KR102122274B1 - 유도가열기를 이용한 용융 전기방사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도가열기를 이용한 용융 전기방사장치에 관한 것으로서, 특히 유도가열에 의해 용매(솔벤트)없이 고분자를 용융시켜 전기방사할 수 있는 유도가열기를 이용한 용융 전기방사장치에 관한 것이다.
본 발명의 유도가열기를 이용한 용융 전기방사장치는, 내부에 고분자가 충진되어 나노섬유를 전기방사하는 금속재질의 전기방사노즐과; 상기 전기방사노즐에 방사되는 나노섬유를 포집하는 콜렉터와; 고주파 전류를 발생시키는 고주파전원본체와; 상기 전기방사노즐의 외부를 감싸 설치되고, 상기 고주파전원본체에 연결되는 코일부;을 포함하여 이루어지되, 상기 고분자에는 용매가 혼합되어 있지 않고, 상기 코일부에 고주파 전류 인가시 상기 전기방사노즐에는 자속이 집중되어 상기 전기방사노즐이 유도 가열되고, 가열된 상기 전기방사노즐 내부에 충진된 상기 고분자는 용매없이 용융된 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다.

Description

유도가열기를 이용한 용융 전기방사장치 { MELT ELECTROSPINNING DEVICE USING INDUCTION HERTER }

본 발명은 유도가열기를 이용한 용융 전기방사장치에 관한 것으로서, 특히 유도가열에 의해 용매(솔벤트)없이 고분자를 용융시켜 전기방사할 수 있는 유도가열기를 이용한 용융 전기방사장치에 관한 것이다.

일반적으로 나노섬유는 섬유 직경의 평균 직경이 5 내지 1,000㎚가 되는 섬유를 의미한다.

나노섬유는 주로 방사 용액을 전기 방사하여 제조되고, 그리고 나노섬유를 전기 방사하는 방법은 상향식, 하향식 그리고 수평식이 있다.

이러한 전기방사를 통한 나노섬유 제조기술은, 고분자 물질을 사전에 용매(솔벤트 등)와 혼합하여 솔루션을 제조한 뒤, 제조된 솔루션을 전기방사하고 있다.

그러나 용매를 포함하는 솔루션은 방사과정에서 발생되는 잔존 용매로 인한 환경적인 문제가 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 용매를 사용하지 않는 전기방사기술도 개발되고 있다.

그러나, 종래의 무용매 전기방사기술들은 그 구조가 복잡하고, 용매가 없는 고분자를 전기방사가 이루어지는 조건까지 충분히 용융시켜 그 상태를 유지시키는데 어려움이 있었다.

등록특허 10-1846823 공개특허 10-2010-0097918

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 비교적 간단한 구조를 이용하여 용매없이 고분자를 유도가열에 의해 용융시켜 전기방사할 수 있고, 또한 고분자가 최적의 온도에서 용융된 상태를 유지하도록 할 수 있는 유도가열기를 이용한 용융 전기방사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 유도가열기를 이용한 용융 전기방사장치는, 내부에 고분자가 충진되어 나노섬유를 전기방사하는 금속재질의 전기방사노즐과; 상기 전기방사노즐에 방사되는 나노섬유를 포집하는 콜렉터와; 고주파 전류를 발생시키는 고주파전원본체와; 상기 전기방사노즐의 외부를 감싸 설치되고, 상기 고주파전원본체에 연결되는 코일부;를 포함하여 이루어지되, 상기 고분자에는 용매가 혼합되어 있지 않고, 상기 코일부에 고주파 전류 인가시 상기 전기방사노즐에는 자속이 집중되어 상기 전기방사노즐이 유도 가열되고, 가열된 상기 전기방사노즐 내부에 충진된 상기 고분자는 용매없이 용융된 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다.

상기 코일부와 상기 전기방사노즐은 상호 이격되어 비접촉된다.

상기 코일부는 중공형상으로 이루어져 그 내부에 액체가 수용되어 있다.

상기 코일부에 연결되어 상기 코일부의 내부에 수용된 액체를 순환시키는 펌프부재;를 더 포함하여 이루어진다.

상기 코일부의 온도를 측정하는 온도센서와; 상기 펌프부재의 작동여부를 제어하는 제어부;를 더 포함하여 이루어지되, 상기 제어부는, 상기 온도센서에서 측정된 상기 코일부의 온도가 미리 설정된 온도를 초과하면 상기 펌프부재를 작동시켜 상기 코일부의 내부에 수용된 액체를 순환시킨다.

상기 코일부에 연결되어 상기 코일부 내부에 수용된 액체를 냉각시키는 냉각부;를 더 포함하여 이루어지되, 상기 펌프부재의 작동시 상기 냉각부에서 냉각된 액체가 상기 코일부의 내부를 따라 이동한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 유도가열기를 이용한 용융 전기방사장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 고분자가 충진된 전기방사노즐을 전자유도가열 방식으로 유도 가열하여 용매없이 고분자를 용융상태로 변환시켜 전기방사할 수 있어, 용매에 의한 환경오염 및 인체의 유해성 등을 저감시킬 수 있다.

