KR101855660B1 - 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 제조용 방사장치 및 이를 이용한 2성분 복합 나노섬유의 제조방법 - Google Patents

사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 제조용 방사장치 및 이를 이용한 2성분 복합 나노섬유의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 방사장치는 (ⅰ) 방사튜브 본체(Ta), 다각형 튜브상 중공부(Tb) 및 용액분리판(Tc)들로 구성되는 방사튜브(T), (ⅱ) 상기 방사튜브(T) 하단에 위치하는 제1방사용액 저장조(R1), (ⅲ) 상기 제1방사용액 저장조(R1) 하단에 위치하는 제2방사용액 저장조(R2), (ⅳ) 상기 제1방사용액 저장조(R1) 내부에 설치되어 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제1방사용액 공급튜브(H1) 및 (ⅴ) 상기 제2방사용액 저장조(R2) 내부에 설치되어 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제2방사용액 공급튜브(H2)를 포함한다. 본 발명은 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb) 내에 용액 분리판(Tc)들이 설치되어 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 부분을 통해 2종의 방사용액들을 방사하기 직전까지 방사용액들이 서로 혼합되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어서 제조되는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 단면 형태를 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 본 발명은 정전기력과 원심력을 동시에 이용하기 때문에 2성분 복합 나노섬유를 높은 생산성(토출량)으로 제조할 수 있고, 용매 휘발 및 회수가 용이하고, 방사액이 섬유상이 아닌 용액상태로 컬렉터 상에 떨어지는 현상(드롭 현상)도 효과적으로 방지하여 2성분 복합 나노섬유 웹의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

Description

사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 제조용 방사장치 및 이를 이용한 2성분 복합 나노섬유의 제조방법{Spinning device for sdie by side type two-component composited nanofibers and method of manufacturing sdie by side type two-component composited nanofibers thereby}
본 발명은 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 제조용 방사장치 및 이를 이용한 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 높은 단위시간당 생산성과 공정성으로 원하는 단면형태를 갖는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유를 제조할 수 있는 방사튜브에 관한 것이며, 또한, 상기 방사튜브를 이용하여 다양한 단면 형태의 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 상기 사이드 바이 사이드형 "2성분 복합 나노섬유"라는 용어는 편심형 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유도 포함하는 의미로 사용된다.
사이드 바이 사이드형 복합 나노섬유를 제조하는 종래기술로서는 내측관과 외측관이 동심원 상으로 배열된 2층관 형태(코어/시스 형태)의 노즐을 통해 2성분 복합 나노섬유를 제조할 때 상기 2중관 형태의 노즐을 구성하는 내측관의 위치를 변경시켜 주거나, 상기 외측관을 통해 토출되는 방사용액의 토출량과 상기 내측관을 통해 토출되는 방사용액의 토출량을 변경시켜 주는 방법이 주로 사용되어 왔다.
그러나, 상기 종래방법은 2중관 형태의 노즐을 통해 방사되는 2종의 방사용액내 용매가 서로 다른 경우에는 2종의 방사용액이 만나 접촉하게 되는 2중관 형태의 노즐 선단부에서 방사용액들의 고화가 일어나 노즐이 막혀 나노섬유 형성능이 크게 저하되고 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 단면 형태를 원하는 형태로 쉽게 변경하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 상기 종래방법은 정전기력에만 의존하여 전기방사를 하기 때문에 단위시간당 노즐 단위홀당 토출량이 0.01g 수준으로 매우 낮아 생산성이 떨어져 결국 양산화가 곤란하였고, 노즐 교체 및 청소도 매우 번거로운 문제점이 있었다.
일반적으로 전기방사를 통한 나노섬유의 생산량은 시간당 0.1~1 g 수준이고 용액 토출량은 시간당 1.0~5.0 mL 수준으로 매우 낮다[D. H. H. Renecker 등, Nanotechnology 2006, VOl 17, 1123]
구체적으로, 나노레터(Nano Letters), 2007, Vol7(4) 1081에는 또 다른 종래기술로서 2개의 노즐이 사이드 바이 사이드 형태로 배열된 복합노즐 중 내부직경이 0.4㎜인 하나의 노즐에 SnO2인 프리커서 용액을 공급하고, 내부 직경이 0.7㎜인 나머지 노즐에 TiO2 프리커서 용액을 공급한 후 전기방사하여 사이드-바이-사이드 형태인 TiO2/SnO2 복합 무기나노섬유를 제조하는 방법을 게재하고 있으나, 상기 종래방법은 정전기력만 의존하기 때문에 단위시간당 노즐 1개당 토출량이 매우 낮아 생산성이 떨어지고, 노즐교체 및 청소가 어려운 문제점이 있었다.
