KR102258533B1 - 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치에 관한 것으로서, 특히 전기방사되는 나노섬유를 연신시키는 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치에 관한 것이다.
본 발명의 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치는, 공급된 폴리머를 나노섬유로 전기방사하는 노즐부와; 상기 노즐부로부터 이격되어 상기 노즐부로부터 방사되는 나노섬유가 부착되는 콜렉터와; 상기 노즐부에서 방사되는 나노섬유에 에너지를 가하여 나노섬유를 연신시키는 연신부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치 { ELECTROSPINNING APPARATUS }

본 발명은 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치에 관한 것으로서, 특히 전기방사되는 나노섬유를 연신시키는 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치에 관한 것이다.

전기방사(Electrospinning)는 섬유 원료 용액을 하전상태에서 방사하여 미세 직경의 섬유를 제조하는 기술로서 최근에는 나노미터급 섬유를 제조하기 위한 기술로 이용되어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

전기방사에 의해 제조되는 섬유는 직경이 마이크로미터 두께에서 나노미터 두께가 되는데, 이와 같이 두께가 줄어들면 전혀 새로운 특성들이 나타낸다.

예들 들어, 체적에 대한 표면적 비율의 증가와 표면 기능성 향상, 장력을 비롯한 기계적 물성의 향상 등이 그것이다.

이러한 우수한 특성에 의해서 나노섬유는 많은 중요한 응용 분야에 사용될 수 있다.

예를 들어, 이러한 나노섬유로 구성된 웹은 다공성을 갖는 분리막형 소재로서 각종 필터류, 상처치료용 드레싱, 인공지지체 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.

이를 위해, 종래에는 전기방사되는 나노섬유를 연신시켜 그 굵기를 작게 하면서 얽힘 정도를 증가시키는 다양한 기술이 나타나 있다.

그러나, 이러한 종래의 전기방사장치는, 그 구조가 복잡하거나, 전기방사되는 나노섬유를 연신시키는 정도가 약하여 섬유조직을 촘촘하게 하는데 한계가 있었다.

공개특허 10-2010-0011603 공개특허 10-2010-0078826

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 구조가 비교적 간단하고, 전기방사되는 나노섬유의 연신율을 증가시켜, 생성되는 섬유조직을 촘촘하게 할 수 있는 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치는, 공급된 폴리머를 나노섬유로 전기방사하는 노즐부와; 상기 노즐부로부터 이격되어 상기 노즐부로부터 방사되는 나노섬유가 부착되는 콜렉터와; 상기 노즐부에서 방사되는 나노섬유에 에너지를 가하여 나노섬유를 연신시키는 연신부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 연신부는 상기 노즐부와 콜렉터 사이에 배치되어 방사되는 나노섬유에 에너지를 가한다.

상기 연신부는, 상기 노즐부로부터 상기 콜렉터로 방사되는 나노섬유에 열을 가하여 나노섬유를 연신시키는 램프;로 이루어진다.

상기 연신부는, 방사되는 나노섬유를 기준으로 상기 램프의 반대편에 배치되어 상기 램프에서 조사된 빛을 방사되는 나노섬유로 반사시키는 반사판;을 더 포함하여 이루어진다.

상기 노즐부에 공급되는 폴리머에는 흑체가 포함되어 있다.

상기 연신부는 상기 노즐부로부터 상기 콜렉터로 방사되는 나노섬유를 자기장으로 가속시켜 상기 나노섬유를 연신시킨다.

상기 연신부는 중공코일로 이루어지되, 상기 노즐부로부터 방사되는 나노섬유는 상기 중공코일의 내부를 관통하면서 상기 중공코일에 의해 발생된 자기장에 의해 가속된 후 상기 콜렉터에 부착된다.

상기 연신부는, 상기 노즐부로부터 상기 콜렉터로 방사되는 나노섬유에 열을 가하는 램프와; 상기 노즐부로부터 상기 콜렉터로 방사되는 나노섬유를 자기장으로 가속시키는 중공코일;을 포함하여 이루어지되, 상기 노즐부로부터 방사되는 나노섬유는, 상기 중공코일의 내부를 관통하면서 상기 중공코일에 의해 발생된 자기장에 의해 가속되고, 상기 램프에서 조사되는 열에 의해 연신된다.

