KR20110077891A - Nozzle block for electrospining and electrospinning device comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기방사용 노즐블록 및 이를 포함하는 전기방사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노즐의 외주연에 일정 온도의 온도제어용 매질이 이동하는 다단 항온챔버를 구비하여 방사재료의 상태를 일정하게 유지시켜 방사되는 극세섬유의 품질을 향상시킬 수 있는 전기방사용 노즐블록 및 이를 포함하는 전기방사장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electrospinning nozzle block and an electrospinning apparatus including the same, and more particularly, to a constant temperature state of a radiating material having a multistage constant temperature chamber in which a temperature controlling medium of a predetermined temperature moves on an outer circumference of the nozzle. The present invention relates to an electrospinning nozzle block and an electrospinning apparatus including the same, which can maintain and improve the quality of microfibers emitted.
전기방사(Electrospinning)는 방사재료를 하전상태에서 방사하여 미세 직경의 섬유를 제조하는 기술로서 최근에는 나노미터급 섬유를 제조하기 위한 기술로 이용되어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 전기방사법은 전극의 하나의 전극은 방사노즐부에, 다른 하나의 전극은 컬렉터에 위치한 서로 반대 극성을 가지는 두 전극 사이에서, 하전된 방사 재료를 방사노즐부를 거쳐 공기 중으로 토출하고, 이어서 공기 중에서 하전 필라멘트의 연신 및 또 다른 필라멘트 분기를 거쳐 극세섬유를 제조하는 방법이다. 즉, 하전된 토출 필라멘트는 노즐과 컬렉터 사이에 형성된 전기장 내에서 극세화된다.Electrospinning (Electrospinning) is a technology for producing fine diameter fibers by spinning the spinning material in a charged state, and recently, as a technique for manufacturing nanometer-class fibers, research on this is being actively conducted. This electrospinning method discharges charged radiation material into the air through the spinning nozzle section between two electrodes having opposite polarities in which one electrode of the electrode is located in the radiation nozzle section and the other electrode is located in the collector. It is a method for producing microfibers by stretching charged filaments and further filament branches. In other words, the charged discharge filaments are miniaturized in the electric field formed between the nozzle and the collector.
전기방사에 의해 제조되는 섬유는 직경이 마이크로미터 두께에서 나노미터 두께가 되는데, 이와 같이 두께가 줄어들면 전혀 새로운 특성들을 나타낸다. 예들 들어, 체적에 대한 표면적 비율의 증가와 표면 기능성 향상, 장력을 비롯한 기계적 물성의 향상 등이 그것이다. 이러한 우수한 특성에 의해서 나노섬유는 많은 중요한 응용 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 나노섬유로 구성된 웹은 다공성을 갖는 분리막형 소재로서 각종 필터류, 상처치료용 드레싱, 인공지지체 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.Fibers produced by electrospinning have a diameter ranging from micrometers to nanometers, which in turn exhibits completely new properties. For example, an increase in the ratio of the surface area to the volume, an improvement in surface functionality, and an improvement in mechanical properties including tension. These superior properties allow nanofibers to be used in many important applications. For example, the web composed of such nanofibers is a membrane-type material having a porosity, and can be applied to various fields such as various filters, wound dressings, artificial supports, and the like.
전기방사를 위한 전기방사장치는 통상적으로 액상의 방사재료를 보관하는 방사액 주탱크, 방사액의 정량 공급을 위한 계량펌프, 방사액을 토출하는 다수개의 노즐이 배열된 노즐팩, 상기 노즐팩과 대향하여 위치하며 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터 및 고전압을 발생시키는 고전압발생장치들로 구성된다. An electrospinning device for electrospinning typically has a spinning liquid main tank for storing a liquid spinning material, a metering pump for quantitative supply of spinning liquid, a nozzle pack having a plurality of nozzles for discharging spinning liquid, the nozzle pack and It consists of a collector that accumulates the fibers that are opposed to it and a high voltage generator that generates a high voltage.
