KR20090050447A - Electrospinning apparatus - Google Patents

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KR20090050447A
KR20090050447A KR1020070116875A KR20070116875A KR20090050447A KR 20090050447 A KR20090050447 A KR 20090050447A KR 1020070116875 A KR1020070116875 A KR 1020070116875A KR 20070116875 A KR20070116875 A KR 20070116875A KR 20090050447 A KR20090050447 A KR 20090050447A
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heating
electrospinning apparatus
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spinning solution
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KR1020070116875A
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이재관
양선용
최희선
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중앙대학교 산학협력단
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    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
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    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
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Abstract

양질의 나노섬유를 획득할 수 있는 전기 방사장치가 개시된다. 본 발명의 전기 방사장치는 고분자 수지용액인 방사용액을 방사하는 공급유닛과, 방사용액을 수집하여 나노섬유를 획득하는 수집유닛과, 공급유닛 및 수집유닛에 각각 서로 다른 극의 전원을 인가하는 전원유닛 및 수집유닛에 열을 공급하여 수집유닛 표면으로부터 방사용액의 휘발을 보조하는 가열유닛을 포함하고, 수집유닛의 표면온도를 조절하기 위하여 가열유닛을 제어하는 가열 제어유닛을 더 포함할 수 있다. 따라서, 수집유닛의 표면으로 공급되는 방사용액에서 용매물질의 휘발이 원활히 이루어지도록 하여 양질의 나노섬유를 획득할 수 있다.An electrospinning apparatus capable of obtaining high quality nanofibers is disclosed. The electrospinning apparatus of the present invention includes a supply unit for spinning a spinning solution, which is a polymer resin solution, a collection unit for collecting nanofibers by collecting the spinning solution, and a power source for applying different power to the supply unit and the collection unit, respectively. It may further include a heating control unit for supplying heat to the unit and the collection unit to assist the volatilization of the spinning solution from the surface of the collection unit, and controls the heating unit to adjust the surface temperature of the collection unit. Therefore, the volatilization of the solvent material is smoothly made in the spinning solution supplied to the surface of the collecting unit, thereby obtaining high quality nanofibers.

전기방사, 나노, 섬유, 가열, 온도, 조절, 제어 Electrospinning, nano, fiber, heating, temperature, regulation, control

Description

전기 방사장치{Electrospinning apparatus}Electrospinning apparatus

본 발명은 전기 방사장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 방사용액의 휘발을 보조하여 양호한 품질의 나노섬유를 제조할 수 있는 전기 방사장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electrospinning apparatus, and more particularly, to an electrospinning apparatus which can manufacture nanofibers of good quality by assisting volatilization of a spinning solution.

나노섬유란 나노 직경을 가지는 섬유를 의미한다. 원래 나노(nano)는 희랍어의 나노스(nanos, 난쟁이)이에서 유래된 낱말로써 그리스어에서는 아주 작다는 의미를 가지고 있다. 일반적으로, 나노 직경은 머리카락 직경의 1/50,000에 해당되며, 수소원자 지름의 10배에 해당되는 크기이다. 나노섬유는 필터, 나노센서, 군사용 보호의, 인공피부 등 다양한 영역에서 사용 가능하다.Nanofiber refers to a fiber having a nano diameter. Originally, nano was derived from the Greek word nanos, which means that it is very small in Greek. In general, nano diameters correspond to 1 / 50,000 of the diameter of the hair and 10 times the diameter of the hydrogen atom. Nanofibers can be used in various areas such as filters, nanosensors, military protective clothing, and artificial skin.

이러한 나노섬유를 제조하기 위해 전기 방사장치를 사용한다. 여기서 전기 방사란, 방사용액의 표면 장력보다 큰 전기력을 제공하여 나노 크기의 섬유를 제조하는 것을 말한다.Electrospinning apparatuses are used to make these nanofibers. Here, electrospinning refers to producing nano-sized fibers by providing an electric force greater than the surface tension of the spinning solution.

도 1은 종래의 전기 방사장치를 나타낸 사시도이다. 이에 도시한 바와 같이, 종래의 전기 방사장치(1)는 크게 고분자 수지용액인 방사용액을 저장하는 저장탱크(2)와, 상기 저장탱크로(2)부터 상기 방사용액을 수집하는 콜렉터(4)와, 상기 저장탱크(2)와 상기 콜렉터(4)에 각각 서로 다른 극을 인가하는 전압 발생기(5) 및 상기 콜렉터(4)를 회전시키는 모터(6)를 포함하여 구성된다.1 is a perspective view showing a conventional electrospinning apparatus. As shown in the drawing, a conventional electrospinning apparatus 1 includes a storage tank 2 for storing a spinning solution, which is a polymer resin solution, and a collector 4 for collecting the spinning solution from the storage tank 2. And a voltage generator 5 for applying different poles to the storage tank 2 and the collector 4, and a motor 6 for rotating the collector 4, respectively.

여기서, 상기 저장탱크(2)의 일측에는 상기 콜렉터(4)에 상기 방사용액을 공급하기 위한 노즐부(3)가 형성된다.Here, a nozzle portion 3 for supplying the spinning solution to the collector 4 is formed on one side of the storage tank (2).

이하, 상기 전기 방사장치(1)를 통해 나노섬유를 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 즉, 상기 전압 발생기(5)를 통해 상기 저장탱크(1)와 상기 콜렉터(4)에 각각 서로 다른 극의 전원을 인가한다. 이때, 상기 저장탱크(2)에 저장된 상기 방사용액은 상기 전압 발생기(5)로부터 발생된 전기력에 의해 사기 노즐부(3)의 출구에서의 표면장력을 이기고 상기 노즐부(3)로부터 상기 콜렉터(4)로 공급된다.Hereinafter, a process of manufacturing nanofibers through the electrospinning apparatus 1 will be described. That is, the power supply of different poles is applied to the storage tank 1 and the collector 4 through the voltage generator 5, respectively. At this time, the spinning solution stored in the storage tank 2 overcomes the surface tension at the outlet of the fraud nozzle unit 3 by the electric force generated from the voltage generator 5 and from the nozzle unit 3 the collector ( 4) is supplied.

