KR102151380B1 - Electrospinning Apparatus for Manufacturing Nano Fiber Web - Google Patents

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KR102151380B1 KR1020200049818A KR20200049818A KR102151380B1 KR 102151380 B1 KR102151380 B1 KR 102151380B1 KR 1020200049818 A KR1020200049818 A KR 1020200049818A KR 20200049818 A KR20200049818 A KR 20200049818A KR 102151380 B1 KR102151380 B1 KR 102151380B1
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Abstract

An electrospinning apparatus for manufacturing nanofibers of the present invention comprises: a polymer solution storage tank (10) in which a polymer solution is stored; a polymer solution transfer pump (20) for pumping the polymer solution; a polymer solution droplet supply part (30) having a droplet supply nozzle (31) for dropping the polymer solution into droplets; a polymer solution droplet spinning nozzle (40) formed by opening the upper part thereof, and being composed of a polymer solution receiving part (41) in which polymer solution droplets dropped from the polymer solution droplet supply part (30) are accommodated, a polymer solution droplet induction part (42) for inducing polymer solution droplets accommodated in the polymer solution receiving part (41) to flow in one direction, and a polymer solution droplet condensing part (43) formed at the end of the polymer solution droplet induction part (42) and in which polymer solution droplets induced by the polymer solution droplet induction part (42) are formed; a collector (50) installed to be spaced apart from one side of the polymer solution droplet spinning nozzle (40), and in which nanofibers released from the polymer solution droplets formed on the polymer solution droplet condensing part (43) of the polymer solution droplet spinning nozzle (40) are grounded by being stacked to form nanofiber web; and a high voltage generator (60) which applies a high voltage to the polymer solution droplet spinning nozzle (40) so that nanofibers are released from the polymer solution droplets formed on the polymer solution droplet condensing part (43) of the polymer solution droplet spinning nozzle (40), and allows released nanofibers to be stacked on the grounded collector (50).

Description

나노섬유 제조용 전기방사장치{Electrospinning Apparatus for Manufacturing Nano Fiber Web}Electrospinning Apparatus for Manufacturing Nano Fiber Web}

본 발명은 나노섬유를 방사되도록 하는 방사노즐의 막힘을 줄일 수 있도록 하며, 막힘시 폴리머용액을 제거하기가 용이하도록 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electrospinning apparatus for producing nanofibers that makes it possible to reduce clogging of a spinning nozzle for spinning nanofibers, and makes it easy to remove a polymer solution when clogging.

전기방사(Electrospinning)는 고분자 용액에 고전압을 가하여 짧은 시간에 다량의 나노섬유를 제작할 수 있는 공정으로 필라멘트를 얻는 조작을 뜻하는 방적(Spinning)과 섬유 형성을 제어하는 데 사용되는 정전기력(Electrostatic force)이 결합된 용어이다.Electrospinning is a process that can produce a large amount of nanofibers in a short time by applying a high voltage to a polymer solution.Spinning, which refers to the operation of obtaining filaments, and electrostatic force used to control fiber formation. This is a combined term.

일반적으로 전기방사장치는 속도를 제어한 고분자 용액을 고전압이 걸린 모세관 노즐 팁(Nozzle tip)을 통해 토출시킨다. 이때, 모세관의 노즐 끝부분으로 통과되는 용액은 고전압의 전기장으로 인해 많은 전하를 갖는 이온 액체가 만들어진다. 모세관 단부에 맺힌 고분자 용액은 반구형 방울을 형성하며 매달려 있게 되는데, 전기장이 부여될 때 이 반구형 방울 표면에 전하 또는 쌍극자 배향이 공기층과 용액의 계면에 유도되고, 전하 또는 쌍극자 반발로 표면장력과 반대되는 힘을 발생시키게 된다. 따라서 모세관 단부에 매달려 있는 용액의 반구형 표면은 양이온들이 표면에 축적되며 축적된 양이온들로 생긴 전기력이 표면장력에 영향을 주어 증가할 때, 콜렉터 방향으로 이동이 이루어져 '테일러 콘(Taylor cone)'을 형성하게 된다.In general, an electrospinning device discharges a polymer solution with a controlled speed through a capillary nozzle tip applied with a high voltage. At this time, the solution passing through the nozzle end of the capillary tube produces an ionic liquid having a large amount of electric charge due to a high voltage electric field. The polymer solution formed at the end of the capillary is suspended to form a hemispherical droplet.When an electric field is applied, a charge or dipole orientation is induced at the interface between the air layer and the solution, and is opposite to the surface tension by charge or dipole repulsion. It generates power. Therefore, on the hemispherical surface of the solution suspended at the end of the capillary, cations accumulate on the surface, and when the electrical force generated by the accumulated cations affects the surface tension and increases, it moves in the collector direction, forming a'Taylor cone'. Formed.

분출된 용액은 전기장 및 압력장 기울기(Potential and pressure gradient)를 따라 콜렉터로 이동하게 되는데, 그 도중 이온 내의 용매들이 증발하게 되고 그에 따른 이차분열(Secondary fissions: Coulomb explosion)을 통해 더 작은 크기로 변하며 궁극적으로 나노 단위의 섬유를 형성하게 된다. 테일러 콘에서 형성된 용액은 콜렉터로 날아가는 과정에서 방향은 굽어지거나 방향이 바뀌기도 한다.The ejected solution moves to the collector along the potential and pressure gradient, during which the solvents in the ions evaporate and change to a smaller size through secondary fissions (Coulomb explosion). Ultimately, nano-scale fibers are formed. The solution formed in the Taylor cone may bend or change direction during the flight to the collector.