그리고, 고분자를 용융시키는 전기방사노즐의 온도를 조절하여 고분자가 최적의 온도에서 용융된 상태를 유지하도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기방사장치의 구성도.

본 발명의 유도가열기를 이용한 용융 전기방사장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 전기방사노즐(1)과, 콜렉터(2)와, 고주파전원본체(3)와, 코일부(4)와, 펌프부재(5) 등을 포함하여 이루어진다.

상기 전기방사노즐(1)은 종래의 일반적인 전기방용 노즐과 동일하다.

상기 전기방사노즐(1)의 내부에는 나노섬유를 제조하기 위한 고분자가 충진되고, 상기 고분자가 전기방사되어 나노섬유가 생성된다.

이러한 상기 전기방사노즐(1)은 금속재질로 이루어진다.

상기 전기방사노즐(1)에 충진되는 고분자에는 솔벤트 등의 용매가 혼합되어 있지 않다.

상기 콜렉터(2)는 상기 전기방사노즐(1)과 이격되어, 상기 전기방사노즐(1)에서 방사되는 나노섬유를 포집한다.

상기 전기방사노즐(1)과 콜렉터(2)에는 양극단자와 음극단자가 각각 연결되어 있다.

상기 고주파전원본체(3)는 고주파 전류를 발생시켜, 상기 코일부(4)에 고주파 전류를 인가하기 위한 것이다.

상기 코일부(4)는 상기 전기방사노즐(1)의 외부를 감싸면서 설치되고, 상기 고주파전원본체(3)에 연결되어 있다.

따라서, 상기 고주파전원본체(3)에서 상기 코일부(4)에 고주파 전류를 인가하게 되면, 상기 코일부(4)의 안쪽에 배치된 상기 전기방사노즐(1)에는 자속이 집중되어 전자유도작용에 의해 소용돌기 전류가 발생하여 피가열물 즉 상기 전기방사노즐(1)이 유도 가열된다.

상기 전기방사노즐(1)이 가열되게 되면, 상기 전기방사노즐(1)의 내부에 충진된 상기 고분자는 용융되게 된다.

위와 같이 상기 전기방사노즐(1)에 충진되는 고분자는 용매없이 상기 전기방사노즐(1)이 가열됨으로써 용융된 상태를 유지하게 된다.

따라서, 환경적인 문제점을 유발시키거나 인체 유해성이 있는 용매를 사용하지 않고서도 고분자를 용매상태로 유지하여 전기방사할 수 있다.

상기 코일부(4)와 상기 전기방사노즐(1)은 상호 이격되어 비접촉되도록 한다.

따라서, 상기 코일부(4)와 상기 전기방사노즐(1) 상호간의 절연상태를 유지시켜, 고분자를 가열하는 상기 전기방사노즐(1)과 전기가 인가되는 상기 코일부(4) 사이에 절연이 깨져 전압 충돌이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 코일부(4)는 일반적인 코일 형상으로 이루어질 수도 있으나, 상기 코일부(4)는 중공형상으로 이루어져 그 내부에 물 등의 액체가 수용되어 있도록 한다.

상기 펌프부재(5)는 상기 코일부(4)에 연결되어 상기 코일부(4)의 내부에 수용된 액체를 순환시킨다.

상기 펌프부재(5)에 의해 상기 코일부(4) 내부에 수용된 액체가 순환됨으로써, 상기 코일부(4)의 온도를 조절할 수 있다.

상기 코일부(4)의 온도를 보다 잘 조절하도록 하기 위해, 본 발명은 온도센서(6)와 제어부(7)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 온도센서(6)는 상기 코일부(4)의 온도를 측정한다.

상기 제어부(7)는 상기 펌프부재(5)의 작동여부를 제어한다.

보다 구체적으로, 상기 제어부(7)는 상기 온도센서(6)에서 측정된 상기 코일부(4)의 온도가 미리 설정된 온도를 초과하면 상기 코일부(4)가 과열되었다고 판단하여, 상기 펌프부재(5)를 작동시킴으로서 상기 코일부(4)의 내부에 수용된 액체를 순환시킨다.

상기 코일부(4) 내부에 수용된 액체가 순환됨에 따라 차가운 액체에 의해 상기 코일부(4)는 냉각되어 미리 일정한 온도 범위로 낮아지게 된다.

상기 코일부(4)에 수용된 액체가 차가운 상태에 있도록 하기 위해, 본 발명은 냉각부(8)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 냉각부(8)는 상기 코일부(4)에 연결되어 상기 코일부(4) 내부에 수용된 액체를 냉각시킨다.