이러한 전기방사장치를 이용하여 나노 섬유를 제조하는 경우, 나노 섬유의 특성을 결정하는 요인으로는 방사액의 점도, 유전특성, 표면장력 등의 물질 특성과, 노즐과 컬렉터 사이의 거리, 노즐과 컬렉터 사이의 전압, 전기장 전하밀도, 노즐 내에서의 정전기적 압력, 고분자 용액의 주입속도와 같은 제어변수 등을 들 수 있다.When manufacturing the nanofibers using the electrospinning device, the factors that determine the properties of the nanofibers include material properties such as the viscosity of the spinning solution, dielectric properties, surface tension, the distance between the nozzle and the collector, the nozzle and the collector. Control variables such as voltage between, electric field charge density, electrostatic pressure in nozzle, injection speed of polymer solution, and the like.
상기의 여러 요인 중 특히 전기방사 중 방사재료의 물성을 일정하게 하여야만 방사되는 극세섬유의 품질을 향상시킬 수 있는데, 종래의 전기방사장치에서는 용융된 방사재료가 노즐팩으로 공급되어 이동될 때 온도가 일정하게 유지되지 않기 때문에 방사재료의 물성이 변화되어 양질의 나노섬유를 얻을 수가 없었다. 또한, 방사재료가 고화되어 방사노즐의 방사공이 막히는 경우가 발생하여 작업성이 저하되고 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.Among the above factors, the quality of the microfibers to be spun can be improved only by keeping the properties of the spinning material constant during electrospinning. Because it is not kept constant, the physical properties of the spinning material are changed to obtain a good quality nanofibers. In addition, there is a problem that the spinning material is solidified to block the spinning hole of the spinning nozzle, the workability is lowered and the manufacturing cost is increased.
상기 문제를 극복하기 위해 방사노즐 주위의 온도를 일정하게 유지한다고 하더라도 장시간 방사시 용융체의 열화현상 발생으로 인하여 물성의 저하가 초래되며, 용융체의 분해 등으로 인하여 비드가 발생하여 제품의 불량이 유발된다. In order to overcome the above problems, even if the temperature around the spinning nozzle is kept constant, deterioration of the physical properties may occur due to deterioration of the melt during long time spinning, and beads may occur due to decomposition of the melt, causing product defects. .
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 하나의 목적은 절연노즐 주위에 각각 온도가 독립적으로 제어될 수 있는 다단의 유리챔버 또는 세라믹 챔버를 설치하여 온도구배를 줌으로써 용융체의 열화를 방지하여 물성향상 및 제품불량을 최소화하고 섬유의 직경 또한 더 가는 극세 섬유를 제조할 수 있는 전기방사용 노즐블럭을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, one object of the present invention is to provide a temperature gradient by installing a multi-stage glass chamber or ceramic chamber, each temperature can be independently controlled around the insulating nozzle It is to provide an electrospinning nozzle block that can prevent the deterioration of the melt to minimize the improvement of physical properties and product defects and to produce ultrafine fibers with a thinner fiber diameter.
본 발명의 다른 목적은 방사 효율을 향상시킬 수 있고, 더욱 더 가는 섬유를 전기방사할 수 있는 전기방사장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an electrospinning device which can improve spinning efficiency and can electrospin even thinner fibers.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,One aspect of the present invention for achieving the above object,
방사재료를 전기방사하는 노즐이 설치되어 있는 전기방사용 노즐블록에 있어서, 상기 노즐블록이 상기 노즐블록을 수용하고, 에어 또는 오일에 의해 노즐블록 주위의 온도를 일정하게 유지하는 다단으로 구획된 다단 항온챔버들을 구비하며, 상기 각단의 다단 항온챔버들의 온도는 온도 구배를 갖는 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블록에 관한 것이다.In the electrospinning nozzle block provided with the nozzle for electrospinning the spinning material, the nozzle block receives the nozzle block, and is divided into a plurality of stages in which the temperature around the nozzle block is kept constant by air or oil. It is provided with a constant temperature chamber, the temperature of the multi-stage constant temperature chamber of each stage relates to an electrospinning nozzle block, characterized in that it has a temperature gradient.