상기 콜렉터(4)의 표면으로 공급된 상기 방사용액 중에서 용매물질이 휘발되고 남은 물질이 상기 콜렉터(4)의 표면에서 나노섬유로 방사된다.Solvent material is volatilized in the spinning solution supplied to the surface of the collector 4, and the remaining material is spun into nanofibers on the surface of the collector 4.

그러나, 종래의 전기 방사장치(1)는 상기 콜렉터(4)의 표면으로 공급된 상기 방사용액에서 용매물질이 제대로 휘발되지 않아 이미 형성된 나노섬유가 다시 용해되는 경우가 발생한다. 그리고, 이러한 휘발되지 않고 잔존하는 용매물질을 처리해야 하는 번거로움이 존재한다.However, in the conventional electrospinning apparatus 1, a solvent material is not volatilized properly in the spinning solution supplied to the surface of the collector 4, and thus, nanofibers that are already formed are dissolved again. And, there is a hassle to deal with these remaining solvent substances without volatilization.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 콜렉터 표면으로 방사된 방사용액의 휘발을 보조하여 공급된 방사용액에서 용매물질이 휘발되지 않고 뭉쳐지거나, 이미 형성된 나노섬유가 용매물질에 용해되는 현상을 방지할 수 있는 전기 방사장치를 제공함에 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to solve the phenomenon that the solvent is not volatilized in the spinning solution supplied by assisting the volatilization of the spinning solution radiated to the collector surface, or the nanofibers already formed are dissolved in the solvent material. It is to provide an electrospinning apparatus that can be prevented.

본 발명의 다른 목적은 콜렉터 표면온도를 적정온도 이상으로 유지하여 콜렉터 표면으로 공급된 방사용액 중 용매물질의 휘발을 보조하여 양질의 나노섬유를 제조할 수 있는 전기 방사장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an electrospinning apparatus capable of manufacturing high quality nanofibers by assisting the volatilization of a solvent material in the spinning solution supplied to the collector surface by maintaining the collector surface temperature above the proper temperature.

본 발명의 또 다른 목적은 콜렉터 표면온도를 일정 범위 내에서 조절할 수 있어 해당 환경 및 조건에서 최상의 품질 특성을 가지는 나노섬유를 제조할 수 있는 전기 방사장치를 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide an electrospinning apparatus capable of manufacturing the nanofibers having the best quality characteristics in the environment and conditions by adjusting the collector surface temperature within a certain range.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 전기 방사장치는 공급유닛, 수집유닛, 전원유닛 및 가열유닛을 포함하여 구성된다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above objects, the electrospinning apparatus of the present invention comprises a supply unit, a collection unit, a power unit and a heating unit.

상기 공급유닛은 본 발명의 나노섬유를 제조하기 위한 방사용액을 저장하고 공급한다. 여기서, 상기 방사용액이란, 고분자 수지용액을 의미하며, 구체적으로는 키틴, 키토산, 콜라겐, 전분 및 셀룰로오스 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.The supply unit stores and supplies the spinning solution for producing the nanofibers of the present invention. Here, the spinning solution means a polymer resin solution, and specifically, at least one of chitin, chitosan, collagen, starch, and cellulose may be used.

이러한 상기 공급유닛은 크게 저장부 및 분사부로 구성되며, 여기서 상기 저 장부는 상기 방사용액을 저장하기 위한 수용공간을 구비하고, 상기 분사부는 상기 저장부의 일측에 형성되어 상기 방사용액을 상기 수집유닛의 표면으로 분사할 수 있다.The supply unit is largely composed of a storage unit and an injection unit, wherein the storage unit has an accommodation space for storing the spinning solution, and the injection unit is formed on one side of the storage unit to collect the spinning solution of the collection unit. Spray to the surface.

상기 수집유닛은 상기 공급유닛으로부터 공급되는 상기 방사용액을 수집하여 나노섬유를 획득할 수 있다. 상기 수집유닛은 원기둥 모양으로 형성될 수 있으나, 그 모양이나 형상이 이에 한정되거나 제한되지는 않는다.The collection unit may obtain nanofibers by collecting the spinning solution supplied from the supply unit. The collection unit may be formed in a cylindrical shape, but the shape or shape is not limited thereto.

이러한 상기 공급유닛과 상기 수집유닛은 일정 간격 이격되어 위치한다.The supply unit and the collection unit are located at a predetermined interval apart.

상기 전원유닛은 상기 공급유닛과 상기 수집유닛에 각각 연결되어, 어느 하나는 (+)극을 가지도록, 다른 하나는 (-)극을 가지도록 전원을 공급할 수 있다. 이로써 상기 공급유닛과 상기 수집유닛 사이에는 전위차가 발생하며, 상기 공급유닛에 저장된 상기 방사용액에 전기력이 작용한다.The power supply unit may be connected to the supply unit and the collection unit, respectively, to supply power such that one has a (+) pole and the other has a (−) pole. As a result, a potential difference occurs between the supply unit and the collection unit, and an electric force acts on the spinning solution stored in the supply unit.