폴리머(Polymer), 2003, Vol.44, 6353에서는 내부 직경이 0.7mm 이고 두께가 0.2mm인 테프론 니들을 사용하고 여기에 두 종류의 용액이 니들 부분에서 합쳐지도록 실린더 펌프로 동시에 두 종류의 용액을 공급하고 백금 전극을 용액 내에 설치하여 전기방사를 행하여 사이드 바이 사이드 형태의 복합 나노섬유를 제조하는 방법을 게재하고 있으나, 상기 종래방법 역시 정전기력에만 의존하기 때문에 단위시간당 노즐 1개당 토출량이 매우 낮아 생산성이 떨어지고, 노즐 교체 및 청소가 어려운 문제점이 있었다.
또한, 상기 종래방법들은 방사용액이 섬유상이 아닌 용액상태로 컬렉터 상에 떨어지는 현상(이하 "드롭렛 현상"이라고 한다)이 심하게 발생되어 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 웹의 품질이 저하되는 문제도 있었다.
본 발명의 과제는 제조되는 사이드 바이드 사이드형 2성분 복합나노 섬유의 단면형태를 원하는 형태로 용이하게 조절할 수 있는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합나노 섬유 제조용 방사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 고전압 인가로 인한 작업 위험성을 최소화할 수 있고, 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 생산성을 크게 향상시킬 수 있고, 나노섬유 제조시 드롭렛 현상을 방지하여 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 웹의 품질을 향상시킬 수 있는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 제조용 방사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 상기 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 제조용 방사튜브를 사용해서 높은 생산성으로 고품질의 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 과제를 달성하기 위해서 본 발명에서는 사이드 바이 사이드형 복합 나노섬유 제조용 방사장치를 (ⅰ) 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하는 방사튜브 본체(Ta), 상기 방사튜브 본체(Ta)의 내부에 상기 방사튜브 본체(Ta)의 길이방향을 따라 형성되어 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb) 및 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리들을 대각으로 연결하면서 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 길이방향을 따라 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부에 위치하여 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부 공간을 여러 구간으로 구획시켜 주는 용액분리판(Tc)들로 구성되는 방사튜브(T); (ⅱ) 상기 방사튜브(T) 하단에 위치하고, 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하고, 상기 방사튜브(T) 내로 공급되는 2개 성분의 방사용액 중 하나의 방사용액을 저장하는 제1방사용액 저장조(R1); (ⅲ) 상기 제1방사용액 저장조(R1) 하단에 위치하고, 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하고, 상기 방사튜브(T) 내로 공급되는 2개 성분의 방사용액 중 나머지 하나의 방사용액을 저장하는 제2방사용액 저장조(R2); (ⅳ) 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 길이방향을 따라 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제1방사용액 공급튜브(H1); 및 (ⅴ) 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 길이방향을 따라 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제2방사용액 공급튜브(H2)들로 구성한다.
이때, 상기 제1방사용액 공급튜브(H1)와 제2방사용액 공급튜브(H2)들은 용액 분리판(Tc)에 의해 구획되는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역(T1, T2)들과 교호로 연통되도록 한다.
