KR102435894B1 - 다공성 고분자 입자의 제조 방법 및 이를 통하여 제조된 다공성 고분자 입자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다공성 고분자 입자의 제조 방법 및 이를 통하여 제조된 다공성 고분자 입자를 개시한다. 본 발명은 고분자 물질 및 용매를 포함하는 고분자 용액을 준비하는 단계; 잉크젯의 노즐로부터 상기 고분자 용액을 토출시켜 고분자 액적을 생성하는 단계; 및 상기 고분자 액적을 건조시켜 수집 용기에 다공성 고분자 입자를 수득하는 단계;를 포함하고, 상기 고분자 액적을 건조시켜 수집 용기에 다공성 고분자 입자를 수득하는 단계는 상기 잉크젯의 노즐과 상기 수집 용기 사이의 거리를 조절하여 상기 다공성 고분자 입자의 다공도를 조절하는 기술을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 다공성 고분자 입자의 제조 방법 및 이를 통하여 제조된 다공성 고분자 입자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전 소자를 이용한 잉크젯 방식을 이용하여 고분자 용액을 노즐을 통해 공기 중으로 토출시키고, 고분자 액적들에 포함된 용매를 단시간 동안 건조시키는 다공성 고분자 입자의 제조 방법 및 이를 통하여 제조된 다공성 고분자 입자에 관한 것이다.
다공성 고분자 입자는 화장품, 도료, 전자재료, 의약품 또는 에너지 분야에 폭넓게 사용되어 왔다. 특히, 다공성 고분자 입자는 높은 비표면적을 지닌 촉매의 지지체, 이온교환, 약물전달, 기체/유기분자 또는 바이오 분자 등의 흡착/분리/제거 등에 광범위하게 사용되고 있다.
다공성 고분자 입자를 제조하는 기존의 방법은 유화중합(suspension polymerization), 분산중합(dispersion polymerization), 시드 유화중합(seeded suspension polymerization), 막 유화(membrane emulsification) 또는 미세유체(microfluidics)와 같은 다양한 방법이 사용되고 있다(MT Gokmen, 2012, Progress in Polymer Science, 37, 365).
그러나, 이러한 방법들은 상대적으로 복잡하고, 생성된 액적들을 안정화시키기 위해 계면활성제나 안정화제와 같은 첨가제가 필수적으로 사용되고 있으나, 이러한 첨가제는 다공성 고분자 입자 표면에 반영구적으로 흡착되어 다공성 고분자 입자의 표면 및 공극표면의 성질을 바꿀 수 있기 때문에, 첨가제 사용을 배제한 단순한 다공성 고분자 입자의 제조 방식의 개발이 필요하다.
본 발명의 실시예는 잉크젯 노즐과 수집 용기 사이의 거리를 조절하여 고분자 액적의 용매를 단시간에 완전히 증발시킴으로써 균일한 직경을 갖는 다공성 고분자 입자를 제공할 수 있는 다공성 고분자 입자의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 잉크젯 노즐과 수집 용기 사이의 거리를 조절하여 고분자 액적의 용매를 단시간에 완전히 증발시켜 다공성 고분자 입자의 다공도를 조절 조절함으로써, 내부로 침투되는 물이나 용매 침투 속도를 조절하여 민감도 제어할 수 있는 다공성 고분자 입자의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 잉크젯의 노즐로부터 고분자 용액이 토출될 때, 잉크젯의 주파수 또는 전압을 조절하여 다공성 고분자 입자의 직경을 조절함으로써, 밀도를 제어할 수 있는 다공성 고분자 입자의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 잉크젯의 노즐로부터 고분자 용액이 토출될 때, 잉크젯의 드웰 시간을 조절하여 고분자 액적을 생성 속도를 조절함으로써, 토출된 고분자 액적이 직후에 토출되는 고분자 액적과 충돌하여 병합되는 정도를 조절하여 다공성 고분자 입자의 크기를 균일하게 제조할 수 있는 다공성 고분자 입자의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 고분자 용액의 점도 또는 고분자 물질의 농도를 조절하여 다공성 고분자 입자의 다공도를 조절함으로써 민감도를 조절할 수 있는 다공성 고분자 입자의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법은 고분자 물질 및 용매를 포함하는 고분자 용액을 준비하는 단계; 잉크젯의 노즐로부터 상기 고분자 용액을 토출시켜 고분자 액적을 생성하는 단계; 및 상기 고분자 액적을 건조시켜 수집 용기에 다공성 고분자 입자를 수득하는 단계;를 포함하고, 상기 고분자 액적을 건조시켜 수집 용기에 다공성 고분자 입자를 수득하는 단계는 상기 잉크젯의 노즐과 상기 수집 용기 사이의 거리를 조절하여 상기 다공성 고분자 입자의 다공도를 조절한다.
상기 잉크젯의 노즐과 상기 수집 용기 사이의 거리는 잉크젯의 노즐과 상기 수집 용기 사이의 거리는 5cm 내지 30cm일 수 있다.
상기 잉크젯의 노즐로부터 상기 고분자 용액이 토출될 때, 상기 잉크젯에 가해지는 주파수에 따라 상기 다공성 고분자 입자의 직경이 조절되고, 상기 주파수는 600hz 내지 900hz 일 수 있다.
상기 잉크젯의 노즐로부터 상기 고분자 용액이 토출될 때, 상기 잉크젯에 가해지는 전압에 따라 상기 다공성 고분자 입자의 직경이 조절되고, 상기 전압은 20V 내지 50V 일 수 있다.
상기 잉크젯의 노즐로부터 상기 고분자 용액이 토출될 때, 상기 잉크젯에 가해지는 드웰 시간(Dwell time)에 따라 상기 고분자 액적의 생성 속도가 조절되고, 상기 드웰 시간은 28μs 내지 32μs 일 수 있다.
상기 잉크젯의 노즐로부터 상기 고분자 용액이 토출될 때, 상기 잉크젯에 가해지는 압력은 21mbar 내지 34.75mbar일 수 있다.
