KR101907547B1 - 캡슐 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 막의 기공에 캡슐물질을 통과시켜 코어(core)-쉘(shell) 구조의 캡슐을 생성시킴에 있어서, 캡슐물질을 구성하는 코어(core)물질과 쉘(shell)물질 사이의 밀도 차이, 캡슐물질과 이동상물질의 밀도 차이를 이용하여 코어-쉘 구조의 캡슐을 용이하게 생성할 수 있는 캡슐 제조장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 캡슐 제조장치는 캡슐 생성 공간을 제공하는 반응조; 상기 반응조 하부로부터 이격된 위치에 구비되며, 막을 관통하는 복수의 기공을 구비하는 캡슐 생성막; 반응조 하부에 채워진 코어물질; 상기 코어물질 상에 구비되며, 캡슐 생성막과 접하도록 구비되는 쉘물질; 및 상기 캡슐 생성막 상에 구비되는 이동상물질;을 포함하여 이루어지며, 이동상물질의 밀도(ρcarrier), 코어물질의 밀도(ρcore), 쉘물질의 밀도(ρshell)는 ρcarrier>ρcore>ρshell 의 관계를 이루며, 상기 코어물질에 압력이 인가되면 코어물질과 쉘물질이 캡슐 생성막의 기공을 통해 상향 배출되며, 기공을 통해 배출되는 코어물질과 쉘물질은 코어-쉘 구조의 캡슐로 캡슐화되어 이동상물질 내에서 부유 이동되는 것을 특징으로 한다.

Description

캡슐 제조장치{Apparatus for fabricating capsule}
본 발명은 캡슐 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 막의 기공에 캡슐물질을 통과시켜 코어(core)-쉘(shell) 구조의 캡슐을 생성시킴에 있어서, 캡슐물질을 구성하는 코어(core)물질과 쉘(shell)물질 사이의 밀도 차이, 캡슐물질과 이동상물질의 밀도 차이를 이용하여 코어-쉘 구조의 캡슐을 용이하게 생성할 수 있는 캡슐 제조장치에 관한 것이다.
특정 기능성 물질을 캡슐화하는 기술은 재료, 의약, 농약, 화장품 등 다양한 분야에 응용되고 있다.
기존의 캡슐화 기술은 대량 생산에 적합하지 않다. 그 이유는 생성된 캡슐의 크기분포가 넓어 목적한 크기의 캡슐을 생산하기가 어렵고, 캡슐화 수율이 떨어지며 캡슐 크기의 조절범위가 수nm∼수백㎛로 좁게 한정되어 있으며, 캡슐화 공정에 적지 않은 비용이 소요되기 때문이다. 이와 같은 문제로, 현재는 실험실에서 연구하기 위한 정도의 기술만을 가지고 있으며, 산업적으로 적용 및 활용하기까지 다양한 해결 방안이 필요하다. 따라서 캡슐 대량생산을 위해서 크기를 균일하게 제어할 수 있고 캡슐 제조과정이 간단한 시스템 개발이 필요한 실정이다.
종래의 캡슐제조공정은 화학적 방법, 물리화학적 방법, 기계적 방법으로 구분되며, 화학적 방법으로는 현탁중합법, 에멀젼중합법, 석출중합법, 계면중축합법, 액중경화법 등이 있으며, 물리화학적 방법으로는 액중건조법, 전상유화법, 코아세르베이션법 등이 있으며, 기계적 방법으로는 스프레이드라이법, 헤테로응집법 등이 있다.
상술한 종래의 캡슐제조공정은 대부분 유탁액(emulsion)을 형성한 다음, 유탁액의 표면에 외벽을 형성시키는 방법을 택하고 있는데, 유탁액의 크기 제어가 어렵다는 점과 캡슐화율이 떨어지고 제조할 수 있는 캡슐의 평균크기가 작으며 균일한 물성의 캡슐이 생성되기 어렵다는 문제점이 있다.
최근, 이와 같은 캡슐화 공정의 문제점을 해결하기 위해 유탁액과 외벽의 비율과 크기를 균일하게 조절하기 위해 유탁액과 외벽물질을 한번에 가압하여 캡슐을 형성시키는 초미세소자법이 개발되었다. 이 기술은 균일한 캡슐을 형성할 수 있으며, 캡슐화도가 거의 100%에 가깝다. 하지만, 한 번에 한 개의 캡슐만을 사용하기 때문에 생산성이 떨어지고, 캡슐의 크기가 마이크로미터 크기로 한계가 있으며, 캡슐을 유지하기 위해 이동상 물질의 흐름을 계속 공급해 주어야 하기 때문에 경제성이 떨어진다.
