KR102363556B1 - 생분해성 고분자를 이용한 섬유 멤브레인 및 그 제조 방법 - Google Patents

생분해성 고분자를 이용한 섬유 멤브레인 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

생분해성 고분자를 이용하여, 일축으로 정렬된 형태의 제1 섬유와 랜덤한 형태의 제2 섬유가 네트워크를 형성하는 섬유 멤브레인 및 섬유 멤브레인의 제조방법을 제공한다.

Description

생분해성 고분자를 이용한 섬유 멤브레인 및 그 제조 방법{FIBER MEMBRANE USING BIODEGRADABLE POLYMER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
이하의 설명은 생분해성 고분자를 이용한 섬유 멤브레인 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 섬유를 제조하는 방법에는 드로윙(drawing), 주형 합성(template synthesis), 상전이(phase separation), 자기조립(self assembly), 전기방사(electrospinning) 등이 알려져 있다. 이들 방법 중 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 섬유를 연속적으로 제조할 수 있는 방법으로는 전기방사 방식이 일반적으로 적용되고 있다.
전기방사 방법은 방사 용액을 방사하는 노즐과 기판이 배치되는 스테이지 사이에 고전압을 인가하여 방사 용액의 표면장력보다 큰 전기장을 형성하여, 방사용액이 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 섬유 형태로 방사되도록 한다. 전기방사 방법으로 제조되는 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 섬유는 방사 용액의 점도, 탄성, 전도성, 유전성, 극성 및 표면장력 등의 소재 물성과 전기장의 세기, 노즐과 집적 전극 사이의 거리 등에 영향을 받는다.
이때, 전기방사 과정에서 절연 블록을 이용하여 전기장을 변형함으로써, 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 섬유를 일방향으로 배열하기 위한 종래기술이 존재한다. 이러한 종래기술에서는 하부 기판을 이동 및 회전시키는 방식으로 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 섬유들이 그리드 형상으로 정렬된 섬유 멤브레인을 제조할 수 있다. 이러한 섬유 멤브레인은 바이오 응용 혹은 미세먼지 필터로 응용될 수 있다.
그러나, 이러한 종래기술에서는 하나의 노즐을 사용하여 전기방사용액을 방사하면서 하부 기판을 이동 및/또는 회전시키는 방식을 사용하고 있기 때문에 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 섬유 멤브레인의 대량생산에 제약이 있다.
[선행특허문헌]
한국등록특허 제10-1821049호
생분해성 고분자를 이용하여, 일축으로 정렬된 형태의 제1 섬유와 랜덤한 형태의 제2 섬유가 네트워크를 형성하는 섬유 멤브레인 및 섬유 멤브레인의 제조방법을 제공한다.
일축으로 정렬된 형태로 방사된 복수의 제1 섬유; 및 랜덤한 형태로 방사되어 상기 복수의 제1 섬유와 네트워크를 형성하는 복수의 제2 섬유를 포함하고, 상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유 중 적어도 하나를 형성하는 고분자는 생분해성 고분자 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인을 제공한다.
일측에 따르면, 상기 생분해성 고분자 소재는, 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)), 폴리락틱에시드(PLA, poly(L-lactic acid)), 폴리락틱코글라이콜릭에시드(PLGA, Poly(lactic-coglycolic acid)), 키토산(chitosan), PHA(poly-hydroxyalkanoate) 중 어느 하나의 생분해성 고분자 또는 둘 이상의 생분해성 고분자의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 생분해성 고분자 소재는, 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)), 폴리락틱에시드(PLA, poly(L-lactic acid)), 폴리락틱코글라이콜릭에시드(PLGA, Poly(lactic-coglycolic acid)), PHA(poly-hydroxyalkanoate) 중 어느 하나의 생분해성 고분자와 키토산(chitosan)을 복합화한 소재를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 제1 섬유를 형성하는 고분자는, 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile), PVDF-HFP(Polyvinylidene fluoride - hexafluoropropylene), 폴리메틸메타클릴레이트(PMMA, Polymethylmethacrylate), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리술폰계 고분자 (polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfone), 폴리비닐아세테이트 (PVAc, Poly(vinyl acetate)), 폴리아크릴릭에시드 (PAA, Polyacrylic acid), 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alcohol), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF, Poly(vinylidene fluoride)), 폴리이미드(PI, Polyimide), 폴리스티렌(PS, polystyrene) 및 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)) 중 어느 하나의 고분자 또는 둘 이상의 고분자의 혼합물을 포함하고, 상기 복수의 제2 섬유를 구성하는 고분자는 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)), 폴리락틱에시드(PLA, poly(L-lactic acid)), 폴리락틱코글라이콜릭에시드(PLGA, Poly(lactic-coglycolic acid)), 키토산(chitosan), PHA(poly-hydroxyalkanoate) 중 어느 하나의 생분해성 고분자 또는 둘 이상의 생분해성 고분자의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유 각각의 직경은 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 범위에 포함되되, 상기 복수의 제1 섬유의 직경이 상기 복수의 제2 섬유의 직경보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 제1 섬유의 직경은 300 nm 내지 2 um의 범위에 포함되고, 상기 복수의 제2 섬유의 직경은 50 nm 내지 300 nm의 범위에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 제1 섬유의 직경과 상기 복수의 제2 섬유의 직경간의 차이를 조절하여 상기 섬유 멤브레인 내부에 형성되는 스페이스의 크기를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 제1 섬유는 제1 전압이 인가되고, 섬유를 제1 수평방향으로 정렬하여 방사하는 복수의 제1 전기방사부를 통해 형성되고, 상기 복수의 제2 섬유는 제1 전압이 인가되고, 섬유를 랜덤하게 방사하는 복수의 제2 전기방사부를 통해 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 제1 전기방사부는 각각 n 개의 제1 방사노즐을 포함하는 m 개의 제1 열을 형성하여 배치되고, 상기 복수의 제2 전기방사부는 각각 j 개의 제2 방사노즐을 포함하는 i 개의 제2 열을 형성하여 배치되며, 상기 m 개의 제1 열 중 적어도 두 개의 제1 열 사이에 상기 i 개의 제2 열 중 적어도 하나의 제2 열이 배치되고, 상기 n, m, j, i는 자연수인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 제1 섬유는 상기 복수의 제1 전기방사부 각각이 포함하는 가이드부에 의해 생성되는 상기 제1 수평방향으로 작용하는 힘에 의해 일축으로 정렬된 형태로 방사되고, 상기 가이드부는, 방사용액으로부터 섬유를 방사하는 제1 방사노즐과 상기 제1 전압과 다른 제2 전압이 인가되는 스테이지부 사이에 형성된 전기장을 변형하여 상기 제1 방사노즐에서 방사되는 섬유에 상기 제1 수평방향으로 작용하는 힘을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 가이드부는, 상기 제1 수평방향에 수직한 제2 수평방향을 따라 서로 이격되게 배치된 제1 가이드체 및 제2 가이드체를 포함하고, 상기 제1 방사노즐은 상기 제1 가이드체와 상기 제2 가이드체 사이의 공간 하부에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 섬유 멤브레인을 필터에 포함하는 마스크를 제공한다.