상기 고분자 물질의 농도는 0.25wt% 내지 1wt% 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조된다.
상기 다공성 고분자 입자의 직경은 1μm 내지 100μm 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 잉크젯 노즐과 수집 용기 사이의 거리를 조절하여 고분자 액적의 용매를 단시간에 완전히 증발시킴으로써, 균일한 직경을 갖는 다공성 고분자 입자를 제조할 수 있고, 계면활성제와 같은 첨가제를 배제할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 실시예는 잉크젯 노즐과 수집 용기 사이의 거리를 조절하여 고분자 액적의 용매를 단시간에 완전히 증발시켜 다공성 고분자 입자의 다공도를 조절 조절함으로써, 내부로 침투되는 물이나 용매 침투 속도를 조절하여 민감도 제어할 수 있는 다공성 고분자 입자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예는 잉크젯의 노즐로부터 고분자 용액이 토출될 때, 잉크젯의 주파수 또는 전압을 조절하여 다공성 고분자 입자의 직경을 조절함으로써, 밀도를 제어할 수 있는 다공성 고분자 입자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예는 잉크젯의 노즐로부터 고분자 용액이 토출될 때, 잉크젯의 드웰 시간을 조절하여 고분자 액적을 생성 속도를 조절함으로써, 토출된 고분자 액적이 직후에 토출되는 고분자 액적과 충돌하여 병합되는 정도를 조절하여 다공성 고분자 입자의 크기를 균일하게 제조할 수 있는 다공성 고분자 입자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예는 고분자 용액의 점도 또는 고분자 물질의 농도를 조절하여 다공성 고분자 입자의 다공도를 조절함으로써 민감도를 조절할 수 있는 다공성 고분자 입자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자를 제조하는 잉크젯의 노즐을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자를 제조하는 잉크젯을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자를 제조하는 입자 생성 장치를 도시한 이미지이다.
도 5는 초고속 카메라를 통해 촬영된 고분자 액적을 도시한 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법에 따라 제조된 폴리스티렌 입자의 전자 현미경 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예 5에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법에 따라 제조된 PLGA의 전자 현미경 이미지이다.
도 8은 본 발명의 실시예 5에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법에 따라 제조된 서로 유사한 크기를 가진 PLGA의 전자 현미경 이미지이다.
도 9a는 잉크젯과 수집 용기 사이의 거리를 1cm 로 조절하여 제조된 본 발명의 실시예 2에 따른 다공성 고분자 입자가 수집용기에 수득된 후의 광학현미경 이미지이고, 도 9b는 2cm 로 조절하여 제조된 본 발명의 실시예 2에 따른 다공성 고분자 입자가 수집용기에 수득된 후의 광학현미경 이미지이며, 도 9c는 5cm 제조된 본 발명의 실시예 2에 따른 입자가 수집용기에 수득된 후의 광학현미경 이미지이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 34.75mbar 이상의 압력을 가했을 때의 고분자 액적의 전자 현미경 이미지이다.
도 11는 본 발명의 실시예 1(0.25wt%)에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 토출된 고분자 액적을 도시한 전자 현미경 이미지이다.
도 12a는 본 발명의 실시예 1(0.5wt%)에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 가해지는 드웰 시간에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이고, 도 12b는 전압에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이며, 도 12c는 주파수에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이다.
도 13은 본 발명의 실시예 3(0.75wt%)에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 가해지는 압력에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이다.
도 14는 본 발명의 실시예 4(1wt%)에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 가해지는 압력에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이다.
도 15a는 본 발명의 실시예 1(0.5wt%) 에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 18mbar의 압력(일정 이상의 압력)을 가했을 때의 고분자 액적의 전자 현미경 이미지이고, 도 15b는 21mbar 이하의 압력(일정 이하의 압력)을 가했을 때의 고분자 액적의 전자 현미경 이미지이며, 도 15c는 60mbar 이상의 압력(일정 훨씬 이상의 압력)을 가했을 때의 고분자 액적의 전자 현미경 이미지이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자를 제조하는 잉크젯의 노즐을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자를 제조하는 잉크젯을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자를 제조하는 입자 생성 장치를 도시한 이미지이다.
도 5는 초고속 카메라를 통해 촬영된 고분자 액적을 도시한 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법에 따라 제조된 폴리스티렌 입자의 전자 현미경 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예 5에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법에 따라 제조된 PLGA의 전자 현미경 이미지이다.
도 8은 본 발명의 실시예 5에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법에 따라 제조된 서로 유사한 크기를 가진 PLGA의 전자 현미경 이미지이다.
도 9a는 잉크젯과 수집 용기 사이의 거리를 1cm 로 조절하여 제조된 본 발명의 실시예 2에 따른 다공성 고분자 입자가 수집용기에 수득된 후의 광학현미경 이미지이고, 도 9b는 2cm 로 조절하여 제조된 본 발명의 실시예 2에 따른 다공성 고분자 입자가 수집용기에 수득된 후의 광학현미경 이미지이며, 도 9c는 5cm 제조된 본 발명의 실시예 2에 따른 입자가 수집용기에 수득된 후의 광학현미경 이미지이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 34.75mbar 이상의 압력을 가했을 때의 고분자 액적의 전자 현미경 이미지이다.
도 11는 본 발명의 실시예 1(0.25wt%)에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 토출된 고분자 액적을 도시한 전자 현미경 이미지이다.
도 12a는 본 발명의 실시예 1(0.5wt%)에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 가해지는 드웰 시간에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이고, 도 12b는 전압에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이며, 도 12c는 주파수에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이다.
도 13은 본 발명의 실시예 3(0.75wt%)에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 가해지는 압력에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이다.
도 14는 본 발명의 실시예 4(1wt%)에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 가해지는 압력에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이다.
