KR102449903B1 - 니들리스 전자 스피닝 장치의 연속적인 와이어 구동 시스템 - Google Patents

니들리스 전자 스피닝 장치의 연속적인 와이어 구동 시스템 Download PDF

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Abstract

니들리스 전자 스피닝 장치의 연속적인 와이어 구동 시스템으로서, 전자 스피닝 장치는 전자 스피닝 엔크로져를 포함하고, 전자 스피닝 엔크로져에서 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹은 전자 스피닝 엔크로져를 통과하는 복수개의 연속적인 전극 와이어들상에 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 기판상으로 형성된다. 연속적인 와이어 구동 시스템은 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼을 구비하고, 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼 각각은 복수개의 와이어 가이드들을 포함하고, 와이어 가이드들 각각은 복수개의 연속적인 전극 와이어들중 하나를 수용하기 위한 채널 또는 홈을 구비한다. 연속적인 와이어 구동 시스템은 전자 스피닝 장치의 외부에 있고, 연속적인 와이어 구동 시스템은 전자 스피닝 엔크로져를 통해 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동한다.

Description

니들리스 전자 스피닝 장치의 연속적인 와이어 구동 시스템{Continuous Wire Drive System For Needleless Electrospinning Apparatus}
본 발명은 액체 폴리머를 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 섬유로 전자 스피닝하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 통상적인 노즐 또는 니들(needle)을 사용하지 않으면서 액체 폴리머를 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 섬유로 전자 스피닝하는 것에 관한 것이다.
나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 섬유들은 다양한 적용예에서 사용될 수 있으며, 예를 들어 여과, 티슈 엔지니어링(tissue engineering), 보호 피복, 복합체, 배터리 세퍼레이터(separator), 에너지 저장체등을 포함한다. 전자 스피닝은 이러한 스케일로 고품질의 섬유를 생성하는데 이용되는 방법들중 하나이다. 전자 스피닝은 상대적으로 실행이 용이한 반면에, 이것은 매우 낮은 처리량을 가지고 따라서 매우 비싼 생산비가 소요된다. 따라서, 대량으로 나노스케일 및/또는 서브마이크론 스케일 섬유를 전자 스피닝하는 것은 비용 효과적이지 않다. 따라서, 고가(high value)의 적용예를 위한 것이 아닌, 나노섬유의 전자 스피닝은 대부분 학술적인 연구에 포함되어왔다.
현재의 인젝션 노즐, 니들 제트(needle jet) 및 스피닝 제트(spinning jet) 제조 프로세스에서의 생산율은 통상적으로 노즐/제트 마다 대략 시간당 0.05 그램 내지 대략 0.15 g/hr 범위이다.생산율을 향상시키도록 몇가지 방법들이 연구되고 사용되었다. 이들 방법들은 개스 보조 전자 스피닝; 다중 노즐 시스템의 사용; 노즐리스(nozzle-less)/니들리스(needleless) 시스템의 사용; 및, 스피닝 제트의 전체 수 증가를 포함한다. 그러나 이들 방법들 각각은 (상업적으로 이용 가능한) 기계 마다 대략 시간당 2 킬로그램(kg/hr)보다 크지 않은 최대 유지 생산율의 결과를 가져오는 문제점을 가진다. 노즐/니들 시스템과 관련된 문제점들은: 인젝션 노즐/니들 오리피스의 막힘; 노즐 어레이(nozzle array)의 최적화의 곤란; 및 각각의 노즐을 통한 균일한 공급 비율 유지의 곤란을 포함한다. 노즐리스/니들리스 시스템과 관련된 문제점들은: 용액 저장부로부터의 솔벤트 증발을 제어할 수 없어서 용액의 농도 및 점도가 변화하는 점; 및, 전자 스피닝 요소의 표면에 폴리머 층 코팅이 쌓임으로써 섬유 스피닝 비율이 실질적으로 감소되는 결과를 가져오는 점을 포함한다.
국제 출원 공개 WO 2009/010020 A2 는 적어도 하나의 스피닝 전극(spinning electrode)과 그것에 대하여 배치된 컬렉팅 전극(collecting electrode) 사이의 정전기장에서 액체 매트릭스(liquid matrix)를 스피닝하기 위한 방법에 관한 것으로서, 전극들중 하나는 고전압 소스(high voltage source)의 하나의 극(pole)에 연결되고, 제 2 전극은 고전압 소스의 대향하는 극에 연결되거나 또는 접지되며, 그곳에서 스피닝을 겪고 있는 액체 매트릭스는 스피닝 전극의 스피닝 수단의 코드(cord)의 활성 스피닝 영역상의 정전기장에 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하는 연속적인 와이어 구동 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 단점 및 다른 단점들은 본 발명의 양상들에 의해서 해결된다.
도면은 반드시 축적대로 작도되지는 않았으며, 동일한 참조 번호들은 상이한 도면들에서 유사한 구성 요소들을 나타낼 수 있다. 상이한 기호의 첨자를 가진 동일한 참조 번호들은 유사한 구성 요소들의 상이한 예를 나타낼 수 있다. 도면은 전체적으로, 예시로써, 그러나 제한적이지 않게 본원에서 설명된 다양한 양상들을 도시한다.
도 1 은 본 발명의 양상에 따른 단순화된 전자 스피닝 장치의 측면도이다.
도 2 는 본 발명의 양상에 따른 복수개의 연속적인 전극 와이어들상으로 액체 폴리머의 층을 적용하는 액체 폴리머 코팅층의 측면도이다.
도 3 은 도 2 의 선 A-A 상에서 취한 상세한 단면도이다.
도 4a 는 도 2 의 선 B-B에서 취한 상세한 단면도이다.
도 4b 는 본 발명의 양상에 따른 예시적인 전극 와이어 세정 조립체의 측면도이다.
도 5 는 전자 스피닝 엔크로져, 와이어 구동 시스템 및 와이어 텐션 시스템을 구비하는 복수개의 연속적인 전극 와이어들의 이동 경로를 도시하는 단순화된 측면도이다.
도 6 은 도 5 의 선 A-A 에서 취한 상세한 단면도이다.
도 7 은 도 6 의 선 B-B 상에서 취한 상세한 단면도이다.
도 8 은 본 발명의 양상들에 따른 전자 스피닝 장치의 보조 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 9 는 본 발명의 양상에 따른 전자 스피닝 장치의 상세한 개략도이다.
도 10 은 도 9 의 섹션 A 를 도시하는 전자 스피닝 장치의 부분적인 개략도이다.
도 11 은 도 9 의 섹션 B 를 도시하는 전자 스피닝 장치의 부분적인 개략도이다.
도 12 는 도 9 의 섹션 C 를 도시하는 전자 스피닝 장치의 부분적인 개략도이다.
도 13 은 본 발명의 양상에 따라서 액체 폴리머 소스를 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹으로 연속 니들리스 전자 스피닝하는 방법을 도시하는 블록 다이아그램이다.
도 14 는 본 발명의 양상에 따른 전자 스피닝 장치를 통한 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동하기 위한 방법을 나타내는 블록 다이아그램이다.
도 15 는 본 발명의 양상에 따른 전자 스피닝 엔크로져로부터 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유 웹을 수집하기 위한 방법을 나타내는 블록 다이아그램이다.
도 16 은 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유 웹을 기판상으로 연속 니들리스 전자 스피닝하기 위한 전자 스피닝 장치의 방법을 나타내는 블록 다이아그램이다.
본 발명의 양상들은 니들리스 전자 스피닝 장치를 위한 연속적인 와이어 구동 시스템에 관한 것으로서, 전자 스피닝 장치는 전자 스피닝 엔크로져를 구비하고 그 내부에서 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹을 전자 스피닝 엔크로져를 통과하는 복수개의 연속적인 전극 와이어에 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 기판상으로 형성된다. 연속적인 와이어 구동 시스템은 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼을 구비하며, 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼 각각은 복수개의 와이어 가이드들을 구비하고, 상기 와이어 가이드 각각은 복수개의 연속적인 전극 와이어들중 하나를 수용하기 위한 채널 또는 홈을 구비한다. 연속적인 와이어 구동 시스템은 전자 스피닝 장치의 외부에 있으며, 연속적인 와이어 구동 시스템은 전자 스피닝 엔크로져를 통하여 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동한다.
본 발명의 양상들은 전자 스피닝 엔크로져를 구비하는 전자 스피닝 장치를 통하여 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동하기 위한 방법들에 관한 것으로서, 전자 스피닝 장치 안에서 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹은 복수개의 연속적인 전극 와이어들에 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 기판상으로 형성된다. 이 방법은: 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼상에 배치하는 단계; 및, 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 전자 스피닝 엔크로져를 통해 구동하도록 마스터 와이어 구동 드럼을 회전하는 단계;를 포함한다. 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼 각각은 복수개의 와이어 가이드들을 구비하고, 와이어 가이드들 각각은 복수개의 연속적인 전극 와이어들중 하나를 수용하기 위한 채널 또는 홈을 구비한다. 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼은 전자 스피닝 장치의 외부에 있다.
본 발명의 다른 양상은 전자 스피닝 영역을 포함하는 전자 스피닝 엔크로져로부터 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유 웹을 수집하는 방법에 관한 것으로서, 전자 스피닝 엔크로져 안에서 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹은 복수개의 연속적인 전극 와이어들에 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 기판상으로 형성된다. 상기 방법은: 기판 공급 롤러로부터 기판이 풀려나오는 단계; 기판에 기판 텐션 장치로 텐션을 부여하는 단계; 액체 폴리머 층이 코팅된 복수개의 연속적인 전극 와이어들에 실질적으로 평행한 전자 스피닝 영역 및 전자 스피닝 엔크로져를 통하여 기판을 구동하는 단계; 전자 스피닝 영역에서 복수개의 연속적인 전극 와이어들에 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유들을 전자 스피닝하는 단계; 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유들을 기판상에 폴리머 섬유 웹으로서 수집하는 단계; 및, 폴리머 섬유 웹 및 기판을 전자 스피닝 엔크로져 밖으로 구동하는 단계;를 포함한다.
본 발명은 본 발명의 다음의 상세한 설명 및 그 안에 포함된 구체예를 참조함으로써 보다 용이하게 이해될 수 있다. 다양한 양상들에서, 본 발명은 폴리머 섬유 웹을 기판에 전자 스피닝하고 그것을 롤러상으로 수집하는 방법 및 장치들에 관한 것이다. 여기에 설명된 장치 및 방법은 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 섬유들의 생산이 훨씬 높은 처리량 및 생산성으로 가능하게 하며, 현재 가능하고 공지된 전자 스피닝 방법들에 의한 것에 비하여 훨씬 적은 자본 투자 및 생산 비용으로 가능하게 한다.
본 발명의 컴파운드, 조성물, 제품, 시스템, 장치 및/또는 방법들이 개시되고 설명되기 전에 이해되어야 하는 바로서, 다르게 명시되지 않는 한, 이들은 특정의 폴리머 재료, 또는 폴리머 재료의 특정 상태(즉, 용융 또는 용액), 또는 폴리머 용액을 제조하는데 이용되는 특정 유형의 솔벤트, 또는 특정의 작동 조건(예를 들어, 용액내의 폴리머 wt%, 폴리머 용액내의 첨가제, 온도, 전압, 전기장의 거리 등), 또는 구조체의 특정 장치의 치수 및 재료들(예를 들어, 전극 와이어들의 조성, 연속적인 전극 와이어들의 수, 전극 와이어들의 길이, 평행한 전극 와이어들 사이의 거리, 하나의 전극 와이어 통과에서의 폴리머 코팅 장치들의 수, 2 개의 액체 폴리머 코팅 장치들 사이의 거리등)에 제한되지 않으며, 그와 같이 이들 파라미터들은 변할 수 있다. 또한 이해되어야 하는 바로서 여기에서 사용된 용어는 특정의 양상들을 설명하기 위한 목적을 위한 것일 뿐이며 제한하기 위한 의도는 아니다.
본 발명의 요소들의 다양한 조합들은 본 개시물에 의해 포괄되며, 예를 들어 동일한 독립 청구항을 이용하는 종속 청구항으로부터의 요소들의 조합에 의해 포괄된다.
더욱이, 다르게 표현되지 않는 한, 여기에 기재된 그 어떤 방법도 특정의 순서로 수행되어야 하는 단계들을 요구하는 것으로 해석되지 않음이 이해될 것이다. 따라서, 방법 청구항에서 단계들이 따라야 하는 순서가 실제로 기재되지 않거나 또는 청구항 또는 상세한 설명에서 단계들이 특정 순서에 제한되는 것으로 구체적으로 기재되지 않은 경우에, 그 어떤 면에서도 순서가 추론되는 것으로 의도되지 않는다. 이것은 해석을 위하여 있을 수 있는 그 어떤 표현되지 않는 기초라도 유지하며, 단계들 또는 작동 흐름의 배치와 관련된 논리의 문제; 문법적인 구조 또는 구두점으로부터 유도된 평이한 의미한 및, 명세서에 설명된 양상들의 유형 또는 수를 포함한다.