이와 같이, 폴리머용액이 모세관의 구멍을 통해 유출되어 단부에 맺히게 되며 단부에 맺힌 폴리머용액의 액적을 통해 방사되게 되는데, 모세관의 구멍으로부터 균일한 유량의 폴리머용액을 안정되게 유출시키기 위해서는 어느 정도의 유로 저항이 필요하게 된다. 이러한 유로 저항을 확보하기 위해서는, 모세관의 직경을 작게 하지 않을 수 없다. 이와 같이 모세관의 직경을 작게 하면 모세관을 폴리머용액이 통과도록 하기 위해 압력을 상승시켜 모세관에 폴리머용액을 주입하기 위한 실린더 및 피스톤 구조로 되므로 구조가 복잡하게 되는 문제점이 있다. 아울러, 모세관의 직경이 작게 되면 모세관이 막히기 쉽고 모세관이 막히게 되면 모세관의 직경이 작으므로 막힌 폴리머용액을 제거하기가 쉽지 않게 되는 문제점이 있다.In this way, the polymer solution flows out through the hole of the capillary tube and is formed at the end, and is radiated through the droplets of the polymer solution formed at the end. In order to stably discharge the polymer solution with a uniform flow rate from the hole in the capillary tube Resistance becomes necessary. In order to secure such flow path resistance, it is necessary to reduce the diameter of the capillary tube. When the diameter of the capillary tube is reduced in this way, the pressure is increased to allow the polymer solution to pass through the capillary tube, and thus a cylinder and piston structure for injecting the polymer solution into the capillary tube has a problem that the structure becomes complicated. In addition, when the diameter of the capillary tube is small, the capillary tube is easily clogged, and when the capillary tube is clogged, the diameter of the capillary tube is small, so that it is difficult to remove the clogged polymer solution.

따라서, 모세관의 막힘을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 막힘시 폴리머용액을 제거하기가 용이하도록 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치의 개발이 요구되고 있다.Accordingly, there is a need to develop an electrospinning apparatus for manufacturing nanofibers that not only reduces clogging of the capillary tube, but also makes it easy to remove the polymer solution when clogging.

또한, 폴리머용액이 모세관의 단부를 통해 유출되어 단부에 맺히게 되며 단부에 맺힌 폴리머용액의 액적을 통해 방사되게 되는데, 장시간 사용하게 되면 모세관이 조금씩 막히기 시작하게 된다. 이때에는 나노섬유를 방출하기 위한 모세관으로 공급되는 폴리머용액을 더 높은 압력으로 공급하여야만 폴리머용액의 액적을 형성하게 된다. 이와 같이 폴리머용액을 더 높은 압력으로 공급하게 되면 모세관의 단부에 맺히는 폴리머용액 액적은 모세관의 단부에 맺히는 시간이 짧게 되며 결국 방사시간이 짧게 되므로 미방사된 폴리머용액은 하부로 낙하되게 된다. 낙하된 미방사된 폴리머용액은 폐기되며 이는 재료의 낭비를 가져오게 되는 문제점이 있다.In addition, the polymer solution flows out through the end of the capillary tube, is formed at the end, and is spun through the droplets of the polymer solution formed at the end. When used for a long period of time, the capillary tube begins to become clogged little by little. In this case, droplets of the polymer solution are formed only when the polymer solution supplied to the capillary tube for releasing the nanofibers is supplied at a higher pressure. When the polymer solution is supplied at a higher pressure as described above, the time for the polymer solution droplets forming at the end of the capillary tube to be formed at the end of the capillary tube is shortened, and the spinning time is shortened, so that the unspun polymer solution falls downward. The dropped unradiated polymer solution is discarded, and this has a problem in that the material is wasted.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 구조가 간단하고, 모세관의 막힘을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 막힘시 폴리머용액을 제거하기가 용이하도록 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공하는 것이다.The present invention was conceived to solve the above problems, and an object of the present invention is to have a simple structure, reduce clogging of the capillary tube, and facilitate the removal of the polymer solution when clogging. It is to provide a spinning device.

또한, 본 발명의 다른 목적은 미방사된 폴리머용액을 수집하여 재사용하도록 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide an electrospinning apparatus for producing nanofibers that collects and reuses an unspun polymer solution.