또한, 본 발명은 (ⅰ) 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하는 방사튜브 본체(Ta), 상기 방사튜브 본체(Ta)의 내부에 상기 방사튜브 본체(Ta)의 길이방향을 따라 형성되어 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb) 및 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리들을 대각으로 연결하면서 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 길이방향을 따라 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부에 위치하여 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부 공간을 여러 구간으로 구획시켜 주는 용액분리판(Tc)들로 구성되는 방사튜브(T)를 회전시켜 주면서 전압발생장치(2)로 상기 방사튜브(T)와 상기 방사튜브(T) 상부에 위치하는 컬렉터(1)에 고전압을 걸어 준 다음, (ⅱ) 제1방사용액(방사용액 A) 공급용 펌프(P1)와 제1방사용액(방사용액 A) 공급용 튜브(S1)를 이용하여 제1방사용액(방사용액 A)을 상기 방사튜브(T) 하단에 위치하고, 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하고, 상기 방사튜브(T) 내로 공급되는 2개 성분의 방사용액 중 하나의 방사용액을 저장하는 제1방사용액 저장조(R1) 내로 공급함과 동시에, (ⅲ) 제2방사용액(방사용액 B) 공급용 펌프(P2)와 제2방사용액(방사용액 B) 공급용 튜브(S2)를 이용하여 제2방사용액(방사용액B)을 상기 제1방사용액 저장조(R1) 상단에 위치하고, 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하고, 상기 방사튜브(T) 내로 공급되는 2개 성분의 방사용액 중 나머지 하나의 방사용액을 저장하는 제2방사용액 저장조(R2) 내로 공급한 다음, (ⅳ) 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 길이방향을 따라 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제1방사용액 공급튜브(H1) 및 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 길이방향을 따라 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제2방사용액 공급튜브(H2)를 통해 제1방사용액 저장조(R1) 내에 저장된 제1방사용액(방사용액 A)과 제2방사용액 저장조(R2) 내에 저장된 제2방사용액(방사용액 B)를 용액 분리판(Tc)에 의해 구획되는 다각형 튜브상 중공부(Tc)의 구획영역(T1, T2)에 교호로 공급한 다음, (ⅴ) 다각형 튜브상 중공부(Tc)의 구획영역(T1, T2) 내로 공급된 제1방사용액(방사용액 A)와 제2방사용액(방사용액 B)를 원심력과 전기력을 이용하여 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 부분을 통해 전압발생장치(2)에 의해 고전압이 걸려 있는 컬렉터(1) 방향으로 방사하여 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유를 제조한다.
본 발명은 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb) 내에 용액 분리판(Tc)들이 설치되어 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 부분을 통해 2종의 방사용액들을 방사하기 직전까지 방사용액들이 서로 혼합되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어서 제조되는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 단면 형태를 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 정전기력과 원심력을 동시에 이용하기 때문에 2성분 복합 나노섬유를 높은 생산성(토출량)으로 제조할 수 있고, 용매 휘발 및 회수가 용이하고, 방사액이 섬유상이 아닌 용액상태로 컬렉터 상에 떨어지는 현상(드롭 현상)도 효과적으로 방지하여 2성분 복합 나노섬유 웹의 품질을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유를 제조하는 공정 개략도.
도 2는 도 1 중 방사튜브(T)의 확대 모식도.
도 3은 본 발명을 구성하는 방사튜브(T) 모서리 부분에서 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유가 형성되는 메카니즘을 나타내는 모식도.
도 4는 도 3에서 제조되는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합나노 섬유의 단면 개략도.
도 5는 본 발명을 구성하는 방사튜브(T) 모서리 부분에서 단면형태가 편심형인 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유가 형성되는 메카니즘을 나타내는 모식도.
도 6은 도 5에서 제조되는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합나노 섬유의 단면 개략도.
도 7은 본 발명을 구성하는 방사튜브(T) 일례를 횡방향으로 절개한 단면 개략도.
도 8은 실시예 1로 제조한 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 주사전자현미경 사진.
도 9는 실시예 1로 제조한 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 단면 확대사진.
도 10은 실시예 2로 제조한 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 주사전자현미경 사진.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 2성분 사이드 바이 사이드형 복합 나노섬유 제조용 방사장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 (ⅰ) 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하는 방사튜브 본체(Ta), 상기 방사튜브 본체(Ta)의 내부에 상기 방사튜브 본체(Ta)의 길이방향을 따라 형성되어 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb) 및 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리들을 대각으로 연결하면서 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 길이방향을 따라 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부에 위치하여 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부 공간을 여러 구간으로 구획시켜 주는 용액분리판(Tc)들로 구성되는 방사튜브(T); (ⅱ) 상기 방사튜브(T) 하단에 위치하고, 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하고, 상기 방사튜브(T) 내로 공급되는 2개 성분의 방사용액 중 하나의 방사용액을 저장하는 제1방사용액 저장조(R1); (ⅲ) 상기 제1방사용액 저장조(R1) 상단에 위치하고, 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하고, 상기 방사튜브(T) 내로 공급되는 2개 성분의 방사용액 중 나머지 하나의 방사용액을 저장하는 제2방사용액 저장조(R2); (ⅳ) 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 길이방향을 따라 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제1방사용액 공급튜브(H1); 및 (ⅴ) 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 길이방향을 따라 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제2방사용액 공급튜브(H2)를 포함한다.