섬유 멤브레인의 제조방법에 있어서, 제1 고분자가 용해된 제1 용액을 복수의 제1 전기방사부를 통해 지속적으로 전기방사하여 일축으로 정렬된 형태의 복수의 제1 섬유를 형성하는 단계; 제2 고분자가 용해된 제2 용액을 복수의 제2 전기방사부를 통해 지속적으로 전기방사하여 랜덤한 형태의 복수의 제2 섬유를 형성하는 단계; 및 상기 제1 전기방사부 및 상기 제2 전기방사부가 고분자 용액을 지속적으로 전기방사하는 동안, 상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유가 형성되는 영역에 이송체를 지속적으로 통과시켜 상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유의 네트워크를 상기 이송체에 코팅하는 단계를 포함하고, 상기 제1 고분자 및 상기 제2 고분자 중 적어도 하나는 생분해성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인의 제조방법을 제공한다.
이송되는 이송체상에 일축으로 정렬되어 방사되는 제1 섬유와 랜덤하게 방사되는 제2 섬유를 동시에 방사하여 제1 섬유와 제2 섬유가 네트워크화된 섬유 멤브레인을 대량생산할 수 있다.
또한, 일축으로 정렬되어 방사되는 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 제1 섬유의 직경과 랜덤하게 방사되는 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 제2 섬유의 직경간의 차이를 조절하여, 제조되는 섬유 멤브레인 내부에 형성되는 스페이스의 크기를 조절함으로써, 섬유 멤브레인을 필터로 활용하는 마스크의 경우, 공기가 잘 통과되어 사용자가 보다 편하게 숨쉬기가 가능해진다.
또한, 생분해성 고분자를 사용함으로써, 환경오염을 줄일 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전기방사 정렬 장치의 전기방사 방식의 개념을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 복수의 제1 전기방사부의 열과 복수의 제2 전기방사부의 열간의 교차 조합의 예를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전기방사 정렬 장치의 예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 섬유 멤브레인의 제조방법의 예를 도시한 흐름도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 있어서, 생분해성 고분자로 형성된 나노 스케일의 섬유 멤브레인의 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 사진들이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일실시예에 있어서, 생분해성 고분자로 형성된 서브마이크론 스케일의 섬유 멤브레인의 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 사진들이다.
도 16 내지 도 19는 본 발명의 일실시예에 있어서, 에탄올 소독 이후의 섬유 멤브레인의 주사전자현미경 사진들이다.
도 20 내지 도 23은 본 발명의 일실시예에 있어서, 열처리 이후의 섬유 멤브레인의 주사전자현미경 사진들이다.
도 24 및 도 25는 본 발명의 일실시예에 있어서, 복합 생분해성 고분자로 형성된 서브마이크론 스케일의 섬유 멤브레인의 주사전자현미경 사진들이다.
도 26 및 도 27는 본 발명의 일실시예에 있어서, 복합 생분해성 고분자로 형성된 서브마이크론 스케일의 섬유 멤브레인의 성능 평과 결과를 도시한 그래프들이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들이 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전기방사 정렬 장치의 전기방사 방식의 개념을 설명하기 위한 도면들이다.
우선, 도 1은 방사용액으로부터 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 섬유를 방사하는 복수의 방사노즐들(1 내지 16)을 개략적으로 나타내고 있다. 복수의 방사노즐들(1 내지 16) 각각에 대응하는 화살표들은 복수의 방사노즐들(1 내지 16) 각각이 섬유를 방사하는 방향을 나타내고 있다. 도 1에서는 복수의 방사노즐들(1 내지 16)이 4열 4행을 이루어 상측으로 섬유를 방사하고 있는 예시를 나타내고 있으나, 방사노즐의 개수나 열의 개수, 행의 개수, 섬유를 방사하는 방향 등은 이후 설명하는 바와 같이 다양하게 조절될 수 있다.
도 2는 제1 행의 방사노즐들(1 내지 4)과 제3 행의 방사노즐들(9 내지 12) 각각에 가이드부가 형성되는 예를 나타내고 있다. 예를 들어, 제1 행 및 제1 열의 방사노즐(1)의 상부에는 제1 가이드체(210)와 제2 가이드체(220)가 서로 이격하여 형성될 수 있다. 이때, 제1 가이드체(210)와 제2 가이드체(220)는 제1 행의 방사노즐들(1 내지 4)이 이격된 방향을 따라 제1 행 및 제1 열의 방사노즐(1)에서 방사되는 섬유가 제1 가이드체(210)와 제2 가이드체(220)의 사이로 지나가도록 배치될 수 있다. 이러한 제1 가이드체(210)와 제2 가이드체(220)는 서로 독립적으로 상대 유전율 50 이하인 물질로 형성될 수 있다. 다시 말해, 제1 행의 방사노즐들(1 내지 4)과 제3 행의 방사노즐들(9 내지 12) 각각에 형성된 가이드부는, 방사노즐들과 이후 설명될 스테이지부 사이에 형성되는 전기장을 변형함으로써, 제1 행의 방사노즐들(1 내지 4)과 제3 행의 방사노즐들(9 내지 12) 각각에서 방사되는 섬유에 일정한 방향으로의 힘을 작용할 수 있다. 예를 들어, 제1 행 및 제1 열의 방사노즐(1)에서 방사되는 섬유에는 제1 가이드체(210)와 제2 가이드체(220)가 나열된 방향에 수평으로 수직한 방향(이하, '제1 수평방향')으로 힘이 작용될 수 있다.