또, 본 발명의 또 다른 목적은 폴리머용액 액적 방사노즐을 다단으로 설치되도록 하여 다층 나노섬유를 제조할 수 있도록 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide an electrospinning apparatus for producing nanofibers capable of manufacturing multilayer nanofibers by installing a polymer solution droplet spinning nozzle in multiple stages.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나노섬유 제조용 전기방사장치는, 폴리머가 용제에 용해된 폴리머용액이 저장되는 폴리머용액 저장조(10); 상기 폴리머용액 저장조(10)로부터 폴리머용액을 펌핑하는 폴리머용액 이송펌프(20); 상기 폴리머용액 이송펌프(20)에 의해 펌핑된 폴리머용액이 수용되며, 수용된 폴리머용액을 액적으로 떨어뜨리는 액적공급노즐(31)이 하부에 구비되되, 방사될 나노섬유 폭방향으로 일정간격을 이루어 다수개 구비되는 폴리머용액 액적 공급부(30); 상기 폴리머용액 액적 공급부(30)로부터 낙하된 폴리머용액 액적이 수용되는 폴리머용액 수용부(41)와, 상기 폴리머용액 수용부(41)에 수용된 폴리머용액 액적을 일측방향으로 흐르도록 유도하는 폴리머용액 액적 유도부(42)와, 상기 폴리머용액 액적 유도부(42) 단부에 형성되며 상기 폴리머용액 액적 유도부(42)에 의해 유도된 폴리머용액 액적이 맺히는 폴리머용액 액적 맺힘부(43)로 이루어지며, 상부가 개구되어 형성되는 폴리머용액 액적 방사노즐(40); 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 일측에 이격되어 설치되며 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 폴리머용액 액적 맺힘부(43)에 맺힌 폴리머용액 액적으로부터 방출된 나노섬유가 적층되어 나노섬유 웹을 형성하며 접지되는 컬렉터(50); 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)에 고전압을 인가되도록 하여 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 폴리머용액 액적 맺힘부(43)에 맺힌 폴리머용액 액적으로부터 나노섬유가 방출되도록 하며 방출된 나노섬유가 접지된 상기 컬렉터(50)에 적층되도록 하는 고전압 발생기(60);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The electrospinning apparatus for producing nanofibers of the present invention for achieving the above object comprises: a polymer solution storage tank 10 in which a polymer solution in which a polymer is dissolved in a solvent is stored; A polymer solution transfer pump 20 for pumping a polymer solution from the polymer solution storage tank 10; The polymer solution pumped by the polymer solution transfer pump 20 is accommodated, and a droplet supply nozzle 31 for dropping the received polymer solution into droplets is provided at the bottom, and a plurality of nanofibers to be spun at a certain interval in the width direction A polymer solution droplet supply unit 30 provided; A polymer solution droplet that induces a polymer solution receiving portion 41 in which the polymer solution droplets dropped from the polymer solution droplet supply unit 30 are accommodated, and the polymer solution droplets contained in the polymer solution receiving portion 41 flow in one direction Consists of an induction portion 42 and a polymer solution droplet condensing portion 43 formed at the end of the polymer solution droplet guiding portion 42 and in which polymer solution droplets induced by the polymer solution droplet guiding portion 42 are formed, and the upper part is opened A polymer solution droplet spinning nozzle 40 that is formed; A nanofiber web is provided by being spaced apart from one side of the polymer solution droplet spinning nozzle 40, and the nanofibers released from the polymer solution droplets formed on the polymer solution droplet condensing portion 43 of the polymer solution droplet spinning nozzle 40 are stacked. And a collector 50 to be grounded; By applying a high voltage to the polymer solution droplet spinning nozzle 40, the nanofibers are released from the polymer solution droplets formed on the polymer solution droplet condensing part 43 of the polymer solution droplet spinning nozzle 40, and the released nanofibers are And a high voltage generator 60 to be stacked on the grounded collector 50.

또한, 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 하부에 이격되어 구비되어 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)로부터 미방사되어 낙하되는 폴리머용액 액적을 회수되도록 하며, 하부가 상기 폴리머용액 저장조(10)와 연결되어 회수된 폴리머용액 액적을 상기 폴리머용액 저장조(10)로 재공급하도록 하는 폴리머용액 재공급 베스(80)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.In addition, the polymer solution droplets are provided spaced apart from the lower portion of the polymer solution droplet spinning nozzle 40 to recover the polymer solution droplets that are not radiated and fall from the polymer solution droplet spinning nozzle 40, and the lower portion is the polymer solution storage tank 10 A polymer solution resupply bath 80 for resupplying the recovered polymer solution droplets to the polymer solution storage tank 10 is further provided.

아울러, 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 폴리머용액 액적 유도부(42)가 삽입고정되는 폴리머용액 액적 방사노즐 고정용 블록(70);이 더 구비된 것을 특징으로 한다.In addition, a block 70 for fixing a polymer solution droplet spinning nozzle into which the polymer solution droplet guide portion 42 of the polymer solution droplet spinning nozzle 40 is inserted and fixed; is further provided.

또, 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)은, 상부로부터 하부로 계단식으로 다수개 설치되되, 상부에 위치한 폴리머용액 액적 방사노즐(40)로부터 미방사되어 하부로 낙하되는 폴리머용액 액적이 하부에 위치한 폴리머용액 액적 방사노즐(40)에 의해 방사되도록 하며, 각각의 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)에 의해 상기 컬렉터(50)로 나노섬유가 방출되도록 함으로써 다층구조의 나노섬유 웹을 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the polymer solution droplet spinning nozzle 40 is installed in a stepwise manner from the top to the bottom, the polymer solution droplets falling to the bottom by not being radiated from the polymer solution droplet spinning nozzle 40 located at the bottom is located at the bottom. It is characterized by forming a multi-layered nanofiber web by spinning by the polymer solution droplet spinning nozzle 40, and allowing the nanofibers to be discharged to the collector 50 by each of the polymer solution droplet spinning nozzles 40 To do.

또한, 상기 폴리머용액 저장조(10)에는 상기 컬렉터(50)로 나노섬유 웹을 형성하기 위해 소모된 폴리머용액을 보충하기 위한 폴리머용액 보충용 주입포트(11)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.In addition, the polymer solution storage tank 10 is characterized in that it is further provided with a polymer solution replenishing injection port 11 for replenishing the polymer solution consumed to form the nanofiber web by the collector 50.

또, 상기 폴리머용액 저장조(10)에는 폴리머용액의 수위를 감지하는 수위감지센서가 더 구비된 것을 특징으로 한다.In addition, the polymer solution storage tank 10 is characterized in that a water level sensor for detecting the level of the polymer solution is further provided.