상기 제1방사용액 공급튜브(H1)와 제2방사용액 공급튜브(H2)들은 용액 분리판(Tc)에 의해 구획되는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역(T1, T2)들과 교호로 연통하고 있다.
방사튜브 본체(Ta)와 맞닿은 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 부분에서 2종류의 방사용액이 만나서 사이드 바이 사이드형 2성분 복합나노 섬유가 형성되기 위해서는 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 개수는 짝수로 하여야 한다.
상기 방사튜브(T)와 제1방사용액 저장조(R1) 및 제2방사용액 저장조(R2)는 일체를 이루도록 형성하거나 서로 분리되게 형성될 수 있다. 일체로 형성된 경우에는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유를 제조하는 방사공정 중 방사튜브(T)와 함께 제1방사용액 저장조(R1) 및 제2방사용액 저장조(R1)도 회전하게 되고, 서로 분리되게 형성된 경우에는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유를 제조하는 방사공정 중 방사튜브(T)만 회전하게 되고 제1방사용액 저장조(R1) 및 제2방사용액 저장조는 회전하지 않게 할 수도 있다.
다음으로는, 본 발명에 따른 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 제조방법을 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이 (ⅰ) 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하는 방사튜브 본체(Ta), 상기 방사튜브 본체(Ta)의 내부에 상기 방사튜브 본체(Ta)의 길이방향을 따라 형성되어 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb) 및 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리들을 대각으로 연결하면서 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 길이방향을 따라 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부에 위치하여 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부 공간을 여러 구간으로 구획시켜 주는 용액분리판(Tc)들로 구성되는 방사튜브(T)를 회전시켜 주면서 전압발생장치(2)로 상기 방사튜브(T)와 상기 방사튜브(T) 상부에 위치하는 컬렉터(1)에 고전압을 걸어 준 다음, (ⅱ) 제1방사용액(방사용액 A) 공급용 펌프(P1)와 제1방사용액(방사용액 A) 공급용 튜브(S1)를 이용하여 제1방사용액(방사용액 A)을 상기 방사튜브(T) 하단에 위치하고, 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하고, 상기 방사튜브(T) 내로 공급되는 2개 성분의 방사용액 중 하나의 방사용액을 저장하는 제1방사용액 저장조(R1) 내로 공급함과 동시에, (ⅲ) 제2방사용액(방사용액 B) 공급용 펌프(P2)와 제2방사용액(방사용액 B) 공급용 튜브(S2)를 이용하여 제2방사용액(방사용액B)을 상기 제1방사용액 저장조(R1) 상단에 위치하고, 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하고, 상기 방사튜브(T) 내로 공급되는 2개 성분의 방사용액 중 나머지 하나의 방사용액을 저장하는 제2방사용액 저장조(R2) 내로 공급한 다음, (ⅳ) 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 길이방향을 따라 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제1방사용액 공급튜브(H1) 및 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 길이방향을 따라 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제2방사용액 공급튜브(H2)를 통해 제1방사용액 저장조(R1) 내에 저장된 제1방사용액(방사용액 A)과 제2방사용액 저장조(R2) 내에 저장된 제2방사용액(방사용액 B)를 용액 분리판(Tc)에 의해 구획되는 다각형 튜브상 중공부(Tc)의 구획영역(T1, T2)에 교호로 공급한 다음, (ⅴ) 다각형 튜브상 중공부(Tc)의 구획영역(T1, T2) 내로 공급된 제1방사용액(방사용액 A)와 제2방사용액(방사용액 B)를 원심력과 전기력을 이용하여 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 부분을 통해 전압발생장치(2)에 의해 고전압이 걸려 있는 컬렉터(1) 방향으로 방사하여 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유를 제조한다.