실시예에 따라 가이드부가 포함하는 가이드체들은 서로 이웃한 방사노즐들간에 공유될 수도 있다. 도 3은 서로 이웃한 방사노즐들간에 가이드체들을 공유하는 예를 나타내고 있다. 보다 구체적으로, 제1 행 및 제1 열의 방사노즐(1)을 위한 제1 가이드체(210)와 제2 가이드체(220) 중 제2 가이드체(220)는 제1행 및 제2 열의 방사노즐(2)과 공유될 수 있다.
이때, 도 2 및 도 3에서 제1 행의 방사노즐들(1 내지 4)과 제3 행의 방사노즐들(9 내지 12)로부터 방사되는 섬유들은 가이드부에 의해 제1 수평방향으로 정렬될 수 있고, 제2 행의 방사노즐들(5 내지 8)과 제4 행의 방사노즐들(13 내지 16)로부터 방사되는 섬유들은 랜덤하게 방사될 수 있다.
도 4는 도 2를 통해 설명한 복수의 방사노즐들(1 내지 16) 위에서 이송체(410)가 제1 수평방향으로 이송되는 경우를 나타내고 있다. 이때, 제1 행의 방사노즐들(1 내지 4)과 제3 행의 방사노즐들(9 내지 12)로부터 방사되는 섬유들은 제1 수평방향으로 이송체(410)에 코팅될 수 있으며, 제2 행의 방사노즐들(5 내지 8)과 제4 행의 방사노즐들(13 내지 16)로부터 방사되는 섬유들은 랜덤하게 이송체(410)에 코팅될 수 있다. 이송체(410)는 일례로, 부직포를 포함할 수 있다. 일례로, 부직포-섬유 멤브레인-부직포의 형태를 갖는 필터가 마스크의 제조에 활용될 수 있다.
한편, 전기방사를 수행하기 위해, 도 1 내지 도 4에서는 생략되었으나, 도 5와 같이 복수의 방사노즐들(1 내지 16) 위쪽으로 스테이지부(510)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 방사노즐들(1 내지 16) 각각에는 제1 전압이 인가될 수 있으며, 스테이지부(510)에는 제1 전압과 다른 제2 전압이 인가될 수 있다. 이러한 제1 전압과 제2 전압의 인가에 따라 복수의 방사노즐들(1 내지 16)로 주입되는 방사용액에 대한 전기방사가 이루어질 수 있으며, 복수의 방사노즐들(1 내지 16)과 스테이지부(510) 사이에 전기장이 형성될 수 있다. 이때, 가이드부는 이러한 전기장을 변형시켜 섬유에 제1 수평방향의 힘을 작용할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 복수의 제1 전기방사부의 열과 복수의 제2 전기방사부의 열간의 교차 조합의 다른 예를 도시한 도면이다. 앞서 도 1 내지 도 5의 실시예들에서는 복수의 방사노즐들(1 내지 16) 중 일부의 방사노즐들(1 내지 4 및 9 내지 12)이 일축으로 정렬된 형태의 제1 섬유를 방사하는 복수의 제1 전기방사부를 형성하고, 복수의 방사노즐들(1 내지 16) 중 나머지 방사노즐들(5 내지 8 및 13 내지 16)이 랜덤한 형태로 제2 섬유를 방사하는 복수의 제2 전기방사부를 형성하는 예를 설명하였다. 이때, 복수의 제1 전기방사부를 형성하는 두 개의 라인을 A 라인이라 하고, 복수의 제2 전기방사부를 형성하는 두 개의 라인을 B 라인이라 할 때, 도 1 내지 도 5의 실시예들에서는 "A-B-A-B"의 순서로 교차 조합된 예를 설명하였다. 한편, 다른 실시예로서, 도 6에서는 "A-B-B-A-B-B"의 순서로 교차 조합된 예를 설명하고 있다. 보다 구체적으로, 도 6에 도시된 복수의 방사노즐들(1 내지 24) 중 방사노즐(1 내지 4)가 첫 번째 A 라인을, 방사노즐(13 내지 16)이 두 번째 A 라인을 형성하고 있으며, 방사노즐(5 내지 8), 방사노즐(9 내지 12), 방사노즐(17 내지 20) 및 방사노즐(21 내지 24)가 각각 네 개의 B 라인들을 형성하고 있다. 이처럼, 복수의 제1 전기방사부와 복수의 제2 전기방사부를 통한 보다 다양한 교차 조합이 활용될 수 있다.