상기 가열유닛은 상기 수집유닛에 열을 공급하여 상기 수집유닛의 표면으로 공급된 상기 방사용액에서 용매물질의 휘발을 보조할 수 있다. 상기 가열유닛은 상기 수집유닛과 일정 간격으로 이격되어 위치한다. 그리고, 상기 가열유닛은 그 모양이 원기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 그 배치 형태가 상기 수집유닛과 평행하도록 배치하는 것이 바람직하다. 이는 상기 가열유닛으로부터 발생되는 열이 상기 수집유닛의 표면으로 균일하게 전달되도록 하기 위함이다.The heating unit may supply heat to the collection unit to assist volatilization of a solvent material in the spinning solution supplied to the surface of the collection unit. The heating unit is spaced apart from the collection unit at regular intervals. In addition, the heating unit may be formed in a cylindrical shape, and the arrangement is preferably arranged such that the arrangement is parallel to the collection unit. This is to ensure that the heat generated from the heating unit is uniformly transferred to the surface of the collection unit.

본 발명의 상기 전기 방사장치는 상기 가열유닛을 제어하는 가열 제어유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 가열 제어유닛은 상기 가열유닛의 발열량을 제어하여 상기 수집유닛의 표면온도를 조절할 수 있다. 여기서, 상기 수집유닛의 표면온도를 측정하기 위해 상기 가열 제어유닛은 온도 측정부를 더 포함할 수 있다. 상기 가열 제어유닛은 상기 온도 측정부에서 측정된 온도 데이터를 기초로 하여 상기 수집유닛의 표면온도를 적정온도로 유지할 수 있다. 여기서, 상기 적정온도라 함은 상기 수집유닛의 표면으로 공급된 상기 방사용액에서 용매물질이 열에 의해 모두 휘발되며, 남은 물질로부터 양질의 나노섬유를 방사하기 위한 온도를 의미한다.The electrospinning apparatus of the present invention may further include a heating control unit for controlling the heating unit. The heating control unit may control the heating value of the heating unit to adjust the surface temperature of the collection unit. Here, the heating control unit may further include a temperature measuring unit for measuring the surface temperature of the collection unit. The heating control unit may maintain the surface temperature of the collection unit at an appropriate temperature based on the temperature data measured by the temperature measuring unit. Here, the appropriate temperature means a temperature for spinning all of the solvent material from the spinning solution supplied to the surface of the collection unit by heat, and spinning high quality nanofibers from the remaining material.

상기 가열유닛은 일반적으로 하나의 도체로 구성될 수 있으며, 또한 상기 도체 내부에 전열선이 구비할 수도 있다. 상기 전열선을 구비하는 경우에는 전원에 의해 가열된 전열선으로부터 전도를 통해 상기 도체를 가열할 수 있다.The heating unit may be generally composed of one conductor, and a heating wire may be provided inside the conductor. When the heating wire is provided, the conductor can be heated by conduction from the heating wire heated by the power source.

한편, 상기 가열유닛은 상기 공급유닛에도 열을 제공할 수 있으며, 상기 공급유닛에 저장된 상기 반응용액이 일정온도 이상, 구체적으로는 연화점 이상으로 유지시킬 수 있다.Meanwhile, the heating unit may provide heat to the supply unit, and the reaction solution stored in the supply unit may be maintained at a predetermined temperature or more, specifically, at a softening point or more.

이와 같이, 가열된 수집유닛의 표면으로 공급된 상기 반응용액 중에서 용매 물질의 휘발이 활발히 진행되도록 하여 상기 반응용액이 뭉쳐지거나 이미 형성된 나노섬유가 방사용액에 녹는 현상을 방지하여 결과적으로 양질의 나노섬유를 획득할 수 있다.As such, volatilization of the solvent material is actively performed in the reaction solution supplied to the surface of the heated collection unit to prevent the reaction solution from agglomeration or the formation of the nanofibers that are already formed in the spinning solution. Can be obtained.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수집유닛의 표면을 가열하여 공급된 방사용액에서 용매물질의 휘발을 보조하여 양질의 나노섬유를 획득하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by heating the surface of the collecting unit is assisted by the volatilization of the solvent material in the supplied spinning solution has the effect of obtaining a good quality nanofibers.

또한, 방사용액이 뭉치거나 휘발되지 않은 용매물질을 일일이 처리해야 하는 번거로움을 제거하는 효과가 있다.In addition, there is an effect of eliminating the hassle of having to process the solvent material that is not agglomerated or volatilized spinning solution.

또한, 수집유닛의 표면온도를 임의로 조절할 수 있어 해당 환경 및 조건에서 사용자가 원하는 크기 및 상태의 나노섬유를 획득하는 효과가 있다.In addition, the surface temperature of the collecting unit can be arbitrarily adjusted, so that the user can obtain nanofibers having a desired size and state under the environment and conditions.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

도 2는 본 발명의 전기 방사장치를 설명하기 위해 나타낸 개략도이며, 도 2는 도 1에서 가열유닛 및 가열 제어유닛의 작동관계를 설명하기 위한 나타낸 블록도이다.FIG. 2 is a schematic view illustrating an electrospinning apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram illustrating an operation relationship between a heating unit and a heating control unit in FIG. 1.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 전기 방사장치(100)는 공급유닛(110), 수집유닛(120), 전원유닛(130), 가열유닛(140) 및 가열 제어유닛(150)을 포함한다.As shown in the drawing, the electrospinning apparatus 100 of the present invention includes a supply unit 110, a collection unit 120, a power unit 130, a heating unit 140, and a heating control unit 150.