상기 노즐블록은 상기 다단 항온챔버의 각 단의 항온챔버의 유입구로 온도제어용 매질을 공급하는 송풍기; 및 상기 송풍기와 상기 매질유입구들 사이에 설치되어 각 단의 항온챔버 내로 공급되는 온도제어용 매질을 가열하는 히팅부를 포함할 수 있다. 상기 전기방사용 노즐블록은 다단 항온챔버의 매질배출구들과 상기 송풍기 사이에 연결되어, 각 단의 항온챔버에서 배출된 온도제어용 매질을 상기 송풍기로 재순환시키는 바이패스관을 포함할 수 있다.The nozzle block blower for supplying a temperature control medium to the inlet of the constant temperature chamber of each stage of the multi-stage constant temperature chamber; And a heating unit installed between the blower and the medium inlets to heat the temperature control medium supplied into the constant temperature chamber of each stage. The electrospinning nozzle block may include a bypass pipe connected between the outlets of the multistage constant temperature chamber and the blower to recycle the temperature control medium discharged from the constant temperature chamber of each stage to the blower.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은, Another aspect of the present invention for achieving the above object,
방사 재료를 공급하는 방사 재료 공급부; 상기 방사 재료 공급부로부터 공급된 방사 재료를 압출하여 방사하는 압출기; 상기 압출기 선단에 연결된 노즐팩, 상기 압출기에 대향하여 위치되고 상기 압출기에서 노즐팩을 통해서 방사되는 섬유를 집적하는 컬렉터; 상기 노즐팩과 컬렉터 사이에 고전압을 인가하는 고전압 발생기를 포함하는 전기방사장치로서, A spinning material supply for supplying spinning material; An extruder which extrudes and spins the spinning material supplied from the spinning material supply unit; A nozzle pack connected to the tip of the extruder, a collector positioned opposite the extruder and accumulating fibers spun through the nozzle pack in the extruder; An electrospinning apparatus comprising a high voltage generator for applying a high voltage between the nozzle pack and the collector,
상기 노즐팩은 상기 노즐팩을 수용하고, 온도제어용 매질에 의해 노즐팩 주위의 온도를 일정하게 유지하는 다단으로 구획된 다단 항온챔버들을 구비하며, 상기 각단의 항온챔버들의 온도는 온도 구배를 갖는 것을 특징으로 하는 전기방사장 치에 관한 것이다.The nozzle pack includes the multi-stage constant temperature chambers, which are divided into stages to accommodate the nozzle pack and maintain a constant temperature around the nozzle pack by a temperature control medium, wherein the temperature of the constant temperature chambers of each stage has a temperature gradient. It relates to an electrospinning device characterized by.
본 발명의 전기방사용 노즐블록 및 이를 포함하는 전기방사장치에 의하면, 용융된 방사재료가 방사공을 통해 방사되기 직전까지 체류시간에 따른 용융체 분해를 방지하여, 지속적인 운전을 하여도 물성 저하 및 분해에 의한 기화현상으로 발생되는 토출량의 변화 등 방사조건의 불량을 최소화하여 균일한 품질의 극세섬유를 제조할 수 있다. 또한 전기방사장치의 장기운행시 방사재료의 고화로 인해서 방사공이 막히는 등의 장애를 극복하여 생산수율을 향상시킬 수 있다.According to the electrospinning nozzle block of the present invention and the electrospinning apparatus including the same, the molten spinning material is prevented from decomposing the melt according to the residence time until just before the spinning through the spin hole, the physical properties deterioration and decomposition even under continuous operation By minimizing the defect of the spinning conditions such as the change in the discharge amount caused by the vaporization phenomenon by the microfibers of uniform quality can be produced. In addition, the long-term operation of the electrospinning device can improve the production yield by overcoming obstacles such as clogging of the radiation hole due to the solidification of the radiation material.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 구현예들에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known general functions or configurations will be omitted.