전자 스피닝 장치( Electrospinning Apparatus)
도 1 내지 도 12 를 참조하면, 플리머 직물 웹(110)을 기판(120)상으로 전자 스피닝(electro-spinning)하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치(100)의 단순화된 개략도는 도 1 에 도시되어 있다. 장치의 특정 구성 요소들은 전자 스피닝 엔크로져(300), 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치(400), 와이어 구동 시스템(600), 와이어 텐션 시스템(700), 전기 도전성 접지 플레이트(800) 및, 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들에 고전압을 인가하는 적어도 하나의 고전압 전력 공급 유닛(820)을 구비한다. 기판(120)은 기판 공급 롤러(roller, 200)로부터 풀려나오고 전자 스피닝 엔크로져를 통해 구동된다. 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들은 전자 스피닝 엔크로져를 통해 구동되는데, 이것은 와이어 구동 시스템(600) 및 와이어 텐션 시스템(700)에 의한 움직이는 기판(120)의 면에 전체적으로 평행하다. 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000) 및 기판(120)의 움직이는 방향은 같은 방향(co current)이거나 또는 대향하는 방향(counter current)일 수 있다. 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들은 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치(400)들 각각에서 액체 폴리머의 층으로 코팅되고, 적어도 하나의 고전압 전력 공급 유닛(820)에 의해 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들에 인가되는 고전압과 전기 도전성 접지 플레이트(800) 사이의 전압 차이는 여러 액체 테일러 콘 제트(Taylor Cone jets, 840)가 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)의 표면으로부터 분출하고, 기판(120)에 접촉하고, 기판(120)상에 폴리머 섬유 웹(110)을 형성하게 한다. 폴리머 섬유 웹(110) 및 기판(120)은 전자 스피닝 엔크로져(300)에서 빠져나가고 예를 들어 그것을 (도 1 에 도시된 바와 같이) 콤비네이션 롤러(210, 도 1)상으로 감거나, 또는 다른 양상에서 폴리머 섬유 웹(110)을 기판(120)으로부터 분리하고 그것을 여기에서 설명된 바와 같이 분리된 섬유 웹 롤러들에 감아서, 수집된다. 와이어 세정 조립체(500)는 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들의 표면으로부터 그 어떤 응고된 폴리머 뿐만 아니라 과잉의 액체 폴리머를 제거한다. 장치(100)의 구성 요소들과 작동은 아래에서 더 상세하게 설명된다.
전자 스피닝 엔크로져(300)는 감싸인 하우징으로서, 이것은 전자 스피닝 프로세스를 포함하고 작업 환경에 잠재적으로 해로운 물질의 방출을 최소화시킨다. 전자 스피닝 엔크로져(300)를 통해 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들이 통과할 수 있게 하는 최소 크기의 통공들 및, 기판(120)(그리고 그 위에 형성된 폴리머 섬유 웹(110))이 전자 스피닝 엔크로져(300)의 안과 밖으로 통과할 수 있게 하는 좁은 통공들을 제외하고, 전자 스피닝 엔크로져(300)는 실질적으로 대기압 미만에서 엔크로징되고 작동된다. 전자 스피닝 프로세스에서 발생되는 증기들은 전자 스피닝 엔크로져(300) 내부에 포함되고 여기에서 더 상세하게 설명될 증기 수집 및 솔벤트 회수 시스템(1600)에서 차후에 수집된다. 일부 양상에서 전자 스피닝 엔크로져(300)는 대기압에 대하여 음의 압력(negative pressure)으로 작동됨으로써, 전자 스피닝 엔크로져(300)에 인접한 대기/공기는 전자 스피닝 엔크로져(300) 안에 유인되고 증기 수집 및 솔벤트 회수 시스템(1600)에 의해 수집되는데, 이것은 전자 스피닝 엔크로져(300) 안에 있는 잠재적으로 해로운 증기들이 대기로 빠져나가는 것을 방지한다. 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들은 통공들을 통하여 전자 스피닝 엔크로져(300) 안으로 그리고 다음에 밖으로 구동되는데, 상기 통공들의 직경은 사용된 전극 와이어의 직경보다 약간 크고, 여기에서 설명되는 바와 같이, 복수개의 전극 와이어는 전자 스피닝된 폴리머 섬유 웹(110)에서 섬유들을 위해 폴리머 소스(polymer source)를 제공하는 액체 폴리머의 층으로 코팅된다.
전자 스피닝 엔크로져(300)는 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치(400)를 구비한다. 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치(400)는 액체 폴리머 소스를 제공하여 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들을 코팅한다. 예시적인 양상들에서 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치(400)는 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410) 및 액체 폴리머 오버플로우 저장부(overflow reservoir, 420)를 구비한다.
액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)는 복수개의 와이어 유입 통공(430) 및, 상기 와이어 유입 통공(430)들에 대응하는 복수개의 와이어 유출 통공(440)들을 구비한다. 와이어 유입 통공(430)들 및 와이어 유출 통공들은 일부 양상들에서 어떤 길이"L"에 대하여 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)의 외측 표면으로부터 말단으로 연장되는 부분을 가질 수 있거나, 또는 제로 길이(L)를 가질 수 있는데, 그러한 경우에 통공들의 두께는 액체 폴리머 코팅 매니폴드의 두께에 대응한다. 통공들의 직경 및 길이는 제어되어야 하는 액체 폴리머 범람(overflow)의 레벨에 따라서 변화될 수 있다. 액체 폴리머는 액체 폴리머 공급 포트(450)를 통하여 액체 폴리머 재활용 및 공급 시스템(1200)에 의해 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)로 제공된다. 액체 폴리머 재활용 및 공급 시스템(1200)은 이후에 상세하게 설명된다. 여기에서 보다 상세하게 설명될 작동의 양상에서, 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들 각각은 연속적인 루프(loop)로 와이어 유입 통공(430)을 통하여 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치(400)로 구동되고, 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)로 구동되는데, 여기에서 와이어는 액체 폴리머의 층으로 코팅된다. 다음에 각각의 코팅된 연속적인 와이어(1000)는 (정렬되어 있는) 와이어 유입 통공(430)에 대응하는 와이어 유출 통공(440)을 통하여 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)를 빠져나가고 액체 폴리머 코팅 장치(400)를 빠져나간다.
액체 폴리머 오버플로우 저장부(420)는 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)로부터의 액체 폴리머 범람을 수용하고, 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)를 빠져나가는 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들로부터 떨어지는 그 어떤 액체 폴리머라도 수용한다. 액체 폴리머 오버플로우 저장부(420)가 채워지면, 액체 폴리머 재순환 포트(455)는 저장부에 수집된 액체 폴리머를 액체 폴리머 재활용 및 공급 시스템으로 재순환시킨다. 일부 양상에서 액체 폴리머 재순환 포트(455)는 액체 폴리머를 중력의 흐름에 의하여 액체 폴리머 재활용 및 공급 시스템(1200)으로 재순환시킨다.
여기에 설명된 액체 폴리머는 전자 스피닝 적용예에서 사용되기에 적절한 그 어떤 폴리머일 수 있고, 폴리머를 순수한 솔벤트 또는 솔벤트 혼합물에 용해시켜서 형성된 액체 용액 또는 순수 용융 액체 상태인 합성 폴리머 및 자연적으로 생성된 폴리머를 포함한다. 더욱이, 액체 폴리머는 함께 혼합된 하나 이상의 폴리머들을 포함할 수 있다. 본 발명의 양상들에서 사용되기에 적절한 예시적인 자연적으로 생성된 폴리머들은 프로테인, 셀루로스, 리그닌(lignin), 콜라겐, DNA 및 고무를 포함할 수 있으며, 그러나 이들에 제한되지 않는다. 본 발명의 양상들에서 사용되기에 적절한 예시적인 합성 폴리머들은 폴리아미드, 폴리우레탄,폴리벤지미다졸, 폴리카보네이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 알코올, 폴리락틱 애시드, 폴리에틸렌-코-비닐 아세테이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리에틸렌 산화물, 폴리아닐린, 폴리스티렌, 폴리비닐페놀, 폴리비닐클로라이드, 폴리에테리마이드, 폴리아라미드 및 인조 고무를 포함하며, 그러나 이들에 제한되지 않는다. 일부 양상에서 폴리머 소스들의 하나 이상의 상이한 종류들은 상이한 섬유층들을 가진 단일의 폴리머 섬유 웹(110)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수개의 액체 폴리머 코팅 장치(400)들을 구비하는 시스템에서, 액체 폴리머 코팅 장치(400)들 각각에는 액체 폴리머의 상이한 소스가 공급될 수 있어서 폴리머 섬유 웹(110)은 기판(120)상에 다수의 층들을 가지는 다수의 폴리머들을 포함할 것이다.
와이어 드라이브 시스템(600)은 전자 스피닝 엔크로져(300)를 통하여 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들을 움직인다. 특정의 양상들에서 와이어 구동 시스템은 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들을 당기는 슬레이브 와이어 구동 드럼(slave wire drive drum, 620) 및 마스터 와이어 구동 드럼(610)을 구비한다. 마스터 와이어 구동 드럼(610)의 구동력은 가변 주파수 드라이브(VFD)와 같은 전력 공급 유닛으로부터 직접 오는 반면에, 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)의 구동력은 마스터 와이어 구동 드럼(610)으로부터 온다. 마스터 및 슬레이브 와이어 구동 드럼 구성의 한가지 특정한 장점은 당기는 힘의 양이 실질적으로 증가하는 것으로서, 당기는 힘은 와이어들과 드럼들 사이에서 미끄러짐(slipping) 또는 스키딩(skidding) 없이 연속적인 전극들 각각으로 보내질 수 있다.
마스터 와이어 구동 드럼(610)은 마스터 기어 플레이트(630)를 구비하고 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)은 마스터 기어 플레이트(630)에 결합된 기어 플레이트(640)를 구비함으로써, 마스터 와이어 구동 드럼(610)이 회전할 때 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)은 반대 방향으로 회전한다. 마스터 와이어 구동 드럼(610)은 마스터 와이어 구동 드럼(610)을 회전시키는 모터 구동 샤프트(650)에 결합된다. 일부 양상에서 가변 속도 모터는 마스터 와이어 구동 드럼(610)을 구동한다. 마스터 와이어 구동 드럼(610)의 속도는 일부 양상에서 대략 분당 1 미터(m/min) 로부터 대략 200 m/min 속도로 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들을 구동하도록 가변될 수 있다. 특정의 양상들에서 고정 속도 모터는 마스터 와이어 구동 드럼(610)을 구동할 수 있다.
슬레이브 와이어 구동 드럼(620)은 자유 회전 샤프트(660)에 결합되며, 이것은 마스터 와이어 구동 드럼(610)의 회전에 응답하여 자유롭게 회전할 수 있게 한다. 다른 양상에서 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)은 여기에서 설명된 것과 같은 결합 기어 플레이트(630, 640)가 아닌 체인에 의하여 마스터 와이어 구동 드럼(610)에 의해 구동될 수 있다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼 각각은 복수개의 와이어 가이드(wire guide, 670)들을 구비하여 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들을 분리한다. 복수개의 와이어 가이드들 각각은 복수개의 전극 와이어(1000)들중 하나를 안내하도록 채널 또는 홈을 구비한다. 도 5 에 도시된 바와 같이, (오직 하나의 와이어에 대하여) 연속적인 전극 와이어(1000)는 마스터 와이어 구동 드럼(610) 및 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)에 의해 당겨진다. 연속적인 전극 와이어(1000)는 이들 와이어 드럼들 각각에서 와이어 가이드(670)에 의해 안내될 수 있다. 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)으로부터, 연속적인 전극 와이어는 와이어 텐션 시스템(700)을 통하여 루프(loop)를 형성할 수 있다.
