KR20070047873A - 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체의 제조방법 - Google Patents

나노섬유층을 갖는 섬유 적층체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체의 제조방법에 관한 것으로서, [ⅰ] 방사용액 주탱크(1), 계량펌프(2), 노즐블록(4), 상기 노즐블록에 설치된 노즐(5), 상기 노즐블록으로부터 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터(6) 및 노즐블록(4)과 컬렉터(6)로 전압을 걸어주기 위한 전압발생장치(12)로 구성되며, [ⅱ] 노즐블록(4)에 서로 다른 2종 이상의 방사용액들을 각각 방사 하는 노즐들이 서로 동일한 비율 또는 상이한 비율로 일정한 반복단위에 따라 규칙적으로 배열되어 있거나 무질서하게 배열되어 있고, [ⅲ]방사액 주탱크(1)가 2개 이상이고, [ⅳ]방사액 주탱크(1)와 노즐블록(4)사이에 방사액 드롭장치(3)가 설치되어 있는 1개 이상의 복합 전기방사장치로 컬렉터(6) 위로 이송중인 섬유기재(8)상에 융점이 상대적으로 낮은 고분자 방사액과 융점이 상대적으로 높은 고분자 방사액을 동시에 전기방사하여 이들의 나노섬유들로 이루어진 층을 적층한 다음, 이를 열처리 또는 열압착 또는 레이져 조사 또는 자외선 조사 또는 고주파처리 하여 섬유기재(8)와 여기에 적층된 나노섬유 층을 일체로 접착시키는 것을 특징으로 한다.
복합 전기방사, 섬유, 적층체, 나노, 복합 방사, 노즐, 드롭렛.

Description

나노섬유층을 갖는 섬유 적층체의 제조방법{Method of manufacturing multi-layer textile comprising nanofiber layer}
도 1은 본 발명의 공정개략도.
도 2는 본 발명에 따라 노즐블록 상에 서로 다른 2종의 방사용액들을 각각 방사하는 노즐들이 대각선 방향으로 일렬씩 교호 배열된 상태를 나타내는 모식도. (○:하나의 방사용액 성분, ●:또 다른 하나의 방사용액 성분)
도 3은 본 발명에 따라 노즐블록 상에 서로 다른 2종의 방사용액들을 각각 방사하는 노즐들이 서로 상이한 비율로 일정 반복 단위에 따라 규칙적으로 배열된 상태를 나타내는 모식도.(○:하나의 방사용액 성분, ●:또 다른 하나의 방사용액 성분)
도 4는 본 발명에 따라 노즐블록 상에 서로 다른 2종의 방사용액들을 각각 방사하는 노즐들이 세로방향으로 일렬씩 교호 배열된 상태 및 용액 공급 상태를 나타내는 모식도.(○:하나의 방사용액 성분, ●:또 다른 하나의 방사용액 성분)
도 5는 본 발명에 따른 노즐블록(4)의 모식도.
도 6은 본 발명에 따른 노즐블록(4)의 단면도.
도 7 및 도 9는 노즐(5)의 측면을 나타내는 모식도.
도 8 및 도 10은 노즐(5)의 평면 예시도.
도 11(a)는 본 발명 중 방사원액 드롭장치(3)의 단면도.
도 11(b)는 본 발명 중 방사원액 드롭장치(3)의 사시도.
도 12는 본 발명으로 제조된 섬유 적층체의 단면 모식도.
* 도면중 주요부분에 대한 부호 설명 *
1,1' : 방사용액 주탱크 2, 2' : 계량펌프 3,3' : 방사용액 드롭장치
3a: 방사용액 드롭장치의 필터 3b: 기체 유입관 3c: 방사용액 유도관
3d: 방사용액 배출관 4 : 노즐블록 4a: 오버플로 제거용 노즐
4b: 공기 공급용 노즐 4c: 공기 공급용 노즐의 지지판(비전도체)
4d: 공기 저장판 4e: 오버플로 제거용 노즐의 지지판
4f: 노즐 플레이트 4g: 오버플로 액의 임시저장판
4h,4h' : 방사용액 공급판 4i: 도전체판 4j: 가열판
5 : 노즐 6 : 컬렉터 7 : 섬유기재 공급로울러
8 : 섬유기재 9 : 이송로울러 10 : 열처리 장치 또는 열압착 장치
11 : 섬유 적층체 권취로울러
θ: 노즐출구 각도 L : 노즐길이 Di : 노즐내경
Do : 노즐외경 h : 노즐 상부 팁에서 공기공급용 노즐 상부팁까지 거리
L1, L2 : 나노섬유로 이루어진 층.