도 15a는 본 발명의 실시예 1(0.5wt%) 에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 18mbar의 압력(일정 이상의 압력)을 가했을 때의 고분자 액적의 전자 현미경 이미지이고, 도 15b는 21mbar 이하의 압력(일정 이하의 압력)을 가했을 때의 고분자 액적의 전자 현미경 이미지이며, 도 15c는 60mbar 이상의 압력(일정 훨씬 이상의 압력)을 가했을 때의 고분자 액적의 전자 현미경 이미지이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법은 고분자 물질 및 용매를 포함하는 고분자 용액을 준비하는 단계(S110), 잉크젯의 노즐로부터 고분자 용액을 토출시켜 고분자 액적을 생성하는 단계(S120) 및 고분자 액적을 건조시켜 수집 용기에 다공성 고분자 입자를 수득하는 단계(S130)를 포함한다.
또한, 고분자 액적을 건조시켜 수집 용기에 다공성 고분자 입자를 수득하는 단계(S130)는 잉크젯의 노즐과 수집 용기 사이의 거리를 조절하여 다공성 고분자 입자의 다공도를 조절한다.
다공성 고분자 입자의 다공도는 페로브스카이트-고분자 복합체 입자에 형성된 공극의 크기 또는 개수의 정도를 의미할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법은 잉크젯 노즐과 수집 용기 사이의 거리를 조절하여 고분자 액적의 용매를 단시간에 완전히 증발시킴으로써, 균일한 직경을 갖는 다공성 고분자 입자를 제조할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법은 잉크젯의 노즐로부터 토출된 고분자 액적이 공기 중에 체류하는 시간 동안만 액체 상태로 존재하기 때문에 고분자 액적들 사이의 융착을 막기 위해 사용되는 계면활성제의 사용을 배제할 수 있다. 따라서, 다공성 고분자 입자의 표면에 반영구적으로 계면활성제가 흡착되어 다공성 고분자 입자의 표면 성질이 변형되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법은 고분자 액적에 포함된 용매가 휘발되는 시간이 매우 짧기 때문에 고분자 액적의 건조가 순식간에 일어나므로 용이하게 다공성을 갖는 다공성 고분자 입자를 제조할 수 있다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법은 고분자 물질 및 용매를 포함하는 고분자 용액을 준비하는 단계(S110)를 진행한다.
고분자 용액은 고분자 물질을 포함하고, 고분자 물질의 농도는 0.25wt% 내지 1wt% 일 수 있다. 이 때, 고분자 물질의 농도가 0.25wt% 미만이면 고분자 액적이 연속적으로 토출되지 않고, 다공성 고분자 입자가 너무 작아지는 문제가 있으며, 1wt%를 초과하면 노즐의 막힘 현상이 발생하고, 주파수, 드웰 시간, 전압 및 압력을 조절하기 하기 어려우며, 다공성 고분자 입자가 흩날리게 되고, 크기가 균일하지 않은 다공성 고분자 입자가 생성되는 문제가 있다.
특히, 고분자 액적을 토출시키기 위한 주파수, 드웰 시간, 전압 및 압력 값을 조절할 때, 최대 900hz의 주파수까지 기계 작동상 조절이 가능한 부분이 정해져 있기 때문에, 고분자 물질의 농도가 1wt%를 초과하여 고농도의 고분자 액적이 생성되는 경우, 노즐이 막혀 고분자 액적이 토출되더라도 불균일한 다공성 고분자 입자가 형성될 수 있다.
바람직하게는, 고분자 물질의 농도는 0.75wt% 또는 0.5wt%일 때 가장 적합하고, 더욱 바람직하게는, 고분자 물질의 농도가 0.5wt일 때, 다공성 고분자 입자를 제조하기 용이하다.
본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법은 고분자 물질의 농도에 따라 잉크젯의 노즐과 수집 용기 사이의 거리가 조절될 수 있고, 잉크젯의 노즐과 수집 용기 사이의 거리에 따라 잉크젯의 노즐로부터 토출되는 고분자 액적의 체류 시간(건조 시간)이 조절될 수 있다.
보다 구체적으로, 고분자 액적에 포함된 용매는 고분자 액적이 잉크젯의 노즐로부터 토출되는 시점부터 수집 용기에 도달하는 시점 사이에 완전히 증발되므로, 고분자 액적의 건조 시간은 잉크젯의 노즐과 수집 용기 사이의 거리에 따라 조절될 수 있다. 따라서, 고분자 물질의 농도가 증가될수록 증발시켜야 되는 용매(예; 클로로포름) 양이 감소되어 잉크젯의 노즐과 수집 용기 사이의 거리가 감소될 수 있고, 이에 따라, 고분자 액적의 건조 시간은 감소될 수 있다.
또한, 고분자 물질의 농도가 증가될수록 노즐이 막히거나 잉크젯의 노즐과 수집 용기 사이의 거리가 매우 크게 증가되어, 고분자 액적의 건조 시간이 증가될 수 있다.
고분자 물질은 폴리스티렌(polystyrene), 폴리락틱산-글리콜산 공중합체(poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA), 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에틸렌글리콜(Polyethyleneglycol, PEG), 폴리비닐피로리돈 (Polyvinylpyrrolidone, PVP), 알지네이트 (Alginate), 폴리아크릴로니트릴 (Polyacrylonitrile, PAN) 및 폴리메타크릴레이트(Polymethacrylate, PMMA) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
용매로는 휘발성 용매가 사용될 수 있고, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법은 용매의 농도에 따라 잉크젯에 가해지는 주파수, 전압, 드웰 시간 또는 압력이 조절될 수 있다.
용매의 농도는 0.5wt% 내지 0.75wt% 일 수 있다. 이 때, 용매의 농도가 0.5wt% 미만이면 용매(Solvent)의 양이 증가되어 긴 체류시간이 요구되어 다공성 고분자 입자의 크기가 작아지는 문제가 있으며, 0.75wt%를 초과하면 노즐이 막혀 토출이 불균일해질 수 있다.
또한, 고분자 용액에 포함되는 용매의 종류에 따라 압력이 조절될 수 있다.