그 후, 2014년 스위스의 Buchi社에서는 BUCHI B-390 ENCAPSULATOR 라는 제품을 출시한 바 있다. 그러나, Buchi社의 제품은 최대 2mm 직경의 직경만 형성할 수 있고, 캡슐을 생성한 후 외벽이 정화될 때까지 캡슐을 유지시키기 위해 이동상 물질에 연속적으로 에너지를 가하여 캡슐을 이동시켜야 하는 공정이 필요하기 때문에 생산성과 경제성 측면에서 대량화에 어려움이 있다.
한국공개특허 제10-2013-0038455호 한국공개특허 제10-2005-0058228호 한국공개특허 제10-2015-0144291호 미국등록특허 US285042 미국등록특허 US286298
Self-healing epoxy composites - Preparation and effect of the healant consisting of microencapsulated epoxy and latent curing agent. (Composites Science and Technology, 2007, 67 (2), 201-212) Phospholipid Membrane Encapsulation of Nanoparticles for Surface-Enhanced Raman Scattering (Langmuir, 2011, 27, 7024-33) Encapsulation of Inorganic Particles by Dispersion Polymerization in Polar Media: 1. Silica Nanoparticles Encapsulated by Polystyrene. (Elsevier, 1998, 197(2), 293-308)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 막의 기공에 캡슐물질을 통과시켜 코어(core)-쉘(shell) 구조의 캡슐을 생성시킴에 있어서, 캡슐물질을 구성하는 코어(core)물질과 쉘(shell)물질 사이의 밀도 차이, 캡슐물질과 이동상물질의 밀도 차이를 이용하여 코어-쉘 구조의 캡슐을 용이하게 생성할 수 있는 캡슐 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캡슐 제조장치는 캡슐 생성 공간을 제공하는 반응조; 상기 반응조 하부로부터 이격된 위치에 구비되며, 막을 관통하는 복수의 기공을 구비하는 캡슐 생성막; 반응조 하부에 채워진 코어물질; 상기 코어물질 상에 구비되며, 캡슐 생성막과 접하도록 구비되는 쉘물질; 및 상기 캡슐 생성막 상에 구비되는 이동상물질;을 포함하여 이루어지며, 이동상물질의 밀도(ρcarrier), 코어물질의 밀도(ρcore), 쉘물질의 밀도(ρshell)는 ρcarrier>ρcore>ρshell 의 관계를 이루며, 상기 코어물질에 압력이 인가되면 코어물질과 쉘물질이 캡슐 생성막의 기공을 통해 상향 배출되며, 기공을 통해 배출되는 코어물질과 쉘물질은 코어-쉘 구조의 캡슐로 캡슐화되어 이동상물질 내에서 부유 이동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 캡슐 제조장치는 캡슐 생성 공간을 제공하는 반응조; 상기 반응조 하부로부터 이격된 위치에 구비되며, 막을 관통하는 복수의 기공을 구비하는 캡슐 생성막; 상기 캡슐 생성막 상에 구비되는 쉘물질; 상기 쉘물질 상에 채워진 코어물질; 및 상기 캡슐 생성막 하부에 구비되는 이동상물질;을 포함하여 이루어지며, 이동상물질의 밀도(ρcarrier), 코어물질의 밀도(ρcore), 쉘물질의 밀도(ρshell)는 ρcarrier<ρcore<ρshell 의 관계를 이루며, 상기 코어물질에 압력이 인가되면 코어물질과 쉘물질이 캡슐 생성막의 기공을 통해 하향 배출되며, 기공을 통해 배출되는 코어물질과 쉘물질은 코어-쉘 구조의 캡슐로 캡슐화되어 이동상물질 내에서 부유 이동되는 것을 다른 특징으로 한다.
기공을 따라 이동되는 코어물질과 쉘물질은, 기공의 평면 기준으로 기공의 중심부에 코어물질이 위치하고 코어물질의 외벽 상에 동심원의 형태로 쉘물질이 위치하는 1차적인 코어-쉘 구조를 이루며, 1차적인 코어-쉘 구조를 이루는 코어물질과 쉘물질은 기공을 통해 상향 또는 하향 배출되면 코어-쉘 구조의 캡슐로 캡슐화된다.