와이어 텐션 시스템(700)은 필요한 양의 텐션을 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들에 제공한다. 특정의 양상에서 와이어 텐션 시스템은 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000) 각각에 독립적으로 텐션을 부여한다. 이것은 연속적인 전극 와이어(1000)들 각각이 독립적인 와이어 텐션 장치(tensioner, 710)에 의해 안내됨으로써 달성될 수 있으며, 와이어 텐션 장치는 독립적인 텐션을 연속적인 전극 와이어에 제공한다. 도 5 는 하나의 와이어를 위한 예를 제공하고, 하나의 와이어 텐션 장치(710)를 도시한다; 일부 양상에서 각각의 연속적인 전극 와이어(1000)는 그 자체의 와이어 텐션 장치(710)를 가진다는 점이 인식될 것이다. 따라서, 250 의 와이어들을 구비한 장치는 250 개의 개별적인 텐션 장치들을 구비할 것이다. 특정의 양상들에서, 개별적인 텐션 장치들은 설치 공간 제한과 관련된 문제를 해결하도록 상이한 위치들에 설치된 그룹들로 분리될 수 있다. 예를 들어, 예시적으로 250 개의 개별적인 텐션 장치를 단일의 열(row)로 설치하는 것은 곤란할 수 있으며, 연속적인 전극 와이어들을 짧은 거리로(예를 들어, 5 밀리미터(mm)로 이격되거나, 10 mm 로 이격되거나, 또는 15 mm 로 이격되거나, 또는 20 mm 로 이격되게) 서로로부터 이격시키는 것이 소망스러울 수 있다. 따라서, 하나의 양상에서 연속적인 전극 와이어들은 5 개 그룹들로 분리될 수 있다: 그룹 1 은 와이어, 1, 6, 11, 16,... 및 246 에 대한 텐션 장치를 구비하고; 그룹 2 는 와이어 2, 7, 12, 17,...및 247 에 대한 텐션 장치를 구비하고; 그룹 3 은 와이어 3, 8, 13, 18, ....및 248 에 대한 텐션 장치를 구비하고; 그룹 4 는 와이어 4, 9, 14, 19,... 및 249 에 대한 텐션 장치를 구비하고; 그룹 5 는 와이어 5, 10, 15, 20, ...및 250 에 대한 텐션 장치를 구비한다. 이러한 방식으로, 각각의 와이어에 대한 텐션 장치들 사이의 이용 가능한 거리는 25 mm 까지 증가한다.
복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들은 그 어떤 적절한 와이어 유형일 수도 있으며, 꼬인 유형(braided), 비틀린 유형(twisted), 피아노 유형(piano type) 및 드로운 유형(drawn)을 포함하지만 이들에 제한되는 것은 아니다. 비록, 오염/세정에 관한 문제를 나타낼 수 있는 잔류 미반응 폴리머(residual unreacted polymer)의 유지를 위하여 고 표면 와이어(higher surface wire)가 더 많은 표면을 제공할 수 있을지라도, 더 많은 액체 폴리머가 와이어의 표면을 코팅할 수 있고 전자 스피닝에 이용될 수 있도록 상대적으로 고 표면 영역을 제공하는 와이어를 선택하는 것이 소망스러울 수 있다.
장치(100) 및, 와이어 구동 시스템(600); 개별의 와이어 텐션 장치(710)를 가진 와이어 텐션 시스템(700); 및 복수개의 와이어 유입 장치(430) 및 대응하는 와이어 유출 통공(440)들을 가지는 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)를 구비하는 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치(400)를 포함하는 전자 스피닝 엔크로져(300)를 포함하지만 이들에 제한되지 않은 관련 구성 요소들은, 전자 스피닝 엔크로져(300)를 통하여 수십 또는 수백의 연속적인 전극 와이어(1000)들이 구동될 수 있게 하며, 여기에서 이들은 액체 폴리머로 코팅될 수 있고 전자 스피닝 프로세스에서 이용될 수 있다. 더욱이, 복수개의 (수십/수백의) 연속적인 전극 와이어(1000)들은 무한 루프(endless loop)로 전자 스피닝 엔크로져(300)를 통해 연속적으로 순환됨으로써, 폴리머 섬유 웹(110)을 형성하기 위한 전자 스피닝 프로세스는 현재 알려진 전자 스피닝 프로세스보다 훨씬 큰 용량으로 (몇 배 더 큰 용량으로) 수행될 수 있다.
장치는 적어도 하나의 고전압 전력 공급 유닛(820)을 구비하며, 이것은 전자 스피닝 프로세스를 위하여 필요한 전기장 강도를 제공한다. 적어도 하나의 고전압 전력 공급 유닛(820)들 각각은 음의 전압원(negative voltage source) 및 양의 전압원(positive voltage source)을 가진다. 일반적으로, 음의 전압원은 전자 스피닝 엔크로져(300) 내부에서 기판(120)의 제 1 측(810)에 인접하게 위치된 전기 도전성 접지 플레이트(800)에 와이어로 연결되는데 반하여, 양의 전압원은 복수개의 연속적인 전극 와이어들과 접촉하는 적어도 하나의 전기 도전성 자유 회전 축(axle, 850)에 와이어로 연결되며, 상기 전극 와이어들은 도 1 및 도 10 에 도시된 바와 같이 기판(120)의 제 2 측(830)에 인접하여 위치된다. 일부 양상에서 적어도 하나의 전기적으로 도전성인 자유 회전 축(850)은 복수개의 홈들(예를 들어, V 형상 홈들)을 구비하며, 홈들은 그 표면상에 균일하게 분포된다. 홈들 각각은 연속적인 전극 와이어(1000)들중 하나를 수용한다. 홈과 전극 와이어 사이의 우수한 접촉은 대응하는 와이어 텐션 장치(710)를 조절함으로써 유지되어, 적어도 하나의 고전압 전력 공급 유닛(820)으로부터의 양의 전압은 전극 와이어(1000)들 각각으로 전해진다. 작동하는 동안에, 전기적으로 도전성인 자유 회전 축(850)은 전극 와이어(1000)가 움직이면서 자유롭게 회전한다. 일부 양상에서, 적어도 하나의 고전압 전력 공급 유닛(820)의 양 및 음의 전압원은 전기적으로 도전성인 접지 플레이트(800)와 연속적인 전극 와이어(1000)들 사이에서 스위치 전환될 수 있다. 그러한 양상들에서 음 전압의 전자 스피닝 프로세스가 고려된다.
도 1 에서 전자 스피닝 엔크로져(300)로서 도시된 적어도 하나의 고전압 전력 공급 유닛(820)은 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들과 전기 도전성 접지 플레이트(800) 사이의 전압 차이를 인가한다. 작동하는 동안, 전자 스피닝 엔크로져(300)의 전자 스피닝 영역(Z)에서 전기 도전성 접지 플레이트(800)를 횡단하여 통과하는 액체 폴리머로 코팅된 연속적인 전극 와이어(1000)에 인가된 양전압은 연속적인 전극 와이어(1000)상의 액체 폴리머가 대전되게 하는 전기장을 초래하였으며, 이것은 연속적인 전극 와이어(1000)들의 표면으로부터 도전성 접지 플레이트(800)의 음의 전압원을 향하여 대전된 액체 테일러 콘 제트(Taylor Cone jet, 840)가 분출하는 결과를 가져온다. 액체 테일러 콘 제트(840)는 비행(flight)하는 동안 신장되고 부분적으로 건조되어, 나노미터 크기 또는 서브마이크론(submicron) 크기의 직경을 가진 폴리머 섬유를 형성한다. 섬유들은 기판(120)과 접촉하고 그곳에서 수집되며, 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들과 같은 방향으로 또는 반대 방향으로 그리고 전체적으로 평행하게 전자 스피닝 엔크로져(300)를 통하여 움직인다. 이러한 프로세스는 전자 스피닝 영역(Z)으로서 지칭될 수 있는 도전성 접지 플레이트(800)의 길이를 통하여 반복되므로, 폴리머 섬유 웹(110)이 기판(120)상에 형성된다. 폴리머 섬유는 여기에서 나노미터 크기의 직경 또는 서브마이크론 크기의 직경을 가지는 것으로 설명되고 상기 섬유들은 공통적으로 나노섬유(nanofinber) 또는 서브마이크론 섬유(submicron fiber)로서 지칭되지만, 여기에서 설명된 장치 및 방법에 의해 생산된 섬유들이 나노섬유 크기 또는 서브마이크론 크기일 필요는 없으며 프로세스 조건들은 다른 크기를 가지는 섬유들을 형성하기 위하여 수정될 수 있다는 점이 인식될 것이다.
적어도 하나의 고전압 전력 공급 유닛(820)은 도 1 에서 전자 스피닝 엔크로져(300)에 외부에 것으로서 도시되었지만, 그럴 필요는 없다. 이것은 필요하다면 전자 스피닝 엔크로져(300) 안에 위치될 수 있다.
도 3 을 참조하면, 특정의 양상들에서 하나 이상의 와이어 유입 통공(430) 및 와이어 유출 통공(440)은 와이어 유입 통공(430)/와이어 유출 통공(440)과 그것의 개별적인 연속 전극 와이어(1000) 사이에 배치된 모세관 튜브(460)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 모세관 튜브(460)는 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)로부터 길이(L)로 외측으로 연장될 수 있고, 그것을 통과하는 연속적인 전극 와이어(1000)의 직경 보다 약간 큰 내측 직경을 가지도록 크기가 정해질 수 있어서, 결과적으로 작은 간극(470)이 형성된다. 모세관 튜브(460)의 내측 직경은 연속적인 전극 와이어(1000)가 최소량의 마찰로 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)를 통과할 수 있기에 충분하게 크도록 크기가 정해지지만, 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)로부터 과도한 액체 폴리머의 손실을 방지하기에 충분할 정도로 작은 크기로 정해진다. 더욱이, 모세관 튜브의 길이(L)는 모세관 튜브(들)(460)로부터 액체 폴리머의 손실을 더욱 최소화하기 위하여 액체 폴리머 코팅 매니폴드 안에 액체 배압(backpressure)을 제공한다. 모세관 튜브(460)로부터 (그리고 개별적인 와이어 유입 통공/와이어 유출 통공으로부터) 빠져나가는 액체 폴리머는 여기에 설명된 바와 같이 액체 폴리머 오버플로우 저장부(420)로 배출된다.
일부 양상들에서, 액체 폴리머 코팅 장치(400)는 액체 폴리머 오버플로우 포트(overflow port, 480)를 더 포함할 수 있다. 액체 폴리머 오버플로우 포트(480)는 여기에 설명된 바와 같이 액체 폴리머가 액체 폴리머 오버플로우 저장부(420)로 범람하도록 다른 소스(source)를 제공할 수 있다. 일부 양상들에서 액체 폴리머 오버플로우 포트(480)는 일정한 양의 범람을 제공하도록 구성될 수 있어서 액체 폴리머 코팅 장치(400) 안에 있는 액체 폴리머가 연속적으로 움직이고 상대적으로 일정한 온도를 가지는 것을 보장한다.
특정의 양상들에서 액체 폴리머 코팅 장치(400)는 와이어 위치 선정 풀리(490)들의 적어도 하나의 세트를 포함할 수 있다. 와이어 위치 선정 풀리(positioning pulley, 490)들의 적어도 하나의 세트는 도 2 에 도시된 바와 같이 복수개의 와이어 유입 통공(430)들에 인접하여 위치될 수 있고, 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들을 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)의 복수개의 와이어 유입 통공(430)들로 안내하는 기능을 할 수 있다.
장치(100)는 특정의 양상에서 와이어 세정 조립체(500)를 포함할 수 있다. 와이어 세정 조립체(500)는 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들의 표면으로부터 잔류 액체 폴리머 또는 다른 전자 스피닝 잔류물을 제거하도록 구비될 수 있다. 와이어 세정 조립체(500)는 여기에 설명된 액체 폴리머 코팅 장치(400)와 유사한 특징부들을 구비할 수 있지만, 반드시 그러한 것은 아니다. 예시적인 와이어 세정 조립체(500)는 도 4b 에 도시되어 있고 솔벤트 코팅 매니폴드(510)를 구비하며, 상기 매니폴드는 다수의 연속적인 전극 와이어(1000)들에 대응하는 다수의 솔벤트 매니폴드 와이어 유입 통공(530) 및 솔벤트 매니폴드 와이어 유출 통공(540)들을 구비한다. 솔벤트 코팅 매니폴드(510)는 솔벤트 오버플로우 저장부(520)를 구비할 수 있으며, 이것은 솔벤트 매니폴드 와이어 유입 통공(530) 및 솔벤트 매니폴드 와이어 유출 통공(540)들로부터의 범람하는 솔벤트를 수용한다. 새로운 솔벤트는 와이어 세정 조립체(500)로 제공될 수 있으며, 만약 포함된다면 솔벤트 공급 흐름(1420)과 관련된 솔벤트 코팅 포트(550)를 경유하여 솔벤트 코팅 매니폴드(510)로 제공될 수 있다. 솔벤트 오버플로우 저장부(520)에 수집된 과도한 솔벤트는 솔벤트 재순환 흐름(1430)과 관련된 솔벤트 재순환 포트(555)를 경유하여 솔벤트 저장 및 공급 시스템(1400)으로 복귀될 수 있다. 따라서 솔벤트 코팅 매니폴드(510)는 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)와 같은 방식으로 작동될 수 있지만, 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)로 솔벤트 용액을 제공하여 연속적인 전극 와이어(1000)로부터 잔류 액체 폴리머 또는 다른 전자 스피닝 잔류물을 제거한다. 솔벤트는 액체 폴리머(예를 들어, 폴리머 용액) 또는 그 어떤 다른 적절한 솔벤트를 제조하도록 사용된 동일한 종류일 수 있다. 일부 양상들에서 솔벤트 재순환 포트(555)는 중력의 흐름으로써 솔벤트를 솔벤트 저장 및 공급 시스템(1400)으로 재순환시킨다.