바람직하게는, 용매는 물, 메탄올 (methanol), 에탄올 (ethanol)，프로판올 (propanol)， 부탄올 (butanol), 이소프로필알코올 (isopropyl alcohol)，이소부틸알콜 (isobutyl alcohol)，에틸렌글리콜 (ethylene glycol)，아세톤 (acetone)，메틸에틸케톤 (methylethylketone), 사이클로헥사논 (cyclohexanone)，헥산 (hexane)，디에틸아민 (Diethylamine) ,트리에틸아민 (Triethylamine)，옥타데실아민 (Octadecylamine)，사이클로 헥산 (cyclohexane), 에틸아세테이트 (ethylacetate)，아세톤 (acetone)，디메틸포름아미드 (Dimethylformamide)，디메틸아세트아미드 (Dimethylacetamide)，메틸렌 클로라이드 (methylene chloride), 디클로로메탄 (Dichloromathane), 클로로포름 (Chloroform)，사염화탄소 (Tetrachloromethane)，디메틸설폭사이드 (Dimethylsulfoxide), 다이옥신 (Dioxin), 니트로메탄 (Nitromethane), 톨루엔 (toluene)，자이렌 (xylnene), 디클로로벤젠 (Dichlorobenzene), 디메틸벤젠 (Dimethylbenzene), 트리메틸벤젠 (trimethylbenzene), 메틸나프탈렌 (methylnaphthalene), 테트라하이드로퓨란 (Tetrahydrofurane)， N-메틸 -2-피롤리돈 (N-methyl-r-pyrrolidone), 피리딘 (pyridine), 아크릴로니트릴 (acrylonitrile), 아닐린 (aniline)， 솔비톨 (sorbitol)，카비톨(carbitol)，카비톨아세테이트 (carbitolacetate)，메틸샐로졸브 (methyl cellosolve) 및 에틸셀로졸브 (ethyl cellosolce) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 잉크젯의 노즐로부터 고분자 액적이 토출되기 위해서는 적절한 고분자 용액의 점도 또는 표면장력(surface tension)이 요구되고, 고분자 용액의 점도는 고분자 액적의 직경에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 고분자 용액의 점도가 증가되면, 일정한 고분자 액적의 크기 내에 포함된 고분자 화합물의 양이 증가되어 고분자 액적의 직경이 증가될 수 있다.
또한, 고분자 용액의 점도는 잉크젯의 노즐에 가해지는 주파수, 전압, 드웰 시간 또는 압력에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 고분자 용액의 점도가 증가되면, 서로 끌어당기는 힘이 강하여 최소한으로 필요한 고분자 액적의 주파수, 전압 및 압력은 증가될 수 있고, 드웰 시간은 감소될 수 있다.
이 후, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법은 잉크젯의 노즐로부터 고분자 용액을 토출시켜 고분자 액적을 생성하는 단계(S120)를 진행한다.
잉크젯의 노즐로부터 고분자 용액을 토출시켜 고분자 액적을 생성하는 단계(S120)는 도 2를 참고하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자를 제조하는 잉크젯의 노즐을 도시한 단면도이다.
잉크젯은 고분자 액적을 토출하는 노즐(110) 및 노즐(110)을 수축하여 고분자 액적(120)을 토출시키는 압전 소자(111)를 포함할 수 있다. 잉크젯은 잉크젯에 주입된 고분자 용액을 압전 소자의 작용으로 노즐(110)을 통하여 고분자 액적(111)으로 토출시키고, 토출된 고분자 액적(120)은 공기 중에 건조되어 다공성 고분자 입자가 생성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자는 압전 소자(111)를 이용하여 균일한 크기의 고분자 액적(120)을 용이하게 형성할 수 있고, 다공성 고분자 입자를 대량으로 생산할 수 있다.
잉크젯의 노즐(110)로부터 고분자 용액이 토출될 때, 잉크젯에 가해지는 주파수에 따라 다공성 고분자 입자의 직경이 조절될 수 있다. 보다 구체적으로, 잉크젯에 가해지는 주파수를 증가시키면 병합되는(합쳐지는) 고분자 액적(120)의 각각의 개수가 증가되므로, 고분자 액적(120)의 크기가 증가되어 다공성 고분자 입자의 직경이 증가될 수 있고, 잉크젯에 가해지는 주파수를 감소시키면 병합되는 고분자 액적(120)의 각각의 개수가 감소되므로, 고분자 액적(120)의 크기가 감소되어 다공성 고분자 입자의 직경이 감소될 수 있다.
또한, 잉크젯의 노즐(110)로부터 고분자 용액이 토출될 때, 잉크젯에 가해지는 주파수에 따라 다공성 고분자 입자의 개수를 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 잉크젯에 가해지는 주파수를 증가시키면 다공성 고분자 입자의 개수가 증가되고, 잉크젯에 가해지는 주파수를 감소시키면 다공성 고분자 입자의 개수가 감소될 수 있다.
이 때, 잉크젯에 가해지는 주파수는 600hz 내지 900hz 일 수 있고, 주파수가 600hz 미만이면 고분자 액적(120)에 충분한 힘이 가해지지 못해 고분자 액적(120)이 토출 되지 못하는 문제가 있고, 900hz를 초과하면 기계 특성상 최대 주파수 조정이 불가한 문제가 있다.
잉크젯의 노즐(110)로부터 고분자 용액(120)이 토출될 때, 잉크젯에 가해지는 전압에 따라 다공성 고분자 입자의 직경이 조절될 수 있다. 보다 구체적으로, 잉크젯에 가해지는 전압은 오리피스(orifice)에 큰 압력이 가해지는 것과 유사하게 작용될 수 있고, 잉크젯에 가해지는 전압이 증가되면 오리피스 표면을 벗어나기 위해 필요한 최소의 힘을 얻어 오리피스의 선단에 고분자 액적(120)이 형성되고, 전압이 감소되면 고분자 액적(120)을 토출시킬 정도로 전압이 충분히 인가되지 않아 고분자 액적(120)이 오리피스 내의 용매에 부착되어 토출되지 못하는 문제가 있다.
또한, 잉크젯의 노즐(110)로부터 고분자 용액이 토출될 때, 잉크젯에 가해지는 전압에 따라 다공성 고분자 입자의 크키를 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 잉크젯에 가해지는 전압을 증가시키면 크기가 증가되고, 잉크젯에 가해지는 전압 감소시키면 크기가 감소될 수 있다.