상기 노즐부는, 전도성재질로 이루어지고 내부에 에어홀이 관통 형성된 중공기둥 형상의 링방사부재와; 상기 링방사부재의 외주면에 결합되는 비전도성재질의 커버부재와; 상기 링방사부재의 상단에 형성되어 폴리머가 배출되는 다수개의 배출공;을 포함하여 이루어지고, 상기 연신부는 상기 배출공의 반대방향에 배치되고, 상기 배출공의 반대방향에서 상기 배출공이 형성된 방향으로 상기 에어홀에 공기를 분사하는 공기분사부재로 이루어지며, 상기 배출공에서 배출된 폴리머는 상기 링방사부재의 상단에서 상기 콜렉터 방향으로 전기방사되면서 나노섬유를 형성하고, 전기방사되는 상기 나노섬유는 상기 에어홀을 통과하는 공기에 의해 연신된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

그 구조가 비교적 간단하고, 전기방사되는 나노섬유의 연신율을 증가시켜, 생성되는 섬유조직을 촘촘하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기방사장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기방사장치에 의해 생성된 나노섬유와 기존 나노섬유를 비교하기 위한 현미경 사진,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기방사장치에 의해 생성된 나노섬유와 기존 나노섬유의 분절을 비교하기 위한 현미경 사진,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기방사장치의 구성도,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기방사장치의 구성도.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 전기방사장치의 사시도,
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 전기방사장치의 단면구성도,

제1실시예

본 발명의 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 노즐부(10)와, 콜렉터(20)와, 연신부(30)를 포함하여 이루어진다.

상기 노즐부(10)는 공급된 폴리머를 나노섬유로 전기방사한다.

상기 콜렉터(20)는 상기 노즐부(10)로부터 이격되어 상기 노즐부(10)로부터 방사되는 나노섬유가 부착되는 부분이다.

상기 노즐부(10)와 콜렉터(20)는 전원공급장치와 연결되어 있다.

이러한 상기 노즐부(10) 및 콜렉터(20)의 구조 및 전기연결구조는 종래의 공지된 기술을 이용하면 충분하기 때문에, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기 연신부(30)는 상기 노즐부(10)에서 방사되는 나노섬유에 에너지를 가하여 나노섬유를 연신시킨다.

이러한 상기 연신부(30)는 상기 노즐부(10)와 콜렉터(20) 사이에 배치되어 방사되는 나노섬유에 에너지를 가한다.

본 실시예에서 상기 연신부(30)는 램프(31)로 이루어져 있다.

상기 램프(31)는 상기 노즐부(10)로부터 상기 콜렉터(20)로 방사되는 나노섬유에 열을 가하여 나노섬유를 연신시킨다.

상기 램프(31)는 공기층의 가열을 최소화하여 대류흐름의 변화를 야기하지 않도록 한다.

그리고, 상기 연신부(30)는 하부에 배치되는 반사판(32)을 더 포함하여 이루어질 수도 있다.

상기 반사판(32)은 방사되는 나노섬유를 기준으로 상기 램프(31)의 반대편에 배치되어 상기 램프(31)에서 조사된 빛을 방사되는 나노섬유로 반사시킨다.

이러한 상기 반사판(32)에 의해 상기 나노섬유에는 더 큰 열에너지가 가해지게 된다.

또한, 방사되는 나노섬유에 광 흡수율을 더 높이기 위해, 상기 노즐부(10)에 공급되는 폴리머에는 CNT, 염료 등 유색의 흑체가 포함되어 있을 수도 있다.

상기 폴리머에 흑체를 포함하도록 함으로서, 방사되는 나노섬유의 가열효율을 더 증대시킬 수 있다.

본 발명은 상기 노즐부(10)에서 방사되는 나노섬유에 상기 램프(31) 및 반사판(32)을 이용하여 열 에너지를 가하도록 함으로서, 방사되는 나노섬유의 연성을 증가시켜 나노섬유가 더 쉽게 분열되고 직경이 더 가늘어지게 할 수 있다.

도 2(a)는 본 발명의 전기방사장치에 의해 생성된 나노섬유의 사진이고, 도 2(b)는 기존 전기방사장치에 의해 생성된 나노섬유의 사진이다.

도 2(a)에 나타나 있는 바와 같이, 나노섬유를 연신시키게 되면, 나노섬유의 직경이 줄어들면서 나노섬유의 얽힘 정도(복잡성)가 증가하게 되며, 이로 인해 공극의 직경도 줄어들면서 불규칙성을 향상시킬 수 있게 된다.

이러한 나노섬유의 직경 감소와 불규칙성의 증가는, 나노섬유 원단의 사용목적상 기능(필터, 촉매, 에너지 전달, 보강재, 스캐폴드 등)을 향상시키며, 기계적인 강도를 증가시킬 수 있다.

도 3(a)는 본 발명의 전기방사장치에 의해 생성된 나노섬유의 분절을 표시한 것이고, 도 3(b)는 기존 전기방사장치에 의해 생성된 나노섬유의 분절을 표시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 전기방사장치에 의해 생성된 나노섬유는 상기 연신부(30)에 의해 연성이 증가하여, 더 쉽게 분열할 수 있으며, 이로 인해 나노섬유의 마디가 크게 증가하여(72분절 -> 271분절) 더 촘촘한 섬유조직을 형성할 수 있다.