상기 공급유닛(110)은 크게 저장부(112) 및 분사부(114)를 포함하여 구성된다. 상기 저장부(112)는 내부에 수용공간을 구비하는 구성요소로써, 나노섬유를 얻기 위한 방사용액이 저장된다. 본 발명에서 상기 방사용액은 고분자 수지 용액일 수 있으며, 구체적으로는 틴, 키토산, 콜라겐, 전분 및 셀룰로오스 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.The supply unit 110 largely comprises a storage unit 112 and the injection unit 114. The storage unit 112 is a component having a receiving space therein, the spinning solution for obtaining nanofibers is stored. In the present invention, the spinning solution may be a polymer resin solution, and specifically, at least one of tin, chitosan, collagen, starch, and cellulose may be used.

상기 분사부(114)는 상기 저장부(112)의 일측에 형성되며, 상기 저장부(112)에 저장된 상기 방사용액을 외부로 분사할 수 있다. 여기서, 상기 분사부(114)의 출구는 개방되어 있으나, 상기 저장부(112)에 저장된 상기 방사용액은 출구에서의 표면 장력에 의해서 상기 출구를 통해 외부로 흘러 나오지 않는다. 이러한 상기 분사부(114)의 출구 직경은 수 밀리미터로 형성되는 것이 바람직하다.The injection unit 114 may be formed at one side of the storage unit 112 and may spray the spinning solution stored in the storage unit 112 to the outside. Here, although the outlet of the injection unit 114 is open, the spinning solution stored in the storage unit 112 does not flow out through the outlet by the surface tension at the outlet. The outlet diameter of the injection unit 114 is preferably formed to a few millimeters.

상기 수집유닛(120)은 상기 공급유닛(110)과 일정 간격 이격되어 위치한다. 이러한 상기 수집유닛(120)은 일반적으로 원기둥 모양으로 형성되며, 상기 분사부(114)의 출구 측이 원기둥의 원주면(122)을 향하도록 배치된다. 여기서, 상기 수집유닛(120)이 원기둥 모양으로 형성되는 경우에는, 상기 수집유닛(120)의 직경을 전체 시스템의 크기를 고려하여 설정하는 것이 바람직하다.The collection unit 120 is located spaced apart from the supply unit 110 by a predetermined interval. The collection unit 120 is generally formed in a cylindrical shape, the outlet side of the injection portion 114 is disposed so as to face the circumferential surface 122 of the cylinder. Here, when the collection unit 120 is formed in a cylindrical shape, it is preferable to set the diameter of the collection unit 120 in consideration of the size of the entire system.

본 발명의 상기 수집유닛(120)은 전기가 통하는 도체로 이루어질 수 있다. 구체적으로 상기 수집유닛(120)은 구리, 알루미늄, SUS 등을 이용하여 제조될 수 있으나, 그 재질이 이에 한정되거나 제한되는 것은 아니다.The collection unit 120 of the present invention may be made of a conductive conductor. Specifically, the collection unit 120 may be manufactured using copper, aluminum, SUS, etc., but the material is not limited thereto or limited thereto.

상기 수집유닛(120)은 소정의 회전 각속도로 회전할 수 있으며, 이를 위해 상기 전기 방사장치(100)는 구동유닛(160) 및 구동 제어유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 구동유닛(160)은 모터를 사용할 수 있으며, 상기 구동 제어유닛은 상기 모터의 회전 방향 및 속도를 제어할 수 있다.The collection unit 120 may rotate at a predetermined rotational angular velocity, and for this purpose, the electrospinning apparatus 100 may further include a driving unit 160 and a driving control unit (not shown). The drive unit 160 may use a motor, the drive control unit may control the rotation direction and speed of the motor.

상기 전원유닛(130)은 상기 공급유닛(110) 및 수집유닛(120)에 전원을 인가한다. 구체적으로 상기 전원유닛(130)은 상기 공급유닛(110)과 상기 수집유닛(120)에 각각 서로 다른 극이 인가되도록 할 수 있다. 본 실시예서는 상기 공급 유닛(110)에는 (+)극이 인가되고, 상기 수집유닛(120)에는 (-)극이 인가된다. 여기서, 상기 공급유닛(110)에 (+)극이 인가됨에 따라 상기 공급유닛(110)에 저장된 상기 방사용액에도 (+)극이 인가된다.The power unit 130 applies power to the supply unit 110 and the collection unit 120. In detail, the power unit 130 may allow different poles to be applied to the supply unit 110 and the collection unit 120, respectively. In this embodiment, a positive electrode is applied to the supply unit 110 and a negative electrode is applied to the collection unit 120. Here, as the positive electrode is applied to the supply unit 110, the positive electrode is also applied to the spinning solution stored in the supply unit 110.

상기 공급유닛(110)과 상기 수집유닛(120)은 상호간에 전기력이 발생하고, 이로 인해 상기 분사부(114)의 출구로부터 상기 방사용액이 외부로 누출된다. 구체적으로, 상기 분사부(114)의 출구에서는 상기 방사용액이 표면장력으로 인해 외부로 누출되지 않으나, 상기 표면장력보다 큰 전기력이 제공됨에 따라 외부로 누출된다. 즉, 상기 방사용액은 상기 수집유닛(120)의 표면으로 공급된다.The supply unit 110 and the collection unit 120 generates an electric force between each other, thereby leaking the spinning solution from the outlet of the injection unit 114 to the outside. In detail, the spinning solution does not leak to the outside due to the surface tension, but leaks to the outside as the electric force greater than the surface tension is provided. That is, the spinning solution is supplied to the surface of the collection unit 120.

여기서, 상기 전원유닛(130)에 의해 발생되는 전위차는 상기 방사용액의 특성, 고분자 수지의 분자량, 점도 등에 따라 달라질 수 있다.Here, the potential difference generated by the power supply unit 130 may vary depending on the properties of the spinning solution, the molecular weight of the polymer resin, the viscosity, and the like.