본 발명에서는 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 인접 좌측에 위치하는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 면적과 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 인접 우측에 위치하는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 면적을 도 3과 같이 서로 동일하게 하여 도 4에 도시된 바와 같이 단면 상에 방사용액 A로 이루어진 A성분(NA)과 방사용액 B로 이루어진 B성분(NB)이 동일한 면적으로 배열된 정규 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유(NC)를 제조할 수도 있고, 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 인접 좌측에 위치하는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 면적과 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 인접 우측에 위치하는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 면적을 도 5와 같이 서로 상이하게 하여 도 6에 도시된 바와 같이 단면 상에 방사용액 A로 이루어진 A성분(NA)과 방사용액 B로 이루어진 B성분(NB)이 서로 상이한 면적으로 배열된 편심형 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유(NC)를 제조할 수도 있다.
다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역(T1, T2)들 내로 공급되는 제1방사용액(방사용액 A)과 제2방사용액(방사용액 B)들은 서로 고분자 용액이거나, 분자량이 서로 상이한 동종의 고분자 용액이거나, 서로 다른 무기물이 포함된 프리커서 용액일 수 있다.
다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 내로 공급되는 제1방사용액(방사용액 A)은 고분자 용액이고, 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 내로 공급되는 제2방사용액(방사용액 B)은 무기물이 포함된 프리커서 용액일 수도 있다.
다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 공급되는 제1방사용액(방사용액 A)은 무기물이 포함된 프리커서 용액이고, 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 내로 공급되는 제2방사용액(방사용액 B)은 고분자 용액일 수도 있다.
본 발명에서는 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 부분이 용액 분리판(Tc)에 의해 2개 영역으로 구획되어 있기 때문에 상기 모서리 부분에서 제1방사용액(방사용액 A)과 제2방사용액(방사용액 B)가 방사될 때까지 상기 방사용액들 혼합되는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 그로 인해 상기 방사용액들이 혼합되면서 고화되어 섬유형성능이 저하되는 종래의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있게 된다.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.
그러나, 본 발명은 하기 실시예들에 의해 보호범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리비닐알코올 고분자로 용매인 물에 용해하여 고형분이 18중량%인 폴리비닐알코올 용액(제1방사용액 / 방사용액 A)을 제조하였다.
한편, 폴리아크릴로니트릴을 용매인 디메틸포름아미드에 용해하여 고형분이 12중량%인 폴리아크릴로니트릴 용액(제2방사용액 / 방사용액 B)를 제조하였다.
다음으로는, 도 1에 도시된 바와 같이 (ⅰ) 외경이 48㎜이고 길이가 8㎜인 원통형인 방사튜브 본체(Ta), 상기 방사튜브 본체(Ta)의 내부에 상기 방사튜브 본체(Ta)의 길이방향을 따라 형성되어 있는 6각형 튜브상 중공부(Tb) 및 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 6각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리들을 대각으로 연결하면서 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 길이방향을 따라 6각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부에 위치하여 6각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부 공간을 여러 구간으로 구획시켜 주는 용액분리판(Tc)들로 구성되는 방사튜브(T)를 350rpm으로 회전시켜 주면서 전압발생장치(2)로 상기 방사튜브(T)와 상기 방사튜브(T) 상부에 위치하는 컬렉터(1)에 40kV의 전압을 걸어 준 다음, (ⅱ) 제1방사용액(방사용액 A) 공급용 펌프(P1)와 제1방사용액(방사용액 A) 공급용 튜브(S1)를 이용하여 제1방사용액(방사용액 A)을 상기 방사튜브(T) 하단에 위치하는 원통형 구조의 제1방사용액 저장조(R1) 내로 분당 0.15cc로 공급함과 동시에, (ⅲ) 제2방사용액(방사용액 B) 공급용 펌프(P2)와 제2방사용액(방사용액 B) 공급용 튜브(S2)를 이용하여 제2방사용액(방사용액B)을 상기 제1방사용액 저장조(R1) 상단에 위치하는 원통형 구조의 제2방사용액 저장조(R2) 내로 분당 0.15cc로 공급한 다음, (ⅳ) 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 길이방향을 따라 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 6각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 3개의 제1방사용액 공급튜브(H1) 및 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 길이방향을 따라 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 3개의 제2방사용액 공급튜브(H2)를 통해 제1방사용액 저장조(R1) 내에 저장된 제1방사용액(방사용액 A)과 제2방사용액 저장조(R2) 내에 저장된 제2방사용액(방사용액 B)를 용액 분리판(Tc)에 의해 구획되는 6각형 튜브상 중공부(Tc)의 구획영역(T1, T2)에 교호로 공급한 다음, (ⅴ) 6각형 튜브상 중공부(Tc)의 구획영역(T1, T2) 내로 공급된 제1방사용액(방사용액 A)와 제2방사용액(방사용액 B)를 원심력과 전기력을 이용하여 6각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 부분을 통해 전압발생장치(2)에 의해 고전압이 걸려 있는 컬렉터(1) 방향으로 방사하는 것을 특징으로 하는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유를 제조하였다.