본 발명은 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체의 제조 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본 발명은 이송중인 섬유기재 위에 1개 이상의 복합 전기방사 장치로 2종 이상의 고분자 방사액을 동시에 전기방사하여 서로 다른 나노섬유들로 이루어진 층들을 적층시킨 다음, 이를 열처리 또는 열압착 하여 별도의 라미네이팅 공정 없이도 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
미국 4,044,404호 등에 기재되어 있는 종래 전기 방사 장치 및 이를 이용한 나노섬유의 제조방법은 다음과 같다.
종래 전기 방사 장치는 방사액을 보관하는 방사액 주탱크 방사액의 정량 공급을 위한 계량펌프 방사액을 토출하는 다수개의 노즐, 상기 노즐 하단에 위치하여 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터, 전압을 발생시키는 전압발생장치 및 발생된 전압을 노즐과 컬렉터로 전달하는 기구들로 구성되어 있다.
상기 전기 방사 장치를 이용한 종래의 나노섬유 제조방법을 구체적으로 살펴보면, 방사액 주탱크 내 방사액을 계량펌프를 통해 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐 내로 연속적으로 정량 공급한다.
계속해서, 노즐들로 공급된 방사액은 노즐을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉트 상으로 방사, 집속되어 단섬유(나노섬유) 웹이 형성된다.
이와 같은 종래의 전기 방사 장치 및 이를 이용한 나노섬유의 제조방법은, 높은 전압이 걸려있는 노즐로 방사액이 연속적으로 공급되기 때문에 부여되는 전기력 효과가 저하되는 문제가 있다.
보다 구체적으로 노즐에 부여된 전기력이 방사액 전부로 분산됨으로써 전기력이 방사액의 계면장력을 극복하지 못하게 되고, 그 결과 전기력에 의한 섬유형성 효과가 저하되어 대량 생산이 어렵게 되는 문제가 있었다.
또한 방사액이 다수의 노즐을 통해 방사되므로, 다시 말해 노즐블록들로 구분되어 있지 않아, 단섬유 웹의 폭 및 두께 조절이 어려운 문제가 있었다.
또한, 제조된 나노섬유 웹으로 필터 중간재와 같은 섬유 적층체를 제조하기 위해서는 섬유기재상에 나노섬유 웹을 라미네이팅 해 주는 별도의 공정을 거쳐야 하는 번거러움이 있었다.
본 발명의 목적은 전기 방사시 노즐블록(6)에 부여되는 전기력 효과를 극대화시켜, 다시 말해 전기력을 방사액의 계면장력보다 크게 하여 섬유형성 효과를 증진시켜, 나노섬유를 대량 생산할 수 있고, 2종 이상의 방사액을 동시에 전기방사할 수 있는 복합 전기 방사 장치를 1개 이상 사용하여 섬유기재상에 융점이 상대적으로 낮은 고분자 방사액(접착용 성분)과 융점이 상대적으로 높은 고분자 방사액(나노섬유 성분)을 교호로 전기방사하여 별도의 라미네이팅 공정 없이도 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은 [ⅰ] 방사용액 주탱크(1), 계량펌프(2), 노즐블록(4), 상기 노즐블록에 설치된 노즐(5), 상기 노즐블록으로부터 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터(6) 및 노즐블록(4)과 컬렉터(6)로 전압을 걸어주기 위한 