상기 가열유닛(140)은 상기 수집유닛(120)과 일정 간격 이격되어 위치하고, 상기 수집유닛(120)의 표면으로 열(Q)을 공급하여 상기 수집유닛(120)의 표면에 공급된 상기 방사용액에서 용매물질이 보다 빨리 휘발되도록 할 수 있다. 이러한 상기 가열유닛(140)은 상기 수집유닛(120)와 유사한 크기와 형상으로 형성되나, 그 모양이나 크기가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 가열유닛(140)은 원기둥 모양으로 형성될 수 있으며, 그 길이가 상기 수집유닛(120)의 길이와 유사하도록 형성된다.The heating unit 140 is spaced apart from the collection unit 120 by a predetermined interval, and supplies the heat (Q) to the surface of the collection unit 120 to supply the spinning solution supplied to the surface of the collection unit 120 This allows the solvent to evaporate faster. The heating unit 140 is formed in a size and shape similar to the collection unit 120, but the shape or size is not limited thereto. That is, the heating unit 140 may be formed in a cylindrical shape, the length is formed to be similar to the length of the collection unit 120.

상기 가열유닛(140)은 하나의 도체로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 가열유닛(140)은 일정 직경을 가지는 원기둥 모양으로 형성되며, 내부 및 표면으로 전기가 흐르도록 구성되어 외부로 열을 발산한다. 또한, 상기 가열유닛(140)은 도체로 구성되되, 상기 도체 내부에 전기가 흐르는 전열선이 구비된 형태로 형성될 수 있다. 즉 상기 전열선으로부터 발생된 열은 전도에 의해 상기 도체로 열이 전달되고, 이어 상기 도체의 표면으로부터 열이 외부로 발산된다.The heating unit 140 may be made of one conductor. That is, the heating unit 140 is formed in a cylindrical shape having a predetermined diameter, is configured to flow electricity to the inside and the surface to radiate heat to the outside. In addition, the heating unit 140 is composed of a conductor, it may be formed in the form having a heating wire flowing electricity inside the conductor. That is, heat generated from the heating wire is transferred to the conductor by conduction, and then heat is radiated to the outside from the surface of the conductor.

여기서, 상기 가열유닛(140)과 상기 수집유닛(120)은 서로 평행하도록 배치된다. 이로서 상기 가열유닛(140)의 표면과 상기 수집유닛(120)의 표면 사이의 거리는 모든 부분에 대해서 일정하게 유지되고, 상기 가열유닛(140)으로부터 상기 수집유닛(120)의 표면으로 전달되는 열은 상기 표면의 모든 점에서 균일하게 유지될 수 있다.Here, the heating unit 140 and the collection unit 120 is disposed parallel to each other. As a result, the distance between the surface of the heating unit 140 and the surface of the collection unit 120 is kept constant for all parts, and the heat transferred from the heating unit 140 to the surface of the collection unit 120 is It can be kept uniform at all points of the surface.

상기 가열유닛(140)과 상기 수집유닛(120)은 일정 간격으로 이격되어 있으므로, 상기 가열유닛(140)으로 제공되는 열은 복사에 의해 상기 수집유닛(120)의 표면으로 전달된다.Since the heating unit 140 and the collection unit 120 are spaced at regular intervals, the heat provided to the heating unit 140 is transferred to the surface of the collection unit 120 by radiation.

이러한 상기 가열유닛(140)은 상기 공급유닛(110)으로도 열을 공급하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 공급유닛(110)에 저장된 고분자 수지는 용액 상태로 이루어져야 함으로 상기 가열유닛(140)으로부터 열을 제공받아 온도가 연화점 이상이 되도록 유지하는 것이 바람직하다.The heating unit 140 may be configured to supply heat to the supply unit 110 as well. That is, the polymer resin stored in the supply unit 110 is preferably made of a solution state, so that the heat is received from the heating unit 140, so that the temperature is maintained at a softening point or more.

상기 가열 제어유닛(150)은 상기 가열유닛(140)과 연결되어 상기 가열유닛(140)의 발열량을 제어할 수 있다. 상기 가열 제어유닛(150)은 상기 수집유닛(120)의 표면온도를 적정온도로 유지하는 것이 좋으며, 또한 과열되지 않도록 제어하는 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 가열 제어유닛(150)은 상기 수집유닛(120)의 표면온도가 적정 범위 온도 내에 들어오도록 상기 가열유닛(140)의 발열 량을 제어한다. 여기서, 상기 가열 제어유닛(150)은 상기 수집유닛(120)의 표면온도를 용이하게 제어하기 위해 온도 측정부(152)를 더 구비할 수 있다.The heating control unit 150 may be connected to the heating unit 140 to control the amount of heat generated by the heating unit 140. The heating control unit 150 preferably maintains the surface temperature of the collection unit 120 at an appropriate temperature, and is preferably controlled so as not to overheat. To this end, the heating control unit 150 controls the amount of heat generated by the heating unit 140 so that the surface temperature of the collection unit 120 is within a suitable range temperature. Here, the heating control unit 150 may further include a temperature measuring unit 152 to easily control the surface temperature of the collection unit 120.

상기 온도 측정부(152)는 상기 수집유닛(120)의 표면에 접촉될 수 있으며, 상기 수집유닛(120)의 표면온도를 실시간 대로 측정할 수 있다. 상기 가열 제어유닛(150)은 상기 온도 측정부(152)를 통해 얻은 상기 수집유닛(120)의 표면온도에 대한 데이터를 기초로 하여 상기 수집유닛(120)의 표면온도가 상기 적정온도 범위 내에서 유지되도록 할 수 있다.The temperature measuring unit 152 may be in contact with the surface of the collection unit 120, it can measure the surface temperature of the collection unit 120 in real time. The heating control unit 150 is based on the data on the surface temperature of the collection unit 120 obtained through the temperature measuring unit 152 the surface temperature of the collection unit 120 is within the appropriate temperature range Can be maintained.