따라서, 잉크젯에 가해지는 전압은 20V 내지 50V 일 수 있고, 전압이 20V 미만이면 고분자 액적이 토출되지 않는 문제가 있고, 50V를 초과하면 노즐이 막히는 문제가 있다.
잉크젯의 노즐(110)로부터 고분자 용액이 토출될 때, 잉크젯에 가해지는 드웰 시간(Dwell time)에 따라 고분자 액적(120)의 생성 속도가 조절될 수 있다. 보다 구체적으로, 고분자 액적(120)은 잉크젯에 가해지는 드웰 시간이 일정량 이상의 값을 갖지 못하면 고분자 액적(120)이 생성되지 않기 때문에, 고분자 액적(120)이 잉크젯의 노즐(110)로부터 토출되기 위해서는 드웰 시간이 중요한 요인이 된다.
따라서, 드웰 시간이 증가되면, 고분자 액적(120)에 힘을 가하는 시간 간격이 길어져 고분자 액적(120)이 생성되는 속도가 느려지기 때문에 오리피스의 선단에 고분자 액적(120)이 볼록히 뛰어나와 막힘 현상이 발생할 수 있고, 반대로, 드웰 시간이 감소되면, 고분자 액적(120)에 힘을 가하는 시간 간격이 짧아져 오리피스 내부의 용매에서 고분자 액적(120)이 토출되기 위한 힘을 충분히 받지 못하여 고분자 액적(120)이 생성되지 않을 수 있다.
또한, 잉크젯의 노즐(110)로부터 고분자 용액이 토출될 때, 잉크젯에 가해지는 드웰 시간에 따라 다공성 고분자 입자의 개수가 조절될 수 있다. 보다 구체적으로, 잉크젯에 가해지는 드웰 시간을 증가시키면 시간 간격이 증가되어 다공성 고분자 입자의 개수가 감소되고, 잉크젯에 가해지는 드웰 시간을 감소시키면 시간 간격이 감소하여 입자의 개수가 증가될 수 있다.
따라서, 드웰 시간은 28μs 내지 32μs 일 수 있고, 드웰 시간이 28μs 미만이면 고분자 액적(120)이 생성되지 않는 문제가 있으며, 32μs를 초과하면 고분자 액적(120)에 의해 노즐이 막히는 문제가 있다.
잉크젯의 노즐로부터 고분자 용액이 토출될 때, 잉크젯에 가해지는 압력에 따라 고분자 액적(120)의 생성 유무가 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 잉크젯에 적당한 압력을 가하지 않으면 오리피스에서 용액의 표면장력에 의해 토출되기 위한 최소한의 힘을 얻을 수 없어 아무리 높은 주파수, 드웰 시간 및 전압을 가하더라도 고분자 액적(120)이 토출되지 않을 수 있다. 또한, 잉크젯에 가해지는 압력을 증가시키면 오리피스에 고분자 액적(120)이 형성되기는 하나, 공기 중에서 쉽게 노즐(110)이 막히게 되어, 장시간 동안 다공성 고분자 입자를 만들 수 없기 때문에, 잉크젯에 가해지는 압력을 적절히 조절하여야 한다.
따라서, 잉크젯의 노즐로부터 고분자 용액이 토출될 때, 잉크젯에 가해지는 압력은 21mbar 내지 34.75mbar일 수 있고, 압력이 21mbar 미만이면 고분자 액적(120)이 토출되지 않는 문제가 있으며, 34.75mbar를 초과하면 너무 큰 고분자 액적(120)이 생성되어 노즐(110)의 선단에서 고분자 액적(120)이 생성되는 젖음(jetting) 상태가 되어 노즐(110)이 막히는 문제가 있다.
보다 구체적으로, 압력이 21mbar 미만인 경우, 고분자 액적(120)이 모세관에서 외부 압력에 의해 전부 채워지지 못하기 때문에, 노즐(110) 밖으로 토출되지 않을 수 있다.
압력이 21mbar 내지 34.75mbar의 범위를 가지는 경우, 고분자 용액이 모세관에 전부 채워져 주파수, 드웰 시간, 및 전압을 조절하여 노즐(110)을 지속적으로 조여줘 고분자 액적(120)을 토출시킬 수 있다.
그러나, 압력이 34.75mbar를 초과하는 경우, 젖음(jetting) 상태가 되기때문에, 노즐(110)을 조여 고분자 액적(120)이 생성되기 보다는 압력만으로 고분자 액적(120)이 생성(일정 이상일 경우 운동학적으로 안정(kinetically stable)하게 건조되는 과정이 일어나지 않음)되기 때문에 고분자 액적(120)의 크기를 조절하기 어려워 공기 중에 고분자 액적(120)이 굳어 노즐(110)이 쉽게 막힐 수 있다.
따라서, 압력을 조절하여 고분자 용액이 공기 중과 접촉이 최소인 모세관 내에서 노즐(110)의 조임에 의해 고분자 액적(120)으로 생성됨으로써, 장시간동안 연속적으로 다공성 고분자 입자가 생성될 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 잉크젯의 노즐(110)에서 고분자 액적(120)이 토출될 때 가해지는 주파수, 전압, 드웰 시간 및 압력은 고분자 액적(120)을 형성하기 위해 중요한 요인으로 작용하고, 이를 적절히 조절하여 충분한 시간과 거리로 건조가 된다면 균일한 다공성 고분자 입자를 제조할 수 있으며, 노즐(110)의 막힘없이 연속적으로 안정적인 고분자 액적(120)을 생성할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법은 잉크젯의 노즐(110)로부터 고분자 용액을 토출시켜 고분자 액적(120)을 생성할 때, 잉크젯에 700hz의 주파수, 30v의 전압, 30us의 드웰 시간 및 32.75mbar의 압력을 인가할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법은 고분자 액적을 건조시켜 수집 용기에 다공성 고분자 입자를 수득하는 단계(S130)를 포함한다.