아울러, 상기 폴리머용액 저장조(10)에는 저장된 폴리머용액과 상기 폴리머용액 재공급 베스(80)로부터 회수되어 재공급된 폴리머용액을 교반되도록 하는 교반기가 더 구비된 것을 특징으로 한다.In addition, the polymer solution storage tank 10 is further provided with a stirrer for stirring the stored polymer solution and the polymer solution recovered from the polymer solution resupply bath 80 and resupplied.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 나노섬유 제조용 전기방사장치는, 폴리머용액 액적 방사노즐이 상부가 개구되어 형성되며, 중력에 의해 하부로 폴리머용액 액정이 흐르도록 구성됨으로써 종래에서와 같이 실린더 및 피스톤 구조를 갖지 않아도 되므로 구조가 간단하게 된다. 또한, 폴리머용액 액적 방사노즐이 상부가 개구되므로 폴리머용액 액적이 막히게 되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 막히게 되더라도 막힌 폴리머용액의 제거가 용이하게 된다. 아울러, 미방사된 폴리머용액을 수집하여 폴리머용액 저장조로 재공급하여 재사용하게 됨으로써 재료의 낭비를 줄일 수 있게 된다. 또, 폴리머용액 액적 방사노즐이 폴리머용액 액적 방사노즐 고정용 블록으로부터 분리가능하므로 유지보수가 용이하게 된다.In the electrospinning apparatus for manufacturing nanofibers of the present invention having the above configuration, the polymer solution droplet spinning nozzle is formed with an upper opening, and the polymer solution liquid crystal flows downward by gravity, so that the cylinder and the piston Since there is no need to have a structure, the structure is simplified. In addition, since the upper portion of the polymer solution droplet spinning nozzle is opened, it is possible to prevent the polymer solution droplets from being clogged, and even if they are clogged, the clogged polymer solution can be easily removed. In addition, it is possible to reduce waste of materials by collecting the unradiated polymer solution and resupplying it to the polymer solution storage tank for reuse. In addition, since the polymer solution droplet spinning nozzle can be separated from the polymer solution droplet spinning nozzle fixing block, maintenance is facilitated.

도 1은 본 발명에 의한 나노섬유 제조용 전기방사장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 나노섬유 제조용 전기방사장치의 폴리머용액 액적 방사노즐을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 다른 형태의 나노섬유 제조용 전기방사장치를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view showing an electrospinning apparatus for manufacturing nanofibers according to the present invention.
2 is a view showing a polymer solution droplet spinning nozzle of the electrospinning apparatus for producing nanofibers according to the present invention.
3 is a perspective view showing another type of electrospinning apparatus for manufacturing nanofibers according to the present invention.

이하, 본 발명의 나노섬유 제조용 전기방사장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the electrospinning apparatus for manufacturing nanofibers of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 의한 나노섬유 제조용 전기방사장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 나노섬유 제조용 전기방사장치의 폴리머용액 액적 방사노즐을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 의한 다른 형태의 나노섬유 제조용 전기방사장치를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view showing an electrospinning device for nanofiber production according to the present invention, Figure 2 is a view showing a polymer solution droplet spinning nozzle of the electrospinning device for nanofiber production according to the present invention, Figure 3 is another according to the present invention It is a perspective view showing an electrospinning device for manufacturing nanofibers.

본 발명에 의한 나노섬유 제조용 전기방사장치는, 폴리머용액 저장조(10); 폴리머용액 이송펌프(20); 폴리머용액 액적 공급부(30); 폴리머용액 액적 방사노즐(40); 컬렉터(50); 고전압 발생기(60);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The electrospinning apparatus for manufacturing nanofibers according to the present invention comprises: a polymer solution storage tank 10; A polymer solution transfer pump 20; A polymer solution droplet supply unit 30; A polymer solution droplet spinning nozzle 40; Collector 50; It characterized in that it comprises a; high voltage generator (60).

상기 폴리머용액 저장조(10)는, 폴리머가 용제에 용해된 폴리머용액이 저장된다.The polymer solution storage tank 10 stores a polymer solution in which a polymer is dissolved in a solvent.

대표적으로 폴리머 용액의 성분으로는 용매에 용해될 수 있는 폴리이미드, 나일론, 폴리아라미드, 폴리 벤지이미다졸, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아닐린, 폴리에틸렌옥사이드, 피이엔(폴리에틸렌나프탈레이트), 폴리스티렌, 피브이씨(폴리비닐클로라이드), 폴리비닐알콜, 피브이디에프(폴리비닐리덴플로라이드), 폴리비닐부틸렌, 피엘에이(폴리 엘-락틱 엑시드), 피지에이(프로필렌 글리콜 알지네이트) 등의 열가소성 폴리머가 주성분으로 사용되고, 우레탄 접착제 등의 열경화성 접착제, 반응성 접착제, 발수제, 친수제, 난연제 등의 첨가제를 선택적으로 조합하여 첨가할 수 있다.Typical components of the polymer solution include polyimide, nylon, polyaramid, poly benzimidazole, polyetherimide, polyacrylonitrile, polyaniline, polyethylene oxide, piene (polyethylene naphthalate), polystyrene that can be dissolved in a solvent. , PVC (polyvinyl chloride), polyvinyl alcohol, PVDF (polyvinylidene fluoride), polyvinylbutylene, PLA (poly L-lactic acid), sebum (propylene glycol alginate), etc. A thermoplastic polymer is used as a main component, and additives such as a thermosetting adhesive such as a urethane adhesive, a reactive adhesive, a water repellent, a hydrophilic agent, and a flame retardant may be optionally added in combination.

상기 폴리머용액 이송펌프(20)는, 상기 폴리머용액 저장조(10)로부터 폴리머용액을 펌핑하는 역할을 한다.The polymer solution transfer pump 20 serves to pump a polymer solution from the polymer solution storage tank 10.

상기 폴리머용액 액적 공급부(30)는, 상기 폴리머용액 이송펌프(20)에 의해 펌핑된 폴리머용액이 수용되며, 수용된 폴리머용액을 액적으로 떨어뜨리는 액적공급노즐(31)이 하부에 구비되되, 방사될 나노섬유 폭방향으로 일정간격을 이루어 다수개 구비된다. 이때의 방사될 나노섬유 폭방향 간격은 후술할 폴리머용액 액적 방사노즐(40)로부터 방출되는 나노섬유가 컬렉터(50)에 나노섬유 웹을 형성할 수 있을 정도로 중첩이 될 수 있는 간격을 갖도록 하는 것이 바람직하다.The polymer solution droplet supply unit 30 accommodates the polymer solution pumped by the polymer solution transfer pump 20, and a droplet supply nozzle 31 for dropping the received polymer solution into droplets is provided at the bottom, but is radiated. A plurality of nanofibers are provided at regular intervals in the width direction. In this case, the widthwise spacing of the nanofibers to be spun is such that the nanofibers emitted from the polymer solution droplet spinning nozzle 40, which will be described later, have a spacing that can overlap enough to form a nanofiber web on the collector 50. desirable.