상기 반응조의 일측에 코어물질을 공급하는 코어물질 공급장치 및 쉘물질을 공급하는 쉘물질 공급장치가 더 구비되며, 상기 코어물질 공급장치 및 쉘물질 공급장치 각각의 일측에는 코어물질 또는 쉘물질의 공급압력를 제어하기 위한 공급압력조절장치가 구비되며, 코어물질 및 쉘물질의 공급압력 제어를 통해 생성되는 캡슐의 크기를 선택적으로 조절할 수 있다.
코어물질과 쉘물질의 조합은 캡슐물질이며, 상기 캡슐 생성막과 캡슐물질은 각각 친수성 또는 소수성이며, 캡슐 생성막과 캡슐물질의 수성 특성을 서로 다르게 하여 상대적으로 작은 크기의 캡슐을 생성시키거나, 캡슐 생성막과 캡슐물질의 수성 특성을 동일하게 하여 상대적으로 큰 크기의 캡슐을 생성시킬 수 있다.
캡슐 생성막과 쉘물질 사이에 계면활성제층이 더 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 캡슐 제조장치는 다음과 같은 효과가 있다.
코어물질과 쉘물질 사이의 밀도 차이, 캡슐물질과 이동상물질의 밀도 차이에 의해 코어-쉘 구조의 캡슐이 생성됨에 따라, 코어-쉘 구조의 캡슐 생성을 위한 별도의 인위적인 공정이 요구되지 않는다.
또한, 캡슐 제조공정을 간략화할 수 있으며 이와 함께, 막의 기공에 대응되는 크기의 캡슐 제조가 가능함에 따라 일정한 크기의 캡슐을 제조할 수 있고, 막의 기공 및 캡슐물질에 인가되는 압력의 제어를 통해 캡슐 크기를 선택적으로 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 캡슐 제조장치의 구성도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 캡슐 제조장치에서의 캡슐화 과정을 설명하기 위한 참고도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 캡슐 제조장치의 구성도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 캡슐 제조장치에서의 캡슐화 과정을 설명하기 위한 참고도.
본 발명은 간략한 공정을 통해 다양한 크기의 캡슐을 일정하게 제조할 수 있는 캡슐 제조기술을 제시한다.
본 발명에 따른 캡슐은 코어(core)-쉘(shell) 구조를 이루며, 코어(core)물질과 쉘(shell)물질로 구성되는 캡슐물질이 막의 기공을 통과함으로써 캡슐이 제조된다.
캡슐물질을 막의 기공을 통과시켜 캡슐을 제조함에 있어서, 코어물질과 쉘물질 사이의 밀도 차이, 캡슐물질과 이동상물질의 밀도 차이를 이용한다. 캡슐물질이 캡슐화를 위해 이동되는 방향에 따라, 코어물질과 쉘물질 사이의 밀도 차이, 캡슐물질과 이동상물질의 밀도 차이는 그에 맞게 설정되며 이에 대해서는 실시예를 통해 상세히 설명하기로 한다.
코어물질의 밀도와 쉘물질의 밀도가 서로 다름에 따라, 캡슐물질은 막의 기공을 통과하는 과정에서 1차적인 코어-쉘 구조를 이루게 되며, 캡슐물질과 이동상물질의 밀도가 서로 다름에 따라, 기공으로부터 이동상물질로 배출된 1차적인 코어-쉘 구조의 캡슐물질은 표면에너지를 최소화하기 위해 캡슐화됨과 함께 생성된 캡슐은 이동상물질 내에서 부유 이동될 수 있다. 상기 '1차적인 코어-쉘 구조'는 기공 내에서 코어물질이 중심부에 위치하고 쉘물질이 코어물질의 외벽에 위치하는 구조를 일컬으며, 후술하는 실시예를 통해 상세히 설명하기로 한다.
이와 같이, 코어물질과 쉘물질 사이의 밀도 차이, 캡슐물질과 이동상물질의 밀도 차이에 의해 코어-쉘 구조의 캡슐이 생성됨에 따라, 코어-쉘 구조의 캡슐 생성을 위한 별도의 인위적인 공정이 요구되지 않는다.