본 발명의 일구현예의 전기방사용 노즐블록에서는 노즐블록 주위에 다단 항온챔버가 설치된다. 상기 다단 항온챔버는 유리 챔버 또는 세라믹 챔버로 구성되며, 일정 온도의 온도제어용 매질을 노즐블록 주위로 순환시켜 노즐블록 주위의 온도를 일정하게 유지하며, 상기 항온쳄버는 멀티챔버로 구성되어 2개 이상의 구획으로 분할되며, 각 구간의 온도는 방사재료의 체류시간을 감안하여 일정한 온도구배를 갖도록 구성된다.In the electrospinning nozzle block of one embodiment of the present invention, a multistage constant temperature chamber is installed around the nozzle block. The multi-stage constant temperature chamber is composed of a glass chamber or a ceramic chamber, and the temperature control medium of a predetermined temperature is circulated around the nozzle block to maintain a constant temperature around the nozzle block, and the constant temperature chamber is composed of multi-chambers and two or more chambers. It is divided into compartments, and the temperature of each section is configured to have a constant temperature gradient in consideration of the residence time of the emissive material.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전기방사용 노즐블록의 단면개략도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an electrospinning nozzle block according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예의 전기방사용 노즐블록(10)은 노즐팩(100)을 수용하고, 에어 또는 오일과 같은 온도제어용 매질에 의해 노즐팩(100) 주위의 온도를 일정하게 유지하는 다단 항온챔버(300)를 포함한다. 상기 항온 챔버(300)는 2 개 이상의 항온챔버들이 연결되어 다단으로 구성된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 항온챔버(300)는 제 1 항온챔버(310), 제2 항온챔버(320) 및 제 3 항온챔버(330)를 포함할 수 있다. 각단의 항온챔버(310, 320, 330)에는 온도제어용 매질을 공급하고 회수하는 파이프 라인이 연결된다. 1, the
상기 다단 항온챔버(300)는 각 챔버(310, 320, 330) 내에 에어 또는 오일과 같은 온도제어용 매질을 공급하는 매질공급부(200); 상기 매질공급부(200)로부터의 온도제어용 매질이 상기 다단 항온챔버의 각각의 챔버 내로 주입되는 매질유입구(312, 322, 332); 온도제어용 매질이 유동하는 온도제어용 매질 유로(311, 321, 331); 및 상기 각각의 항온챔버의 상기 온도제어용 매질 유입구(312, 322, 332)로 공급되어 유로(311, 321, 331)를 따라 이동해 온 온도제어용 매질을 배출시키는 매질배출구(313, 323, 333)를 포함한다. 상기 유입구에는 유량을 조절할 수 있는 밸브들(미도시)이 설치될 수 있다.The multi-stage
상기 매질공급부(200)는 상기 다단 항온챔버의 각각의 매질유입구(312, 322, 332)로 온도제어용 매질을 공급하는 송풍기(223); 및 상기 송풍기(223)에 인접하여 다단 항온챔버(310, 320, 330) 내로 공급되는 온도제어용 매질을 가열하는 히팅부(227)를 포함할 수 있다.The
상기 노즐팩(100)은 방사재료가 공급되는 압출기에 결합되어 전기방사하는 것으로, 압출기에 연결되는 전도성 재료로 구성된 압출기 연결부(150)와, 상기 압출기 연결부에 연결되는 노즐 본체(110); 및 상기 노즐 본체의 선단부에 결합되고, 방사재료가 방사되는 방사공을 포함하는 노즐부(120)를 포함한다.The
상기 노즐 본체(110)는 그 안에 용융된 방사재료가 이동되는 이동로(130)가 형성되어 있으며, 상기 노즐 본체(110)를 구성하는 재질은 특별히 한정하지는 않으며, 본 발명이 속하는 분야에 공지된 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 노즐부(120)는 방사재료에 전기장을 형성하기 위하여 전압이 인가되기 때문에, 전도성이 우수한 강철재로 형성하는 것이 바람직하다.The
상기 노즐부(120)는 상기 이동로(130)를 통해서 전달된 방사재료를 전기방사하는 것으로, 방사재료가 토출되는 방사공(121)이 구비되어 있으며, 상기 방사공(121)의 내경은 방사되는 섬유의 재료, 방사하고자 하는 섬유의 직경 등을 감안하여 적의 선택될 수 있는 것으로, 예를 들어, 0.06 mm~0.5 mm로 형성할 수 있다. The
상기 노즐부(120)에 인가되는 전압은 10~200kV 의 범위 내의 전압이 인가되는 것이 바람직하며, 인가된 전압은 노즐부(120) 내부의 방사재료를 하전시키고, 하전상태의 방사재료는 상기 방사공(121)을 통과하면서 미세 필라멘트 형태로 방사된다.The voltage applied to the
상기 다단 항온챔버(300)는 상기 노즐팩(100)의 외측에 설치되는데, 도 2는 이러한 노즐팩 및 다단 항온챔버의 구성을 나타내는 도면으로서, 도 2a는 사시도이 고, 도 2b는 일부절개사시단면도이이다.The multi-stage