이와 같이, 상기 가열유닛(140)의 발열량을 제어하는 상기 가열 제어유닛(150)을 통해 상기 수집유닛(120)의 표면으로 공급된 상기 방사용액의 휘발을 보조할 수 있어 양질의 나노섬유를 얻을 수 있다.As such, it is possible to assist volatilization of the spinning solution supplied to the surface of the collection unit 120 through the heating control unit 150 that controls the amount of heat generated by the heating unit 140 to obtain high quality nanofibers. Can be.

한편, 본 발명의 상기 전기 방사장치(100)는 상기 가열유닛(140)을 상기 수집유닛(120)에 대하여 접근 또는 후퇴하기 위한 별도의 이송유닛을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 전기 방사장치(100)는 상기 이송유닛의 이송 동작을 제어하기 위한 이송 제어유닛을 더 포함할 수 있다.On the other hand, the electrospinning apparatus 100 of the present invention may further include a separate transfer unit for approaching or retracting the heating unit 140 with respect to the collection unit 120. Here, the electrospinning apparatus 100 may further include a transfer control unit for controlling a transfer operation of the transfer unit.

도 4는 도 2에서 가열유닛의 변형예를 설명하기 위한 사시도이다.4 is a perspective view for explaining a modification of the heating unit in FIG.

이에 도시한 바와 같이, 수집유닛(120)의 표면으로 열(Q)을 공급하는 가열유닛(170)은 도체부(172) 및 절연부(174)로 구성된다. 상기 도체부(172)는 전기가 인가되어 발열하는 구성요소이며, 상기 단열부(174)는 상기 도체부(172)의 외측을 감싸 상기 도체부(172)가 모든 방향을 향해 열을 발산하는 대신 어느 하나의 방향으로만 열이 발산되도록 할 수 있다.As shown in the drawing, the heating unit 170 for supplying heat (Q) to the surface of the collection unit 120 is composed of a conductor portion 172 and the insulating portion 174. The conductor portion 172 is a component that generates electricity by applying electricity, and the heat insulation portion 174 surrounds the outer side of the conductor portion 172 instead of the conductor portion 172 dissipating heat toward all directions. Heat can be dissipated in only one direction.

도 4에서는 상기 수집유닛(120)을 향하는 방향으로만 상기 도체부(172)가 외부로 노출되도록 상기 절연부(174)가 상기 도체부(172)의 외측을 감싼다. 이러한 구조로 형성되어 상기 가열유닛(140)에 공급되는 전원을 절약할 수 있으며, 상기 수집유닛(120) 외에 주변 장치로 열이 전달되는 것을 차단하여 장치의 내구성을 증진시킬 수 있다.In FIG. 4, the insulation portion 174 surrounds the outside of the conductor portion 172 so that the conductor portion 172 is exposed to the outside only in the direction toward the collection unit 120. It is formed in such a structure can save the power supplied to the heating unit 140, it is possible to improve the durability of the device by blocking the heat transfer to the peripheral device in addition to the collection unit 120.

도 5a는 종래의 전기 방사장치를 통해 제조된 나노섬유를 촬영한 사진이고, 도 5b는 본 발명의 전기 방사장치를 통해 제조된 나노섬유를 촬영한 사진이며, 도 5c는 종래의 전기 방사장치를 통해 제조된 나노섬유를 전자 현미경으로 촬영 사진이며, 도 5d는 본 발명의 전기 방사장치를 통해 제조된 나노섬유를 전자 현미경으로 촬영 사진이다.Figure 5a is a photograph of the nanofibers produced by the conventional electrospinning apparatus, Figure 5b is a photograph of the nanofibers produced through the electrospinning apparatus of the present invention, Figure 5c is a conventional electrospinning apparatus 5 is a photograph taken with an electron microscope of the nanofibers produced through the electrospinning apparatus of the present invention.

이에 도시한 바와 같이, 가열유닛을 포함하지 않은 종래의 전기 방사장치에 의해서 제조된 나노섬유는 용매가 효율적으로 휘발되지 않아서 생기는 클럼프(clump)가 확인된다. 하지만 가열유닛이 포함된 본 발명의 전기 방사 장치에 의해서 제조된 섬유는 균일한 섬유로 제조됨을 확인할 수 있다.As shown in the figure, the nanofibers produced by the conventional electrospinning apparatus not including the heating unit can be identified as a clump caused by the solvent not being volatilized efficiently. However, it can be seen that the fiber produced by the electrospinning apparatus of the present invention including the heating unit is made of uniform fiber.

본 발명의 나노섬유를 제조하기 위한 재료로써, 트리플루오로아세트산(Trifluoroacetic acid)과, 메틸렌클로라이드(methylene chloride)가 7:3비율로 섞인 용매에 분자량이 160,000인 키토산(리젠 바이오텍)을 부피중량 7%로 녹여 방사 용액을 제조하였다. 상기 제조된 방사 용액을 도2에서와 같이(본 발명의 전기 방사장치), 가열유닛이 포함된 전기 방사장치로 전기 방사하여 나노섬유를 제조하였다. As a material for preparing the nanofibers of the present invention, chitosan (Regen Biotech) having a molecular weight of 160,000 in a solvent in which trifluoroacetic acid and methylene chloride are mixed at a 7: 3 ratio by volume 7 Dissolved in% to prepare a spinning solution. The prepared spinning solution was electrospun as shown in FIG.