와이어 세정 조립체(500)는 도 5 에 도시된 바와 같이 전자 스피닝 엔크로져(300)내에 위치될 수 있거나 또는 엔크로져(300) 밖에(미도시) 위치될 수 있으며, 비록 양쪽의 경우에 세정 조립체(500)가 통상적으로 전자 스피닝 영역(Z)의 뒤에 위치되거나 또는 그것의 하류측에 위치될 수 있을지라도 그러하다. 여기에서 사용되는 바로서, "상류측" 및 대응하는 용어인 "하류측"은 장치의 작동 동안에 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들의 이동 방향과 관련하여 서로에 대한 하나의 구성 요소의 위치에 관련된다. 일부 양상에서, 연속적인 전극 와이어(1000)들은 와이어 세정 조립체(500)로부터 배출될 때 그리고 전자 스피닝 엔크로져(300)를 빠져나가기 전에, 와이어들의 표면상에 유지된 그 어떤 솔벤트라도 솔벤트 건조 단계에서 증발될 수 있으며, 이것은 연속적인 전극 와이어(1000)들이 잠재적으로 해로운 솔벤트를 환경으로 운반하는 것을 방지한다.
일부 양상들에서 장치(100)는 전기 도전성 저항 측정 시스템(560)을 더 포함한다. 저항 측정 시스템은 상류측 접촉 지점(580)(즉, 액체 폴리머 코팅 이전) 및 하류측 접촉 지점(590)(즉, 전자 스피닝 영역(Z) 및/또는 와이어 세정 조립체(500) 이후) 양쪽에서 하나 이상의 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들의 저항을 측정하도록 구성된 오옴 미터(ohm meter, 570)와 같은 장치를 포함한다. 전자 스피닝 엔크로져(300)를 빠져나가는 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들의 하나 이상이 그들의 대응 표면들상에 고체 폴리머를 포함할 수 있고 와이어 스크러버(wire scrubber, 1900) 또는 다른 세정 시스템과 같은 더 강한 세정 방법을 통한 다른 세정이 필요할 수 있다는 점이 측정된 저항에 의해 표시될 수 있다. 특정의 양상들에서 저항 측정 시스템은 특정의 시간 간격(예를 들어, 5 밀리세컨드(millisecond, ms) 마다)에 걸쳐 상류측 접촉 지점(580) 및 하류측 접촉 지점(590)에서 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들 각각을 측정하도록 구성된다.
도 8 을 참조하고 위에서 설명된 바와 같이, 장치는 액체 폴리머 재생 및 공급 시스템(1200)을 포함할 수 있다. 액체 폴리머 재생 및 공급 시스템(1200)은 액체 폴리머 코팅 장치(400)들 각각에 제공된 액체 폴리머 코팅 매니폴드(410)의 액체 폴리머 공급 포트(450)를 경유하여 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치(400)들 각각으로 액체 폴리머를 제공한다. 더욱이, 액체 폴리머 재생 및 공급 시스템(1200)은 그곳에 제공된 액체 폴리머 재순환 포트(455)를 경유하여 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치(400)들 각각으로부터 수용된 액체 폴리머 범람을 수용한다. 액체 폴리머 재생 및 공급 시스템(1200)은 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치(400)들 각각으로부터 재생된 액체 폴리머를 수용하고 액체 폴리머 공급을 그곳으로 전달하기 위한 재생 및 공급 탱크(1210), (예를 들어, 액체 폴리머 분배 매니폴드(미도시)를 통하여) 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치(400)들 각각으로 액체 폴리머를 펌핑하는 액체 폴리머 순환 및 공급 펌프(1220) 및, 소망의 액체 폴리머 온도를 유지하도록 작동되는 액체 폴리머 열교환기(1230)를 포함한다. 주목되어야 할 바로서, 도 8 의 개략적인 도면은 다양한 펌프들(M), 유량계(F), 밸브(V), 조성물 분석기/송신기(CA) 및 열 교환기/냉각기(HC)를 나타내며, 이들의 적절한 선택 및 작동은 당업자에게 공지되어 있고 여기에서 상세하게 설명되지 않는다.
액체 폴리머 재생 및 공급 시스템(1200)은 액체 폴리머 차징 흐름(liquid polymer charging stream, 1305)을 경유하여 액체 폴리머 제조 시스템(1300)으로부터 액체 폴리머를 수용한다. 액체 폴리머 재생 및 공급 시스템(1200)은 필요한 농도 및 온도에서 전자 스피닝 프로세스를 위해 사용되는 액체 폴리머를 제공하도록 작동된다. 액체 폴리머 제조 시스템(1300)은 액체 폴리머 제조 탱크(1310)를 구비하며, 이것은 일부 양상에서 교반기 및 폴리머 저장 및 차징 유닛(polymer storage and charging unit, 1320)을 구비한다. 일부 양상들에서 액체 폴리머 제조 시스템(1300)은 배취 프로세스(batch process)로 작동되고 다음의 단계들, 즉, (a) 솔벤트 차징 흐름(1350)을 경유하여 솔벤트 저장 및 공급 시스템(1400)으로부터 미리 결정된 양의 솔벤트를 액체 폴리머 제조 탱크(1310)로 수용하는 단계; (b) 폴리머 저장 및 차징 유닛(1320)으로부터 미리 결정된 양의 폴리머를 액체 폴리머 제조 탱크(1310)로 수용하는 단계; (c) 고체 폴리머가 솔벤트 안에 완전하게 용해될 때까지 액체 폴리머 제조 탱크 안에서 솔벤트 및 폴리머를 혼합하고 미리 결정된 온도로 가열하는 단계; 및, (d) 제조된 폴리머 용액 배취를 재생 및 공급 탱크(1210)로 전달하는 단계를 포함한다. 일부 양상들에서 액체 폴리머 제조 탱크는 교반 및 가열 특징부들을 구비하여 액체 폴리머의 제조를 용이하게 할 수 있다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 액체 폴리머 제조 시스템은 특정의 양상들에서 액체 폴리머 제조 전달 펌프(1330)를 구비할 수도 있으며, 이것은 액체 폴리머 제조 탱크(1310) 안의 액체 폴리머를 폴리머 제조 열교환기(1340)를 통해 순환시키고, 배취(batch)의 완료시에, 액체 폴리머를 폴리머 제조 탱크(1310)로부터 재생 및 공급 탱크(1210)로 액체 폴리머 차징 흐름(1305)을 통해 전달한다.
특정의 양상들에서 장치(100)는 솔벤트 저장 및 공급 시스템(1400)을 포함할 수도 있다. 솔벤트 저장 및 공급 시스템(1400)은 액체 폴리머 제조 시스템(1300) 및 와이어 세정 조립체(500)로 솔벤트를 저장 및 공급하도록 작동된다. 일부 양상들에서 솔벤트 저장 및 공급 시스템을 위한 솔벤트의 제 1 소스는 이후에 더 상세하게 설명되는 바와 같이 증기 수집 및 솔벤트 회수 시스템(1600)에 회수된 솔벤트이다. 그러한 양상들에서 새롭게 보충된 솔벤트는 다른 소스(미도시)로부터 추가될 수 있어서 와이어 세정 조립체(500) 및 다른 솔벤트 취급의 작동 동안에 손실된 그 어떤 솔벤트라도 균형을 맞출 수 있다. 솔벤트 저장 및 공급 시스템(1400)은 솔벤트 저장 탱크(1410)를 구비한다. 솔벤트 저장 탱크(1410)로부터의 솔벤트는 솔벤트 공급 흐름(1420)을 통하여 와이어 세정 조립체(500)로 제공되고 솔벤트 재순환 흐름(1430)을 통하여 와이어 세정 조립체로부터의 범람 솔벤트(overflow solvent)를 수용한다. 더욱이, 만약 액체 폴리머 재생 및 공급 시스템(1200)에 있는 액체 폴리머의 농도를 희석시킬 필요가 있다면 솔벤트는 액체 폴리머 희석 흐름(1440)을 통하여 액체 폴리머 재생 및 공급 시스템(1200)으로 제공될 수 있다. 솔벤트 공급 펌프(1450)는 솔벤트를 와이어 세정 조립체(500), 액체 폴리머 재생 및 공급 시스템(1200) 및 액체 폴리머 제조 시스템(1300)으로 펌핑한다.
다른 양상들에서 장치(100)는 증기 수집 및 솔벤트 회수 시스템(1600)을 포함하며, 이것은 일부 양상들에서 몇 개의 하위 시스템(subsystem)을 구비하고 상기 하위 시스템의 작동 및 기능들은 이하에서 더 설명될 것이다.
일부 양상들에서 증기 수집 및 솔벤트 회수 시스템(1600)은 필요한 레벨의 진공을 전자 스피닝 엔크로져(300)로 제공함으로써 전자 스피닝 엔크로져(300)에 인접한 대기/공기는 전자 스피닝 엔크로져(300) 안으로 유인되며, 이것은 전자 스피닝 엔크로져(300) 안의 잠재적으로 해로운 증기가 환경으로 빠져나가는 것을 방지한다. 특정의 양상들에서, 도 8 에 도시된 바와 같이, 증기 수집 및 솔벤트 회수 시스템은 5 개의 송풍기들을 포함하며(송풍기 #1 1505, 송풍기 #2 1510, 송풍기 #3 1515, 송풍기 #4 1520 및 송풍기 #5 1525), 이들 송풍기들은 증기 및 개스를 전자 스피닝 엔크로져(300)로부터 증기 수집 및 솔벤트 회수 시스템(1600)으로 유인하기 위한 것이다. 송풍기#1 (1505)는 여러 진입 지점들(주위 공기 진입 지점 #1 (1610A), #2 (1610b) 및, #3 (1610C))에서 전자 스피닝 엔크로져(300)로 주위 공기를 유인하며, 이것은 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들이 전자 스피닝 엔크로져(300)에 진입하고 빠져나가는 개구(배출 제어 박스(emission control box (1800A)), 기판(120)이 전자 스피닝 엔크로져(300)로 진입하는 개구(배출 제어 박스 (1800B)) 및 기판(120)이 전자 스피닝 엔크로져(300)로부터 빠져나가는 개구(배출 제어 박스(1800C))를 포함한다. 주위 공기 및 일부 폴리머와 솔벤트는 (배출 제어 박스 배기 흐름(1605A, 1605B, 1605C)를 경유함으로써) 송풍기#1(1505)를 통해 유인되고, 수집되며 궁극적으로 소각기(1620) 안에 배치되어 해로운 잔류 증기를 제거한다. 배출 제어 박스 배기 흐름(emission control box exhaust streams)은 일부 양상들에서 공지의 기계적인 부착 방법으로 배출 제어 박스에 부착될 수 있거나 또는 결합될 수 있다. 일부 양상들에서 송풍기#1 (1505)는 대략 2" 워터 칼럼 게이지(water column gauge, WCG) 내지 대략 -10" WCG 의 진공에서 에미션 제어 박스(1800A, 1800B, 1800C)를 작동시킨다.