따라서, 캡슐 제조공정을 간략화할 수 있으며 이와 함께, 막의 기공에 대응되는 크기의 캡슐 제조가 가능함에 따라 일정한 크기의 캡슐을 제조할 수 있고, 막의 기공 및 캡슐물질에 인가되는 압력의 제어를 통해 캡슐 크기를 선택적으로 조절할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 제조장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 제조장치는 반응조(10)를 구비한다. 상기 반응조(10)는 캡슐 생성 공간을 제공한다.
상기 반응조(10) 내에는 캡슐 생성막(20)이 구비된다. 상기 캡슐 생성막(20)은 캡슐 생성을 유도하는 것으로서, 복수의 기공(21)을 구비한다. 캡슐 생성막(20)에 구비된 기공(21)은 캡슐 생성막(20)을 상하로 관통하며, 기공(21)의 일단측으로 캡슐물질이 유입되면 기공(21)의 다른 일단측으로 캡슐이 생성되어 배출된다. 캡슐물질이 캡슐로 캡슐화되는 과정에 대해서는 후술하여 상세히 설명하기로 한다. 상기 캡슐 생성막(20)은 반응조(10) 하단으로부터 이격된 위치에 구비된다.
상기 캡슐 생성막(20) 하부의 반응조(10)에는 캡슐물질이 채워지는 형태로 구비된다. 즉, 반응조(10)의 일정 높이까지 캡슐물질이 채워지며 캡슐물질 상에 캡슐 생성막(20)이 구비되는 형태를 이룬다.
상기 캡슐물질은 캡슐을 구성하는 물질로서, 코어(core)물질과 쉘(shell)물질로 구분된다. 본 발명에 따라 제조되는 캡슐은 코어(core)-쉘(shell) 구조로서, 중심부에 코어물질(11)이 위치하고, 코어물질(11)의 외벽 상에 쉘(shell)물질이 구비되는 구조를 이룬다. 반응조(10) 내에 있어서, 코어물질(11)과 쉘물질(12)은 순차적으로 적층된 형태로 구비된다. 즉, 코어물질(11) 상에 쉘물질(12)이 위치하고, 쉘물질(12) 상에 캡슐 생성막(20)이 접하여 구비되는 형태를 이룬다.
상기 캡슐물질을 구성하는 코어물질(11)과 쉘물질(12)은 밀도가 서로 다르다. 구체적으로, 코어물질(11)의 밀도(ρcore)가 쉘물질(12)의 밀도(ρshell)보다 크다(ρcore>ρshell). 따라서, 밀도 차이에 의해 코어물질(11) 상에 쉘물질(12)이 위치되며, 코어물질(11)과 쉘물질(12)이 반응조(10) 하부에 함께 공급되더라도 코어물질(11) 상에 쉘물질(12)이 적층된 형태로 위치된다.
한편, 상기 캡슐 생성막(20) 상에는 이동상물질(13)이 구비된다. 상기 이동상물질(13)은 캡슐 생성막(20)의 기공(21)을 통해 상향 배출되는 캡슐물질을 캡슐화시킴과 함께 생성된 캡슐을 부유 이동시키는 물질이며, 기공(21)을 통해 배출되는 캡슐물질 정확히는, 1차적인 코어-쉘 구조의 캡슐물질(후술하는 캡슐화 과정에서 상세히 설명하기로 한다)을 캡슐로 캡슐화함과 함께 부유 이동시키기 위해 캡슐물질의 밀도는 이동상물질(13)의 밀도(ρcarrier)보다 낮아야 한다. 즉, 이동상물질(13)의 밀도(ρcarrier)는 쉘물질(12)의 밀도(ρshell) 뿐만 아니라 코어물질(11)의 밀도(ρcore)보다도 크다(ρcarrier>ρcore>ρshell).
이와 같은 구성 하에, 캡슐의 생성 과정 즉, 캡슐물질의 캡슐화 과정을 설명하기로 한다. 앞서 설명한 바와 같이, 반응조(10) 하부로부터 코어물질(11), 쉘물질(12), 캡슐 생성막(20), 이동상물질(13)이 순차적으로 적층된 형태를 이룬다. 또한, 쉘물질(12)의 밀도(ρshell), 코어물질(11)의 밀도(ρcore), 이동상물질(13)의 밀도(ρcarrier)의 순서로 밀도가 크다(ρcarrier>ρcore>ρshell).
