을 들 수 있다. 유기 금속 착체의 구체예로서는, 코발트(II) 아세틸아세토네이트, 코발트(III) 아세틸아세토네이트 등의 유기 코발트 착체, 구리(II) 아세틸아세토네이트 등의 유기 구리 착체, 아연(II) 아세틸아세토네이트 등의 유기 아연 착체, 철(III) 아세틸아세토네이트 등의 유기 철 착체, 니켈(II) 아세틸아세토네이트 등의 유기 니켈 착체, 망간(II) 아세틸아세토네이트 등의 유기 망간 착체 등을 들 수 있다. 유기 금속염으로서는, 옥틸산아연, 옥틸산주석, 나프텐산아연, 나프텐산코발트, 스테아르산주석, 스테아르산아연 등을 들 수 있다. 금속계 경화 촉진제로서는, 경화성, 용제 용해성의 관점에서, 코발트(II) 아세틸아세토네이트, 코발트(III) 아세틸아세토네이트, 아연(II) 아세틸아세토네이트, 나프텐산아연, 철(III) 아세틸아세토네이트가 바람직하고, 특히 코발트(II) 아세틸아세토네이트, 나프텐산아연이 바람직하다. 금속계 경화 촉진제는 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용해도 양호하다.
금속계 경화 촉진제의 첨가량은, 수지 조성물 중의 불휘발분을 100질량%로 한 경우, 금속계 경화 촉진제에 기초하는 금속의 함유량이 25 내지 500ppm, 보다 바람직하게는 40 내지 200ppm이 되는 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다. 25ppm 미만이면, 저 조도(粗度)의 절연층 표면으로의 밀착성이 우수한 도체층의 형성이 곤란해지는 경향이 있으며, 500ppm을 초과하면, 수지 조성물의 보존 안정성, 절연성이 저하되는 경향으로 된다.
제4급 암모늄염으로서는 예를 들면 테트라에틸암모늄브로미드, 테트라부틸암모늄브로미드 등을 들 수 있다.
제4급 포스포늄염으로서는 예를 들면 하기 식 (1)
Figure 112015123319717-pat00008
(식중, R1, R2, R3, R4 는 동일 또는 상이하며, 탄소수 1 내지 16의 탄화수소기를 나타내고, X는 카르복실산 또는 유기 술폰산의 음이온 잔기를 나타냄)로 표시되는 화합물 등을 들 수 있다.
상기 탄소수 1 내지 16의 탄화수소기로서는 예를 들면 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, s-부틸, t-부틸, 펜틸, 헥실, 옥틸, 데실, 도데실기 등의 직쇄상 또는 분지쇄상의 알킬기; 비닐, 알릴, 크로틸기 등의 직쇄상 또는 분지쇄상의 알케닐기; 페닐, 톨루일, 크실릴, 나프틸, 안트릴, 페난트릴기 등의 아릴기; 벤질, 페네틸기 등의 아랄킬기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 탄소수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지쇄상의 알킬기, 특히 부틸기가 바람직하다.
상기 「카르복실산 또는 유기 술폰산의 음이온 잔기」에 있어서의 「카르복실산」으로서는, 예를 들면 옥탄산, 데칸산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산 등의 탄소수 1 내지 20의 지방족 모노 카르복실산; 1,2,4,5-시클로헥산테트라카르복실산, 비시클로[2.2.1]헵탄-2,3-디카르복실산, 메틸비시클로[2.2.1]헵탄-2,3-디카르복실산 등의 지환식 카르복실산(단환의 지환식 모노 또는 폴리카르복실산, 가교환식 모노 또는 폴리카르복실산) 등을 들 수있다. 또한, 지환식 카르복실산의 지환에는 메틸기 등의 탄소수 1 내지 4의 직쇄상 또는 분지쇄상 알킬기, 메톡시기 등의 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 염소 원자 등의 할로겐 원자 등의 치환기가 결합하고 있을 수도 있다. 상기 카르복실산으로서는 그 중에서도 탄소수 10 내지 18의 지방족 모노 카르복실산, 탄소수 8 내지 18의 지환식 폴리카르복실산이 바람직하다.