소각기(1620)의 유출부는 대기로 배출될 수 있다. 특정의 양상에서, 송풍기#1(1515)는 솔벤트 증기 흐름(1630)을 통하여, 발생된 솔벤트 증기 및 (만약 사용된다면) 드래프트 개스(draft gas)를 수집하며, 상기 솔벤트 증기 흐름은 상대적으로 낮은 온도를 가지고 솔벤트 증기가 농후하다. 다른 한편으로, 송풍기 #2(1510)는 고온 개스 배기 흐름(1605D)을 통하여, 섬유 건조에 사용된 섬유 건조 및 고온 건조 개스로부터 발생된 증기를 수집하며, 상기 고온 개스 배기 흐름은 상대적으로 높은 온도 및 낮은 증기 농도를 가진다. 송풍기 #2(1510)로부터의 증기/개스는 열교환기 #1(1540)로 전달되어 송풍기 #5(1525)를 통하여 솔벤트 콘덴서(1640)로부터의 배기 개스 흐름과 열을 교환한다. 열교환기 #1 이후에, (온도가 낮아지는) 송풍기#2(1510)의 유출부로부터의 흐름은 송풍기 #3(1515)의 유출부로부터의 솔벤트 증기 흐름(1630)과 병합된다. 이러한 조합된 증기/개스 흐름은 벤튜리 혼합기(venturi mixer, 1565) 및 솔벤트 콘덴서(1640)로 진입한다. 벤튜리 믹서(1565)는 펌프 #1(1535)로부터의 차가운 액체 순환 흐름과 증기/개스 흐름을 혼합함으로써 증기/개스 온도는 솔벤트 콘덴서(1640) 내부의 대략 솔벤트 액체의 작동 온도까지 더 냉각된다. 결과적으로, 증기/개스 흐름내의 솔벤트 증기 대부분은 액체로 응축된다. 증기의 응축에 의해 방출된 열은 벤튜리 믹서(venturi mixer)로 진입하는 차가운 솔벤트 액체 순환에 의해 흡수되고 차후에 상기 열은 냉각 매체를 이용하여 열교환기#2(1545)에 의해 제거되는데, 냉각 매체는 냉수(cooling water) 및 냉각수(chilled water)를 포함하지만 그에 제한되는 것은 아니다. 솔벤트 콘덴서(1640) 밖으로의 배출 개스가 열교환기#5(1560)을 통과할 때 벤튜리 믹서(1565)의 작동을 통해 응축되지 않은 그 어떤 솔벤트 증기라도 더 응축된다. 솔벤트 콘덴서(1640) 내부의 회수된 액체 솔벤트는 솔벤트 응축물 흐름(1650)을 통해 솔벤트 저장 및 공급 시스템(1400)으로 복귀된다. 일부 양상들에서 솔벤트 콘덴서(1640) 내부의 액체 레벨에 의하여 복귀 비율이 제어될 수 있다.
열교환기#5(1560) 이후에, 배출 개스는 기체 안에 낮은 증기 함량을 가진다. 배출 개스 흐름은 2 개의 분리된 흐름으로 분리될 수 있으며, 하나는 송풍기#5(1525)로 흐르고 다른 하나는 송풍기#4(1520)로 흐른다. 송풍기#5(1525) 밖으로의 배출 개스는 2 개의 흐름으로 더 분리되는데, 하나는 소각기(1620)로 흐르고 다른 하나는 열교환기 #1(1540)로 흐른다. 소각기(1620)로의 배출 흐름의 유량은 필요한 개스 퍼지(gas purge)의 양에 기초하여 제어될 수 있으며, 개스 퍼지의 양은 솔벤트 증기 흐름(1630) 및 고온 개스 공급 흐름(1670)에서 측정된 산소 농도의 미리 설정된 값으로부터의 편차에 기초하여 계산될 수 있다. 일부 양상에서, 미리 설정된 값은 공칭으로 20 내지 30 % 의 산소 농도이며 그러한 산소 농도하에서 솔벤트 증기는 점화된 잠재력을 가진다. 편차가 증가하면 더 많은 배출 흐름 개스가 소각기(1620)로 퍼지(purge)되며, 그 역으로도 이루어진다. 송풍기#5(1525)로부터의 다른 배출 흐름의 온도는 그것이 열교환기 #2(1545)를 통과한 이후에 증가한다. 가열된 배출 개스는 전자 스피닝 엔크로져(300)로 복귀되어 전자 스피닝 프로세스를 위한 드래프트 개스(draft gas)로서 재사용된다. 송풍기#4(1520)로의 배출 흐름은 2 개의 분리된 흐름으로 더 나뉘어지는데, 하나는 열교환기#3(1550)로 흐르고 다른 하나는 흡착 베드(adsorption bed, 1660)로 흐른다. 열교환기 #3(1550) 밖으로의 배출 흐름의 온도는 미리 설정된 값으로 증가되며, 상기 미리 설정된 값은 일부 양상에서 전자 스피닝 엔크로져(300) 내부의 섬유 웹을 건조시키는데 이용된 제 1 건조 개스의 온도이다.
여기에 설명된 장치(100)의 양상은 유독성 또는 가연성 폴리머들의 전자 스피닝을 허용함으로써 현재의 전자 스피닝 프로세스에 비하여 적어도 추가적인 장점을 제공하는데, 이는 대기압 미만에서 작동하는 전자 스피닝 엔크로져가 유동성 및/또는 가연성 증기들이 대기/작업 환경으로 빠져나가는 것을 방지하기 때문이다. 이러한 증기는 여기에 설명된 바와 같이 수집되어 안전하게 처리된다. 보다 상세하게는, 일부 양상에서 전자 스피닝 엔크로져(300)는 하나 이상의 산소 센서를 구비하여 엔크로져 안의 산소 함량을 측정 및/또는 모니터한다. 만약 검출된 산소 함량이 미리 설정된 낮은 값보다 높다면, 송풍기#5(1525)로부터의 더 많은 배출 개스가 소각기(1620)로 보내지고, 전자 스피닝 엔크로져(300) 내부의 산소 함량이 미리 설정된 낮은 값 아래로 떨어질 때까지 (질소를 포함하지만 그에 제한되지 않은) 새로운 불활성 개스가 전자 스피닝 엔크로져(300)로 충전된다. 다른 양상들에서, 만약 검출된 산소 함량이 미리 설정된 높은 값보다 높아진다면, 고전압 전력 공급 유닛(820)은 안전상의 특징 구성으로서 자동적으로 중지될 수 있다. 안전상의 특징 구성은 예를 들어 고전압 전력 공급 유닛(820)의 접촉부를 접지 시스템으로 스위치 전환시키고 그리고/또는 다량의 새로운 질소를 전자 스피닝 엔크로져(300) 안으로 충전시키는 것이다. 이러한 방식으로, 상기 특징적인 구성은 전자 스피닝 엔크로져 내부의 산소 농도를 미리 설정된 낮은 값으로부터 미리 설정된 높은 값까지의 범위에서 조절할 수 있으며, 그 범위는 일부 양상에서 대략 30 % 의 산소 농도로서 개스/증기 혼합물은 그러한 산소 농도하에서 점화원으로써 점화될 수 있다.
도 8 에 도시된 바와 같이, 흡착 베드(1660)는 일부 양상에서 카본 흡착 베드로서, 이것은 전자 스피닝 엔크로져(300) 내부에서 섬유 웹을 건조시키는데 사용되는 제 2 건조 개스용으로 적절한, 미리 결정된 레벨로 송풍기 #4(1520)로부터의 잔류 솔벤트 증기를 제거한다. 제 2 건조 개스의 필요한 온도는 흡착 베드(1660)로부터 열교환기 #4(1555)를 통해 개스 흐름을 통과시킴으로써 달성될 수 있다. 매우 낮은 솔벤트 증기 함량을 가지는 상기 가열된 기체는 전자 스피닝 엔크로져(300)로 보내지고 건조 개스의 소스로서 사용된다. 전자 스피닝 엔크로져(300)는 그 안의 압력을 모니터하기 위한 하나 이상의 압력 센서들을 포함할 수 있다. 설명된 바와 같이 전자 스피닝 엔크로져 안의 작동 압력은 대기 압력보다 낮은 압력에서 유지되는데, 이것은 필요한 양의 새로운 보충 개스를 열교환기(1555) 이전의 개스 흐름으로 보냄으로써 제어된다. 예를 들어, 만약 전자 스피닝 엔크로져(300) 안의 측정 압력이 미리 설정된 값보다 낮다면, 더 많은 새로운 보충 개스는 시스템으로 충전될 것이며, 그 역으로도 이루어진다. 다른 한편으로, 만약 전자 스피닝 엔크로져(300) 내부의 측정 압력이 (새로운 보충 개스 유동이 제로가 되더라도) 미리 설정된 값보다 높다면, 송풍기 #5 (1525)로부터 소각기(1620)로의 배출 개스량은 대응하여 증가될 수 있다. 이러한 방식으로, 전자 스피닝 엔크로져 내부의 작동 압력은 미리 설정된 낮은 값으로부터 미리 설정된 높은 값으로의 범위에서 제어될 수 있다.
도 9 내지 도 12 는 도 1 에 보다 전체적으로 도시된 장치(100)의 상세한 개략도를 제공한다. 전체적인 장치는 도 9 에 도시되어 있으며, 도시된 바와 같이 3 개의 섹션들로 분할된다. 섹션 A 는 도 10 에 도시되어 있고, 섹션 B 는 도 11 에 도시되어 있고, 섹션 C 는 도 12 에 도시되어 있다. 특정의 양상들에서, 장치(100)는 위에서 설명된 하나 이상의 구성 요소들에 더하여 다른 특징적인 구성들을 포함할 수 있다.
드래프트 개스는 드래프트 개스 공급 시스템을 통하여 전자 스피닝 엔크로져(300)에 있는 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들로 송풍될 수 있으며, 상기 드래프트 개스 공급 시스템은 드래프트 개스 분배 매니폴드(1720) 및 도 8 에 도시된 고온 개스 공급 흐름(1670)을 포함하는 드래프트 개스 소스(draft gas source, 1710)(도 11)를 포함한다. 드래프트 개스 분배 매니폴드(1720)는 일련의 벤트, 노즐 또는 다른 적절한 개구들을 통하여 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들로 드래프트 개스를 분배할 수 있다. 드래프트 개스 공급 시스템은 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들의 표면으로부터 분출하는 액체 테일러 콘 제트(liquid Taylor cone jets, 840)상에 상방향의 힘을 제공함으로써 액체 테일러 콘 제트(840)로부터 형성된 폴리머 섬유들이 기판(120)의 표면에 도달하는 것을 보장하도록 돕는다. 일부 양상들에서 (열교환기#1(1540)를 통한) 온도 및 (열교환기 #1(1540) 위의 제어 밸브를 통한) 유량중 하나 또는 양쪽 모두는 소망의 성능을 위하여 조절될 수 있다. 드래프트 개스는 여기에 설명된 송풍기 #3(1515)에 의하여 배기 매니폴드(1680)에 의해 제거될 수 있다.
기판(120)상에 형성된 폴리머 섬유 웹(110)은 형성되었을 때 완전하게 건조될 수 있고 잔류 솔벤트를 포함할 수 있다. 일부 양상에서 2 개의 건조 단계들인, 제 1 건조 단계 및 제 2 건조 단계는 폴리머 섬유 웹(110)을 건조시키는데 이용될 수 있다. 각각의 건조 단계에서 고온 기체는 건조 매체로서 사용된다. 열교환기 #3 (1550)를 빠져나가는 고온 기체는 제 1 건조 단계에서의 건조 매체(제 1 건조 개스)로서 사용되는 반면에, 열교환기 #4(1555)를 빠져나가는 고온 기체는 제 2 건조 단계에서의 건조 매체(제 2 건조 개스)로서 사용된다. 제 2 건조 개스는 제 1 건조 개스보다 상대적으로 낮은 솔벤트 증기 함량 및 높은 온도를 가진다.
제 1 건조 기체는 제 1 분배 매니폴드(1690A)를 통해 제 1 건조 영역으로 진입하는 반면에 (도 11), 제 2 건조 기체는 제 2 분배 매니폴드(1690B)를 통해 제 2 건조 영역으로 진입한다 (도 10). 제 1 건조 개스 및 제 2 건조 개스는 도 8 에 도시된 바와 같이 송풍기 #2(1510)에 의하여 고온 개스 배기 흐름(1605D)을 통하여 전자 스피닝 엔크로져(300)를 빠져나간다. 제 1 및 제 2 분배 매니폴드(1690A, 1690B)는 일련의 벤트, 노즐 또는 다른 적절한 개구들을 통하여 고온 개스를 기판(120)/폴리머 섬유 웹(110)으로 분배할 수 있다. 일부 양상에서, 제 1 건조 개스의 온도 및 유량은 열교환기 #3(1550) 및 그것과 관련된 제어 밸브에 의하여 조절 및 제어될 수 있다. 동일한 방식으로, 제 2 건조 개스의 온도 및 유량은 열교환기#4(1555) 및 그것과 관련된 제어 밸브에 의하여 조절 및 제어될 수 있다.