전압발생장치(12)로 구성되며, [ⅱ]노즐블록(4)에 서로 다른 2종 이상의 방사용액들을 각각 방사 하는 노즐들이 서로 동일한 비율 또는 상이한 비율로 일정한 반복단위에 따라 규칙적으로 배열되어 있거나 무질서하게 배열되어 있고, [ⅲ]방사액 주탱크(1)가 2개 이상이고, [ⅳ]방사액 주탱크(1)와 노즐블록(4)사이에 방사액 드롭장치(3)가 설치되어 있는 1개 이상의 복합 전기방사장치로 컬렉터(6) 위로 이송중인 섬유기재(8)상에 융점이 상대적으로 낮은 고분자 방사액과 융점이 상대적으로 높은 고분자 방사액을 동시에 전기방사하여 이들의 나노섬유들로 이루어진 층을 적층한 다음, 이를 열처리 또는 열압착 하여 섬유기재(8)와 여기에 적층된 나노섬유 층을 일체로 접착시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 도 1과 같이 도 11의 방사액 드롭장치(3)가 설치되어 있고, 2종 이상의 방사액을 동시에 전기방사 할 수 있는 1개 이상의 복합 전기방사장치로 이송중인 섬유기재상에 융점이 상대적으로 낮은 고분자 방사액(접착 성분)과 융점이 상대적으로 높은 고분자 방사액(나노섬유 성분)을 동시에 전기방사하여 이들의 나노섬유들로 이루어진 층들을 도 12와 같이 교호로 적층시킨 다음, 이를 열처리 또는 열압착 하여 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체를 제조한다.
도 12는 상기와 같이 전기방사된 섬유 적층체의 단면 모식도이며, 섬유기재(8)상에 접착성분과 나노섬유 성분이 혼재된 상태로 이루어진 층(L1 및 L2)들이 적층된 구조이다.
상기와 같은 단면 구조를 갖는 적층체는 열처리 또는 열압착에 의해 상기 층(L1 및 L2)의 접착성분들이 용융되면서 접착제 역할을 수행하여 섬유기재(8)와 나노섬유로 이루어진 상기 층(L1 및 L2)들을 일체로 접착시키게 된다.
본 발명의 복합 전기 방사 장치는 도 1과 같이 서로 다른 방사용액을 보관하는 2개 이상의 방사용액 주탱크(1), 방사용액 정량 공급을 위한 계량펌프(2), 다수개의 핀으로 구성되는 노즐(5)이 블록형태로 조합되어 있으며 방사액을 섬유상으로 토출하는 노즐블록(4), 상기 노즐블록 상부 또는 하부에 위치하여 방사되는 단섬유들을 집적하는 컬렉터(6) 및 고전압을 발생시키는 전압발생장치(12) 등으로 구성된다.
도 1은 복합 전기방사장치를 사용하여 섬유 적층체를 제조하는 본 발명의 공정개략도 이다.
상기 노즐블록(4)에는 서로 다른 2종 이상의 폴리머 방사용액을 각각 방사하는 노즐들이 서로 동일한 비율 또는 상이한 비율로 일정 반복단위에 따라 규칙적으로 배열되어 있거나 무질서하게 배열되어 있다. 바람직하기로는, 노즐블록(4)에 상기 노즐들이 원주 방향, 가로 방향, 세로 방향 및 대각선 방향 중 어느 한 방향으로 일렬씩 교호로 반복 배열되어 있는 것이 좋다.
도 2는 노즐 블록 상에 서로 다른 2종의 방사용액들을 각각 방사하는 노즐들 이 대각선 방향으로 일렬씩 교호 배열된 상태를 나타내는 모식도이고, 도 3은 본 발명에 따라 노즐블록 상에 서로 다른 2종의 방사용액들을 각각 방사하는 노즐들이 서로 상이한 비율로 일정 반복단위에 따라 규칙적으로 배열된 상태를 나타내는 모식도이고, 도 4는 노즐블록상에 2종의 방사용액들을 각각 방사하는 노즐들이 세로 방향으로 일렬씩 교호 배열된 상태 및 용액 공급 상태를 나타내는 모식도이다.