제2실시예

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기방사장치의 구성도이다.

제2실시예는 제1실시예와 비교하여, 상기 연신부(30)에 차이가 있는바, 이를 중심으로 설명한다.

상기 연신부(30)는 상기 노즐부(10)로부터 상기 콜렉터(20)로 방사되는 나노섬유를 자기장으로 가속시켜 상기 나노섬유를 연신시킨다.

이러한 상기 연신부(30)는 중공코일(33)로 이루어져 있다.

상기 중공코일(33)에 전류를 인가하게 되면, 상기 중공코일(33)의 내부에는 자기장이 발생하게 된다.

그리고, 전기방사되는 나노섬유는 고전압으로 대전되기 때문에 정전기력을 내재하고 있다.

따라서, 상기 노즐부(10)로부터 방사되는 나노섬유는, 상기 중공코일(33)의 내부를 관통하면서 상기 중공코일(33)에 의해 발생된 자기장에 의해 가속된 후 상기 콜렉터(20)에 부착된다.

방사되는 나노섬유는 상기 중공코일(33)에 의해 발생되는 자기장에 의해 가속 에너지를 받아 연신되게 된다.

위와 같이 상기 중공코일(33)의 내부에서 발생되는 자기장에 의해 방사되는 나노섬유가 가속하게 되면, 나노섬유의 연신 정도가 증가하게 되고, 이로 인해 결국 나노섬유의 직경은 작아지면서 제1실시예와 같은 촘촘한 조직의 원단을 형성하게 된다.

그 외 다른 사항은 제1실시예와 동일 유사하기 때문에, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

제3실시예

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기방사장치의 구성도이다.

제3실시예는 제1실시예 및 제2실시예와 비교하여, 상기 연신부(30)가 램프(31)와 중공코일(33)을 포함하여 이루어져 있다는 점에서 차이가 있습니다.

즉, 제3실시예는 제1실시예 구성과 제2실시예의 구성이 합쳐진 것이다.

보다 구체적으로, 상기 연신부(30)는, 상기 노즐부(10)로부터 상기 콜렉터(20)로 방사되는 나노섬유에 열을 가하는 램프(31), 상기 노즐부(10)로부터 상기 콜렉터(20)로 방사되는 나노섬유를 자기장으로 가속시키는 중공코일(33)을 포함하여 이루어진다.

물론 필요에 따라 상기 연신부(30)는 반사판(32)을 더 포함하여 이루어질 수도 있다.

상기 노즐부(10)로부터 방사되는 나노섬유는 상기 중공코일(33)의 내부를 관통하면서 상기 중공코일(33)에 의해 발생된 자기장에 의해 가속되고, 동시에 상기 램프(31)에서 조사되는 열에 의해 연신되게 된다.

위와 같이 상기 램프(31)에 의한 열 에너지와 상기 중공코일(33)에 의한 가속 에너지에 의해, 방사되는 나노섬유는 더욱 크게 연신되게 된다.

그 외 다른 사항은 제1실시예 또는 제2실시예와 동일 유사하기 때문에, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

제4실시예

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 전기방사장치의 사시도, 도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 전기방사장치의 단면구성도이다.

제4실시예는 제1실시예와 비교하여, 상기 노즐부(10) 및 연신부(30)에 차이가 있다.

상기 노즐부(10)는, 링방사부재(11)와 커버부재(12)와 배출공(13)을 포함하여 이루어진다.

상기 링방사부재(11)는 중공기둥 형상으로 이루어지고, 전도성재질로 이루어지며 내부에 에어홀(14)이 관통 형성되어 있다.

상기 커버부재(12)는 비전도성재질로 이루어지고, 상기 링방사부재(11)의 외주면에 결합된다.

상기 커버부재(12)의 상단은 상기 링방사부재(11)의 상단보다 낮게 위치하고 있다.

상기 배출공(13)은 상기 링방사부재(11)의 상단에 다수개가 상호 이격되어 형성되어 있다.

이러한 상기 배출공(13)은 외부에서 상기 노즐부(10)로 공급된 폴리머가 배출되는 구멍이다.

상기 배출공(13)은 나노섬유가 부착되는 콜렉터(20)와 대면하고 있다.

따라서, 상기 링방사부재(11)에 고전압을 인가하게 되면, 상기 배출공(13)에서 배출되는 폴리머는 나노섬유로 전기방사되면서 콜렉터(20)에 부착되게 된다.