이때, 컬렉터(1)와 방사튜브(2) 간의 거리는 35㎝로 하였고, 제1방사용액 공급튜브(H1) 및 제2방사용액 공급튜브(H2) 각각의 직경은 4㎜하였고, 상기 제1방사용액 저장조(R1)와 제2방사용액 저장조(R2)들로 각각 350rpm으로 회전시켰다.
상기와 같이 제조된 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 주사전자현미경사진은 도 8과 같았고, 상기와 같이 제조된 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 단면확대 사진은 도 9와 같았다.
실시예 2
폴리메틸메타아크릴레이트를 용매인 디메틸포름아미드에 용해하여 고형분이 10중량%인 폴리메틸메타아크릴레이트 용액(제1방사용액 / 방사용액 A)을 제조하였다.
폴리아크릴로니트릴을 용매인 디메틸포름아미드에 용해하여 고형분이 12중량%인 폴리아크릴로니트릴 용액(제2방사용액 / 방사용액 B)을 제조하였다.
다음으로는 (ⅰ) 외경이 56㎜이고 길이가 8㎜인 원통형의 방사튜브 본체(Ta), 상기 방사튜브 본체(Ta)의 내부에 상기 방사튜브 본체(Ta)의 길이방향을 따라 형성되어 있는 8각형 튜브상 중공부(Tb) 및 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 8각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리들을 대각으로 연결하면서 8각형 튜브상 중공부(Tb)의 길이방향을 따라 8각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부에 위치하여 8각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부 공간을 여러 구간으로 구획시켜 주는 용액분리판(Tc)들로 구성되는 방사튜브(T)를 350rpm 회전시켜 주면서 전압발생장치(2)로 상기 방사튜브(T)와 상기 방사튜브(T) 상부에 위치하는 컬렉터(1)에 40kV의 전압을 걸어 준 다음, (ⅱ) 제1방사용액(방사용액 A) 공급용 펌프(P1)와 제1방사용액(방사용액 A) 공급용 튜브(S1)를 이용하여 제1방사용액(방사용액 A)을 상기 방사튜브(T) 하단에 위치하는 원통형 구조의 제1방사용액 저장조(R1) 내로 분당 0.166cc로 공급함과 동시에, (ⅲ) 제2방사용액(방사용액 B) 공급용 펌프(P2)와 제2방사용액(방사용액 B) 공급용 튜브(S2)를 이용하여 제2방사용액(방사용액B)을 상기 제1방사용액 저장조(R1) 상단에 위치하는 원통형 구조의 제2방사용액 저장조(R2) 내로 분당 0.2cc로 공급한 다음, (ⅳ) 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 길이방향을 따라 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 8각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 4개의 제1방사용액 공급튜브(H1) 및 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 길이방향을 따라 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 8각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 4개의 제2방사용액 공급튜브(H2)를 통해 제1방사용액 저장조(R1) 내에 저장된 제1방사용액(방사용액 A)과 제2방사용액 저장조(R2) 내에 저장된 제2방사용액(방사용액 B)를 용액 분리판(Tc)에 의해 구획되는 8각형 튜브상 중공부(Tc)의 구획영역(T1, T2)에 교호로 공급한 다음, (ⅴ) 8각형 튜브상 중공부(Tc)의 구획영역(T1, T2) 내로 공급된 제1방사용액(방사용액 A)와 제2방사용액(방사용액 B)를 원심력과 전기력을 이용하여 8각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 부분을 통해 전압발생장치(2)에 의해 고전압이 걸려 있는 컬렉터(1) 방향으로 방사하여 하는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유를 제조하였다.