상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)은, 폴리머용액 수용부(41)와, 폴리머용액 액적 유도부(42)와, 폴리머용액 액적 맺힘부(43)로 이루어지며, 상부가 개구되어 형성된다.The polymer solution droplet spinning nozzle 40 includes a polymer solution receiving portion 41, a polymer solution droplet inducing portion 42, and a polymer solution droplet condensing portion 43, and is formed with an open top.

상기 폴리머용액 수용부(41)는, 상기 폴리머용액 액적 공급부(30)로부터 낙하된 폴리머용액 액적이 수용되며 상기 폴리머용액 액적 공급부(30)로부터 낙하된 폴리머용액이 하부로 낙하되지 않고 수용되도록 넓게 형성된다. 또한, 상기 폴리머용액 수용부(41)는, 상기 폴리머용액 액적 공급부(30)로부터 낙하된 폴리머용액 액적이 파괴되지 않고 액적상태를 이룰 수 있도록 단면의 일측이 원호형 또는 유선형으로 되며 단면의 타측은 상기 폴리머용액 액적 유도부(42)로 이동될 수 있도록 직선형으로 된다.The polymer solution receiving portion 41 is formed so that the polymer solution droplets dropped from the polymer solution droplet supply unit 30 are accommodated, and the polymer solution dropped from the polymer solution droplet supply unit 30 is received without falling downwards. do. In addition, the polymer solution receiving portion 41 has one side of the cross section of an arc shape or streamline shape so that the polymer solution droplets falling from the polymer solution droplet supply unit 30 are not destroyed and achieve a droplet state, and the other side of the cross section is It becomes a straight line so that it can be moved to the polymer solution droplet guide part 42.

상기 폴리머용액 수용부(41)에는 수용된 폴리머용액이 경화되는 것을 방지하도록 온도를 조절하여 가열하는 히팅부(미도시됨)가 구비되는 것이 바람직하다.It is preferable that the polymer solution accommodating part 41 is provided with a heating unit (not shown) that adjusts the temperature to prevent curing of the polymer solution.

상기 폴리머용액 액적 유도부(42)는, 상기 폴리머용액 수용부(41)에 수용된 폴리머용액 액적을 일측방향으로 흐르도록 유도하는 역할을 하며, 직선형 유로를 이룬다. 상기 폴리머용액 액적 유도부(42)는, 상기 폴리머용액 수용부(41)에 수용된 폴리머용액 액적을 일측방향으로 흐르도록 하기 위하여 약간의 구배를 갖도록 하는 것이 바람직하며 단부로 갈수록 폭이 점점 좁아지는 테이퍼 형태로 형성되게 된다.The polymer solution droplet inducing unit 42 serves to induce the polymer solution droplets accommodated in the polymer solution receiving unit 41 to flow in one direction, and forms a linear flow path. It is preferable that the polymer solution droplet guide portion 42 has a slight gradient so that the polymer solution droplets accommodated in the polymer solution accommodating portion 41 flow in one direction, and the width becomes narrower toward the end. Will be formed as.

상기 폴리머용액 액적 맺힘부(43)는, 상기 폴리머용액 액적 유도부(42) 단부에 형성되며 상기 폴리머용액 액적 유도부(42)에 의해 유도된 폴리머용액 액적이 맺히는 역할을 한다.The polymer solution droplet condensing portion 43 is formed at the end of the polymer solution droplet guiding portion 42 and serves to condense the polymer solution droplets induced by the polymer solution droplet guiding portion 42.

상기 컬렉터(50)는, 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 일측에 이격되어 설치되며 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 폴리머용액 액적 맺힘부(43)에 맺힌 폴리머용액 액적으로부터 방출된 나노섬유가 적층되어 나노섬유 웹을 형성하는 역할을 한다. 또한, 상기 컬렉터(50)는 전기적으로 접지되게 된다. 이에 따라 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)에 고전압을 가하게 되면 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 폴리머용액 액적 맺힘부(43)에 맺힌 폴리머용액 액적으로부터 테일러 콘(Taylor cone)을 형성하게 되어 방출되게 되며 접지된 상기 컬렉터(50)로 적층되게 된다.The collector 50 is installed to be spaced apart from one side of the polymer solution droplet spinning nozzle 40, and the nanoparticles released from the polymer solution droplets formed on the polymer solution droplet condensing portion 43 of the polymer solution droplet spinning nozzle 40 The fibers are stacked to form a nanofiber web. In addition, the collector 50 is electrically grounded. Accordingly, when a high voltage is applied to the polymer solution droplet spinning nozzle 40, a Taylor cone is formed from the polymer solution droplets formed on the polymer solution droplet condensing portion 43 of the polymer solution droplet spinning nozzle 40. It is discharged and is stacked with the grounded collector 50.