이와 같은 상태에서, 코어물질(11)에 압력을 인가하면(도 2a 참조) 인가된 압력은 코어물질(11)을 거쳐 쉘물질(12)에 전달되며, 코어물질(11)과 쉘물질(12)은 인가된 압력을 해소하기 위해 캡슐 생성막(20)의 기공(21)을 통해 빠져나가려고 한다(도 2b 참조). 이 때, 코어물질(11)과 쉘물질(12)이 기공(21)을 통해 배출되는 과정에서 코어물질(11)이 중심부에 위치하고 쉘물질(12)이 코어물질(11)의 외벽에 위치하는 이른 바, 1차적인 코어-쉘 구조를 이루게 된다(도 2c 참조). 즉, 기공(21)의 평면 기준으로, 기공(21)의 중심부에 코어물질(11)이 위치하고 코어물질(11)의 외벽 상에 동심원의 형태로 쉘물질(12)이 위치한다.
계속적인 압력 인가에 의해, 기공(21)을 따라 이동되는 1차적인 코어-쉘 구조의 캡슐물질은 기공(21)의 다른 일단측을 통해 이동상물질(13)로 배출된다(도 2d 참조). 이동상물질(13)로 배출된 1차적인 코어-쉘 구조의 캡슐물질은 표면에너지를 최소화하기 위한 구(球) 형상으로 캡슐화되며, 캡슐물질의 밀도가 이동상물질(13)의 밀도보다 작기 때문에(ρcarrier>ρcore>ρshell) 생성된 캡슐은 상향 부유 이동된다. 즉, 기공(21)으로부터 이동상물질(13)로 배출된 1차적인 코어-쉘 구조의 캡슐물질은 캡슐물질과 이동상물질(13)의 밀도 차이에 의해 곧바로 캡슐로 변환됨과 함께 생성된 캡슐은 이동상물질(13) 내에서 밀도차에 의해 부유 이동된다.
캡슐의 연속적인 생성을 위해, 반응조(10)의 일측에 코어물질(11)을 공급하는 코어물질 공급장치(31) 및 쉘물질(12)을 공급하는 쉘물질 공급장치(32)가 더 구비될 수 있다. 또한, 코어물질 공급장치(31) 및 쉘물질 공급장치(32)의 일측에는 코어물질(11) 또는 쉘물질(12)의 공급속도(또는 공급압력)를 제어하기 위한 공급압력조절장치(33)(34)가 구비될 수 있으며, 코어물질(11) 및 쉘물질(12)의 공급압력 제어를 통해 생성되는 캡슐의 크기를 선택적으로 조절할 수 있다. 이와 함께, 캡슐 생성시 원활할 캡슐화를 위해, 캡슐 생성막(20)과 쉘물질(12) 사이에 계면활성제층이 더 구비될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 제조장치 및 그에 따른 캡슐 제조공정에 대해 설명하였다. 상술한 실시예는 캡슐 생성막(20) 하부의 캡슐물질이 캡슐 생성막(20)의 기공(21)을 상향 통과하여 캡슐 생성막(20) 상부의 이동상물질(13) 내에서 캡슐이 형성됨을 기술하였는데, 캡슐물질이 캡슐 생성막(20) 상부에 위치하고 이동상물질(13)이 캡슐 생성막(20) 하부에 위치한 상태에서 캡슐물질이 캡슐 생성막(20)의 기공(21)을 하향 통과하여 캡슐 생성막(20) 하부의 이동상물질(13) 내에서 캡슐이 형성되는 것도 가능하다. 캡슐물질이 캡슐 생성막(20)의 기공(21)을 하향 통과하여 캡슐이 형성되는 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의상, 도 1에 대응되는 캡슐물질이 캡슐 생성막(20)의 기공(21)을 상향 통과하여 캡슐이 형성되는 실시예를 제 1 실시예, 후술하는 캡슐물질이 캡슐 생성막(20)의 기공(21)을 하향 통과하여 캡슐이 형성되는 실시예를 제 2 실시예로 칭하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 캡슐 제조장치는 제 1 실시예와 마찬가지로 반응조(10) 및 캡슐 생성막(20)을 구비한다. 상기 반응조(10)는 캡슐 생성 공간을 제공하며, 상기 캡슐 생성막(20)은 캡슐 생성을 유도하는 복수의 기공(21)을 구비함과 함께 반응조(10) 하단으로부터 이격된 위치에 장착된다.