이때, B 라인(즉, 랜덤한 형태로 제2 섬유를 방사하는 제2 전기방사부의 열)을 통해 형성되는 랜덤 층이 두꺼워지고 쌓이는 횟수가 많을수록 필터 효율이 커질 수 있다. 따라서, 적층 순서(order)와 두께를 조절하여 필터 효율을 KF94(평균 400 nm NaCl 및 Paraffin Oil 입자로 94% 이상의 필터 효율)나 KF80 (평균 600 nm NaCl 입자로 80% 이상의 필터 효율) 기준에 맞출 수 있게 된다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전기방사 정렬 장치의 예를 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 전기방사 정렬 장치(700)는 제1 점선박스(710)에 나타난 바와 같이 이송체(410)를 이송시키기 위한 이송체 이송부를 포함할 수 있으며, 제2 점선박스(720)에 나타난 바와 같이, 이송중인 이송체(410)로 섬유를 방사하여 이송체(410)의 하단에 섬유를 코팅함으로써 섬유 멤브레인을 제조하기 위한 전기방사부를 포함할 수 있다. 도 7 및 도 8의 실시예에서는 1개 열의 방사노즐들만을 나타내고 있으나, 실질적으로 전기방사부는 앞서 도 1 내지 도 5를 통해 설명한 바와 같이, 복수의 방사노즐들(1 내지 16)과 복수의 방사노즐들(1 내지 16) 중 적어도 일부(일례로, 제1 행의 방사노즐들(1 내지 4)과 제3 행의 방사노즐들(9 내지 12))에 적용되는 가이드부 및 스테이지부(510)를 포함하여 구현될 수 있다. 이때, 이송체 이송부는 롤에서 언와인딩(unwinding)되는 이송체(410)를 롤투롤 방식으로 이송시키고, 이때, 이송체(410)가 복수의 방사노즐들(1 내지 16)과 스테이지부(510) 사이를 통과하도록 구현될 수 있다.
보다 일반화하여, 일실시예에 따른 전기방사 정렬 장치는 제1 전압이 인가되고, 제1 섬유를 제1 수평방향으로 정렬하여 방사하는 복수의 제1 전기방사부, 제1 전압이 인가되고, 제2 섬유를 랜덤하게 방사하는 복수의 제2 전기방사부, 복수의 제1 전기방사부 및 복수의 제2 전기방사부에서 섬유가 방사되는 제1 수직방향으로 이격되고, 제1 전압과 다른 제2 전압이 인가되는 스테이지부 및 복수의 제1 전기방사부 및 복수의 제2 전기방사부가 배치된 위치와 스테이지부가 배치된 위치 사이로 지속적으로 이송체를 통과시켜 복수의 제1 전기방사부 및 복수의 제2 전기방사부로부터 방사되는 섬유를 이송체에 코팅시키는 이송체 이송부를 포함할 수 있다.
이때, 복수의 제1 전기방사부는 제1 수평방향에 수직한 제2 수평방향을 따라 서로 이격되게 배치될 수 있고, 복수의 제1 전기방사부 각각은, 방사용액으로부터 제1 섬유를 방사하는 제1 방사노즐 및 제1 방사노즐에서 방사되는 제1 섬유가 제1 수평방향으로 정렬되도록 제1 방사노즐과 스테이지부 사이에 형성된 전기장을 변형하여 제1 방사노즐에서 방사되는 제1 섬유에 제1 수평방향으로 작용하는 힘을 생성하는 가이드부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 전기방사부는 일례로, 가이드부가 적용된 제1 행의 방사노즐들(1 내지 4)과 제3 행의 방사노즐들(9 내지 12)에 대응될 수 있다.
한편, 가이드부는, 제1 수평방향에 수직한 제2 수평방향을 따라 서로 이격되게 배치된 제1 가이드체 및 제2 가이드체를 포함할 수 있으며, 제1 방사노즐은 제1 가이드체와 상기 제2 가이드체 사이의 공간 하부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 앞서 제1 행 및 제1 열의 방사노즐(1)이 제1 가이드체(210)와 제2 가이드체(220) 사이의 공간 하부에 배치되는 예를 설명한 바 있다.
또한, 복수의 제1 전기방사부 중 하나의 제1 전기방사부에 포함된 제1 가이드체 및 제2 가이드체 중 적어도 하나는 복수의 제1 전기방사부 중 다른 하나의 제1 전기방사부에 공유될 수 있다. 앞서 도 3에서는 제1 행 및 제1 열의 방사노즐(1)과 제1 행 및 제2 열의 방사노즐(2)이 제2 가이드체(220)를 공유하는 예를 설명한 바 있다.
또한, 이미 설명한 바와 같이, 제1 가이드체 및 제2 가이드체는 서로 독립적으로 상대 유전율 50 이하인 물질로 형성될 수 있음을 설명하였다.
또한, 복수의 제2 전기방사부는 제1 수평방향에 수직한 제2 수평방향을 따라 서로 이격되게 배치될 수 있고, 복수의 제2 전기방사부 각각은 방사용액으로부터 섬유를 방사하는 제2 방사노즐을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2 전기방사부는 일례로, 가이드부가 적용되지 않은 제2 행의 방사노즐들(5 내지 8)과 제4 행의 방사노즐들(13 내지 16)에 대응될 수 있다.
이러한 복수의 제1, 2 전기방사부를 보다 일반화하면, 복수의 제1 전기방사부는 각각 n(상기 n은 자연수) 개의 제1 방사노즐을 포함하는 m(상기 m은 자연수) 개의 제1 열을 형성하여 배치될 수 있고, 복수의 제2 전기방사부는 각각 j(상기 j는 자연수) 개의 제2 방사노즐을 포함하는 i(상기 i는 자연수) 개의 제2 열을 형성하여 배치될 수 있으며, 상기 m 개의 제1 열과 상기 i 개의 제2 열은 서로 교차로 배치될 수 있다.
이때, n 및 j는 이송체의 제1 수평방향에 수직한 제2 수평방향으로의 폭에 기반하여 결정될 수 있다. 다시 말해, 하나의 열에 포함되는 방사노즐의 수는 이송체의 폭에 기반하여 결정될 수 있다.
또한, m, i 및 이송체의 이송 속도를 조절함으로써, 섬유 멤브레인의 시간당 생산량을 조절할 수 있다. 예를 들어, m과 i가 커진다는 것은 한번에 섬유를 방사할 수 있는 면적이 넓어짐을 의미할 수 있다. 따라서, 이송체의 이송 속도를 증가시키게 되면, 동일한 시간에 이송체에 섬유가 코팅되는 면적을 증가시킬 수 있고 따라서 섬유 멤브레인의 시간당 생산량이 증가될 수 있다.