상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)에 고전압을 가하게 되면 상기 폴리머용액 액적 맺힘부(43)에서 맺힌 폴리머용액 액적으로부터 테일러 콘(Taylor cone)을 형성하게 되어 나노섬유가 방출되게 되는데, 폴리머용액 액적이 안정적으로 폴리머용액 액적 맺힘부(43)에 공급되어 지속적으로 안정적인 테일러 콘(Taylor cone) 형성을 위해 상기 폴리머용액 액적 맺힘부(43)에 구형으로 된 비드(bead)가 구비되도록 한다. 이때, 상기 비드는 회전되도록 구성한다. 이렇게 되면 상기 폴리머용액 액적 유도부(42)로부터 흘러 유도된 폴리머용액 액적이 비드와 접촉하게 되면 폴리머용액이 비드의 외주면을 둘러싸게 되며 비드의 외주면에서 테일러 콘(Taylor cone)을 형성하게 되어 나노섬유가 방출되게 된다.When a high voltage is applied to the polymer solution droplet spinning nozzle 40, a Taylor cone is formed from the polymer solution droplet formed in the polymer solution droplet condensing part 43, thereby discharging nanofibers. The polymer solution droplet condensing unit 43 is stably supplied to the polymer solution droplet condensing unit 43 so that spherical beads are provided in the polymer solution droplet condensing unit 43 to form a consistently stable Taylor cone. At this time, the bead is configured to rotate. In this case, when the polymer solution droplets flowed from the polymer solution droplet guide portion 42 and the induced polymer solution droplets come into contact with the beads, the polymer solution surrounds the outer circumferential surface of the bead, and a Taylor cone is formed on the outer circumferential surface of the bead. Will be released.

나노섬유가 방출되어 컬렉터(50)에 적층되어 나노섬유 웹을 형성하게 된다.The nanofibers are released and stacked on the collector 50 to form a nanofiber web.

상기 컬렉터(50)는 방사판이 롤스크린 형태로 구비되며, 방사판에 적층된 나노섬유 웹은 방사판으로부터 분리시켜 회수되도록 한다.The collector 50 has a spinning plate in the form of a roll screen, and the nanofiber web laminated on the spinning plate is separated from the spinning plate to be recovered.

상기 고전압 발생기(60)는, 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)에 고전압을 인가되도록 하여 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 폴리머용액 액적 맺힘부(43)에 맺힌 폴리머용액 액적으로부터 나노섬유가 방출되도록 하며 방출된 나노섬유가 접지된 상기 컬렉터(50)에 적층되도록 하는 역할을 한다.The high voltage generator 60 applies a high voltage to the polymer solution droplet spinning nozzle 40 so that the nanofibers from the polymer solution droplets formed on the polymer solution droplet condensing portion 43 of the polymer solution droplet spinning nozzle 40 It serves to be released and the released nanofibers are stacked on the grounded collector 50.

이와 같이, 본 발명은 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)이 상부가 개구되어 형성되며, 중력에 의해 하부로 폴리머용액 액정이 흐르도록 구성됨으로써 종래에서와 같이 실린더 및 피스톤 구조를 갖지 않아도 되므로 구조가 간단하게 된다. 또한, 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)은, 상부가 개구되므로 폴리머용액 액적이 막히게 되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 막히게 되더라도 막힌 폴리머용액의 제거가 용이하게 된다.As described above, in the present invention, the polymer solution droplet spinning nozzle 40 is formed with the upper opening, and the polymer solution liquid crystal flows downward by gravity, so that the structure does not have to have a cylinder and a piston structure as in the prior art. It becomes simple. In addition, since the upper portion of the polymer solution droplet spinning nozzle 40 is opened, it is possible to prevent the polymer solution droplets from being clogged, and even if they are clogged, the clogged polymer solution can be easily removed.

본 발명은 폴리머용액 액적 방사노즐(40)로부터 미방사되어 낙하된 폴리머용액 액적을 회수하여 폴리머용액 저장조(10)로 재공급하여 재사용이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 폴리머용액 재공급 베스(80)를 채택한다.In the present invention, it is preferable to recover the polymer solution droplets that have not been spun and dropped from the polymer solution droplet spinning nozzle 40 and resupply to the polymer solution storage tank 10 for reuse. For this, a polymer solution re-supply bath 80 is adopted.

상기 폴리머용액 재공급 베스(80)는, 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 하부에 이격되어 구비되어 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)로부터 미방사되어 낙하되는 폴리머용액 액적을 회수되도록 하며, 하부가 상기 폴리머용액 저장조(10)와 연결되어 회수된 폴리머용액 액적을 상기 폴리머용액 저장조(10)로 재공급하도록 하는 역할을 한다.The polymer solution resupply bath 80 is provided to be spaced apart from the lower portion of the polymer solution droplet spinning nozzle 40 to recover the polymer solution droplets that are not radiated from the polymer solution droplet spinning nozzle 40 and fall down, The lower portion is connected to the polymer solution storage tank 10 and serves to re-supply the recovered polymer solution droplets to the polymer solution storage tank 10.

이와 같이 본 발명은 미방사된 폴리머용액을 수집하여 폴리머용액 저장조(10)로 재공급하여 재사용하게 됨으로써 재료의 낭비를 줄일 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the unspun polymer solution is collected and resupplied to the polymer solution storage tank 10 for reuse, thereby reducing material waste.

또한, 본 발명은 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 폴리머용액 액적 유도부(42)가 삽입고정되는 폴리머용액 액적 방사노즐 고정용 블록(70)이 더 구비된 것이 바람직하다(도 2 참조). 폴리머용액 액적 방사노즐(40)이 막힌 경우에는 폴리머용액 액적 방사노즐 고정용 블록(70)으로부터 폴리머용액 액적 방사노즐(40)을 분리시키고 폴리머용액 액적 방사노즐(40)로부터 폴리머용액을 제거하여 다시 폴리머용액 액적 방사노즐 고정용 블록(70)에 결합시켜 사용함으로써 유지보수가 용이하게 된다.In addition, in the present invention, it is preferable that a block 70 for fixing a polymer solution droplet spinning nozzle into which the polymer solution droplet guide portion 42 of the polymer solution droplet spinning nozzle 40 is inserted and fixed is further provided (see FIG. 2 ). When the polymer solution droplet spinning nozzle 40 is blocked, the polymer solution droplet spinning nozzle 40 is separated from the polymer solution droplet spinning nozzle fixing block 70, and the polymer solution is removed from the polymer solution droplet spinning nozzle 40. By combining the polymer solution droplet spinneret fixing block 70 to be used, maintenance is facilitated.