상기 캡슐 생성막(20) 상에는 쉘물질(12)과 코어물질(11)이 순차적으로 적층, 구비된다. 즉, 상기 캡슐 생성막(20) 상에 쉘물질(12)이 위치하고, 쉘물질(12) 상에 코어물질(11)이 구비된다. 한편, 제 1 실시예는 달리, 제 2 실시예에 있어서 쉘물질(12)의 밀도(ρshell)가 코어물질(11)의 밀도보다 크다(ρshell>ρcore).
상기 캡슐 생성막(20) 하부에는 이동상물질(13)이 구비된다. 상기 이동상물질(13)은 캡슐 생성막(20)의 기공(21)을 통해 하향 배출되는 1차적인 코어-쉘 구조의 캡슐물질을 캡슐화시킴과 함께 생성된 캡슐을 부유 이동시키는 물질이다. 기공(21)을 통해 하향 배출되는 1차적인 코어-쉘 구조의 캡슐물질을 캡슐로 캡슐화함과 함께 부유 이동시키기 위해 이동상물질(13)의 밀도(ρcarrier)는 캡슐물질의 밀도보다 낮아야 한다. 즉, 이동상물질(13)의 밀도(ρcarrier)는 쉘물질(12)의 밀도(ρshell) 뿐만 아니라 코어물질(11)의 밀도(ρcore)보다도 작다(ρcarrier<ρcore<ρshell).
이와 같은 구성 하에, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 캡슐화 과정을 설명하기로 한다. 앞서 설명한 바와 같이, 반응조(10) 하부로부터 이동상물질(13), 캡슐 생성막(20), 쉘물질(12), 코어물질(11)이 순차적으로 적층된 형태를 이룬다. 또한, 이동상물질(13)의 밀도(ρcarrier), 코어물질(11)의 밀도(ρcore), 쉘물질(12)의 밀도(ρshell)의 순서로 밀도가 크다(ρcarrier<ρcore<ρshell).
이와 같은 상태에서 코어물질(11)에 압력을 인가하면(도 4a 참조), 코어물질(11) 및 쉘물질(12)은 기공(21)을 통해 하향 배출된다. 이 때, 코어물질(11)과 쉘물질(12)이 기공(21)을 통해 배출되는 과정에서 코어물질(11)이 중심부에 위치하고 쉘물질(12)이 코어물질(11)의 외벽에 위치하는 1차적인 코어-쉘 구조를 이루게 된다(도 4b, 도 4c 참조).
계속적인 압력 인가에 의해, 기공(21)을 따라 하향 이동되는 1차적인 코어-쉘 구조의 캡슐물질은 기공(21)의 다른 일단측을 통해 이동상물질(13)로 배출된다(도 4d 참조). 이동상물질(13)로 배출된 1차적인 코어-쉘 구조의 캡슐물질은 표면에너지를 최소화하기 위한 구(球) 형상으로 캡슐화되며, 이동상물질(13)이 캡슐물질보다 밀도가 작기 때문에(ρcarrier<ρcore<ρshell) 생성된 캡슐은 이동상물질(13) 내에서 부유 이동된다.
캡슐의 연속적인 생성을 위해, 반응조(10)의 일측에 코어물질(11)을 공급하는 코어물질 공급장치(31) 및 쉘물질(12)을 공급하는 쉘물질 공급장치(32)가 더 구비될 수 있다. 또한, 코어물질 공급장치(31) 및 쉘물질 공급장치(32)의 일측에는 코어물질(11) 또는 쉘물질(12)의 공급속도(또는 공급압력)를 제어하기 위한 공급압력조절장치(33)(34)가 구비될 수 있으며, 코어물질(11) 및 쉘물질(12)의 공급압력 제어를 통해 생성되는 캡슐의 크기를 선택적으로 조절할 수 있다. 이와 함께, 캡슐 생성시 원활할 캡슐화를 위해, 캡슐 생성막(20)과 쉘물질(12) 사이에 계면활성제층(도시하지 않음)이 더 구비될 수 있다.