여기에서 설명되는 바와 같이, 장치(100)는 전자 스피닝 엔크로져(300)를 통해 기판을 움직이기 위한 기판 콘베이어 시스템(150)을 구비한다. 일부 양상에서, 기판(120) 및 그 위에 형성된 폴리머 섬유 웹(110)은 전자 스피닝 엔크로져(300)를 빠져나갈 수 있고 그것을 콤비네이션 롤러(combination roller, 210)상으로 감음으로써 수집될 수 있다 (도 1 참조). 그러나, 도 10 에 도시된 다른 양상들에서, 폴리머 섬유 웹(110)은 기판(120)으로부터 벗겨지고 섬유 웹 롤러(220)상으로 감겨지고 기판은 분리된 기판 마무리 롤러(230)로 감겨진다. 다른 양상에서 (미도시), 기판은 연속적인 기판일 수 있고, 폴리머 섬유 웹이 기판으로부터 제거되고 섬유 웹 롤러상으로 감길 때 (복수개의 연속적인 전극 와이어들(1000)이 연속적으로 작동되는 것과 같은 방식으로) 기판은 연속적으로 장치(100)로 다시 순환될 수 있다.
기판(120)이 바람직스럽게는 다공성/투과성 재료로서, 이것은 가볍고 제 1 분배 매니폴드(1690A) 및 제2 분배 매니폴드(1690B)로부터의 고온 개스가 그것을 통과하여 폴리머 섬유 웹(110)을 건조시킬 수 있다. 그러나, 이것은 찢어지지 않고 장치(100)/전자 스피닝 엔크로져(300)를 통해 운반되기에 충분한 강도를 가져야만 한다. 더욱이, 기판(120)은 여기에서 설명된 롤러들상으로 감길 수 있고 전자 스피닝 프로세스 동안 형성되는 폴리머 섬유들을 수용하는 그 어떤 적절한 재료일 수 있다. 기판(120)은 기판 텐션 장치(130)를 구비할 수 있고 이것은 기판이 전자 스피닝 엔크로져(300)를 빠져나갈 때 텐션을 기판(120)에 제공한다. 기판 방향 재설정 롤러(re-direction roller, 135)가 제공될 수 있어서 기판이 기판 공급 롤러(200)로부터 풀려나올 때 기판(120)의 이동 방향을 변경시킨다.
일부 양상들에서 장치(100)는 배출 제어 박스(1800A)를 구비할 수 있으며, 전자 스피닝 엔크로져(300)에 진입하기 전과 그로부터 배출된 후에 배출 제어 박스를 통하여 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들이 통과한다. 배출 제어 박스(1800A)는 장치(100)의 작동 동안에 전자 스피닝 엔크로져(300)에 인접한 대기/공기가 전자 스피닝 엔크로져(300) 안으로 진입하는 것을 최소화하기 위하여 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들을 위한 최적화된 갭 공간(gap spaces)들을 포함한다.
다른 양상들에서, 장치(100)는 와이어 스크러버(wire scrubber, 1900)를 포함할 수 있다. 와이어 스크러버(1900)는 어떤 적절한 위치에서 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들과 접촉할 수 있으며, 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들의 표면을 세정하는 추가적인 메커니즘을 제공할 수 있는데, 상기 적절한 위치는 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들이 전자 스피닝 엔크로져(도 12)에 진입하는 곳에 인접한 위치와 같은 것이다. 특정의 양상에서, 와이어 스크러버는 샌드페이퍼(sandpaper)와 같은 연마재이다. 와이어 스크러버(1900)는 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들과 물리적으로 접촉하고 와이어 표면상에 남아 있는 침착되고 그리고/또는 코팅된 폴리머를 마모시켜서 제거함으로써, 전극 와이어의 효율을 향상시킨다. 다른 와이어 스크러빙 재료 및, 다른 마모 재료들이 알려져 있고 와이어 스크러버(wire scrubber, 1900)에서 사용될 수 있다.
도면에서 도시된 바와 같이, 장치(100)는 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)중 하나 이상, 기판(120) 및 폴리머 섬유 웹(110)의 움직임 방향을 유지 및/또는 변화시키기 위한 다수의 풀리(pulley, P)를 포함할 수 있다.
여기에 설명된 장치(100)의 양상들은 수십 또는 심지어 수백의 연속적인 전극 와이어들을 이용하는 시간당 수백 kg 또는 그 이상의 대규모 산업용 생산을 가능하게 함으로써 통상적인 전자 스피닝 프로세스들에 비하여 실질적인 장점을 제공한다. 일부 양상에서 장치는 25 개를 초과하는 연속적인 전극 와이어들, 또는 50 개를 초과하는 연속적인 전극 와이어들, 또는 100 개를 초과하는 연속적인 전극 와이어들 또는 150 개를 초과하는 연속적인 전극 와이어들 또는 200 개를 초과하는 연속적인 전극 와이어들 또는 300 개를 초과하는 연속적인 전극 와이어들 또는 400 개를 초과하는 연속적인 전극 와이어들 또는 500 개를 초과하는 연속적인 전극 와이어들을 포함할 수 있다. 더욱이, 복수개의 연속적인 전극 와이어들은 극단적으로 긴 길이를 가질 수 있다. 배취 시스템(batch system)을 사용하여 작동하는 통상적인 시스템들에서 달성할 수 없는 연속적인 폴리머 섬유 제조 비율로써, 5 미터(m) 내지 심지어 50 미터 또는 그 이상의 연속적인 전극 와이어 길이들이 발명의 특정 양상들에서 사용될 수 있다.
액체 폴리머 소스를 나노스케일( nanoscale ) 또는 서브마이크론 스케일(submicron scale) 폴리머 섬유 웹으로 연속 니들리스 전자 스피닝( needleless electrospinning)하는 방법.
본 발명은 액체 폴리머 소스(liquid polymer source)를 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹으로 연속 니들리스 전자 스피닝하는 방법에 관한 것이기도 하다. 이 방법은 여기에서 설명된 장치(100)의 구성 요소들을 포함하고, 그것의 설명과 작동은 여기에서 중복되지 않을 것이며, 이들 구성 요소들의 참조 번호는 그들이 방법에 포함되는 것을 인용할 때 사용될 것이다. 도 13 을 참조하면, 하나의 양상에서 방법(2000)은 단계(2100)에서, 전자 스피닝 엔크로져를 통하여 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동하는 단계를 포함하며, 이것은 전자 스피닝 엔크로져 외부에 위치하는 와이어 구동 시스템과 함께 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치 및 전자 스피닝 영역을 포함한다. 단계(2200)는 전자 스피닝 엔크로져의 외부에 위치하는 기판 이송 시스템으로써 복수개의 연속적인 전극 와이어들에 실질적으로 평행한 전자 스피닝 영역 및 전자 스피닝 엔크로져를 통하여 기판을 구동하는 것을 포함한다. 단계(2300)에서 액체 폴리머의 층은 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치에서 복수개의 연속적인 전극 와이어들의 표면상으로 코팅된다. 단계(2400)에서 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일(scale)의 폴리머 섬유들은 복수개의 연속적인 전극 와이어들의 표면상으로 코팅된 액체 폴리머로부터 전자 스피닝 영역에서 형성된다. 단계(2500)는 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유들을 기판상에 폴리머 섬유 웹으로서 수집하는 것을 포함한다. 단계(2600)에서, 잔류하는 폴리머는 전자 스피닝 장치내에 위치하는 와이어 세정 조립체를 이용하여 복수개의 연속적인 전극 와이어들의 표면으로부터 제거된다.
다른 양상들은 여기에 설명된 방법(2000)에 포함될 수 있지만, 반드시 그러한 것은 아니며, 상기 방법은, 다음과 같은 단계를 구비하지만 그에 제한되는 것은 아니다: 저항 측정 시스템(560)을 이용하여 복수개의 연속 전극 와이어들중 하나 이상의 저항을 측정하는 단계; 액체 폴리머 재생 및 공급 시스템(1200)을 이용하여 액체 폴리머를 재생하고 액체 폴리머 공급을 제공하는 단계; 액체 폴리머 제조 시스템(1300)을 이용하여 액체 폴리머를 제조하는 단계; 솔벤트 저장 및 공급 시스템(1400)을 이용하여 솔벤트를 저장 및 공급하는 단계; 증기 수집 및 솔벤트 회수 시스템(1600)을 이용하여 증기를 수집, 스크러빙(scrubbing) 및/또는 세정하는 단계; 위에서 설명된 바와 같이 드래프트 개스를 복수개의 연속적인 전극 와이어들로 송풍하고 그리고/또는 건조 개스/고온 개스를 기판/폴리머 섬유 웹으로 송풍하는 단계; 전자 스피닝 엔크로져를 통하여 기판을 움직이고 기판 및 폴리머 섬유 웹을 (분리시켜서 또는 조합하여) 롤러들상으로 감도록 기판 콘베이어 시스템(150)을 이용하는 단계; 전자 스피닝 엔크로져 안으로 공기의 진입을 최소화시키도록 배출 제어 박스(1800A, 1800B, 1800C)들을 이용하는 단계; 및, 와이어 스크러버(wire scrubber, 1900)로써 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 스크러빙(scrubbing)하는 단계;를 포함한다.
전자 스피닝 장치를 통하여 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동하는 방법
본 발명은 전자 스피닝 장치를 통하여 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동하는 방법에 관한 것이다. 방법은 여기에 설명된 장치(100)의 구성 요소들을 포함하며, 그것의 설명 및 작동은 여기에서 중복되지 않을 것이고, 방법에 포함된 것이 지칭될 때 상기 구성 요소들의 참조 번호가 이용될 것이다. 전자 스피닝 장치(100)는 전자 스피닝 엔크로져(300)를 구비하고, 상기 전자 스피닝 엔크로져 안에서 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹(110)은 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들 상으로 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 기판(120)상으로 형성된다. 도 14 를 참조하면, 일부 양상에서 방법(3000)은 단계(3100)에서 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼상으로 배치하는 단계를 포함한다. 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼 각각은 복수개의 와이어 가이드들을 구비하고, 와이어 가이드들 각각은 복수개의 연속적인 전극 와이어들중 하나를 수용하기 위한 채널 또는 홈을 구비한다. 단계(3200)에서 마스터 와이어 구동 드럼은 전자 스피닝 엔크로져를 통하여 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동하도록 회전한다. 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼은 전자 스피닝 장치의 외측에 있다.
다른 양상들은 방법(3000)에 포함될 수 있지만 반드시 그러한 것은 아니며, 이것은 여기에 설명된 시스템 및 구성 요소들을 작동하는 방법을 포함하지만 그에 제한되는 것은 아니다.
전자 스피닝 엔크로져로부터 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹을 수집하는 방법
본 발명은 전자 스피닝 엔크로져로부터 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹을 수집하는 방법에 관한 것이다. 방법은 여기에 설명된 장치(100)의 구성 요소들을 포함하며, 그것의 설명 및 작동은 여기에서 중복되지 않을 것이고, 방법에 포함된 것이 지칭될 때 상기 구성 요소들의 참조 번호가 이용될 것이다. 전자 스피닝 장치(100)는 전자 스피닝 엔크로져(300) 및 전자 스피닝 영역(Z)을 포함하고, 그 내부에서 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹(110)은 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들상으로 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 기판(120)상으로 형성된다. 도 15 를 참조하면, 일부 양상에서 방법(4000)은 단계(4100)에서 기판 공급 롤러로부터 기판을 푸는 단계를 포함한다. 단계(4200)에서, 기판에는 기판 텐션 장치를 가지고 텐션이 부여된다. 기판은 단계(4300)에서 액체 폴리머 층이 그 위에 코팅된 복수개의 연속적인 전극 와이어들에 실질적으로 평행한 전자 스피닝 영역 및 전자 스피닝 엔크로져를 통해 구동된다. 단계(4400)에서 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유들은, 전자 스피닝 영역에서 복수개의 연속적인 전극 와이어들상으로 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 전자 스피닝(electrospun)된다. 나노 스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유들은 단계(4500)에서 폴리머 섬유 웹으로서 기판상에 수집된다. 단계(4600)에서 폴리머 섬유 웹 및 기판은 전자 스피닝 엔크로져의 밖으로 구동된다.
다른 양상들은 방법(4000)에 포함될 수 있지만 반드시 그러한 것은 아니며, 상기 방법은 여기에 설명된 시스템들 및 구성 요소들을 작동시키는 방법을 포함하지만 그에 제한되는 것은 아니다.