고분자 액적을 건조시켜 수집 용기에 다공성 고분자 입자를 수득하는 단계(S130)는 도 3을 참고하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자를 제조하는 잉크젯을 도시한 단면도이다.
수집 용기(130)는 생성된 다공성 고분자 입자(140)를 수득하는 곳으로, 다공성 고분자 입자(140)의 직경이 작아 바람에 영향을 받는 것을 최소화하고, 대량의 다공성 고분자 입자(140)를 수득하기 위하여 수집 용기(130)의 주변을 차단시킬 수 있다.
고분자 액적(120)을 건조시켜 수집 용기(130)에 다공성 고분자 입자(140)를 수득하는 단계(S130)는 잉크젯의 노즐(110)과 수집 용기(130) 사이의 거리(d)를 조절함으로써, 다공성 고분자 입자(140)의 다공도를 조절할 수 있다.
고분자 물질과 용매가 혼합되어 있는 고분자 액적(120)이 잉크젯의 노즐(110)로부터 토출되어 수집 용기(130)로 떨어지는 동안 공기 중에서 체류하게 되고, 체류 시간 동안 고분자 액적(120) 내의 용매가 빠른 시간 내에 공기 중으로 증발되기 때문에, 열역학적으로 불안정한 상태에서 다공성 고분자 입자(140)가 생성되기 때문에 계면활성제와 같은 첨가제 없이 고분자 입자를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자(140)는 잉크젯의 노즐(110)로부터 토출되는 시점부터 수집 용기(130) 도달하는 시점, 즉, 공기 중에 체류되는 시간 동안 고분자 액적(120)에 포함된 용매가 증발되어 다공성 고분자 입자(140)가 생성되므로, 잉크젯의 노즐(110)과 수집 용기(130) 사이의 거리를 조절하여 고분자 액적을 단 시간에 건조시킬 수 있다.
즉, 잉크젯의 노즐(110)로부터 토출된 고분자 액적(120)이 공기 중에서 체류하는 시간 동안만 액체 상태로 존재하기 때문에, 고분자 액적(120)들 사이의 융착(coalescence)을 막기 위해 사용되는 계면활성제를 완전히 배제할 수 있고, 고분자 액적(120) 내에 포함된 용매가 증발되는 시간이 매우 짧아 고분자 액적의 건조가 단시간에 일어나기 때문에 용이하게 다공성을 갖는 다공성 고분자 입자(140)를 제조할 수 있다.
또한, 노즐(110)과 수집 용기(130) 사이의 거리(높이)가 충분히 주어진다면, 균일한 직경을 갖는 다공성 고분자 입자(140)를 제조할 수 있다.
잉크젯의 노즐과 수집 용기 사이의 거리는 5cm 내지 30cm 일 수 있고, 잉크젯의 노즐과 수집 용기 사이의 거리가 5cm 미만이면 다공성 고분자 입자(140) 내에 용매가 완전히 증발되지 않아, 수집 용기(130) 내에서 수득된 다공성 고분자 입자(140)가 터져 고분자 액적(120)들이 서로 뭉치는 문제가 있으며, 30cm 를 초과하면 수집 용기(130)에 고분자 액적(120)이 램덤(random)하게 낙하되어 다공성 고분자 입자(140) 입자들을 수집하는데 어려운 문제가 있다.
다공성 고분자 입자(140)의 건조 시간은 입자의 크기에 따라 조절될 수 있고, 고분자 액적(120)의 직경이 70μm인 경우, 다공성 고분자 입자(140)의 건조 시간은 5초일 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자(140)의 제조 방법으로 제조된 다공성 고분자 입자(140)는 수 마이크로 크기의 작은 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자(140)의 제조 방법으로 제조된 다공성 고분자 입자(140)의 직경은 1μm 내지 100μm 일 수 있고, 다공성 고분자 입자(140)의 직경이 1μm 내지 100μm를 벗어나면 다공성 고분자 입자(140)가 균일하지 않은 문제가 있다.
또한, 다공성 고분자 입자(140)의 직경은 고분자 용액의 농도 또는 노즐의 크기에 따라 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자(140)의 제조 방법은 고분자 액적(120)을 균일하게 한 방울씩 형성하고, 형성된 고분자 액적(120)이 공기 중에 빠르게 건조되어 제조된 다공성 고분자 입자(140)의 직경에 대한 변동계수(Coefficient of variation, CV)는 5 % 내지 50 %일 수 있다.
이때, 변동계수 값은 작을수록 다공성 고분자 입자(140)가 균일하게 제조되었음을 의미하고, 변동계수 값이 클수록 다공성 고분자 입자(140)가 불균일하게 제조되었음을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자(140)의 제조 방법에 따라 제조된 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자(140)는 센서에 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자(140)는 다공도를 조절하여 내부로 침투되는 물이나 용매의 침투속도를 조절함으로써, 센서의 민감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자(140)는 잉크젯의 주파수 또는 전압을 조절하여 다공성 고분자 입자(140)의 직경을 조절함으로써, 다공성 고분자 입자(140)의 직경을 감소시켜 조밀하게 부착함으로써, 센서의 사이즈를 감소시킬 수 있다.
[실시예 1]
0.2g의 폴리스티렌(PS)를 40mL의 클로로포름(chloroform)에 투입한 후 1시간 동안 용해하여 0.5 중량%의 고분자 용액인 PS 용액을 제조하였다. 이때 PS 용액의 시인성을 확보하기 위해 나일레드 (Nile Red)를 첨가하였다.
이후, 오리피스(Orifice)를 클로로포름(chloroform)을 이용하여 용매가 지나갈 통로들을 세척하고, 세척이 완료 된 후 PS 용액이 오리피스에 충분히 채워질 정도가 되도록(약 32.75mbar) 펌프를 구동한 다음, 압전 소자를 700kHz,30μs 및 30v로 작동시킨다.
이때, 노즐은 Micro Fab사의 MJ-ATP-01-70-24mx 모델과 PTFE홀 개수는 1개, 홀 직경은 70μm이다.