상기 복합전기방사 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 각각 서로 다른 폴리머 방사용액들을 보관, 공급하는 방사액 주탱크(1)가 2개 이상이고, 방사액 주탱크와 노즐블록(4) 사이에는 방사액 드롭장치(3)가 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 복합전기방사 장치는 노즐블록(4)에 설치된 노즐(5)의 출구가 상부방향, 하부방향 또는 수평방향으로 형성될 수 있으나 상부 방향으로 형성되는 것이 대량생산 등에 보다 바람직하다. 컬렉터(6)는 노즐블록(4)의 상부, 하부 또는 수평위치에 설치될 수 있으나 상부에 설치되는 것이 대량생산 등에 보다 바람직하다.
상기 노즐블록(4)은 도 5와 같이 [ⅰ]서로 다른 방사용액을 방사하는 노즐(5)들이 서로 동일한 비율 또는 상이한 비율로 일정한 반복 단위에 따라 규칙적으로 배열되어 있거나 무질서하게 배열된 노즐 플레이트(4f)와 상기 노즐 플레이트 하단에 위치하여 노즐에 방사용액을 공급하는 2개 이상의 방사용액 공급판(4h,4h'), [ⅱ] 노즐(5)을 감싸고 있는 오버플로 제거용 노즐(4a), 상기 오버플로 제거용 노즐과 연결되어 있으며 노즐 플레이트 직상단에 위치하는 오버플로액의 임시 저장판(4g) 및 상기 오버플로액의 임시 저장판의 직상단에 위치하여 오버플로 제거용 노즐들을 지지해주는 오버플로 제거용 노즐의 지지판(4e), [ⅲ]노즐(5)과 오버플로 제거용 노즐(4a)들을 감싸고 있는 공기공급용 노즐(4b), 노즐블록의 최상단에 위치하여 공기공급용 노즐들을 지지해주는 공기공급용 노즐의 지지판(4c) 및 공기공급용 노즐의 지지판 직하단에 위치하여 공기 공급용 노즐에 공기를 공급해 주는 공기 저장판(4d), [ⅳ]노즐 배열과 동일하게 핀이 배열되어 있고 노즐 플레이트 직하단에 위치하는 도전체판(4i) 및 [ⅴ]방사용액 공급판 직하단에 위치하는 가열판(4j)으로 구성되는 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 바와 같이 방사용액을 컬렉터 상에 전기방사하는 노즐(5)의 주변에는 방사되지 못한 방사용액을 제거하는 오버플로 제거용 노즐(4a)과 나노섬유의 집적분포를 넓게 하기 위해 공기를 공급하는 공기공급용 노즐(4b)이 차례로 설치되어 3중관 형태를 갖는다.
또한, 도 5의 노즐블록(4)에는 서로 다른 방사용액을 각각 방사하는 노즐(5)들이 대각선 방향으로 일렬씩 교호로 배열되어 있다.
방사용액을 컬렉터 상에 전기 방사하는 노즐(5)의 출구는 도 7 및 도 9와 같이 1개 이상의 나팔관 형태로 출구부분이 확대된 현상을 갖는다. 이때 각도(θ)를 90~175°, 더욱 바람직하기로는 95~150°로 하는 것이 노즐(5) 출구에서 동일한 형태의 방사용액 방울을 안정적으로 형성하는데 바람직 하다.
노즐출구의 각도(θ)가 175°를 초과하는 경우에는 노즐 부위에서 방울 형성이 크게 되어 표면 장력이 증가 한다. 그 결과 나노섬유를 형성하기 위해서는 보다 높은 전압이 필요하게 되며, 방울 중앙부위가 아닌 가장자리 부분에서 방사가 시작됨에 따라 방울 중앙부위가 고화되어 노즐을 막는 현상이 발생하는 문제가 발 생될 수 있다.
한편, 노즐출구의 각도(θ)가 90°미만인 경우에는 노즐 출구 부위에 맺힌 방울이 매우 작아서 순간적인 전기장의 불균일이나 노즐 출구 부위에 약간의 불균일한 공급이 이루어지면 방울 형태가 정상적이지 못하여 섬유를 형성하지 못하고 드롭렛(Droplet) 현상이 일어날 수 있다.
본 발명에서는 노즐길이(L)를 특별하게 한정하는 것은 아니다.