상기 펌프부재(5), 냉각부(8) 등에는 중공형상의 상기 코일부(4)가 그대로 연결되어 있어, 상기 코일부(4)의 내부에 수용된 액체는 상기 펌프부재(5) 및 냉각부(8)를 순환하게 되며, 상기 코일부(4) 중 상기 전기방사노즐(1)을 감싸고 있는 부분이 가열되면서 상기 전기방사노즐(1)을 가열시키게 된다.

이러한 상기 냉각부(8)의 구조는 종래의 공지된 냉각장치를 이용하면 충분하기 때문에, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

따라서, 상기 펌프부재(5)의 작동시 상기 냉각부(8)에서 냉각된 액체가 상기 코일부(4)의 내부를 따라 이동함으로써, 상기 전기방사노즐(1)을 감싸고 있는 상기 코일부(4)를 냉각시켜 일정한 온도 범위 내에서 상기 전기방사노즐(1)에 수용된 고분자를 용융시킬 수 있게 된다.

이하, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동과정에 대하여 살펴본다.

상기 전기방사노즐(1)에 용매가 혼합되지 않은 고분자를 충진한다.

상기 고주파전원본체(3)에서 발생된 고주파 전류를 상기 코일부(4)에 인가하면, 상기 코일부(4)는 전자유도작용에 의해 상기 전기방사노즐(1)을 가열시키게 된다.

상기 전기방사노즐(1)이 가열되게 되면 그 내부에 수용된 상기 고분자가 용융되고, 이때 상기 전기방사노즐(1)을 이용하여 전기방사를 하게 되면 상기 콜렉터(2)에 나노섬유가 포집되게 된다.

한편, 상기 코일부(4)가 미리 설정된 일정 온도 이상으로 과열되면, 상기 온도센서(6)에서 상기 코일부(4)의 온도를 감지하고, 상기 제어부(7)는 상기 코일부(4)의 온도를 기초로 상기 펌프부재(5) 및 냉각부(8)를 작동시킨다.

상기 냉각부(8)에서는 상기 코일부(4)에 수용되어 있는 유체를 냉각시키고, 상기 펌프부재(5)는 상기 코일부(4)에 수용되어 있는 유체를 이동시킨다.

그러면, 상기 코일부(4)에 수용되어 있는 유체는 이동하면서, 상기 전기방사노즐(1)을 감싸는 있는 코일부(4)의 부분을 냉각시켜, 상기 전기방사노즐(1)이 과열되지 않고 일정 온도 범위 내에서 가열되어 상기 고분자를 용융시킬 수 있게 된다.

위와 같이 본 발명은 고분자를 전기방사할 때 용매를 사용하지 않고 전기방사하여 나노섬유를 생성할 수 있고, 고분자를 용융시키는 전기방사노즐(1)의 온도를 조절하여 고분자가 최적의 온도에서 용융된 상태를 유지하도록 할 수 있다.

본 발명인 유도가열기를 이용한 용융 전기방사장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

1 : 전기방사노즐,
2 : 콜렉터,
3 : 고주파전원본체,
4 : 코일부,
5 : 펌프부재,
6 : 온도센서, 7 : 제어부, 8 : 냉각부,

Claims (6)

1. 내부에 용매가 혼합되어 있지 않은 고분자가 충진되어 나노섬유를 전기방사하는 금속재질의 전기방사노즐과;
   상기 전기방사노즐에 방사되는 나노섬유를 포집하는 콜렉터와;
   고주파 전류를 발생시키는 고주파전원본체와;
   상기 전기방사노즐의 외부와 이격되어 비접촉하면서 상기 전기방사노즐의 외부를 감싸 설치되고, 상기 고주파전원본체에 연결되며, 중공형상으로 이루어져 그 내부에 액체가 수용되어 있는 코일부와;
   상기 코일부에 연결되어 상기 코일부의 내부에 수용된 액체를 순환시키는 펌프부재와;
   상기 코일부의 온도를 측정하는 온도센서와;
   상기 코일부에 연결되어 상기 코일부 내부에 수용된 액체를 냉각시키는 냉각부와;
   상기 펌프부재의 작동여부를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지되,
   상기 코일부에 고주파 전류 인가시 상기 전기방사노즐에는 자속이 집중되어 상기 전기방사노즐이 유도 가열되고, 가열된 상기 전기방사노즐 내부에 충진된 상기 고분자는 용매없이 용융된 상태로 유지되며,
   상기 제어부는, 상기 온도센서에서 측정된 상기 코일부의 온도가 미리 설정된 온도를 초과하면 상기 코일부가 과열되었다고 판단하여, 상기 펌프부재를 작동시킴으로서 상기 코일부의 내부에 수용된 액체를 순환시켜 상기 코일부의 온도를 조절하고,
   상기 펌프부재의 작동시 상기 냉각부에서 냉각된 액체가 상기 코일부의 내부를 따라 이동하면서 상기 코일부를 냉각시켜 일정한 온도 범위 내에서 상기 전기방사노즐에 수용된 고분자가 용융된 상태를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 유도가열기를 이용한 용융 전기방사장치.
   
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