상기 「카르복실산 또는 유기 술폰산의 음이온 잔기」에 있어서의 「유기 [0033] 술폰산」으로서는, 예를 들면 메탄술폰산, 에탄술폰산, 1-프로판술폰산, 2-프로판술폰산, 1-부탄술폰산, 1-펜탄술폰산, 1-헥산술폰산, 1-옥탄술폰산, 1-데칸술폰산, 1-도데칸술폰산 등의 지방족 술폰산(예를 들면, 탄소수 1 내지 16의 지방족 술폰산 등); 벤젠술폰산, p-톨루엔술폰산, 4-에틸벤젠술폰산, 3-(직쇄상 또는 분지쇄상 옥틸)벤젠술폰산, 4-(직쇄상또는 분지쇄상 옥틸)벤젠술폰산, 3-(직쇄상 또는 분지쇄상 도데실)벤젠술폰산, 4-(직쇄상 또는 분지쇄상도데실)벤젠술폰산, 2,4-디메틸벤젠술폰산, 2,5-디메틸벤젠술폰산, 4-메톡시벤젠술폰산, 4-에톡시벤젠술폰산, 4-클로로벤젠술폰산 등을 들 수 있다.
제4급 포스포늄염의 대표적인 예로서 테트라부틸포스포늄데칸산염, 테트라부틸포스포늄라우르산염, 테트라부틸포스포늄미리스트산염, 테트라부틸포스포늄팔미트산염, 테트라부틸포스포늄 양이온과 비시클로[2.2.1]헵탄-2,3-디카르복실산 및/또는 메틸비시클로[2.2.1]헵탄-2,3-디카르복실산의 음이온의 염, 테트라부틸포스포늄 양이온과 1,2,4,5-시클로헥산테트라카르복실산의 음이온의 염, 테트라부틸포스포늄 양이온과 메탄술폰산의 음이온의 염, 테트라부틸포스포늄 양이온과 벤젠술폰산의 음이온의 염, 테트라부틸포스포늄 양이온과 p-톨루엔술폰산의 음이온의 염, 테트라부틸포스포늄 양이온과 4-클로로벤젠술폰산의 음이온의 염, 테트라부틸포스포늄 양이온과 도데실벤젠술폰산의 음이온의 염 등을 들 수 있다.
붕소 화합물로서는 예를 들면 삼플루오르화붕소, 트리페닐보레이트 등을 들 수 있다.
이미다졸계 경화 촉진제로서는, 2-메틸이미다졸, 2-운데실이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 1-벤질-2-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸륨트리메리테이트, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸륨트리메리테이트, 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진, 2,4-디아미노-6-[2'-운데실이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진, 2,4-디아미노-6-[2'-에틸-4'-메틸이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진, 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진이소시아눌산 부가물, 2-페닐이미다졸이소시아눌산 부가물, 2-페닐-4,5-디하이드록시메틸이미다졸, 2-페닐-4-메틸-5-하이드록시메틸이미다졸, 2,3-디하이드로-1H-피로로[1,2-a]벤즈이미다졸, 1-도데실-2-메틸-3-벤질이미다졸륨클로라이드, 2-메틸이미다졸린, 2-페닐이미다졸린 등의 이미다졸 화합물 및 이미다졸 화합물과 에폭시 수지와의 부가물을 들 수 있다.
아민계 경화 촉진제로서는, 트리에틸아민, 트리부틸아민 등의 트리알킬아민, 4-디메틸아미노피리딘, 벤질디메틸아민, 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀, 1,8-디아자비사이클로(5,4,0)-운데센(이하, DBU라고 약기한다.) 등의 아민 화합물 등을 들 수 있다.
이하, 접착층을 포함하는 마스크의 제조방법에 대해 설명한다.
저융점 고분자 유닛 또는 에폭시 수지-경화제 유닛과 방사용액 유닛은 그 내부에 저융점 고분자, 에폭시 수지-경화제 또는 고분자 방사용액이 내부에 충진되는 주탱크(8)와 상기 주탱크(8) 내에 충진된 저융점 고분자, 에폭시 수지-경화제 또는 고분자 방사용액을 정량으로 공급하기 위한 계량펌프(미도시)와 상기 주탱크(8) 내에 충진된 저융점 고분자, 에폭시 수지-경화제 또는 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(12)이 다수개 배열설치되는 노즐블록(11)과 상기 노즐(12)에서 분사되는 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(12)에서 일정간격 이격되는 컬렉터(13) 및 상기 컬렉터(13)에 전압을 발생시키는 전압 발생장치(14a, 14b, 14c)를 포함하는 구성으로 이루어진다.(14c는 미도시)
상기한 바와 같은 구조에 의하여 본 발명에 의한 전기방사장치(1)는 주탱크(8) 내에 충진되는 저융점 고분자, 에폭시 수지-경화제 또는 고분자 방사용액이 계량펌프를 통하여 노즐블록(11)에 형성되는 다수의 노즐(12) 내에 연속적으로 정량 공급되고, 공급되는 저융점 고분자, 에폭시 수지-경화제 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 나노 마스크로 제조된다.