한편, 복수의 제1 전기방사부에서 방사되는 제1 섬유의 직경이 복수의 제2 전기방사부에서 방사되는 제2 섬유의 직경보다 상대적으로 더 크도록 섬유가 방사될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 전기방사부에서 방사되는 제1 섬유의 직경과 복수의 제2 전기방사부에서 방사되는 제2 섬유의 직경간의 차이를 조절하여 이송체에 코팅되는 섬유 멤브레인 내부에 형성되는 스페이스의 크기를 조절할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 섬유 멤브레인의 제조방법의 예를 도시한 흐름도이다. 본 실시예에 따른 섬유 멤브레인의 제조방법은 제1 고분자가 용해된 제1 용액을 복수의 제1 전기방사부를 통해 지속적으로 전기방사하여 일축으로 정렬된 형태의 복수의 제1 섬유를 형성하는 단계(910), 제2 고분자가 용해된 제2 용액을 복수의 제2 전기방사부를 통해 지속적으로 전기방사하여 랜덤한 형태의 복수의 제2 섬유를 형성하는 단계(920) 및 제1 전기방사부 및 제2 전기방사부가 고분자 용액을 지속적으로 전기방사하는 동안, 복수의 제1 섬유 및 복수의 제2 섬유가 형성되는 영역에 이송체를 지속적으로 통과시켜 복수의 제1 섬유 및 복수의 제2 섬유의 네트워크를 이송체에 코팅하는 단계(930)를 포함할 수 있다.
이때 제1 고분자 및 제2 고분자 중 적어도 하나는 사용된 마스크를 폐기하는 데서 오는 환경오염 문제를 극복하기 위해, 자연환경에서 분해가 일어나는 생분해성(Biodegradable) 고분자 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 생분해성 고분자 소재는, 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)), 폴리락틱에시드(PLA, poly(L-lactic acid)), 폴리락틱코글라이콜릭에시드(PLGA, Poly(lactic-coglycolic acid)), 키토산(chitosan), PHA(poly-hydroxyalkanoate) 중 어느 하나의 생분해성 고분자 또는 둘 이상의 생분해성 고분자의 혼합물을 포함할 수 있다.
일실시예로, PLGA는 생분해성 고분자들 중에서도 특히 인체 적용에 대한 안정성이 높은 생분해성 고분자로 알려져 있다. 그러나, PLGA는 높은 가격으로 인해 광범위한 적용에는 어려움이 있다. 반면, 키토산은 게, 새우 등의 껍질로부터 손쉽게 구할 수 있는 생분해성 고분자이나, 단독으로 전기방사하기에는 어려움이 있다. 따라서, 인체 적합 안정성이 높으면서 빠른 생분해가 일어나는 생분해성 고분자 물질과 키토산을 복합화 함으로써 안정적으로 전기방사 하여, 가격을 낮출 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 생분해성 고분자 소재는, 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)), 폴리락틱에시드(PLA, poly(L-lactic acid)), 폴리락틱코글라이콜릭에시드(PLGA, Poly(lactic-coglycolic acid)), PHA(poly-hydroxyalkanoate) 중 어느 하나의 생분해성 고분자와 키토산(chitosan)을 복합화한 소재를 포함할 수 있다.
다른 실시예로, 제1 고분자 및 제2 고분자 중 하나는 일반 고분자 소재를 사용하고, 다른 하나는 생분해성 고분자 소재를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 제1 고분자는 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile), PVDF-HFP(Polyvinylidene fluoride - hexafluoropropylene), 폴리메틸메타클릴레이트(PMMA, Polymethylmethacrylate), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리술폰계 고분자 (polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfone), 폴리비닐아세테이트 (PVAc, Poly(vinyl acetate)), 폴리아크릴릭에시드 (PAA, Polyacrylic acid), 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alcohol), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF, Poly(vinylidene fluoride)), 폴리이미드(PI, Polyimide), 폴리스티렌(PS, polystyrene) 및 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)) 중 어느 하나의 고분자 또는 둘 이상의 고분자의 혼합물을 포함하고, 제2 고분자는 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)), 폴리락틱에시드(PLA, poly(L-lactic acid)), 폴리락틱코글라이콜릭에시드(PLGA, Poly(lactic-coglycolic acid)), 키토산(chitosan), PHA(poly-hydroxyalkanoate) 중 어느 하나의 생분해성 고분자 또는 둘 이상의 생분해성 고분자의 혼합물을 포함할 수 있다.
이 경우, 일축으로 정렬된 형태로 방사되는 제1 섬유가 일반 고분자 소재로 형성되어 생분해성 고분자로 형성되는 제2 섬유의 웹 사이에 위치하게 되여 가격 경쟁력을 높이면서도 환경 오염에 따른 문제를 줄일 수 있게 된다.