기판상으로 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹을 연속 니들리스 전자 스피닝하는 전자 스피닝 장치의 작동 방법(Methods for operating an electrospinning apparatus for continuous needleless electrospinning a nanoscale or submicron scale polymer fiber web onto a substrate)
본 발명은 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹을 기판상으로 연속 니들리스 전자 스피닝(electrospinning)하기 위한 전자 스피닝 장치의 작동 방법에 관한 것이기도 하다. 방법은 여기에 설명된 장치(100)의 구성 요소들을 포함하며, 그것의 설명 및 작동은 여기에서 중복되지 않을 것이고, 방법에 포함된 것이 지칭될 때 상기 구성 요소들의 참조 번호가 이용될 것이다. 전자 스피닝 장치(100)는 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치(400) 및 전자 스피닝 영역(Z)을 포함하는 전자 스피닝 엔크로져(300) 및 전자 스피닝 엔크로져(300) 외부에 위치하는 와이어 구동 시스템(600)을 포함한다. 와이어 구동 시스템(600)은 전자 스피닝 엔크로져(300) 및 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치(400)와 그 안에 위치하는 전자 스피닝 영역(Z)을 통하여 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들을 구동한다. 도 16 을 참조하면 일부 양상에서 방법(5000)은 전자 스피닝 엔크로져의 외부에 위치하는 액체 폴리머 재생 및 공급 시스템을 가진 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치에 액체 폴리머 공급을 제공하는 단계(5100)를 포함한다. 단계(5200)에서, 전자 스피닝 엔크로져에서 발생된 증기들은 전자 스피닝 엔크로져의 외부에 위치하는 증기 수집 및 솔벤트 회수 시스템에서 수집 및 프로세싱된다. 증기 수집 및 솔벤트 회수 시스템은 대기 압력보다 낮은 전자 스피닝 엔크로져 안의 압력을 유지한다.
다른 양상들은 방법(5000)에 포함될 수 있지만 반드시 그러한 것은 아니며, 상기 방법은 여기에 설명된 시스템 및 구성 요소들의 작동 방법들을 포함하지만 그것에 제한되지 않는다.
본 발명의 요소들의 다양한 조합들이 본 명세서에 의하여 포괄되며, 예를 들어, 동일한 독립 청구항을 인용하는 종속 청구항으로부터의 요소들의 조합들이 포괄된다.
발명의 구체예 (Examples of the Disclosure)
여러 양상에서, 본 발명은 적어도 다음의 구체예에 관한 것이고 다음의 구체예를 포함한다.
실시예 1: 니들리스 전자 스피닝 장치를 위한 연속적인 와이어 구동 시스템으로서, 전자 스피닝 장치는 전자 스피닝 엔크로져를 포함하고 전자 스피닝 엔크로져 안에서 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유 웹은 전자 스피닝 엔크로져를 통과하는 복수개의 연속적인 전극 와이어들에 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 기판상으로 형성되며,
연속적인 와이어 구동 시스템은 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼을 포함하고, 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼 각각은 복수개의 와이어 가이드를 포함하고, 와이어 가이드 각각은 복수개의 연속적인 전극 와이어들중 하나를 수용하기 위한 채널 또는 홈을 포함하고,
연속적인 와이어 구동 시스템은 전자 스피닝 장치의 외부에 있고, 연속적인 와이어 구동 시스템은 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 전자 스피닝 엔크로져를 통해 구동한다.
구체예2: 구체예 1 에 따른 연속적인 와이어 구동 시스템으로서, 복수개의 연속적인 전극 와이어들에 텐션을 제공하기 위한 와이어 텐션 시스템을 더 포함한다.
구체예 3: 구체예 2 에 따른 연속적인 와이어 구동 시스템으로서, 와이어 텐션 시스템은 복수개의 연속 전극 와이어들 각각에 독립적으로 텐션을 부여한다.
구체예 4: 구체예 3 에 따른 연속적인 와이어 구동 시스템으로서, 와이어 텐션 시스템은 복수개의 연속적인 전극 와이어들 각각을 위한 독립적인 텐션 장치(tensioner)를 포함한다.
구체예 5: 구체예 1 내지 구체예 4 중 어느 하나의 구체예에 따른 연속 와이어 구동 시스템으로서, 복수개의 연속적인 전극 와이어들 각각은 대략 5 미터 내지 대략 50 미터의 길이를 가진다.
구체예 6: 구체예 1 내지 구체예 5 중 어느 하나에 따른 연속적인 와이어 구동 시스템으로서, 마스터 와이어 구동 드럼은 마스터 기어 플레이트를 포함하고 슬레이브 와이어 구동 드럼은 상기 마스터 기어 플레이트에 결합된 슬레이브 기어 플레이트를 포함함으로써, 제 1 회전 방향에서의 마스터 와이어 구동 드럼의 회전은 슬레이브 와이어 구동 드럼이 제 1 회전 방향에 반대인 제 2 회전 방향으로 회전하게 한다.
구체예 7: 구체예 6 에 따른 연속 와이어 구동 시스템으로서, 마스터 와이어 구동 드럼은 제 1 회전 방향으로 마스터 와이어 구동 드럼을 회전시키는 모터 구동 샤프트에 결합된다.
구체예 8: 구체예 7 에 따른 연속 와이어 구동 시스템으로서, 모터 구동 샤프트는 마스터 와이어 구동 드럼을 제 1 회전 방향으로 회전시키되, 복수개의 연속적인 전극 와이어들이 전자 스피닝 엔크로져를 통해 대략 분당 1 미터 내지 대략 200 미터의 속도로 구동되도록 하는 회전 속도로 회전시킨다.
구체예 9: 구체예 1 내지 구체예 5 중 어느 하나에 따른 연속 와이어 구동 시스템으로서, 마스터 와이어 구동 드럼은 슬레이브 와이어 구동 드럼에 체인(chain)으로 결합됨으로써 제 1 회전 방향에서의 마스터 와이어 구동 드럼의 회전은 상기 제 1 회전 방향과 반대인 제 2 회전 방향에서 슬레이브 와이어 구동 드럼이 회전하게 한다.
구체예 10: 구체예 9 에 따른 연속적인 와이어 구동 시스템으로서, 마스터 와이어 구동 드럼은 마스터 와이어 구동 드럼을 제 1 회전 방향으로 회전시키는 모터 구동 샤프트에 결합된다.
구체예 11: 구체예 1 내지 구체예 10 중 어느 하나에 따른 연속적인 와이어 구동 시스템으로서, 복수개의 연속적인 전극 와이어들은 적어도 25 개의 와이어들을 포함한다.
구체예 12: 구체예 1 내지 구체예 11 중 어느 하나에 따른 연속적인 와이어 구동 시스템으로서, 복수개의 연속적인 전극 와이어들은 25 내지 500 개의 와이어들을 포함한다.
구체예 13: 구체예 1 내지 구체예 12 중 어느 하나에 따른 연속적인 와이어 구동 시스템으로서, 복수개의 연속적인 전극 와이어들은 5 밀리미터(mm) 내지 50 밀리미터로 이격된다.
구체예 14: 구체예 1 내지 구체예 13중 어느 하나에 따른 연속적인 와이어 구동 시스템으로서,
전자 스피닝 엔크로져는 액체 폴리머의 공급을 포함하는 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치를 포함하고;
연속적인 와이어 구동 시스템은 적어도 하나의 액체 폴리머 코팅 장치를 통하여 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동하여 복수개의 연속적인 전극 와이어들이 액체 폴리머층으로 코팅되게 한다.
구체예 15: 전자 스피닝 엔크로져를 포함하는 전자 스피닝 장치를 통해 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동하는 방법으로서, 전자 스피닝 엔크로져에서 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유 웹은 복수개의 연속적인 전극 와이어들에 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 기판상으로 형성되고, 상기 방법은:
마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼상으로 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 배치하는 단계로서, 마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼 각각은 복수개의 와이어 가이드들을 포함하고, 와이어 가이드들 각각은 복수개의 연속적인 전극 와이어들중 하나를 수용하기 위한 채널 또는 홈을 포함하는, 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 배치하는 단계; 및,
전자 스피닝 엔크로져를 통해 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동하도록 마스터 와이어 구동 드럼을 회전시키는 단계;를 포함하고,
마스터 와이어 구동 드럼 및 슬레이브 와이어 구동 드럼은 전자 스피닝 장치 외부에 있다.
구체예 16: 구체예 15 에 따른 방법으로서, 와이어 텐션 시스템으로써 복수개의 연속적인 전극 와이어들에 텐션을 부여하는 단계를 더 포함한다.
구체예 17: 구체예 15 또는 구체예 16에 따른 방법으로서, 와이어 텐션 시스템으로써 복수개의 연속적인 전극 와이어들 각각에 독립적으로 텐션을 부여하는 단계를 더 포함한다.
구체예 18:구체예 17 에 따른 방법으로서, 와이어 텐션 시스템은 복수개의 연속적인 전극 와이어들 각각에 대한 독립적인 텐션 장치를 포함한다.
구체예 19: 구체예 15 내지 구체예 18 중 어느 하나에 따른 방법으로서, 복수개의 연속적인 전극 와이어들 각각은 대략 5 미터 내지 대략 50 미터의 길이를 가진다.
구체예 20: 구체예 15 내지 구체예 19 중 어느 하나에 따른 방법으로서, 마스터 와이어 구동 드럼은 마스터 기어 플레이트를 포함하고 슬레이브 와이어 구동 드럼은 상기 마스터 기어 플레이트에 결합된 슬레이브 기어 플레이트를 포함함으로써 제 1 회전 방향으로의 마스터 와이어 구동 드럼의 회전은 슬레이브 와이어 구동 드럼이 상기 제 1 회전 방향에 대향하는 제 2 회전 방향으로 회전하게 한다.
구체예 21: 구체예 20 에 따른 방법으로서, 마스터 와이어 구동 드럼은 마스터 와이어 구동 드럼을 제 1 회전 방향으로 회전시키는 모터 구동 샤프트에 결합된다.
구체예 22: 전자 스피닝 영역을 포함하는 전자 스피닝 엔크로져로부터 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹을 수집하는 방법으로서, 전자 스피닝 엔크로져에서 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유 웹은 복수개의 연속적인 전극 와이어들에 코팅된 액체 폴리머층으로부터 기판상으로 형성되고, 상기 방법은:
기판을 기판 공급 롤러로부터 풀어내는 단계;
기판 텐션 장치로 기판에 텐션을 부여하는 단계;
액체 폴리머 층이 코팅된 복수개의 연속적인 전극 와이어들에 실질적으로 평행한 전자 스피닝 영역 및 전자 스피닝 엔크로져를 통하여 기판을 구동하는 단계;
전자 스피닝 영역에 있는 복수개의 연속적인 전극 와이어들에 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유를 전자 스피닝하는 단계;
나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유를 기판상에 폴리머 섬유 웹으로서 수집하는 단계; 및,
전자 스피닝 엔크로져 밖으로 폴리머 섬유 웹과 기판을 구동하는 단계;를 포함한다.
구체예 23: 구체예 22 에 따른 방법으로서, 기판 및 폴리머 섬유 웹을 콤비네이션 롤러상으로 감는 단계를 더 포함한다.
구체예24: 구체예 22 에 따른 방법으로서, 폴리머 섬유 웹을 기판으로부터 분리시키는 단계, 폴리머 섬유 웹을 섬유 웹 롤러상으로 감는 단계 및, 기판을 기판 마무리 롤러상으로 감는 단계를 더 포함한다.
구체예 25: 구체예 22 내지 구체예 24 중 어느 하나에 따른 방법으로서, 기판 및 그 위에 형성된 폴리머 섬유 웹의 건조를 용이하게 하도록 전자 스피닝 엔크로져에 있는 기판에 건조 개스를 적용하는 단계를 더 포함한다.
구체예 26: 구체예 25 에 따른 방법으로서, 건조 개스는 제 1 분배 매니폴드를 통해 제 1 건조 영역에서 가해지는 제 1 건조 개스를 포함한다.
구체예 27: 구체예 26 에 따른 방법으로서, 건조 개스는 제 2 분배 매니폴드를 통해 제 2 건조 영역에서 가해진 제 2 건조 개스를 더 포함한다.
구체예 28: 구체예 27에 따른 방법으로서, 제 2 건조 개스는 제 1 건조 개스보다 상대적으로 낮은 솔벤트 증기 함량 및 상대적으로 높은 온도를 가진다.
구체예 29: 제 22 항 내지 제 28 항중 어느 하나에 따른 방법으로서, 기판이 기판 공급 롤러로부터 풀릴 때 기판의 이동 방향을 변화시키도록 적어도 하나의 기판 방향 재설정 롤러(substrate re-direction roller)를 사용하는 단계를 더 포함한다.
상기의 비제한적인 구체예들 각각은 자체로 존립할 수 있거나, 또는 하나 이상의 다른 구체예들과의 조합으로 또는 다양한 치환으로 조합될 수 있다.