여기서, 상기 전기방사장치(1)의 저융점 고분자 유닛 또는 에폭시 수지-경화제 유닛의 전방에는 고분자 방사용액의 분사에 의해 나노섬유 부직포가 적층형성되는 장척시트(15)를 공급하기 위한 공급롤러(3)가 구비되고, 후단에 위치하는 유닛의 후방에는 나노섬유 부직포가 적층형성되는 장척시트(15)를 권취하기 위한 권취롤러(5)가 구비된다.
한편, 상기 저융점 고분자 유닛 또는 에폭시 수지-경화제 유닛과 방사용액 유닛을 통과하면서 고분자 방사용액이 적층형성되는 장척시트(15)는 부직포 또는 직물 등으로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
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.
100 : 전기방사장치 110, 110' : 유닛
111 : 노즐블록 111a : 노즐
112 : 노즐관체
112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i : 노즐관체
113 : 컬렉터 114 : 전압발생장치
115 : 기재 115a, 115b, 115c : 나노 섬유
116a : 이송벨트 116b : 이송롤러
120 : 방사용액 주탱크 121 : 용액공급관
122 : 공급밸브 125 : 노즐공급관
126 : 노즐밸브

Claims (4)

  1. 길이방향 동일 평면상에 평량이 상이한 나노섬유를 포함하는 마스크를 제조하기 위한 전기방사장치에 있어서,
    유닛 내에 설치되되, 핀 형태의 노즐이 다수개 구비되는 노즐관체가 기재의 길이방향에 다수개로 배열설치되는 노즐블록;
    고분자 방사용액이 충진되되, 상기 노즐블록의 노즐관체에 연결되어 고분자 방사용액을 공급하는 방사용액 주탱크;
    상기 각 노즐관체의 노즐에서 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 상기 노즐에서 일정간격 이격되는 컬렉터;
    상기 컬렉터에 전압을 발생시키는 전압 발생장치; 및
    상기 기재를 이송시키기 위한 이송롤러 및 이송벨트;를 포함하여 구성되고,
    상기 각 노즐관체는 방사용액 주탱크에 용액공급관으로 연결되되, 상기 용액공급관에 공급량 조절수단이 구비되어 방사용액 주탱크에서 노즐관체로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량이 조절 및 제어되고, 상기 각 노즐은 노즐관체의 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되되, 상기 노즐공급관에 방사량 조절수단이 구비되어 노즐관체에서 노즐로 공급된 후 방사되는 고분자 방사용액의 방사량이 조절 및 제어되어 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사 시 기재의 길이방향 동일 평면상에 평량이 상이한 나노섬유를 적층형성시키며,
    상기 용액공급관에 구비되는 공급량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 공급밸브로 이루어지되, 상기 공급밸브의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크에 용액공급관으로 연결되는 각 노즐관체 중 특정 노즐관체에만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하도록 이루어지고,
    상기 노즐공급관에 구비되는 방사량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 노즐밸브로 이루어지되, 상기 노즐밸브의 개, 폐에 의해 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되는 각 노즐 중 특정 노즐에서만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하여 전기방사하도록 이루어지며,
    상기 용액공급관의 공급량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 공급밸브로 이루어지되, 상기 공급밸브의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크에 용액공급관으로 연결되는 각 노즐관체 중 특정 노즐관체에만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하고, 상기 노즐공급관의 방사량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 노즐밸브로 이루어지되, 상기 노즐밸브의 개, 폐에 의해 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되는 각 노즐 중 특정 노즐에서만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하여 전기방사하도록 이루어지며, 상기 공급밸브 및 노즐밸브의 개, 폐를 개별 또는 동시에 제어하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 전기방사장치.
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