그러나, 노즐내경(Di)은 0.01~5mm, 노즐외경(Do)은 0.01~5mm인 것이 바람직 하다. 노즐 내경 또는 외경이 0.01mm 미만이면 드롭렛 현상이 번번하게 발생되며, 5mm를 초과하면 섬유형성이 불가능하게 될 수 있다.
도 7 및 도 8은 노즐출구에 1개의 확대부분(각도)이 형성된 노즐의 측면과 평면을 나타내고, 도 9 및 도 10은 노즐출구에 2개의 확대부분(각도)이 형성된 노즐의 측면과 평면을 나타낸다. 즉, 도 9에 도시된 θ1 은 방사용액이 방사되는 부분인 1차 노즐출구의 각도이고, θ2는 방사용액이 공급되는 부분인 2차 노즐출구의 각도 이다.
노즐블록(4) 내의 상기 노즐(5)들은 노즐플레이트(4f)에 다수 배열되어 있으며, 노즐(5)의 외부에는 이를 감싸고 있는 오버플로 제거용 노즐(4a)과 공기공급용 노즐(4b)들이 차례로 설치되어 있다.
상기 오버플로 제거용 노즐(4a)은 노즐(5) 출구에서 과량으로 형성된 방사용액이 모두 섬유화 되지 못할 경우 발생되는 드롭렛(Droplet) 현상을 방지하고 흘러 넘치는 방사용액을 회수할 목적으로 설치되며, 노즐 출구에서 섬유화 되지 못한 방사용액을 모아 이를 노즐 플레이트(4f) 직하단에 위치하는 오버플로액의 임시저장판(4g)으로 이송시키는 역할을 한다.
상기 오버플로 제거용 노즐(4a)은 노즐(5) 보다 당연히 직경이 크며, 절연체로 구성되는 것이 좋다.
상기 오버플로액의 임시저장판(4g)은 절연체로 제조되며 오버플로 제거용 노즐(4a)을 통해 유입되는 잔여 방사용액을 일시적으로 저장한 후, 이를 방사용액 공급판(4h)으로 이송하는 역할을 한다.
오버플로액의 임시저장판(4g)의 상단에는 공기를 공급해주는 공기 저장판(4d)이 위치하여 노즐(5) 및 오버플로 제거용 노즐(4a)들을 감싸고 있는 공기 공급용 노즐(4b)에 공기를 공급한다. 또한 공기공급용 노즐(4b)이 배열된 노즐블록(4)의 최상층에는 공기공급용 노즐의 지지판(4c)이 설치되어 있으며, 상기 지지판(4c)은 비전도성 재료로 구성된다. 공기공급용 지지판(4c)은 노즐블록에 위치하여 컬렉터(7)과 노즐(5) 사이에 미치는 전기적인 힘이 단지 노즐(5)에만 집중되어 노즐(5) 부위에서만 방사가 원활하게 될 수 있도록 한다.
노즐(5)의 상부 팁에서 공기공급용 노즐(4b)의 상부 팁까지 거리(h)는 1∼20mm, 양호하게는 2∼15mm이다. 다시 말해, 공기 공급용 노즐(4b)의 높이를 나노섬유 방사용 노즐(5)의 높이보다 1~20㎜, 양호하게는 2~15㎜ 높게 설정한다. h가 0인 경우, 다시 말해 노즐(5)과 동일 높이로 공기공급용 노즐(4b)이 위치하면 노즐(3) 부분에서 제트스트림이 효과적으로 형성되지 않아 나노섬유가 컬렉터(7)상에 부착 되는 면적이 작아진다. 한편, h가 20mm를 초과하는 경우에는 컬렉터와 노즐사이에 걸리는 고전압에 의한 전기력이 약해서 전기방사에 의한 나노섬유의 형성능이 저하될 뿐만 아니라 제트스트림의 길이나 형성패턴이 불안정 해진다. 구체적으로, 테일러 콘에서 제트스트림 형성 부위의 안정성을 방해한다. 따라서 원활한 나노섬유의 방사가 어렵다.