이때, 컬렉터(1)와 방사튜브(2) 간의 거리는 35㎝로 하였고, 제1방사용액 공급튜브(H1) 및 제2방사용액 공급튜브(H2) 각각의 직경은 4㎜하였고, 상기 제1방사용액 저장조(R1)와 제2방사용액 저장조(R2)들로 각각 350rpm으로 회전시켰다.
상기와 같이 제조된 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 주사전자현미경사진은 도 8과 같았고, 상기와 같이 제조된 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 단면확대 사진은 도 10과 같았다.
1 : 컬렉터 2 : 전압발생장치
T : 방사튜브 Ta : 방사튜브 본체
Tb : 방사튜브의 다각형 튜브상 중공부
Tc : 방사튜브의 다각형 튜브상 중공부 내에 위치하는 용액 분리판.
T1 : 방사튜브의 다각형 튜브상 중공부 중에서 방사용액 A가 공급되는 구획영역
T2 : 방사튜브의 다각형 튜브상 중공부 중에서 방사용액 B가 공급되는 구획 영역
H1 : 방사용액 A를 방사튜브(T)에 공급하는 제1방사용액 공급 튜브
H2 : 방사용액 B를 방사튜브(T)에 공급하는 제2방사용액 공급 튜브
R1 : 방사용액 A를 방사튜브(T)에 일정량씩 공급하기 위한 제1방사용액 저장조
R2 : 방사용액 B를 방사튜브(T)에 일정량씩 공급하기 위한 제2방사용액 저장조
S1 : 방사용액 A를 제1방사용액 저장조(R1)으로 공급하는 튜브
S2 : 방사용액 B를 제2방사용액 저장조(R2)로 공급하는 튜브
P1 : 방사용액 A 공급용 펌프
P2 : 방사용액 B 공급용 펌프
Nc : 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유
NA : 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 중 A성분
NB : 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 중 B성분

Claims (11)

  1. (ⅰ) 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하는 방사튜브 본체(Ta), 상기 방사튜브 본체(Ta)의 내부에 상기 방사튜브 본체(Ta)의 길이방향을 따라 형성되어 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb) 및 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리들을 대각으로 연결하면서 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 길이방향을 따라 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부에 위치하여 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부 공간을 여러 구간으로 구획시켜 주는 용액분리판(Tc)들로 구성되는 방사튜브(T);
    (ⅱ) 상기 방사튜브(T) 하단에 위치하고, 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하고, 상기 방사튜브(T) 내로 공급되는 2개 성분의 방사용액 중 하나의 방사용액을 저장하는 제1방사용액 저장조(R1);
    (ⅲ) 상기 제1방사용액 저장조(R1) 하단에 위치하고, 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하고, 상기 방사튜브(T) 내로 공급되는 2개 성분의 방사용액 중 나머지 하나의 방사용액을 저장하는 제2방사용액 저장조(R2);
    (ⅳ) 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 길이방향을 따라 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제1방사용액 공급튜브(H1); 및
    (ⅴ) 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 길이방향을 따라 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제2방사용액 공급튜브(H2); 를 포함하며,
    상기 제1방사용액 공급튜브(H1)와 제2방사용액 공급튜브(H2)들은 용액 분리판(Tc)에 의해 구획되는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역(T1, T2)들과 교호로 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 제조용 방사장치.
  2. 제1항에 있어서, 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 개수는 짝수인 것을 특징으로 하는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 제조용 방사장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방사튜브(T)와 제1방사용액 저장조(R1) 및 제2방사용액 저장조(R2)는 일체를 이루도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 제조용 방사장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방사튜브(T)와 제1방사용액 저장조(R1) 및 제2방사용액 저장조(R2)는 분리되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유 제조용 방사장치.