이때, 복수의 제1 섬유 및 복수의 제2 섬유 각각의 직경은 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 범위에 포함되도록 형성될 수 있으며, 특히 복수의 제1 섬유의 직경이 복수의 제2 섬유의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 이 경우, 직경이 상대적으로 더 큰 제1 섬유가 상대적으로 직경이 작은 제2 섬유 층 사이에 끼워져서 스페이서(spacer)의 역할을 할 수 있다. 이러한 스페이서는 제2 섬유의 웹 층 사이의 공간을 벌려주어 공기가 잘 통과하도록 할 수 있다. 일례로, 본 실시예에 따른 섬유 멤브레인을 필터로 이용하는 마스크의 경우, 상대적으로 더 굵은 직경의 제1 섬유가 직경이 상대적으로 얇은 부직포 형태의 제2 섬유의 레이어들 간의 간격을 벌려주는 이상적인 스페이서 역할을 함에 따라 마스크 착용자의 숨쉬기가 편하다는 장점이 있다. 이때, 복수의 제1 섬유의 직경과 복수의 제2 섬유의 직경간의 차이를 조절하여 섬유 멤브레인 내부에 형성되는 스페이스의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 섬유의 직경은 300 nm 내지 2 μm의 범위에서 조절될 수 있으며, 복수의 제2 섬유의 직경은 50 nm 내지 300 nm의 범위에서 조절될 수 있다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 있어서, 생분해성 고분자로 형성된 나노 스케일의 섬유 멤브레인의 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 사진들이다. 본 실시예에서는 생분해성 고분자 중 하나인 PLA 1g을 클로로포름(Chloroform) 8g에 300 rpm 마그네틱 스틱(stick)으로 스터링을 하면서 5시간 동안 녹인 후, PLA/클로로포름 용액에 8g의 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide, DMF)를 추가 투입한 후에 300 rpm 에서 2시간 동안 스터링을 진행하여 전기방사용액을 제조하였다. 이후, 제조된 전기방사용액에 대한 전기방사를 진행하여 나노 스케일의 섬유 멤브레인을 제조하였다. 도 10 내지 도 12의 사진들에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따라 제조된 섬유 멤브레인에는 100 nm 이하의 얇은 나노 스케일의 섬유들이 생성되었지만 1~2 μm 크기의 다수의 비드(bead)들이 발생하였다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일실시예에 있어서, 생분해성 고분자로 형성된 서브마이크론 스케일의 섬유 멤브레인의 주사전자현미경 사진들이다. 본 실시예에서는 생분해성 고분자 중 하나인 PLA 1g을 클로로포름 8g에 300 rpm 마그네틱 스틱(stick)으로 스터링을 하면서 5시간 동안 녹인 후, PLA/클로로포름 용액에 2g의 DMF를 추가 투입한 후에 300 rpm 에서 2시간 동안 스터링을 진행하여 전기방사용액을 제조하였다. 이후, 제조된 전기방사용액에 대한 전기방사를 진행하여 서브마이크론 스케일의 섬유 멤브레인을 제조하였다. 도 13 내지 도 15의 사진들에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따라 제조된 섬유 멤브레인에는 구형상의 비드가 관찰됨이 없이, 500 nm ~ 1 μm의 직경을 갖는 서브마이크론 스케일의 섬유들이 잘 형성됨이 관찰되었다.
도 16 내지 도 19는 본 발명의 일실시예에 있어서, 에탄올 소독 이후의 섬유 멤브레인의 주사전자현미경 사진들이다. 도 16 및 도 17의 사진들은 생분해성 고분자를 이용하여 형성된 나노 스케일의 섬유 멤브레인을 에탄올에 1시간 동안 담근 이후에도 해당 섬유 멤브레인을 구성하는 나노 스케일의 섬유들이 원래의 형상을 잘 유지하고 있음을 나타내고 있다. 또한, 도 18 및 도 19의 사진들은 생분해성 고분자를 이용하여 형성된 서브마이크론 스케일의 섬유 멤브레인을 에탄올에 1시간 동안 담근 이후에도 해당 섬유 멤브레인을 구성하는 서브마이크론 스케일의 섬유들이 원래의 형상을 잘 유지하고 있음을 나타내고 있다.
도 20 내지 도 23은 본 발명의 일실시예에 있어서, 열처리 이후의 섬유 멤브레인의 주사전자현미경 사진들이다. 도 20 및 도 21의 사진들은 생분해성 고분자를 이용하여 형성된 나노 스케일의 섬유 멤브레인을 100℃에서 12시간 동안 열처리한 후에도 해당 섬유 멤브레인을 구성하는 나노 스케일의 섬유들이 원래의 형상을 잘 유지하고 있음을 나타내고 있다. 또한, 도 22 및 도 23의 사진들은 생분해성 고분자를 이용하여 형성된 서브마이크론 스케일의 섬유 멤브레인을 100℃에서 12시간 동안 열처리한 후에도 해당 섬유 멤브레인을 구성하는 서브마이크론 스케일의 섬유들이 원래의 형상을 잘 유지하고 있음을 나타내고 있다.
도 24 및 도 25는 본 발명의 일실시예에 있어서, 복합 생분해성 고분자로 형성된 서브마이크론 스케일의 섬유 멤브레인의 주사전자현미경 사진들이다. 본 실시예에서는 PLA와 키토산의 복합 생분해성 고분자를 이용하여 서브마이크론 스케일의 섬유를 포함하는 필터를 제조한 예를 나타내고 있다. 분자량 150,000 인 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile, PAN)을 N,N-Dimethylformamide (DMF) 용매에 15wt% 농도로 용해시키고, 또한 폴리락틱에시드(Polylactic acid, PLA)를 DMF 및 클로로포름 용매(DMF:CF=1:3 비율)에 6wt% 농도로 용해시킨 후, 1wt% 키토산(Chitosan)이 5% 구연산이 첨가된 수용액에 녹아 있는 것을 2g 추가하여 생분해성 고분자로 구성된 방사 용액을 제조하였다. 이때 PLA와 키토산의 상대비율은 상호간의 함유량 조절을 통해서 조절될 수 있다. PAN 용액은 절연 블럭(일례로, 앞서 설명한 가이드부)이 설치된 전기방사 노즐(21G, 외경 0.82mm)에 7 ㎕/min의 주입유량으로 공급되도록 하였고, 9wt% PLA-키토산 용액은 절연 블럭이 없는 전기방사 노즐(24G, 외경 0.5mm)에 15 ㎕/min의 주입유량으로 공급되도록 실험장치를 설치하였다. 방사부와 섬유가 수집되는 컬렉터(일례로, 앞서 설명한 스테이지부)간의 거리는 5~10 cm로 이격하고, 인가전압은 PAN 용액의 경우 7~10kV, PLA-키토산 용액의 경우 10~15kV로 각각 다르게 조절하였다. 이들 용액을 통해 본 발명의 일실시예에 따른 섬유 멤브레인의 제조방법에 따라 PAN 서브마이크론 섬유의 직경은 400~600 nm 정도, PLA-키토산 섬유의 직경은 300~800 nm 정도로 구성되는 필터 여재(섬유 멤브레인)를 제조하였다.