노즐 장착 후 30분 동안 안정화 시간을 가진(이때, 노즐과 수집 용기 사이의 거리는 최소 5cm 이상으로 한다.) 다음, 액적 분사 장치로 PS 용액을 토출하여 PS 액적을 형성하였으며, 초고속 카메라로 PS 액적이 균일한 크기와 속도로 형성되는지 상태를 지속적으로 확인하였다.
분사된 PS 액적이 건조되어 다공성 PS 입자를 수집 용기에서 수거하였다.
다공성 PS 입자는 도 4에 도시된 입자 생성 장치를 이용하여 제조되었다.
[실시예 2]
0.1g의 폴리스티렌(PS)를 40mL의 클로로포름(chloroform)에 투입한 후 1시간 동안 용해하여 0.25 중량%의 고분자 용액인 PS 용액을 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조되었다.
[실시예 3]
0.3g의 폴리스티렌(PS)를 40mL의 클로로포름(chloroform)에 투입한 후 1시간 동안 용해하여 0.75 중량%의 고분자 용액인 PS 용액을 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조되었다.
[실시예 4]
0.4g의 폴리스티렌(PS)를 40mL의 클로로포름(chloroform)에 투입한 후 1시간 동안 용해하여 0.1 중량%의 고분자 용액인 PS 용액을 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조되었다.
[실시예 5]
0.2g의 폴리락틱산-글리콜산 공중합체(PLGA)를 40ml의 클로로포름(chloroform)에 투입한 후 1시간 동안 용해하여 0.5 중량%의 고분자 용액인 PLGA 용액을 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조되었다.
다공성 PLGA 입자는 도 4에 도시된 입자 생성 장치를 이용하여 제조되었다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 고분자 입자를 제조하는 입자 생성 장치를 도시한 이미지이다.
입자 생성 장치는 잉크젯 노즐, 함수발생기(function generator), 공압장치, 초고속 카메라 및 스트로브(strobe) 조명장치를 포함한다.
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 다공성 고분자 입자는, 입자 생성 장치의 잉크젯의 노즐에 가해지는 주파수, 압력, 드웰 시간 또는 전압, 잉크젯의 노즐과 수집 용기 사이의 거리를 조절하여 다공성 고분자 입자를 제조하였다.
도 5는 초고속 카메라를 통해 촬영된 고분자 액적을 도시한 이미지이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 고분자 입자의 제조 방법은 노즐의 막힘없이 고분자 액적이 공기 중으로 용이하게 토출되는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법에 따라 제조된 폴리스티렌 입자의 전자 현미경 이미지이다.
도 6은 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 실시예 1에 따른 다공성 고분자 입자는 공극이 잘 형성된 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예 5에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법에 따라 제조된 PLGA의 전자 현미경 이미지이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 실시예 5의 다공성 고분자 입자는 공극이 잘 형성된 것을 알 수 있다.
도8은 본 발명의 실시예 5에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법에 따라 제조된 서로 유사한 크기를 가진 PLGA의 전자 현미경 이미지이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 실시예 5의 다공성 고분자 입자는 다공성 고분자 입자의 크기 분포가 균일한 것을 알 수 있다.
도 9a는 잉크젯과 수집 용기 사이의 거리를 1cm 로 조절하여 제조된 본 발명의 실시예 2에 따른 다공성 고분자 입자가 수집용기에 수득된 후의 광학현미경 이미지이고, 도 9b는 2cm 로 조절하여 제조된 본 발명의 실시예 2에 따른 다공성 고분자 입자가 수집용기에 수득된 후의 광학현미경 이미지이며, 도 9c는 5cm 제조된 본 발명의 실시예 2에 따른 입자가 수집용기에 수득된 후의 광학현미경 이미지이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 잉크젯의 노즐과 수집 용기 사이의 거리(높이)가 낮아 고분자 액적 내의 클로로포름(용매)이 완전히 증발되지 못하고 잔존하게 되어 스티렌(고분자 물질)이 클로로포름에 녹아 있는 상태로 수집 용기에 수득될 수 있다. 따라서, 다공성 고분자 입자가 터져 다른 고분자 액적들과 섞이게 되기 때문에, 다공성 고분자 입자가 생성되었다고 하더라도 다른 다공성 고분자 입자들과 섞여서 불규칙한 크기를 가짐으로써, 잉크젯 방식의 장점인 균일한 크기의 다공성 고분자 입자가 생성되지 못하는 것을 알 수 있다.
도 9c를 참조하면, 잉크젯의 노즐과 수집 용기 사이의 거리(높이)가 5cm인 경우, 잉크젯의 노즐과 수집 용기 사이의 거리가 고분자 액적 내의 용매가 증발되기에 충분한 시간을 갖도록 조절되어 균일한 크기의 다공성 고분자 입자가 생성되는 것을 알 수 있다.
따라서, 실시예 2의 다공성 고분자 입자를 제조 시, 잉크젯과 수집 용기 사이의 거리가 1cm로 너무 가까워지면 고분자 액적이 충분히 건조되지 않아, 다공성 고분자 입자가 터지거나 일정하지 않은 크기로 수득되고, 2cm로 조절하면 1cm인 경우에 비해 상대적으로 다공성 고분자 입자가 고르게 형성되고, 5cm로 조절하면 다공성 고분자 입자의 크기가 매우 균일하게 형성되어 수집되는 것을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 34.75mbar 이상의 압력을 가했을 때의 고분자 액적의 전자 현미경 이미지이다.
도 10을 참조하면, 잉크젯에 34.75mbar 이상의 압력을 가하는 경우, 다공성 고분자 입자가 낙하되는 중 공기로 인해 모세관 토출 입구 부분(예; 오리피스)에서 고분자 액적이 굳어, 공기 중에서 쉽게 막히는 것을 알 수 있다.
도 11는 본 발명의 실시예 1(0.25wt%)에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 토출된 고분자 액적을 도시한 전자 현미경 이미지이다.
도 11는 31.25mbar의 압력, 800hz의 주파수, 30us의 드웰 시간 및 30v의 전압을 가하여 고분자 액적을 토출하였다.