또, 본 발명은 다층구조의 나노섬유 웹을 형성되도록 할 수 있는 것이 바람직하다. 이를 위하여 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)을 계단식으로 설치되도록 한다.In addition, the present invention is preferably capable of forming a multi-layered nanofiber web. To this end, the polymer solution droplet spinning nozzle 40 is installed in a stepwise manner.

상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)은, 상부로부터 하부로 계단식으로 다수개 설치되되(도 3 참조), 상부에 위치한 폴리머용액 액적 방사노즐(40)로부터 미방사되어 하부로 낙하되는 폴리머용액 액적이 하부에 위치한 폴리머용액 액적 방사노즐(40)에 의해 방사되도록 하며, 각각의 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)에 의해 상기 컬렉터(50)로 나노섬유가 방출되도록 함으로써 다층구조의 나노섬유 웹을 형성하도록 한다.The polymer solution droplet spinning nozzle 40 is installed in a stepwise manner from the top to the bottom (see Fig. 3), and the polymer solution droplets that are not radiated from the spinning nozzle 40 and fall down are A multilayered nanofiber web is formed by spinning by the polymer solution droplet spinning nozzle 40 located at the bottom, and allowing the nanofibers to be discharged to the collector 50 by each of the polymer solution droplet spinning nozzles 40 Do it.

또, 본 발명은, 상기 폴리머용액 저장조(10)에 상기 컬렉터(50)로 나노섬유 웹을 형성하기 위해 소모된 폴리머용액을 보충하기 위한 폴리머용액 보충용 주입포트(11)가 더 구비되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, it is preferable that the polymer solution storage tank 10 further includes a polymer solution replenishment injection port 11 for replenishing the polymer solution consumed to form the nanofiber web with the collector 50 Do.

아울러, 상기 폴리머용액 저장조(10)에는 폴리머용액의 수위를 감지하는 수위감지센서(미도시됨)가 더 구비되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the polymer solution storage tank 10 is further provided with a water level sensor (not shown) for detecting the level of the polymer solution.

또한, 상기 폴리머용액 저장조(10)에는 저장된 폴리머용액과 상기 폴리머용액 재공급 베스(80)로부터 회수되어 재공급된 폴리머용액을 교반되도록 하는 교반기(미도시됨)가 더 구비된 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the polymer solution storage tank 10 further includes a stirrer (not shown) for stirring the stored polymer solution and the polymer solution recovered from the polymer solution resupply bath 80 and resupplied.

본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.The technical idea should not be interpreted as limited to the above-described embodiments of the present invention. As well as a variety of application ranges, various modifications can be made at the level of those skilled in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Therefore, these improvements and changes will fall within the scope of protection of the present invention as long as it is apparent to those skilled in the art.

10 : 폴리머용액 저장조
11 : 폴리머용액 보충용 주입포트
20 : 폴리머용액 이송펌프
30 : 폴리머용액 액적 공급부
31 : 액적공급노즐
40 : 폴리머용액 액적 방사노즐
41 : 폴리머용액 수용부
42 : 폴리머용액 액적 유도부
43 : 폴리머용액 액적 맺힘부
50 : 컬렉터
60 : 고전압 발생기
70 : 폴리머용액 액적 방사노즐 고정용 블록
80 : 폴리머용액 재공급 베스10: polymer solution storage tank
11: Injection port for replenishing polymer solution
20: polymer solution transfer pump
30: polymer solution droplet supply unit
31: droplet supply nozzle
40: polymer solution droplet spinning nozzle
41: polymer solution receiving part
42: polymer solution droplet guide section
43: polymer solution droplet condensing part
50: collector
60: high voltage generator
70: polymer solution droplet spinneret fixing block
80: Polymer solution resupply bath

Claims (7)