  5. (ⅰ) 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하는 방사튜브 본체(Ta), 상기 방사튜브 본체(Ta)의 내부에 상기 방사튜브 본체(Ta)의 길이방향을 따라 형성되어 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb) 및 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리들을 대각으로 연결하면서 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 길이방향을 따라 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부에 위치하여 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 내부 공간을 여러 구간으로 구획시켜 주는 용액분리판(Tc)들로 구성되는 방사튜브(T)를 회전시켜 주면서 전압발생장치(2)로 상기 방사튜브(T)와 상기 방사튜브(T) 상부에 위치하는 컬렉터(1)에 고전압을 걸어 준 다음, (ⅱ) 제1방사용액(방사용액 A) 공급용 펌프(P1)와 제1방사용액(방사용액 A) 공급용 튜브(S1)를 이용하여 제1방사용액(방사용액 A)을 상기 방사튜브(T) 하단에 위치하고, 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하고, 상기 방사튜브(T) 내로 2개 성분의 방사용액 중 하나의 방사용액을 저장하는 제1방사용액 저장조(R1) 내로 공급함과 동시에, (ⅲ) 제2방사용액(방사용액 B) 공급용 펌프(P2)와 제2방사용액(방사용액 B) 공급용 튜브(S2)를 이용하여 제2방사용액(방사용액B)을 상기 제1방사용액 저장조(R1) 상단에 위치하고, 원통형 및 원추형 중에서 선택된 하나의 형태를 구비하고, 상기 방사튜브(T) 내로 2개 성분의 방사용액 중 나머지 하나의 방사용액을 저장하는 제2방사용액 저장조(R2) 내로 공급한 다음, (ⅳ) 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 길이방향을 따라 상기 제1방사용액 저장조(R1)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제1방사용액 공급튜브(H1) 및 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 길이방향을 따라 상기 제2방사용액 저장조(R2)의 내부에 설치되어 있고, 상단부가 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)와 연통하고 있는 2개 이상의 제2방사용액 공급튜브(H2)를 통해 제1방사용액 저장조(R1) 내에 저장된 제1방사용액(방사용액 A)과 제2방사용액 저장조(R2) 내에 저장된 제2방사용액(방사용액 B)를 용액 분리판(Tc)에 의해 구획되는 다각형 튜브상 중공부(Tc)의 구획영역(T1, T2)에 교호로 공급한 다음, (ⅴ) 다각형 튜브상 중공부(Tc)의 구획영역(T1, T2) 내로 공급된 제1방사용액(방사용액 A)와 제2방사용액(방사용액 B)를 원심력과 전기력을 이용하여 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 부분을 통해 전압발생장치(2)에 의해 고전압이 걸려 있는 컬렉터(1) 방향으로 방사하는 것을 특징으로 하는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 방사튜브 본체(Ta)와 맞닿아 있는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 인접 좌측에 위치하는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 면적과 상기 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 모서리 인접 우측에 위치하는 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 면적을 서로 상이하게 형성하는 것을 특징으로 하는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역(T1, T2)들 내로 공급되는 제1방사용액(방사용액 A)과 제2방사용액(방사용액 B)들은 서로 다른 고분자 용액인 것을 특징으로 하는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서, 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역(T1, T2)들 내로 공급되는 제1방사용액(방사용액 A)과 제2방사용액(방사용액 B)들은 분자량이 서로 상이한 동종의 고분자용액인 것을 특징으로 하는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서, 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역(T1, T2)들 내로 공급되는 제1방사용액(방사용액 A)과 제2방사용액(방사용액 B)들은 서로 다른 무기물이 포함된 프리커서 용액인 것을 특징으로 하는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 제조방법.
  10. 제5항에 있어서, 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 내로 공급되는 제1방사용액(방사용액 A)은 고분자 용액이고, 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 내로 공급되는 제2방사용액(방사용액 B)은 무기물이 포함된 프리커서 용액인 것을 특징으로 하는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 제조방법.
  11. 제5항에 있어서, 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 내로 공급되는 제1방사용액(방사용액 A)은 무기물이 포함된 프리커서 용액이고, 다각형 튜브상 중공부(Tb)의 구획영역 내로 공급되는 제2방사용액(방사용액 B)은 고분자 용액인 것을 특징으로 하는 사이드 바이 사이드형 2성분 복합 나노섬유의 제조방법.
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