도 11을 참조하면, 잉크젯의 노즐로부터 고분자 액적이 균일한 크기로 일정하게 잘 토출되는 것을 알 수 있다.
도 12a는 본 발명의 실시예 1(0.5wt%)에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 가해지는 드웰 시간에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이고, 도 12b는 전압에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이며, 도 12c는 주파수에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이다.
도 12a를 참조하면 드웰 시간(Dwell time)에 따라, 20μs에서는 고분자 액적이 형성되지 않고 28μs, 32μs 및 40μs에서는 고분자 액적이 불균일하게 흩날리고, 30μs에서는 최적으로 고분자 액적이 생성되는 것을 알 수 있다.
도 12b를 참조하면 전압(Dwell voltage)에 따라, 20v 및 50v에서는 고분자 액적이 불균일하거나 흩날리고, 30v 및 40v 에서는 고분자 액적이 균일하게 생성되며, 60v 이상일 때는 고분자 액적이 토출되지 않는 것을 알 수 있다.
도 12c를 참조하면 주파수에 따라, 600hz 이하의 값에서는 고분자 액적이 토출되지 않으나 그 이상의 값에서는 고분자 액적이 토출되는 것으로 보아, 주파수 값에 비례하여 시간당 토출되는 고분자 액적의 개수가 증가되는 것을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예 3(0.75wt%)에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 가해지는 압력에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이다.
도 13을 참조하면 32.25mbar 및 34.25mbar에서 고분자 액적이 균일하게 토출되고, 압력에 따라 고분자 액적의 토출 개수가 비례하여 증가되는 것을 알 수 있다.
또한, 34.75mbar 이상의 압력을 인가하였을 때는 고분자 액적이 불균일 하게 토출되는 것을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예 4(1wt%)에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 가해지는 압력에 따른 변화를 도시한 전자 현미경 이미지이다.
도 14를 참조하면, 34.75mbar 이상의 압력에서 고분자 액적이 균일하게 토출되나, 시간이 지남에 따라(34.75mbar-700hz-30us-30v-2) 점차 오리피스가 막혀, 고분자 액적이 불균일 하게 토출되는 것을 알 수 있다.
도 15a는 본 발명의 실시예 1(0.5wt%) 에 따라 제조된 다공성 고분자 입자 제조 시, 잉크젯에 18mbar의 압력(일정 이상의 압력)을 가했을 때의 고분자 액적의 전자 현미경 이미지이고, 도 15b는 21mbar 이하의 압력(일정 이하의 압력)을 가했을 때의 고분자 액적의 전자 현미경 이미지이며, 도 15c는 60mbar 이상의 압력(일정 훨씬 이상의 압력)을 가했을 때의 고분자 액적의 전자 현미경 이미지이다.
도 15a 내지 도 15c는 700hz의 주파수, 30us의 드웰 시간 및 30v의 압력을 가하여 고분자 액적을 토출하였다.
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 21mbar 이하의 압력이 인가되기 때문에, 잉크젯에 가해지는 압력이 크기 때문에, 잉크젯의 노즐로부터 큰 고분자 액적이 토출되는 것을 알 수 있다.
도 15c를 참조하면, 60mbar 이상의 압력이 인가되기 때문에, 잉크젯에 가해지는 압력이 매우 크기 때문에, 모세관의 밖에서 고분자 액적이 생성되는 젖음 상태가 되어 노즐이 막히는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 노즐 111: 압전 소자
120: 고분자 액적 130: 수집 용기
140: 다공성 고분자 입자
120: 고분자 액적 130: 수집 용기
140: 다공성 고분자 입자
Claims (9)
- 고분자 물질 및 용매를 포함하는 고분자 용액을 준비하는 단계;
잉크젯의 노즐로부터 상기 고분자 용액을 토출시켜 고분자 액적을 생성하는 단계; 및
상기 고분자 액적을 건조시켜 수집 용기에 다공성 고분자 입자를 수득하는 단계;
를 포함하고,
상기 고분자 액적을 건조시켜 수집 용기에 다공성 고분자 입자를 수득하는 단계는, 상기 잉크젯의 노즐과 상기 수집 용기 사이의 거리를 조절하여 상기 다공성 고분자 입자의 다공도를 조절하는 기술을 특징으로 하는 다공성 고분자 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 잉크젯의 노즐과 상기 수집 용기 사이의 거리는 5cm 내지 30cm 인 것을 특징으로 하는 다공성 고분자 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 잉크젯의 노즐로부터 상기 고분자 용액이 토출될 때, 상기 잉크젯에 가해지는 주파수에 따라 상기 다공성 고분자 입자의 직경이 조절되고,
상기 주파수는 600hz 내지 900hz 인 것을 특징으로 하는 다공성 고분자 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 잉크젯의 노즐로부터 상기 고분자 용액이 토출될 때, 상기 잉크젯에 가해지는 전압에 따라 상기 다공성 고분자 입자의 직경이 조절되고,
상기 전압은 20V 내지 50V 인 것을 특징으로 하는 다공성 고분자 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 잉크젯의 노즐로부터 상기 고분자 용액이 토출될 때, 상기 잉크젯에 가해지는 드웰 시간(Dwell time)에 따라 상기 고분자 액적의 생성 속도가 조절되고,
상기 드웰 시간은 28μs 내지 32μs 인 것을 특징으로 하는 다공성 고분자 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 잉크젯의 노즐로부터 상기 고분자 용액이 토출될 때, 상기 잉크젯에 가해지는 압력은 21mbar 내지 34.75mbar인 것을 특징으로 하는 다공성 고분자 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 고분자 물질의 농도는 0.25wt% 내지 1wt% 인 것을 특징으로 하는 다공성 고분자 입자의 제조 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 다공성 고분자 입자의 제조 방법으로 제조된 다공성 고분자 입자.
- 제8항에 있어서,
상기 다공성 고분자 입자의 직경은 1μm 내지 100μm 인 것을 특징으로 하는 다공성 고분자 입자.
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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