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 다단 항온챔버(300)는 상기 노즐팩(100)을 감싸는 형태로 형성되는데, 일정 온도의 온도제어용 매질이 매질유입구(312, 322, 332)로 공급되어 상기 노즐팩(100)의 외주연을 이동하도록 하는 유로(311, 321, 331)가 형성되어 있으며, 온도제어용 매질이 배출되는 매질배출구(313, 323, 333)가 구비되어 있다. 상기 다단 항온챔버의 각 단은 노즐블록 내에서의 방사재료의 체류 시간 등을 조절하여 개별적으로 온도가 제어되도록 구획된 2개 이상의 단으로 구성된다. 2A and 2B, the multi-stage
예를 들어, 상기 다단 항온챔버(300)는 상기 노즐부(120)를 수용하고 그 주위의 온도를 일정하게 유지하는 제 1 항온챔버(310), 상기 노즐 본체(110)를 수용하고 그 주위의 온도를 일정하게 유지하는 제 2 항온챔버(320); 및 상기 압출기 연결부(150)를 수용하고 그 주위의 온도를 일정하게 유지하는 제 3 항온챔버(330)를 구비한다. For example, the multi-stage
상기 제 1 항온챔버의 온도(T1), 상기 제2 항온챔버의 온도(T2) 및 상기 제 3 항온챔버의 온도(T3)는 하기 수학식으로 표현되는 조건을 만족시키는 것이 좋다. The temperature T 1 of the first temperature chamber, the temperature T 2 of the second temperature chamber, and the temperature T 3 of the third temperature chamber may satisfy a condition represented by the following equation.
T2 = Tm + (10~20℃) T2 = Tm + (10 ~ 20 ℃)
T3 = Tm + (5~10℃) T3 = Tm + (5 ~ 10 ℃)
상기 다단 항온챔버(300)는 상기 노즐부(120)에 인가되는 전압이 전도되지 않도록 유리로 형성되는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 세라믹이나 테프론, 베이클라이트 등의 소재가 사용될 수 있다. 또한 상기 각각의 항온챔버(310, 320, 330)들은 단열재 재질의 격벽에 의하여 구획되어 안정적 온도유지가 가능하다. The multi-stage
상기 송풍기(223)는 상기 각 단의 항온챔버(310, 320, 330)에 온도제어용 매질을 공급하여 주는 것으로, 송풍기(223)의 형태는 특별히 제한하지 않으며, 축류형이나 반경류형 등 본 발명이 속하는 분야에 널리 알려진 임의의 구성이 채택될 수 있다.The
상기 히팅부(227)는 송풍기와 다단 항온챔버의 매질유입구들(313, 323, 333) 사이에 설치되어, 상기 송풍기(223)에서 각 단의 항온챔버들(310, 320, 330)로 공급되는 온도제어용 매질을 소정의 온도로 가열한다. The
한편, 상기 다단 항온챔버(300)에는 경우에 따라서 상기 각단의 항온챔버의 매질배출구들(313, 323, 333)과 상기 송풍기(223)의 흡기구(미도시)를 연결하는 바이패스관(240)이 구비될 수 있다.On the other hand, the multi-stage
상기 바이패스관(240)은 상기 매질배출구(313, 323, 333)로부터 배출되는 온도제어용 매질을 상기 송풍기(223)의 흡기구로 재순환시켜줌으로써, 온도제어용 매질의 열손실을 막아 적은 에너지만으로 다단 항온챔버 내에 일정 온도의 온도제어용 매질을 공급할 수 있게 한다.The
상기 다단 항온챔버(300)의 유로(311, 321, 331)로 이동하는 일정 온도의 온도제어용 매질은 상기 노즐팩(100)의 이동로(130)에 공급된 방사재료의 온도를 일정하게 유지시켜 줄뿐만 아니라, 일정한 온도구배를 주어 방사재료가 열화되지 않 도록 하며, 때문에 방사재료는 물성의 변화없이 노즐부(120)의 방사공(121)을 통해 안정적으로 전기방사된다.The temperature control medium having a constant temperature moving to the
본 발명의 또 다른 양상은, 전기방사용 방사재료를 공급하기 위한 공급부, 상기 공급부로부터 이송된 방사재료를 방사하는 노즐팩을 포함하는 노즐블록, 상기 노즐블록으로부터 방사된 섬유를 집적하기 위한 컬렉터, 상기 노즐블록과 컬렉터 사이에 고압의 전압을 인가하기 위한 고전압발생기를 포함하는 전기방사장치에 있어서, 상기 노즐블록은 전술한 본 발명에 따른 전기방사용 노즐블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치에 관한 것이다.Another aspect of the present invention, the supply unit for supplying the electrospinning spinning material, a nozzle block including a nozzle pack for spinning the spinning material transferred from the supply, a collector for accumulating fibers spun from the nozzle block, An electrospinning apparatus comprising a high voltage generator for applying a high voltage between the nozzle block and the collector, wherein the nozzle block comprises an electrospinning nozzle block according to the present invention. It is about.