상기 연신부(30)는 상기 배출공(13)의 반대방향에 배치되는 공기분사부재(34)로 이루어진다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 공기분사부재(34)는 상기 노즐부(10)의 하부에 배치되어 있다.

상기 공기분사부재(34)는 공기를 분사하는 것으로서, 상기 배출공(13)의 반대방향에서 상기 배출공(13)이 형성된 방향으로 상기 에어홀(14)에 공기를 분사한다.

위와 같은 상기 공기분사부재(34)에 의해 상기 에어홀(14)에서는 강한 공기의 유동이 발생하게 되고, 도 7에서 상기 공기분사부재(34)에 의해 상기 에어홀(14)에서는 하부에서 상부로 강한 공기 흐름이 발생하게 된다.

이때, 상기 배출공(13)에서 배출된 폴리머는 상기 링방사부재(11)의 상단에서 상기 콜렉터(20) 방향으로 전기방사되면서 나노섬유를 형성하고, 전기방사되는 상기 나노섬유는 상기 에어홀(14)을 통과하는 강한 흐름의 공기에 의해 연신되게 된다.

즉, 상기 링방사부재(11)의 둘레에 형성된 상기 배출공(13)에서 전기방사되는 나노섬유는 그 안쪽에서 유동하는 강한 공기의 흐름에 의해 더 연신되면서 서로 얽히게 되며, 이로 인해 직경이 작고 조직이 촘촘한 섬유원단을 형성할 수 있게 된다.

그 외 다른 사항은 제1실시예와 동일 유사하기 때문에, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

본 발명인 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

10 : 노즐부, 11 : 링방사부재, 12 : 커버부재, 13 : 배출공, 14 : 에어홀,
20 : 콜렉터,
30 : 연신부, 31 : 램프, 32 : 반사판, 33 : 중공코일, 34 : 공기분사부재.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 공급된 폴리머를 나노섬유로 전기방사하는 노즐부와;
   상기 노즐부로부터 이격되어 상기 노즐부로부터 방사되는 나노섬유가 부착되는 콜렉터와;
   상기 노즐부와 콜렉터 사이에 배치되고, 상기 노즐부에서 방사되는 나노섬유에 에너지를 가하여 나노섬유를 연신시키는 연신부;를 포함하여 이루어지되,
   상기 연신부는, 상기 노즐부로부터 상기 콜렉터로 방사되고 있는 나노섬유에 열을 가하여 나노섬유를 연신시키는 램프;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치.
4. 청구항3에 있어서,
   상기 연신부는, 방사되는 나노섬유를 기준으로 상기 램프의 반대편에 배치되어 상기 램프에서 조사된 빛을 방사되고 있는 나노섬유로 반사시키는 반사판;을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치.
5. 청구항3에 있어서,
   상기 노즐부에 공급되는 폴리머에는 흑체가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 청구항3에 있어서,
   상기 연신부는,
   상기 노즐부로부터 상기 콜렉터로 방사되는 나노섬유를 자기장으로 가속시키는 중공코일;을 더 포함하여 이루어지되,
   상기 노즐부로부터 방사되는 나노섬유는, 상기 중공코일의 내부를 관통하면서 상기 중공코일에 의해 발생된 자기장에 의해 가속되고, 상기 램프에서 조사되는 열에 의해 연신되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치.
9. 공급된 폴리머를 나노섬유로 전기방사하는 노즐부와;
   상기 노즐부로부터 이격되어 상기 노즐부로부터 방사되는 나노섬유가 부착되는 콜렉터와;
   상기 노즐부에서 방사되는 나노섬유에 에너지를 가하여 나노섬유를 연신시키는 연신부;를 포함하여 이루어지되,
   상기 노즐부는,
   전도성재질로 이루어지고 내부에 에어홀이 관통 형성된 중공기둥 형상의 링방사부재와;
   상기 링방사부재의 외주면에 결합되는 비전도성재질의 커버부재와;
   상기 링방사부재의 상단에서 링 형상으로 배치되어 폴리머가 배출되는 다수개의 배출공;을 포함하여 이루어지고,
   상기 연신부는 상기 배출공의 반대방향에 배치되고, 상기 배출공의 반대방향에서 상기 배출공이 형성된 방향으로 상기 에어홀에 공기를 분사하는 공기분사부재로 이루어지며,
   상기 에어홀을 중심으로 링 형상으로 배치된 상기 배출공에서 배출된 폴리머는 상기 링방사부재의 상단에서 상기 콜렉터 방향으로 전기방사되면서 나노섬유를 형성하고,
   전기방사되는 상기 나노섬유는 중심부에 배치된 상기 에어홀을 통과하는 공기에 의해 연신되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 나노섬유 입자제어 전기방사장치.
   
   

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