이상, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 캡슐 제조장치 그리고 그에 따른 캡슐 제조방법에 대해 설명하였다. 한편, 제 1 실시예 및 제 2 실시예의 구성은 다음과 같이 구체적으로 한정될 수 있다.
상기 캡슐 생성막은 막을 관통하는 기공이 형성됨이 전제되면 그 재질은 한정되지 않는다. 일 실시예로, 고분자 재질 또는 무기재료 재질로 캡슐 생성막을 구성할 수 있으며, 기체분리막 용도의 막 또는 수처리용 분리막을 캡슐 생성막으로 적용할 수 있다.
또한, 상기 캡슐 생성막은 친수성 또는 소수성을 가질 수 있으며, 생성하고자 하는 캡슐의 크기에 따라 친수성의 캡슐물질 또는 소수성의 캡슐물질과 선택적으로 조합할 수 있다. 구체적으로, 캡슐 생성막과 캡슐물질의 수성 특성이 서로 다르면 상대적으로 작은 크기의 캡슐 생성에 적합하며, 캡슐 생성막과 캡슐물질의 수성 특성이 동일하면 상대적으로 큰 크기의 캡슐 생성에 적합하다.
캡슐 생성막과 캡슐물질의 수성 특성이 서로 다른 경우 즉, 친수성 캡슐 생성막과 소수성 캡슐물질의 조합 또는 소수성 캡슐 생성막과 친수성 캡슐물질의 조합의 경우, 캡슐물질이 기공으로부터 배출되는 과정에서 캡슐 생성막으로부터 쉽게 떨어짐에 따라 상대적으로 작은 크기의 캡슐 생성에 적합하다. 또한, 캡슐 생성막과 캡슐물질의 수성 특성이 동일한 경우 즉, 친수성 캡슐 생성막과 친수성 캡슐물질의 조합 또는 소수성 캡슐 생성막과 소수성 캡슐물질의 조합의 경우, 캡슐물질이 기공으로부터 배출되는 과정에서 캡슐 생성막으로부터 쉽게 떨어지지 않기 때문에 상대적으로 큰 크기의 캡슐 생성에 적합하다. 캡슐 생성막과 캡슐물질의 수성 특성이 동일한 경우에 있어서, 반응조 내에 계면활성제가 추가적으로 구비될 수 있으며, 이 경우 계면활성제는 캡슐 생성막과 쉘물질 사이에 위치한다.
상기 캡슐 생성막을 친수성 고분자 재질로 구성하는 경우, 일 실시예로 하이드록시 에틸메타아크릴레이트(hydroxyethyl metacrylate), 엔-비닐피로리돈(N-vinylpyrolidon), 아크릴산(acrylic acid) 중 어느 한 재질로 캡슐 생성막을 구성할 수 있으며, 소수성 고분자 재질을 이용하는 경우 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리메칠메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리카보네이트(poly carbonate), 폴리에틸렌테레프탈 레이트(poly ethylene terephthalate) 중 어느 한 재질로 캡슐 생성막을 구성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 실시예 및 제 2 실시예를 통해 제조된 캡슐에 대해, 열분해, 산화환원반응에 의한 개시, 직접 열 개시, 광 개시, 고 에너지 방사선에 의한 개시 등을 통해 쉘물질을 경화시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 캡슐 제조장치는 재료, 의약, 농약, 화장품 등의 다양한 분야에 적용되는 캡슐에 대한 제조가 가능하며, 일 예로 코어-쉘 구조를 갖는 PCM(phase change material) 캡슐 또한 제조가 가능하다. PCM(phase change material) 캡슐의 제조시, 코어물질로는 파라핀 왁스, fatty acid계, 무기계 염, 금속 류 물질 중 어느 하나를 이용할 수 있으며, 쉘물질로는 고분자 물질 또는 알지네이트 염과 같은 무기염을 이용할 수 있고, 상기 고분자 물질로는 단량체 내에 파이결합이 있어 개시제의 활성으로 고분자화될 수 있는 물질 예를 들어, 아크릴계(acrylic), 알릴계(allyl), 아민계(amine), 무수물계(anhydride), 카복실산계(carboxylic acid), 에폭시계(epoxide), 이소시아네이트계(isocyanate), 실리콘계(silicone), 스티렌계(styrene), 비닐계(vinyl) 단량체(monomer) 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
10 : 반응조 11 : 코어물질