도 26 및 도 27는 본 발명의 일실시예에 있어서, 복합 생분해성 고분자로 형성된 서브마이크론 스케일의 섬유 멤브레인의 성능 평과 결과를 도시한 그래프들이다. 도 24 및 도 25의 실시예에 따라 제조된 서브마이크론 스케일의 섬유 멤브레인을 이용하여 부직포-섬유 멤브레인-부직포의 샌드위치 형태의 공기필터를 제조하였다. 여기서, 섬유 멤브레인은 이 필터는 일축으로 정렬된 형태의 서브마이크론 스케일의 PAN 섬유와 무작위한 방향으로 배열된 서브마이크론 스케일의 PLA-키토산 섬유가 혼합되어 있는 구조이다. 이러한 공기필터의 여과 효율을 측정하기 위해, 디옥틸 세바케이트(Dioctyl sebacate) 오일용액, 입자 발생을 위한 에어로졸 발생기(TSI 3079A), 입자 크기별 개수 확인을 위한 입자계수기(TSI 3330)를 사용하였으며, 분당 32 리터 조건의 풍량(face velocity: 5.3cm/s)으로 성능평가를 진행하였다. 이후 동일조건으로 제조된 여러 샘플들의 측정 평균값으로 데이터를 수치화 하였다. 도 26 및 도 27의 그래프들은 이러한 PLA-키토산의 복합 생분해성 고분자를 포함하는 서브마이크론 스케일의 섬유 필터의 에탄올 세척 후의 성능 평가 결과를 나타내고 있다. 도 26의 그래프는 필터 효율을, 도 27의 그래프는 성능지수(Quality factor, QF=-ln(1-효율)/Pa)를 나타내고 있다.
KF80 보건용마스크에 들어가는 정전 MB필터(Electret Melt-brown 필터, 정전기 인력에 의한 외부입자 포집 방식)의 경우 1회만 에탄올 세척을 하여도 성능이 매우 떨어져 KF80 기준(평균 600nm 입자에서 여과효율 80% 이상)을 충족시키지 못하는 것을 확인할 수 있지만, 본 발명에 의해 제조된 생분해성 고분자를 이용한 서브마이크론 스케일의 섬유 멤브레인에 기반한 공기필터의 경우, 에탄올 세척에 의해 전기방사 공정 중에 형성된 정전기가 모두 소실되더라도 KF80 기준을 충족시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 더욱이 생분해성 고분자가 포함된 공기필터 여재의 경우, 자연환경에서의 분해가 보다 용이한 이점이 있기 때문에 마스크 폐기에 의한 환경오염 이슈에 도움이 될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 이송되는 이송체상에 일축으로 정렬되어 방사되는 제1 섬유와 랜덤하게 방사되는 제2 섬유를 동시에 방사하여 제1 섬유와 제2 섬유가 네트워크화된 섬유 멤브레인을 대량생산할 수 있다. 또한, 일축으로 정렬되어 방사되는 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 제1 섬유의 직경과 랜덤하게 방사되는 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 제2 섬유의 직경간의 차이를 조절하여, 제조되는 섬유 멤브레인 내부에 형성되는 스페이스의 크기를 조절함으로써, 섬유 멤브레인을 필터로 활용하는 마스크의 경우, 공기가 잘 통과되어 사용자가 보다 편하게 숨쉬기가 가능해진다. 또한, 생분해성 고분자를 사용함으로써, 환경오염을 줄일 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 일축으로 정렬된 형태로 방사된 복수의 제1 섬유; 및
    상기 일축으로 정렬된 형태로 방사된 복수의 제1 섬유상에 랜덤한 형태로 방사되어 상기 복수의 제1 섬유와 네트워크를 형성하는 복수의 제2 섬유
    를 포함하고,
    상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유 중 적어도 하나를 형성하는 고분자는 생분해성 고분자 소재를 포함하고,
    상기 복수의 제1 섬유는 제1 전압이 인가되고, 섬유를 제1 수평방향으로 정렬하여 방사하는 복수의 제1 전기방사부를 통해 형성되고,
    상기 복수의 제2 섬유는 제1 전압이 인가되고, 섬유를 랜덤하게 방사하는 복수의 제2 전기방사부를 통해 형성되고,
    상기 복수의 제1 전기방사부는 각각 n 개의 제1 방사노즐을 포함하는 m 개의 제1 열을 형성하여 배치되고,
    상기 복수의 제2 전기방사부는 각각 j 개의 제2 방사노즐을 포함하는 i 개의 제2 열을 형성하여 배치되며,
    상기 m 개의 제1 열과 상기 i 개의 제2 열은 서로 교차로 배치되고,
    상기 n, m, j, i는 2 이상의 자연수인 것
    을 특징으로 하는 섬유 멤브레인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 생분해성 고분자 소재는, 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)), 폴리락틱에시드(PLA, poly(L-lactic acid)), 폴리락틱코글라이콜릭에시드(PLGA, Poly(lactic-coglycolic acid)), 키토산(chitosan), PHA(poly-hydroxyalkanoate) 중 어느 하나의 생분해성 고분자 또는 둘 이상의 생분해성 고분자의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 생분해성 고분자 소재는, 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)), 폴리락틱에시드(PLA, poly(L-lactic acid)), 폴리락틱코글라이콜릭에시드(PLGA, Poly(lactic-coglycolic acid)), PHA(poly-hydroxyalkanoate) 중 어느 하나의 생분해성 고분자와 키토산(chitosan)을 복합화한 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 섬유를 형성하는 고분자는, 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile), PVDF-HFP(Polyvinylidene fluoride - hexafluoropropylene), 폴리메틸메타클릴레이트(PMMA, Polymethylmethacrylate), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리술폰계 고분자 (polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfone), 폴리비닐아세테이트 (PVAc, Poly(vinyl acetate)), 폴리아크릴릭에시드 (PAA, Polyacrylic acid), 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alcohol), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF, Poly(vinylidene fluoride)), 폴리이미드(PI, Polyimide), 폴리스티렌(PS, polystyrene) 및 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)) 중 어느 하나의 고분자 또는 둘 이상의 고분자의 혼합물을 포함하고,
    상기 복수의 제2 섬유를 구성하는 고분자는 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)), 폴리락틱에시드(PLA, poly(L-lactic acid)), 폴리락틱코글라이콜릭에시드(PLGA, Poly(lactic-coglycolic acid)), 키토산(chitosan), PHA(poly-hydroxyalkanoate) 중 어느 하나의 생분해성 고분자 또는 둘 이상의 생분해성 고분자의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유 각각의 직경은 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 범위에 포함되되,