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 다단의 항온챔버가 구비된 전기방사용 노즐팩을 포함하는 전기방사장치의 구성을 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 방사장치는 방사 재료를 공급하는 방사 재료 공급부(1); 상기 방사 재료 공급부로부터 공급된 방사 재료를 압출하여 방사하는 압출기(2); 상기 압출기 선단에 연결된 노즐팩(10), 상기 압출기에 대향하여 위치되고 상기 압출기에서 노즐팩을 통해서 방사되는 섬유를 집적하는 컬렉터(4); 상기 노즐팩과 컬렉터 사이에 고전압을 인가하는 고전압 발생기(5)를 포함하고, 상기 노즐팩(10)은 상기 노즐팩을 수용하고, 에어 또는 오일에 의해 노즐팩 주위의 온도를 일정하게 유지하는 다단으로 구획된 다단 항온챔버들을 구비하며, 상기 각단의 다단 항온챔버들의 온도는 온도 구배를 갖는다. 3 is a schematic diagram schematically showing the configuration of an electrospinning apparatus including an electrospinning nozzle pack provided with the multistage constant temperature chamber according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention includes a spinning
각 단의 항온챔버들은 각 단의 항온챔버 내에 온도제어용 매질을 공급하는 매질공급부; 상기 매질공급부로부터의 온도제어용 매질이 상기 항온챔버 내로 주입 되는 매질유입구; 온도제어용 매질이 유동하는 온도제어용 매질 유로; 및 상기 온도제어용 매질 유입구로 공급되어 유로를 따라 이동해 온 온도제어용 매질을 배출시키는 매질배출구를 포함한다. The constant temperature chambers of each stage include a medium supply unit supplying a medium for controlling temperature in the constant temperature chamber of each stage; A medium inlet for introducing a temperature control medium from the medium supply unit into the constant temperature chamber; A temperature control medium flow path through which the temperature control medium flows; And a medium discharge port supplied to the temperature control medium inlet for discharging the temperature control medium that has moved along the flow path.
본 발명의 일 구현예에 따른 전기방사장치에서 상기 방사재료 공급부(1)는 섬유 원료가 되는 방사재료가 공급되어 용매에 용해되거나 용융액으로 상변화되는 부분이다. 도시된 구현예에서, 방사재료 공급부(1)는 고분자칩을 용융하는 가열수단(미도시), 용융된 폴리머 용융액을 이송하는 이송수단(미도시)을 구비할 수 있다. In the electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention, the spinning
방사재료 공급부(1)는 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 대안으로, 압출기에 공급할 폴리머를 저장하는 방사재료 저장탱크, 저장된 폴리머를 시간당 일정한 양으로 방사구금에 공급해주는 조절장치인 정량펌프 및 공급관을 포함할 수 있다. The spinning
본 발명에서 사용가능한 고분자 재료는 폴리머 용액, 폴리머 용해물, 용해된 유리 물질, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 본 발명에서 사용가능한 대표적인 고분자 재료의 비제한적인 예들은 불소 중합체, 폴리올레핀, 폴리이미드, 폴리락타이드, 폴리에스테르, 폴리카프로락톤, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에틸렌 옥사이드를 포함하며, 이들을 단독으로 혹은 둘 이상이 혼합된 상태로 사용할 수도 있다. 또한 본 발명에서 폴리머 용액 또는 용융 폴리머의 물성 향상을 위하여 기타 첨가제가 첨가될 수 있다.Polymeric materials usable in the present invention include polymer solutions, polymer melts, dissolved glass materials, and mixtures thereof. Non-limiting examples of representative polymer materials usable in the present invention include fluoropolymers, polyolefins, polyimides, polylactides, polyesters, polycaprolactones, polyvinylidene fluorides, polyacrylonitriles, polysulfones, polyimides, Polyethylene oxide, and these may be used alone or in a mixture of two or more. In the present invention, other additives may be added to improve physical properties of the polymer solution or the molten polymer.