12 : 쉘물질 13 : 이동상물질
20 : 캡슐 생성막 21 : 기공
31 : 코어물질 공급장치 32 : 쉘물질 공급장치
33, 34 : 공급압력조절장치

Claims (6)

  1. 캡슐 생성 공간을 제공하는 반응조;
    상기 반응조 하부로부터 이격된 위치에 구비되며, 막을 관통하는 복수의 기공을 구비하는 캡슐 생성막;
    반응조 하부에 채워진 코어물질;
    상기 코어물질 상에 구비되며, 캡슐 생성막과 접하도록 구비되는 쉘물질; 및
    상기 캡슐 생성막 상에 구비되는 이동상물질;을 포함하여 이루어지며,
    이동상물질의 밀도(ρcarrier), 코어물질의 밀도(ρcore), 쉘물질의 밀도(ρshell)는 ρcarrier>ρcore>ρshell 의 관계를 이루며,
    상기 코어물질에 압력이 인가되면 코어물질과 쉘물질이 캡슐 생성막의 기공을 통해 상향 배출되며, 기공을 통해 배출되는 코어물질과 쉘물질은 코어-쉘 구조의 캡슐로 캡슐화되어 이동상물질 내에서 부유 이동되며,
    코어물질과 쉘물질의 조합은 캡슐물질이며,
    상기 캡슐 생성막과 캡슐물질은 각각 친수성 또는 소수성이며,
    캡슐 생성막과 캡슐물질의 수성 특성을 서로 다르게 하여 상대적으로 작은 크기의 캡슐을 생성시키거나, 캡슐 생성막과 캡슐물질의 수성 특성을 동일하게 하여 상대적으로 큰 크기의 캡슐을 생성시키는 것을 특징으로 하는 캡슐 제조장치.
  2. 캡슐 생성 공간을 제공하는 반응조;
    상기 반응조 하부로부터 이격된 위치에 구비되며, 막을 관통하는 복수의 기공을 구비하는 캡슐 생성막;
    상기 캡슐 생성막 상에 구비되는 쉘물질;
    상기 쉘물질 상에 채워진 코어물질; 및
    상기 캡슐 생성막 하부에 구비되는 이동상물질;을 포함하여 이루어지며,
    이동상물질의 밀도(ρcarrier), 코어물질의 밀도(ρcore), 쉘물질의 밀도(ρshell)는 ρcarrier<ρcore<ρshell 의 관계를 이루며,
    상기 코어물질에 압력이 인가되면 코어물질과 쉘물질이 캡슐 생성막의 기공을 통해 하향 배출되며, 기공을 통해 배출되는 코어물질과 쉘물질은 코어-쉘 구조의 캡슐로 캡슐화되어 이동상물질 내에서 부유 이동되며,
    코어물질과 쉘물질의 조합은 캡슐물질이며,
    상기 캡슐 생성막과 캡슐물질은 각각 친수성 또는 소수성이며,
    캡슐 생성막과 캡슐물질의 수성 특성을 서로 다르게 하여 상대적으로 작은 크기의 캡슐을 생성시키거나, 캡슐 생성막과 캡슐물질의 수성 특성을 동일하게 하여 상대적으로 큰 크기의 캡슐을 생성시키는 것을 특징으로 하는 캡슐 제조장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 기공을 따라 이동되는 코어물질과 쉘물질은, 기공의 평면 기준으로 기공의 중심부에 코어물질이 위치하고 코어물질의 외벽 상에 동심원의 형태로 쉘물질이 위치하는 1차적인 코어-쉘 구조를 이루며,
    1차적인 코어-쉘 구조를 이루는 코어물질과 쉘물질은 기공을 통해 상향 또는 하향 배출되면 코어-쉘 구조의 캡슐로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 캡슐 제조장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반응조의 일측에 코어물질을 공급하는 코어물질 공급장치 및 쉘물질을 공급하는 쉘물질 공급장치가 더 구비되며, 상기 코어물질 공급장치 및 쉘물질 공급장치 각각의 일측에는 코어물질 또는 쉘물질의 공급압력를 제어하기 위한 공급압력조절장치가 구비되며,
    코어물질 및 쉘물질의 공급압력 제어를 통해 생성되는 캡슐의 크기를 선택적으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 캡슐 제조장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 캡슐 생성막과 쉘물질 사이에 계면활성제층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 캡슐 제조장치.
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