공기공급용 노즐(4b)에서 공기의 속도는 0.05m∼50m/초, 보다 바람직하기로는 1~30m/초인 것이 좋다. 공기의 속도가 0.05m/초 미만인 경우에는 컬렉터에 포집된 나노섬유 퍼짐성이 낮아서 포집면적이 크게 향상되지 않고, 공기의 속도가 50m/초를 초과하는 경우에는 공기의 속도가 너무 빨라 나노섬유가 컬렉터에 집속되는 면적이 오히려 감소되어 나노섬유 포집 균일성이 감소된다.
노즐플레이트(4f) 직하단에는 노즐배열과 동일하게 핀이 배열되어 있는 도전체판(4i)이 설치되며, 상기 도전체판(4i)에 전압발생장치(9)가 연결되어 있다.
또한 방사용액 공급판(4h)의 직하단에는 간접가열 방식의 가열장치(도면미도시)가 설치된다.
상기 도전체판(4i)은 노즐(5)에 고전압을 걸어주는 역할을 하며, 방사용액 공급판(4h)은 방사드롭장치(3)에서 노즐블록(4)으로 유입되는 방사용액을 저장 후 노즐(5)로 공급해 주는 역할을 한다. 이때 방사용액 공급관(4h)은 방사용액의 저장량을 최소화 할 수 있도록 최소한의 공간으로 제작하는 것이 바람직 하다.
한편, 본 발명의 방사액 드롭장치(3)는 전체적으로 도 11(a) 및 도 11(b)와 같이 밀폐된 원통상의 형상을 갖도록 설계되어 방사용액 주탱크(1)로 부터 연속적 으로 유입되는 방사용액을 노즐블록(4)에 방울 형태로 공급하는 역할을 한다.
상기 방사용액 드롭장치(3)는 도 11(a)~도 11(b)와 같이 전체적으로 밀폐된 원통상의 형상을 갖는다. 도 11(a)는 방사용액 드롭장치의 단면도이고, 도 11(b)는 방사용액 드롭장치의 사시도 이다. 방사용액 드롭장치(3)의 상단부에는 방사액을 노즐블록 쪽으로 유도하는 방사용액 유도관(3c)과 기체유입관(3b)이 나란하게 배열되어 있다. 이때 방사용액 유도관(3c)을 기체유입관(3b)보다 조금 길게 형성하는 것이 바람직 하다.
상기 기체유입관의 하단으로부터 기체가 유입되며, 처음 기체가 유입되는 부분은 필터(3d)와 연결된다. 방사용액 드롭장치(3)의 하단부에는 드롭된 방사용액을 노즐블록(4)으로 유도하는 방사용액 배출관(3d)이 형성되어 있다. 방사용액 드롭장치(3) 중간부는 방사용액이 방사용액 유도관(3c)의 말단부에서 드롭(drop) 될 수 있도록 중공상태로 형성되어 있다.
상기 방사용액 드롭장치(3)로 유입된 방사용액은 방사용액 유도관(3c)을 따라 흘러 내리다가 그 말단부에서 드롭(drop)되어 방사용액의 흐름이 한번이상 차단된다.
방사용액이 드롭(drop)되는 원리를 구체적으로 살펴보면, 필터(3d) 및 기체 유입관(3b)을 따라 기체가 밀폐된 방사용액 드롭장치(3)의 상단부로 유입되면 기체 와류 등에 의해 방사용액 유도관(3c)의 압력이 자연적으로 불규칙하게 되며, 이때 발생하는 압력차로 인해 방사용액이 드롭(drop)되게 된다.
본 발명에서 유입되는 기체로는 공기 또는 질소 등의 불활성 가스를 사용 할 수 있다.
본 발명의 노즐블록(4) 전체는 전기 방사되는 나노섬유의 분포를 균일하게 하기 위해서 노즐블록 좌우 왕복운동장치에 의해 전기 방사되는 나노섬유의 진행 방향과 직각방향으로 좌우 왕복운동을 한다.
다음으로는 본 발명에 따라 상기 복합 전기방사장치를 사용하여 섬유 적층체를 제조하는 방법을 보다 구체적으로 살펴본다.