상기 공급부(1)에서 이송된 방사재료를 섬유상으로 방사하는 노즐블록(10)은 상기 압출기(2)에 설치되며, 경우에 따라 단수 또는 다수개가 설치되는 구성이다.The
여기서, 상기 노즐블록(10)은 방사재료가 방사되는 노즐팩 주위의 온도를 일정하게 유지하는 다단 항온챔버가 결합된다. 상기 다단 항온챔버에 일정 온도의 온도제어용 매질을 공급하는 송풍기 및 히팅부가 구비되어 상기 노즐팩의 온도를 유지시켜, 상기 노즐팩 내부에 공급된 방사재료의 물성이 유지되도록 한다.Here, the
온도가 유지된 방사재료는 노즐팩의 노즐부에 형성된 방사공을 통해 방사되는데, 이때 상기 노즐부에는 전압이 인가되어 방사되는 방사재료에 전기장을 형성한다. 한편, 상기 각각의 항온챔버로부터 배출된 온도제어용 매질은 바이패스관을 통해 상기 송풍기로 재순환된다.The spinning material maintained at a temperature is radiated through a spinning hole formed in the nozzle part of the nozzle pack, wherein a voltage is applied to the nozzle part to form an electric field in the spinning material radiated. On the other hand, the temperature control medium discharged from each of the thermostatic chamber is recycled to the blower through the bypass pipe.
상기 컬렉터(4)는 상기 노즐팩에 인가된 전압의 극성과 반대의 극성이 인가되거나 접지시켜 걸어주는 것으로, 상기 노즐부의 방사공을 통해 방사된 미세 필라멘트 형태의 고분자재료와 강력한 전기장을 형성하여 필라멘트가 나노급의 직경으로 방사되어 집적되도록 한다.The
상기 컬렉터(4)는 전도성이 우수한 금속재가 사용되며, 이송롤러와 같은 이송수단으로 상기 노즐팩(10)에 대하여 연속적으로 공급되도록 하는 것이 바람직하다. 컬렉터는 플레이트 형태 또는 드럼 형태가 될 수 있다. 나노 섬유를 연속적으로 생산하기 위해서는 컬렉터는 회전 가능한 드럼 형태인 것이 유리하다.The
한편, 하전되어 방사된 필라멘트는 직물, 부직포, 종이 등과 같은 비금속성기재 위에 집적시킬 수도 있는데, 이 경우에는 상기 컬렉터의 전면에 기재를 위치시켜 집적시켜 웹을 형성할 수 있으며, 웹이 형성된 기재는 이동수단을 통해 이동 되어 상, 하 히팅장치(미도시)를 통과하면서 가열되어 칼렌더링(calendaring)되며, 최종적으로 권취롤러(미도시)에 권취된다.On the other hand, the charged filament may be integrated on a non-metallic substrate such as woven fabric, nonwoven fabric, paper, etc. In this case, by placing the substrate on the front of the collector to form a web, the substrate on which the web is formed Is moved through the moving means is heated while passing through the heating device (not shown) (not shown), calendering (calendaring), it is finally wound on the take-up roller (not shown).