상기 전기 방사 시에 제공된 전압은 15Kv이고, 방사거리는 8cm이며, 공급유닛 분사부의 지름은 0.7mm이다. 그리고, 상기 가열유닛의 온도는45℃, 55℃이다.The voltage provided during the electrospinning is 15Kv, the spinning distance is 8cm, and the diameter of the supply unit injection part is 0.7mm. And, the temperature of the heating unit is 45 ℃, 55 ℃.

반면, 상기 가열유닛이 포함되지 않은 도1과 같은 방식(종래 전기 방사장치)으로 전기 방사한 것을 제외하고는, 본 발명의 실시예와 동일한 공정 및 방법을 이용하여 나노섬유를 제조하였다. 상기 가열유닛이 포함되지 않은 전기 방사의 온도는 23℃이다.On the other hand, the nanofibers were manufactured using the same process and method as in the embodiment of the present invention, except that the heating unit was electrospun in the same manner as in FIG. 1 (conventional electrospinning apparatus). The temperature of the electrospinning without the heating unit is 23 ° C.

도 5a 및 도 5c를 참조하면, 가열유닛을 포함하지 않은 종래의 전기 방사장치에 의해서 방사된 나노섬유에서는 용매가 휘발되지 않아서 생기는 클럼프(clump)가 관찰되었다. 반면, 도 5b 및 도 5d에서와 같이, 본 발명의 전기 방사장치에서는 가열유닛에 의해서 40℃로 가열된 용매가 효율적으로 휘발되어 비교적 균일하게 제조된 나노섬유를 얻을 수 있다.5A and 5C, clumps due to the solvent not being volatilized in the nanofibers spun by the conventional electrospinning apparatus including no heating unit were observed. On the other hand, as shown in Figure 5b and 5d, in the electrospinning apparatus of the present invention, the solvent heated to 40 ℃ by the heating unit can be efficiently volatilized to obtain a nanofiber produced relatively uniformly.

도 6a는 방사시 온도 변화에 따른 인장강도(UTS)의 변화를 도시한 그래프이고, 도 6b는 온도변화에 따른 탄성율(modulus)을 도시한 그래프이며, 도 6c는 온도변화에 따른 인장율(elongation)을 도시한 그래프이다.Figure 6a is a graph showing the change in tensile strength (UTS) with the temperature change during spinning, Figure 6b is a graph showing the modulus (modulus) according to the temperature change, Figure 6c is the elongation (elongation) according to the temperature change ) Is a graph.

도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 나노섬유는 제조되는 주위 온도에 따라 기계적 강도가 변화됨을 알 수 있다. 즉, 도 6a와 같이 온도가 상승할수록 나노섬유의 인장강도(UTS, Ultimate Tensile Strength)는 증가하며, 도 6b와 같이 나노섬유는 제조되는 주위온도의 상승에 따라 탄성율(modulus)이 증가한다. 또한, 도 6c에서와 같이, 온도가 상승됨에 따라 제조되는 나노섬유의 인장율(elongation)이 증가함을 알 수 있다.6A to 6C, it can be seen that the mechanical strength of the nanofibers is changed according to the ambient temperature at which they are manufactured. That is, as the temperature increases as shown in FIG. 6A, ultimate tensile strength (UTS) of the nanofiber increases, and as shown in FIG. 6B, the modulus increases as the ambient temperature of the nanofibers increases. In addition, as shown in Figure 6c, it can be seen that the elongation of the nanofibers produced increases as the temperature is increased.

도 7은 종래의 전기 방사장치와 본 발명의 전기 방사장치를 통해 제조된 나노섬유의 두께를 비교한 그래프이다.Figure 7 is a graph comparing the thickness of the nanofibers produced by the conventional electrospinning apparatus and the electrospinning apparatus of the present invention.

이에 도시한 바와 같이, 가열유닛이 포함되지 않은 종래의 전기 방사장치에 의해서 제조된 나노섬유의 경우에는, 그 평균 두께가232nm이고, 가열유닛이 포함된 본 발명의 전기 방사장치에 의해서 제조된 나노섬유의 평균 두께는393nm이다. 비록 본 발명의 전기 방사장치에 의해서 제조된 나노섬유의 두께가 종래의 전기 방사장치에 의해 제조된 나노섬유의 두께보다 증가하지만, 도 6a 내지 도 6c에서 본 바와 같이, 섬유의 장력 및 탄성이 더 강해져 산업적으로 응용할 경우에는 더 효율적으로 사용될 수 있다.As shown in the drawing, in the case of nanofibers manufactured by a conventional electrospinning apparatus not including a heating unit, the average thickness thereof is 232 nm, and the nanofibers produced by the electrospinning apparatus of the present invention including a heating unit. The average thickness of the fibers is 393 nm. Although the thickness of the nanofibers produced by the electrospinning apparatus of the present invention is increased than the thickness of the nanofibers produced by the conventional electrospinning apparatus, as shown in Figs. 6A to 6C, the tension and elasticity of the fibers are further increased. It becomes stronger and can be used more efficiently in industrial applications.

도 1은 종래의 전기 방사장치를 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view showing a conventional electrospinning apparatus.

도 2는 본 발명의 전기 방사장치를 나타내는 사시도이다.2 is a perspective view showing the electrospinning apparatus of the present invention.

도 3은 도2에서 가열유닛 및 가열 제어유닛을 설명하기 위해 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a heating unit and a heating control unit in FIG. 2.

도 4는 도 2에서 가열유닛의 변형예를 설명하기 위해 나타낸 사시도이다.4 is a perspective view illustrating a modification of the heating unit in FIG. 2.

도 5a는 종래의 전기 방사장치를 통해 제조된 나노섬유를 촬영한 사진이다.Figure 5a is a photograph of the nanofibers produced by the conventional electrospinning apparatus.