먼저, 2개의 방사용액 주탱크(1,1') 내에 각각 보관중인 2종의 방사액, 다시말해 융점이 상대적으로 높은 방사액과 융점이 상대적으로 낮은 방사액을 각각의 계량펌프(2,2')로 계량하여 정량씩 각각의 방사용액 드롭장치(3,3')로 공급한다. 이때 방사액을 제조하는 열가소성 또는 열경화성 수지로는 폴리에스테르 수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시수지, 나일론수지, 폴리(글리콜라이드/L-락티드)공중합체, 폴리(L-락티드)수지, 폴리비닐알콜수지, 폴리비닐클로라이드수지, 이들의 혼합물, 이들의 공중합체 등을 사용할 수 있다.
이와 같이 각각의 방사용액 드롭장치(3,3') 내로 공급된 방사용액들은 방사용액 드롭장치(3,3')를 통과하면서 불연속적으로, 다시 말해 방사액의 흐림이 한번 이상 차단되면서, 본 발명의 높은 전압이 걸려있는 노즐블록(4)의 방사용액 공급판(4h)으로 공급된다. 상기 방사용액 드롭장치(3,3')는 방사용액의 흐름을 차단하여 방사용액 주탱크(1,1')에 전기가 흐르지 못하도록 하는 역할도 한다.
계속해서 상기 노즐블록(4)에서는 각각의 방사액을 대각선 방향으로 일렬씩 교호로 배열된 노즐들을 통해 높은 전압이 걸려있는 상부의 컬렉터(6)로 상향 토출 하여 2종의 나노섬유로 구성된 층(L1 및 L2)를 제조한다.
방사용액 공급관(4h)으로 이송된 방사용액은 노즐(5)을 통해 상부 컬렉터(7)로 토출되어 섬유를 형성한다. 이때, 노즐(5)로부터 전기방사되는 나노섬유는 공기공급용 노즐(4b)에서 분사되는 공기에 의해 넓게 퍼지면서 컬렉터(7) 상에 포집되어 포집면적이 넓어지고 집적밀도가 균일해진다. 노즐(5)에서 섬유화 되지 못한 과잉 방사용액은 오버플로 제거용 노즐(4a)에서 모아져 오버플로액의 임시저장판(4g)을 거쳐 방사용액 공급판(4h)으로 다시 이동하게 된다.
이때 전기력에 의한 섬유형성을 촉진하기 위하여 노즐블록(4) 하단부에 설치된 도전체판(4i)과 컬렉터(6)에는 전압발생장치(12)에서 발생된 1kV 이상, 더욱 좋기로는 20kV 이상의 전압을 걸어준다. 상기 컬렉터(6)로는 앤드레스 (Endless) 벨트를 사용하는 것이 생산성 측면에서 더욱 유리하다. 상기 컬렉터(6)는 나노섬유층의 밀도를 균일하게 하기 위하여 좌우로 일정거리를 왕복운동 하는 것이 바람직하다.
한편, 또 다른 복합전기방사장치를 1개 이상 더 사용하여 앞에서 설명한 방법과 동일하게 1개 이상의 나노섬유층들을 중복해서 적층시킬 수도 있다.
다음으로는, 상기와 같이 섬유기재상에 나노섬유층이 적층되어 있는 적층체를 열처리 또는 열압착 또는 레이져 조사 또는 자외선 조사 또는 고주파처리 하여 이들을 일체로 적찹시켜 섬유 적층체를 제조한다.
본 발명으로 제조된 섬유 적층체는 인공피혁, 생리대, 필터, 인조혈관 등의 의료용 소재, 방한조끼, 반도체용 와이퍼, 전지용 부직포 등 다양한 용도로 사용된 다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 살펴본다.
실시예 1
먼저, 도 5와 같은 복합 전기방사장치 2개를 컬렉터(6)의 길이 방향을 따라 순차적으로 배열한 다음, 각각의 복합전기방사 장치로 수평균 분자량이 30,000인 핫-멜트용 폴리우레탄 수지를 N,N 디메틸포름아미드에 8중량% 용해하여 제조한 접착성분용 방사액과 96% 황산용액에서 상대점도가 2.3인 나일론 6칩을 개미산에 25%로 용해하여 제조한 나노섬유용 방사액을 컬렉터상을 통과하는 섬유기재(8)상에 동시에 전기방사하여 도 12와 같이 섬유기재(8)상에 핫-멜트용 폴리우레탄 나노섬유와 나일론 6 나노섬유가 혼합된 2개의 층(L1 및 L2)들이 적층된 적층체를 제조하였다.