    상기 복수의 제1 섬유의 직경이 상기 복수의 제2 섬유의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 섬유의 직경은 300 nm 내지 2 um의 범위에 포함되고,
    상기 복수의 제2 섬유의 직경은 50 nm 내지 300 nm의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 섬유의 직경과 상기 복수의 제2 섬유의 직경간의 차이를 조절하여 상기 섬유 멤브레인 내부에 형성되는 스페이스의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 섬유는 상기 복수의 제1 전기방사부 각각이 포함하는 가이드부에 의해 생성되는 상기 제1 수평방향으로 작용하는 힘에 의해 일축으로 정렬된 형태로 방사되고,
    상기 가이드부는, 방사용액으로부터 섬유를 방사하는 제1 방사노즐과 상기 제1 전압과 다른 제2 전압이 인가되는 스테이지부 사이에 형성된 전기장을 변형하여 상기 제1 방사노즐에서 방사되는 섬유에 상기 제1 수평방향으로 작용하는 힘을 생성하는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가이드부는, 상기 제1 수평방향에 수직한 제2 수평방향을 따라 서로 이격되게 배치된 제1 가이드체 및 제2 가이드체를 포함하고,
    상기 제1 방사노즐은 상기 제1 가이드체와 상기 제2 가이드체 사이의 공간 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인.
  12. 제1항 내지 제7항, 제10항 또는 제11항 중 어느 한 항의 섬유 멤브레인을 필터에 포함하는 마스크.
  13. 섬유 멤브레인의 제조방법에 있어서,
    제1 고분자가 용해된 제1 용액을 복수의 제1 전기방사부를 통해 지속적으로 전기방사하여 일축으로 정렬된 형태의 복수의 제1 섬유를 형성하는 단계;
    제2 고분자가 용해된 제2 용액을 복수의 제2 전기방사부를 통해 상기 일축으로 정렬된 형태로 방사된 복수의 제1 섬유상에 지속적으로 전기방사하여 랜덤한 형태의 복수의 제2 섬유를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 전기방사부 및 상기 제2 전기방사부가 고분자 용액을 지속적으로 전기방사하는 동안, 상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유가 형성되는 영역에 이송체를 지속적으로 통과시켜 상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유의 네트워크를 상기 이송체에 코팅하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 고분자 및 상기 제2 고분자 중 적어도 하나는 생분해성 고분자를 포함하고,
    상기 복수의 제1 전기방사부는 각각 n 개의 제1 방사노즐을 포함하는 m 개의 제1 열을 형성하여 배치되고,
    상기 복수의 제2 전기방사부는 각각 j 개의 제2 방사노즐을 포함하는 i 개의 제2 열을 형성하여 배치되며,
    상기 m 개의 제1 열과 상기 i 개의 제2 열은 서로 교차로 배치되고,
    상기 n, m, j, i는 2 이상의 자연수인 것
    을 특징으로 하는 섬유 멤브레인의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 생분해성 고분자는, 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)), 폴리락틱에시드(PLA, poly(L-lactic acid)), 폴리락틱코글라이콜릭에시드(PLGA, Poly(lactic-coglycolic acid)), 키토산(chitosan), PHA(poly-hydroxyalkanoate) 중 어느 하나의 생분해성 고분자 또는 둘 이상의 생분해성 고분자의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인의 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 생분해성 고분자 소재는, 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)), 폴리락틱에시드(PLA, poly(L-lactic acid)), 폴리락틱코글라이콜릭에시드(PLGA, Poly(lactic-coglycolic acid)), PHA(poly-hydroxyalkanoate) 중 어느 하나의 생분해성 고분자와 키토산(chitosan)을 복합화한 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인의 제조방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 제1 섬유를 형성하는 고분자는, 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile), PVDF-HFP(Polyvinylidene fluoride - hexafluoropropylene), 폴리메틸메타클릴레이트(PMMA, Polymethylmethacrylate), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리술폰계 고분자 (polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfone), 폴리비닐아세테이트 (PVAc, Poly(vinyl acetate)), 폴리아크릴릭에시드 (PAA, Polyacrylic acid), 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alcohol), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF, Poly(vinylidene fluoride)), 폴리이미드(PI, Polyimide), 폴리스티렌(PS, polystyrene) 및 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)) 중 어느 하나의 고분자 또는 둘 이상의 고분자의 혼합물을 포함하고,
    상기 복수의 제2 섬유를 구성하는 고분자는 폴리카프로락탐(PCL, poly(caprolactone)), 폴리락틱에시드(PLA, poly(L-lactic acid)), 폴리락틱코글라이콜릭에시드(PLGA, Poly(lactic-coglycolic acid)), 키토산(chitosan), PHA(poly-hydroxyalkanoate) 중 어느 하나의 생분해성 고분자 또는 둘 이상의 생분해성 고분자의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인의 제조방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유 각각의 직경은 서브마이크론 스케일 또는 나노 스케일의 범위에 포함되되,
    상기 복수의 제1 섬유의 직경이 상기 복수의 제2 섬유의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인의 제조방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 제1 섬유의 직경은 300 nm 내지 2 um의 범위에 포함되고,
    상기 복수의 제2 섬유의 직경은 50 nm 내지 300 nm의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인의 제조방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 제1 섬유의 직경과 상기 복수의 제2 섬유의 직경간의 차이를 조절하여 상기 섬유 멤브레인 내부에 형성되는 스페이스의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 섬유 멤브레인의 제조방법.
  20. 삭제
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