상기 상세한 설명은 상세한 설명의 일부를 형성하는 첨부 도면들을 참고한다. 도면은 본 발명이 실시된 구체적인 양상들을 예시적으로 나타낸다. 이러한 양상들은 여기에서 "구체예(example)"로서 지칭된다. 그러한 구체예들은 도시되거나 또는 설명된 것에 추가된 요소들을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명자는 또한 도시되거나 설명된 요소들만이 제공된 구체예들을 고려하기도 한다. 더욱이, 본 발명자들은 특정의 실시예 (또는 그것의 하나 이상의 양상들)와 관련되거나 또는 여기에 도시되고 설명된 다른 구체예(또는 그것의 하나 이상의 양상들)과 관련하여, 도시되거나 또는 설명된 요소들 (또는 그것의 하나 이상의 양상들)의 그 어떤 조합 또는 치환을 이용하는 구체예를 고려하기도 한다.
본원 명세서와 참고로서 포함된 다른 명세서들 사이의 일관되지 않은 용법의 경우에, 본원 명세서에서의 사용으로 제어가 이루어진다.
본원에서, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"의 사용 또는 그 어떤 다른 예와는 독립적으로, 하나 보다 많은 하나 이상을 포함하도록 특허 문헌에서 통상적인 것으로서 정관사가 사용된다. 본원에서, "또는"이라는 용어는 배타적이지 않음을 지칭하거나, 또는 다르게 지시되지 않는 한, "A 또는 B"가 "A 이지만 B 는 아닌", "B 이지만 A 는 아닌" 및 "A 이고 B 인"을 포함하도록 사용된다. 본원에서, "구비하는" 및 "여기에서"라는 용어는 "포함하는" 및 "그에 있어서"라는 평이한 영문의 등가예로서 사용된다. 또한, 다음의 청구 범위에서, "구비하는" 및 "포함하는"은 개방형으로 사용되며, 즉, 청구항에서 그러한 용어 이후에 나열되는 요소들에 더하는 요소들을 포함하는 시스템, 장치, 제품, 구성 요소, 제제(formulation) 또는 프로세스는 여전히 청구 범위에 속하는 것으로 간주된다. 더욱이, 다음의 청구항에서, "제 1", "제 2" 및 "제 3"등의 용어는 단지 표시로서 사용되며, 그들의 대상물에 수치적인 요건을 부과하도록 의도되지 않는다.
여기에 설명된 방법의 예는 적어도 부분적으로 기계 또는 컴퓨터로 수행될 수 있다. 일부 예는 상기 구체예에서 설명된 바와 같은 방법들을 수행하는 전자 장치를 구성하도록 작동할 수 있는 명령들로 엔코딩(encoding)되어 있는 컴퓨터로 읽을 수 있거나 기계로 읽을 수 있는 매체를 포함할 수 있다. 그러한 방법들의 구현예는 코드를 구비할 수 있으며, 예를 들어 마이크로코드, 어셈블리 랭귀지(assembly language) 코드, 높은 레벨의 랭귀지 코드, 또는 그와 유사한 것을 포함할 수 있다. 그러한 코드는 다양한 방법들을 수행하기 위한 컴퓨터로 읽을 수 있는 명령들을 포함할 수 있다. 코드는 컴퓨터 프로그램 제품의 부분들을 형성할 수 있다. 더욱이, 일 예에서, 코드는, 하나 이상의 휘발성, 비휘발성, 또는 비휘발성 실감형 리더블 매체(non volatile tangible computer readable media)상에 실행하는 동안 또는 다른 시간 동안과 같은 때에 실감되게(tangibly) 저장될 수 있다. 이들 실감형 컴퓨터 리더블 매체의 구체예는 하드 디스크, 제거 가능한 자기 디스크, 제거 가능한 광 디스크(예를 들어, 콤팩트 디스크 및 디지털 비디오 디스크), 자기 카세트, 메모리 카드 또는 스틱(stick), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM)등을 포함할 수 있으며, 그러나 그에 제한되지 않는다.
상기 설명된 구체예들 (또는 그것의 하나 이상의 양상들)은 서로 조합되어 사용될 수 있다. 요약서는 37 C.F.R 1.72(b)에 부합되도록 제공되어, 독자가 기술적인 개시 내용을 신속하게 이해할 수 있도록 한다. 본원은 청구항의 범위 또는 의미를 제한하거나 또는 해석하는데 이용되지 않을 것이라는 이해와 함께 제출된다. 또한, 상기의 상세한 설명에서, 다양한 특징들은 개시된 내용을 간소화하도록 함께 그룹을 이룰 수 있다. 이것은 청구되지 않은 개시된 특징이 그 어떤 청구항에도 필수적임을 의도하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 본 발명의 주제는 특정의 개시된 양상의 모든 특징들 미만으로 있을 수 있다. 따라서, 다음의 청구항들은 각각의 청구항이 분리된 양상으로서 자체적으로 존립하면서 구체예 또는 양상들로서 상세한 설명에 포함되며, 그러한 양상들은 다양한 조합 또는 치환으로 서로 조합될 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들을 참조하여 결정되어야 한다.
100. 장치 300. 전자 스피닝 엔크로져
400. 액체폴리머 코팅 장치 600. 와이어구동 시스템
700. 와이어 텐션 시스템 800. 전기 도전성 접지 플레이트

Claims (20)

  1. 연속적인 와이어 구동 시스템(600)을 포함하는 니들리스 전자 스피닝 장치(needleless electrospinning apparatus, 100)로서, 전자 스피닝 장치(100)는 전자 스피닝 엔크로져(300)를 포함하고 전자 스피닝 엔크로져 안에서 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유 웹(110)은 전자 스피닝 엔크로져(300)를 통과하는 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들에 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 기판(120)상으로 형성되며,
    연속적인 와이어 구동 시스템(600)은 마스터 와이어 구동 드럼(610) 및 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)을 포함하고, 마스터 와이어 구동 드럼(610) 및 슬레이브 와이어 구동 드럼(620) 각각은 복수개의 와이어 가이드(670)들을 포함하고, 와이어 가이드들 각각은 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들을 수용하기 위한 채널 또는 홈을 포함하고,
    연속적인 와이어 구동 시스템은 전자 스피닝 장치(100)의 외부에 있고, 연속적인 와이어 구동 시스템(600)은 복수개의 연속적인 전극 와이어(600)들을 전자 스피닝 엔크로져(300)를 통해 구동하는, 니들리스 전자 스피닝 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들에 텐션을 제공하기 위한 와이어 텐션 시스템(700)을 더 포함하는 니들리스 전자 스피닝 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들 각각은 5 미터 내지 50 미터의 길이를 가지는, 니들리스 전자 스피닝 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 마스터 와이어 구동 드럼(610)은 마스터 기어 플레이트(630)를 포함하고 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)은 상기 마스터 기어 플레이트(630)에 결합된 슬레이브 기어 플레이트(640)를 포함함으로써, 제 1 회전 방향에서의 마스터 와이어 구동 드럼(610)의 회전은 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)이 제 1 회전 방향에 반대인 제 2 회전 방향으로 회전하게 하는, 니들리스 전자 스피닝 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 마스터 와이어 구동 드럼(610)은 상기 마스터 와이어 구동 드럼(610)을 제 1 회전 방향으로 회전시키는 모터 구동 샤프트(650)에 결합되는, 니들리스 전자 스피닝 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 모터 구동 샤프트(650)는 마스터 와이어 구동 드럼(610)을 제 1 회전 방향으로 회전시키되, 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들이 전자 스피닝 엔크로져(300)를 통해 분당 1 미터 내지 분당 200 미터(m/min)의 속도로 구동되도록 하는 회전 속도로 회전시키는, 니들리스 전자 스피닝 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 마스터 와이어 구동 드럼(610)은 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)에 체인(chain)으로써 결합됨으로써 제 1 회전 방향에서의 마스터 와이어 구동 드럼(610)의 회전은 상기 제 1 회전 방향과 반대인 제 2 회전 방향에서 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)이 회전하게 하는, 니들리스 전자 스피닝 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 마스터 와이어 구동 드럼(610)은 상기 마스터 와이어 구동 드럼(610)을 제 1 회전 방향에서 회전시키는 모터 구동 샤프트(650)에 결합되는, 니들리스 전자 스피닝 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들은 25 내지 500 개의 와이어들을 포함하는, 니들리스 전자 스피닝 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들은 5 밀리미터(mm) 내지 50 밀리미터로 이격되는, 니들리스 전자 스피닝 장치.
  11. 전자 스피닝 엔크로져(300)를 포함하는 전자 스피닝 장치(100)를 통해 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들을 구동하는 방법으로서, 전자 스피닝 엔크로져(300)에서 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유 웹(110)은 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들에 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 기판(120)상으로 형성되고, 상기 방법은:
    마스터 와이어 구동 드럼(610) 및 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)상으로 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들을 배치하는 단계로서, 마스터 와이어 구동 드럼(610) 및 슬레이브 와이어 구동 드럼(620) 각각은 복수개의 와이어 가이드(670)들을 포함하고, 와이어 가이드들 각각은 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들중 하나를 수용하기 위한 채널 또는 홈을 포함하는, 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 배치하는 단계; 및,
    전자 스피닝 엔크로져(300)를 통해 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들을 구동하도록 마스터 와이어 구동 드럼(610)을 회전시키는 단계;를 포함하고,
    마스터 와이어 구동 드럼(610) 및 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)은 전자 스피닝 장치(100) 외부에 있는, 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 와이어 텐션 시스템(wire tensioning system, 700)으로써 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들에 텐션을 부여하는 단계를 더 포함하는, 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동하는 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 마스터 와이어 구동 드럼(610)은 마스터 기어 플레이트(630)를 포함하고 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)은 상기 마스터 기어 플레이트(630)에 결합된 슬레이브 기어 플레이트(640)를 포함함으로써, 제 1 회전 방향에서의 마스터 와이어 구동 드럼(610)의 회전은 슬레이브 와이어 구동 드럼(620)이 제 1 회전 방향에 반대인 제 2 회전 방향으로 회전하게 하는, 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 마스터 와이어 구동 드럼(610)은 상기 마스터 와이어 구동 드럼(610)을 제 1 회전 방향으로 회전시키는 모터 구동 샤프트(650)에 결합되는, 복수개의 연속적인 전극 와이어들을 구동하는 방법.
  15. 제 1 항에 따른 니들리스 전자 스피닝 장치(100)의 전자 스피닝 엔크로져로부터 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일의 폴리머 섬유 웹(110)을 수집하는 방법으로서, 전자 스피닝 엔크로져(300)는 전자 스피닝 영역(Z)을 포함하고,
    기판(120)을 기판 공급 롤러(200)로부터 풀어내는 단계;
    기판 텐션 장치(130)로 기판(120)에 텐션을 부여하는 단계;
    액체 폴리머 층이 코팅된 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들에 실질적으로 평행한 전자 스피닝 영역(Z) 및 전자 스피닝 엔크로져(300)를 통하여 기판(120)을 구동하는 단계;
    전자 스피닝 영역(Z)에 있는 복수개의 연속적인 전극 와이어(1000)들에 코팅된 액체 폴리머 층으로부터 나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유를 전자 스피닝하는 단계;
    나노스케일 또는 서브마이크론 스케일 폴리머 섬유를 기판(120)상에 폴리머 섬유 웹(110)으로서 수집하는 단계; 및,
    전자 스피닝 엔크로져 밖으로 폴리머 섬유 웹(110)과 기판(120)을 구동하는 단계;를 포함하는, 폴리머 섬유 웹의 수집 방법,
  16. 제 15 항에 있어서, 기판(120) 및 폴리머 섬유 웹(110)을 콤비네이션 롤러(combination roller)상으로 감는 단계를 더 포함하는, 폴리머 섬유 웹의 수집 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 폴리머 섬유 웹(110)을 기판(120)으로부터 분리시키는 단계, 폴리머 섬유 웹(110)을 섬유 웹 롤러(fiber web roller)상으로 감는 단계 및, 기판(120)을 기판 마무리 롤러(substrate finishing roller,230))상으로 감는 단계를 더 포함하는, 폴리머 섬유 웹의 수집 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 기판(120) 및 상기 기판(120)상에 형성된 폴리머 섬유 웹(110)의 건조를 용이하게 하도록 전자 스피닝 엔크로져(300)에 있는 기판(120)에 건조 개스를 적용하는 단계를 더 포함하는, 폴리머 섬유 웹의 수집 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 건조 개스는 제 1 분배 매니폴드(1690A)를 통하여 제 1 건조 영역에서 가해지는 제 1 건조 개스를 포함하는, 폴리머 섬유 웹의 수집 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 건조 개스는 제 2 분배 매니폴드(1690B)를 통해 제 2 건조 영역에서 가해지는 제 2 건조 개스를 더 포함하는, 폴리머 섬유 웹의 수집 방법.
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