도 5b는 본 발명의 전기 방사장치를 통해 제조된 나노섬유를 촬영한 사진이다.Figure 5b is a photograph of the nanofibers produced by the electrospinning apparatus of the present invention.

도 5c는 종래의 전기 방사장치를 통해 제조된 나노섬유를 전자 현미경으로 촬영 사진이다.5c is a photograph taken with an electron microscope of a nanofiber manufactured through a conventional electrospinning apparatus.

도 5d는 본 발명의 전기 방사장치를 통해 제조된 나노섬유를 전자 현미경으로 촬영 사진이다.5d is a photograph taken with an electron microscope of the nanofibers produced by the electrospinning apparatus of the present invention.

도 6a는 방사시 온도 변화에 따른 인장강도(UTS)의 변화를 도시한 그래프이다.Figure 6a is a graph showing the change in tensile strength (UTS) with the temperature change during spinning.

도 6b는 온도변화에 따른 탄성율(modulus)을 도시한 그래프이다.6B is a graph showing modulus according to temperature change.

도 6c는 온도변화에 따른 인장율(elongation)을 도시한 그래프이다.6c is a graph showing elongation according to temperature change.

도 7은 종래의 전기 방사장치와 본 발명의 전기 방사장치를 통해 제조된 나노섬유의 두께를 비교한 그래프이다.Figure 7 is a graph comparing the thickness of the nanofibers produced by the conventional electrospinning apparatus and the electrospinning apparatus of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100: 전기 방사장치 110: 공급유닛100: electrospinning apparatus 110: supply unit

112: 저장부 114: 분사부112: storage unit 114: injection unit

120: 수집유닛 122: 원주면120: collecting unit 122: circumferential surface

130: 전원유닛 140: 가열유닛130: power supply unit 140: heating unit

150: 가열 제어유닛 150: 구동유닛150: heating control unit 150: drive unit

Claims (14)

고분자 수지용액인 방사용액을 방사하는 공급유닛;Supply unit for spinning a spinning solution which is a polymer resin solution; 상기 방사용액을 수집하여 나노섬유를 획득하는 수집유닛;Collecting unit for obtaining the nanofibers by collecting the spinning solution; 상기 공급유닛 및 수집유닛에 각각 서로 다른 극의 전원을 인가하는 전원유닛; 및A power supply unit for applying power of different poles to the supply unit and the collection unit, respectively; And 상기 수집유닛에 열을 공급하여 상기 수집유닛 표면으로부터 상기 방사용액의 휘발을 보조하는 가열유닛;A heating unit supplying heat to the collection unit to assist volatilization of the spinning solution from the surface of the collection unit; 을 포함하는 전기 방사장치.Electrospinning apparatus comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수집유닛의 표면온도를 조절하기 위하여, 상기 가열유닛을 제어하는 가열 제어유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.And a heating control unit for controlling the heating unit to adjust the surface temperature of the collection unit. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 가열 제어유닛은 상기 수집유닛의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.The heating control unit further comprises a temperature measuring unit for measuring the temperature of the collecting unit. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수집유닛을 일정 속도로 회전시키는 구동유닛 및 상기 구동유닛을 제어 하는 구동 제어유닛을 더 포함하고, 상기 구동 제어유닛은 상기 구동유닛의 구동 방향 및 구동 속도 중 적어도 어느 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.And a drive control unit for controlling the drive unit and a drive unit for rotating the collection unit at a constant speed, wherein the drive control unit controls at least one of a drive direction and a drive speed of the drive unit. Electric radiator. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공급유닛은The supply unit 상기 방사용액을 저장하는 저장부; 및A storage unit for storing the spinning solution; And 상기 저장부의 일측에 형성되어 상기 수집유닛의 표면으로 상기 방사용액을 분사하는 분사부;An injection unit formed on one side of the storage unit to inject the spinning solution onto the surface of the collection unit; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.Electrospinning apparatus comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수집유닛은 원기둥 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.The collection unit is electrospinning apparatus, characterized in that formed in a cylindrical shape. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열유닛은 상기 수집유닛과 일정 거리 이격된 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.The heating unit is an electrospinning apparatus, characterized in that spaced apart from the collection unit a predetermined distance. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 가열유닛은 열복사로 상기 수집유닛에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.The heating unit is an electrospinning apparatus, characterized in that for supplying heat to the collection unit by heat radiation. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열유닛은 원기둥 모양으로 형성되되, 상기 수집유닛과 평행하게 배치되어 열복사로 상기 수집유닛의 표면을 가열하는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.The heating unit is formed in a cylindrical shape, the electrospinning apparatus characterized in that arranged in parallel with the collection unit to heat the surface of the collection unit by heat radiation. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열유닛은 도체인 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.And the heating unit is a conductor. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 가열유닛은 내부에 전열선을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.The heating unit is electrospinning apparatus characterized in that it comprises a heating wire therein. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고분자 수지용액은 키틴, 키토산, 콜라겐, 전분 및 셀룰로오스 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.The polymer resin solution is an electrospinning apparatus, characterized in that at least one of chitin, chitosan, collagen, starch and cellulose. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열유닛은 상기 공급유닛에 열을 공급하여 상기 반응용액을 연화점 이상으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.And the heating unit supplies heat to the supply unit to maintain the reaction solution above the softening point. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열유닛은The heating unit 열을 생성하는 도체부; 및A conductor portion generating heat; And 상기 도체부의 일부만을 노출하고 나머지 부분을 감싸도록 형성되어 상기 도체부의 노출된 부위로만 열이 발산되도록 하는 단열부;A heat insulation part configured to expose only a part of the conductor part and surround the remaining part so that heat is radiated only to an exposed part of the conductor part; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.Electrospinning apparatus comprising a.
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