이때, 노즐블록 1개당 핀수는 250개로 하였고, 이와 같은 노즐블록을 20블록 배열, 사용하였다. 전압 발생 장치로는 심코사의 모델 C H 50을 사용하였다.
핀 1개당 토출량은 0.0027g/분으로 설정하여 총 토출량이 13.5g/분이 되도록 하였다.
노즐블록 1개를 다시 10개로 세분하여 핀 10개 마다 1개의 방사액 드롭장치(3)를 각각 설치하였다. 드롭 속도는 2.5초 간격으로 설정하였다. 핀의 형태는 원형으로 하였다.
다음으로, 제조된 적층체를 엠보싱로울러 사이로 통과시키면서 열압착하여 적층체를 구성하는 각층들을 일체로 접착하여 섬유 적층체를 제조하였다.
본 발명은 별도의 라미네이팅 공정 없이도 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체를 연속적으로 대량생산할 수 있다.

Claims (7)

  1. [ⅰ] 방사용액 주탱크(1), 계량펌프(2), 노즐블록(4), 상기 노즐블록에 설치된 노즐(5), 상기 노즐블록으로 부터 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터(6) 및 노즐블록(4)과 컬렉터(6)로 전압을 걸어주기 위한 전압발생장치(12)로 구성되며, [ⅱ]노즐블록(4)에 서로 다른 2종 이상의 방사용액들을 각각 방사 하는 노즐들이 서로 동일한 비율 또는 상이한 비율로 일정한 반복단위에 따라 규칙적으로 배열되어 있거나 무질서하게 배열되어 있고, [ⅲ]방사액 주탱크(1)가 2개 이상이고, [ⅳ]방사액 주탱크(1)와 노즐블록(4)사이에 방사액 드롭장치(3)가 설치되어 있는 1개 이상의 복합 전기방사장치로 컬렉터(6) 위로 이송중인 섬유기재(8)상에 융점이 상대적으로 낮은 고분자 방사액과 융점이 상대적으로 높은 고분자 방사액을 동시에 전기방사하여 이들의 나노섬유들로 이루어진 층을 적층한 다음, 이를 열처리 또는 열압착 하여 섬유기재(8)와 여기에 적층된 나노섬유 층을 일체로 접착시키는 것을 특징으로 하는 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체의 제조방법.
  2. 1항에 있어서, 노즐블록(4)에 서로 다른 2종 이상의 방사용액들을 각각 방사하는 노즐(5)들이 원주 방향, 가로 방향, 세로 방향 및 대각선 방향 중 어느 한 방향으로 일렬씩 교호로 반복 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체의 제조방법.
  3. 1항에 있어서, 노즐블록(4)에 배열된 노즐(5) 출구가 상부 방향으로 형성되고 컬렉터(6)가 노즐블록(4)의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체의 제조방법.
  4. 1항에 있어서, 노즐블럭(4) 전체가 좌우 왕복운동을 하는 것을 특징으로 하는 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체.
  5. 1항에 있어서, 컬렉터(6)가 고정 또는 연속 회전하는 것을 특징으로 하는 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체.
  6. 1항에 있어서, 노즐(5)의 출구가 90 내지 175°의 각도(θ)를 갖는 1개 이상의 나팔관 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체의 제조방법.
  7. 1항에 있어서, 융점이 상대적으로 낮은 고분자 방사액과 융점이 상대적으로 높은 고분자 방사액이 폴리에스테르 수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시수지, 나일론수지, 폴리(글리콜라이드/L-락티드)공중합체, 폴리(L-락티드)수지, 폴리비닐알콜수지, 폴리비닐클로라이드수지, 이들의 혼합물 및 이들의 공중합체로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종의 수지로 구성됨을 특징으로 하는 나노섬유층을 갖는 섬유 적층체의 제조방법.
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