폴리머가 용제에 용해된 폴리머용액이 저장되는 폴리머용액 저장조(10);
상기 폴리머용액 저장조(10)로부터 폴리머용액을 펌핑하는 폴리머용액 이송펌프(20);
상기 폴리머용액 이송펌프(20)에 의해 펌핑된 폴리머용액이 수용되며, 수용된 폴리머용액을 액적으로 떨어뜨리는 액적공급노즐(31)이 하부에 구비되되, 방사될 나노섬유 폭방향으로 일정간격을 이루어 다수개 구비되는 폴리머용액 액적 공급부(30);
상기 폴리머용액 액적 공급부(30)로부터 낙하된 폴리머용액 액적이 수용되는 폴리머용액 수용부(41)와,
상기 폴리머용액 수용부(41)에 수용된 폴리머용액 액적을 일측방향으로 흐르도록 유도하는 폴리머용액 액적 유도부(42)와,
상기 폴리머용액 액적 유도부(42) 단부에 형성되며 상기 폴리머용액 액적 유도부(42)에 의해 유도된 폴리머용액 액적이 맺히는 폴리머용액 액적 맺힘부(43)로 이루어지며, 상부가 개구되어 형성되는 폴리머용액 액적 방사노즐(40);
상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 일측에 이격되어 설치되며 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 폴리머용액 액적 맺힘부(43)에 맺힌 폴리머용액 액적으로부터 방출된 나노섬유가 적층되어 나노섬유 웹을 형성하며 접지되는 컬렉터(50);
상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)에 고전압을 인가되도록 하여 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 폴리머용액 액적 맺힘부(43)에 맺힌 폴리머용액 액적으로부터 나노섬유가 방출되도록 하며 방출된 나노섬유가 접지된 상기 컬렉터(50)에 적층되도록 하는 고전압 발생기(60);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.A polymer solution storage tank 10 in which a polymer solution in which a polymer is dissolved in a solvent is stored;
A polymer solution transfer pump 20 for pumping a polymer solution from the polymer solution storage tank 10;
The polymer solution pumped by the polymer solution transfer pump 20 is accommodated, and a droplet supply nozzle 31 for dropping the received polymer solution into droplets is provided at the bottom, and a plurality of nanofibers to be spun at a predetermined interval in the width direction A polymer solution droplet supply unit 30 provided;
A polymer solution accommodating portion 41 in which the polymer solution droplets dropped from the polymer solution droplet supply unit 30 are accommodated,
A polymer solution droplet inducing portion 42 for guiding the polymer solution droplets accommodated in the polymer solution receiving portion 41 to flow in one direction;
A polymer solution droplet formed at the end of the polymer solution droplet inducing portion 42 and composed of a polymer solution droplet condensing portion 43 in which polymer solution droplets induced by the polymer solution droplet guiding portion 42 are formed, and formed by opening the upper portion of the polymer solution droplet Spinning nozzle 40;
A nanofiber web is provided by being spaced apart from one side of the polymer solution droplet spinning nozzle 40, and the nanofibers released from the polymer solution droplets formed on the polymer solution droplet condensing portion 43 of the polymer solution droplet spinning nozzle 40 are stacked. And a collector 50 to be grounded;
By applying a high voltage to the polymer solution droplet spinning nozzle 40, the nanofibers are released from the polymer solution droplets formed on the polymer solution droplet condensing portion 43 of the polymer solution droplet spinning nozzle 40, and the released nanofibers are An electrospinning apparatus for manufacturing nanofibers, comprising: a high voltage generator (60) to be stacked on the grounded collector (50). 제 1 항에 있어서,
상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 하부에 이격되어 구비되어 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)로부터 미방사되어 낙하되는 폴리머용액 액적을 회수되도록 하며, 하부가 상기 폴리머용액 저장조(10)와 연결되어 회수된 폴리머용액 액적을 상기 폴리머용액 저장조(10)로 재공급하도록 하는 폴리머용액 재공급 베스(80)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.The method of claim 1,
It is provided spaced apart from the lower portion of the polymer solution droplet spinning nozzle 40 to recover the polymer solution droplets falling unsplit from the polymer solution droplet spinning nozzle 40, and the lower portion is connected to the polymer solution storage tank 10 An electrospinning apparatus for producing nanofibers, characterized in that further comprising a polymer solution resupply bath (80) for resupplying the recovered polymer solution droplets to the polymer solution storage tank (10). 제 1 항에 있어서,
상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)의 폴리머용액 액적 유도부(42)가 삽입고정되는 폴리머용액 액적 방사노즐 고정용 블록(70);이 더 구비된 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.The method of claim 1,
A polymer solution droplet spinning nozzle fixing block (70) into which the polymer solution droplet guiding portion (42) of the polymer solution droplet spinning nozzle (40) is inserted and fixed; 제 1 항에 있어서,
상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)은, 상부로부터 하부로 계단식으로 다수개 설치되되, 상부에 위치한 폴리머용액 액적 방사노즐(40)로부터 미방사되어 하부로 낙하되는 폴리머용액 액적이 하부에 위치한 폴리머용액 액적 방사노즐(40)에 의해 방사되도록 하며, 각각의 상기 폴리머용액 액적 방사노즐(40)에 의해 상기 컬렉터(50)로 나노섬유가 방출되도록 함으로써 다층구조의 나노섬유 웹을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.The method of claim 1,
The polymer solution droplet spinning nozzle 40 is installed in a stepwise manner from the top to the bottom, and the polymer solution droplets falling to the bottom are not radiated from the polymer solution droplet spinning nozzle 40 located above the polymer solution located at the bottom. It is characterized in that to form a multi-layered nanofiber web by spinning by the droplet spinning nozzle (40), and allowing the nanofibers to be released to the collector (50) by each of the polymer solution droplet spinning nozzles (40). Electrospinning device for manufacturing nanofibers. 제 1 항에 있어서,
상기 폴리머용액 저장조(10)에는 상기 컬렉터(50)로 나노섬유 웹을 형성하기 위해 소모된 폴리머용액을 보충하기 위한 폴리머용액 보충용 주입포트(11)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.The method of claim 1,
Electrospinning for nanofiber production, characterized in that the polymer solution storage tank 10 further includes an injection port 11 for replenishing the polymer solution consumed to form the nanofiber web by the collector 50 Device. 제 5 항에 있어서,
상기 폴리머용액 저장조(10)에는 폴리머용액의 수위를 감지하는 수위감지센서가 더 구비된 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.The method of claim 5,
The electrospinning apparatus for producing nanofibers, characterized in that the polymer solution storage tank 10 further includes a water level sensor for detecting the level of the polymer solution. 제 1 항에 있어서,
상기 폴리머용액 저장조(10)에는 저장된 폴리머용액과 상기 폴리머용액 재공급 베스(80)로부터 회수되어 재공급된 폴리머용액을 교반되도록 하는 교반기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.The method of claim 1,
The electrospinning apparatus for producing nanofibers, characterized in that the polymer solution storage tank 10 further includes a stirrer for stirring the stored polymer solution and the polymer solution recovered from the polymer solution resupply bath 80 and resupplied.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101162045B1 (en) * 2011-02-15 2012-07-03 신슈 다이가쿠 An electrospinning apparatus and an apparatus for manufacturing nano-fiber
KR101589513B1 (en) * 2015-08-12 2016-01-28 엔에프테크 주식회사 Uniform Weighted Nano Fiber Manufacturing Apparatus by Top-down Type Electrospun
KR102076344B1 (en) * 2019-09-30 2020-02-11 은성화학(주) Nano Web Forming Apparatus Preventing Flowing of Spinning Solution

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