한편, 도 3에 도시된 구현예에서, 상기 노즐블록(10)과 컬렉터(4)는 수평방향으로 대향하여 배치되어 있으나, 여기에 한정되지 않으며 수직방향으로도 대향하여 배치될 수 있다. 즉 본 발명의 노즐블록 및 전기방사장치는 횡방향식 방사장치뿐만 아니라 상방식 또는 하방식 방사장치에도 적용될 수 있다. Meanwhile, in the embodiment shown in FIG. 3, the
상기 고전압발생기(5)는 당업계에서 공지된 방식을 제한없이 사용할 수 있다. 바람직하게 상기 고전압발생기(5)에서 인가되는 전압은 10 ~ 200kV의 범위 내에 해당하도록 하는 것이 나노미터급의 방사를 위해 적합하다.The
그러면 이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 전기방사장치의 동작에 대하여 설명하기로 한다. 먼저, 방사재료 공급부(1)로부터 압출기(2) 측으로 원료 용액이 정량공급되면, 압출기(2) 내의 히터 및 스크류에 의해 폴리머 재료가 용융되면서 노즐팩(10)를 통해서 압출되고, 이 때 제어부에 의해 온도가 조절될 수 있다. Then, the operation of the electrospinning apparatus according to the present invention configured as described above will be described. First, when the raw material solution is quantitatively supplied from the spinning
압출기(2) 내에 공급된 중합 재료는 압출기 내의 스크류의 회전에 의해 공급되면서 압축탈포 또는 혼합용융되어 균일한 용융액이 되어 다음 단으로 공급된다. 압출되는 동안에는 중합 재료의 융융 상태를 유지하기 위해 가열되는데, 가열은 압출기 외벽에 장착된 히터에 의해 이루어진다. 중합 재료는 여과장치에 의해 여과되어 방사시 사절의 원인이 되는 이물질을 제거한다. 필터에 의해 여과된 중합 재료는 노즐팩에 공급되어 공기 중으로 토출된다. The polymeric material supplied in the
본 발명의 전기방사장치에서는 노즐팩 주위에 장착된 다단 항온챔버 내의 유 로를 따라서 일정 온도의 온도제어용 매질이 순환되면서 노즐팩 주위의 온도를 일정하게 유지하여 용융된 폴리머가 최적의 용융 상태를 유지하도록 한다. 또한 다단의 항온챔버 내에서 각 챔버 별로 일정한 온도 구배를 갖도록 온도가 독립적으로 제어되기 때문에 방사재료의 분해 또는 장기운행시의 방사재료의 고화를 방지할 수 있다. 압출기(2) 선단의 노즐팩(10)에서 방사되는 방사액은 고전압발생기(5)를 통해 하전된다. 상기 방사재료 공급부(1)의 폴리머 방사액은 절연되고 노즐팩(10)를 통해서 토출된다. 방사액은 노즐부를 거치면서 미세 필라멘트 형태로 연신되어 대향하는 컬렉터(4) 측으로 토출된다. 이때 컬렉터(4)와 하전 필라멘트 간에 형성되는 강력한 전기장으로 인해 방사 섬유 (700)가 테일러 콘 형상의 위핑 모션에 의해 나노급의 직경이 되도록 연신되며 방사된다. In the electrospinning apparatus of the present invention, while the temperature control medium is circulated along the flow path in the multi-stage constant temperature chamber mounted around the nozzle pack, the temperature around the nozzle pack is kept constant so that the molten polymer maintains the optimum melting state. Do it. In addition, since the temperature is independently controlled to have a constant temperature gradient for each chamber in the multi-stage constant temperature chamber, it is possible to prevent decomposition of the radiation material or solidification of the radiation material during long-term operation. The spinning liquid radiated from the
본 발명의 절연 노즐팩 및 전기방사장치를 이용하여 제조될 수 있는 나노섬유는 필터소재, 광화학 센서소재, 카본 나노튜브 등 탄소 소재, 전자소자용 소재, 생체 의학용 소재, 조직 공학용 소재, 약물 전달용 소재, DNA 제조용 기초소재 및 미용소재 등으로 광범위하게 응용될 수 있다. 예를 들어, 나노섬유는 부피에 비해 표면적이 매우 크기 때문에 필터용으로 응용시 탁월한 효과를 나타내며, 전기전도성을 지닌 고분자를 나노 섬유로 제조해 유리에 코팅하면 햇빛의 양을 감지해 창문의 색을 변하게 할 수 있다. 전도성 나노섬유를 리튬이온전지의 전해질로 사용할 경우, 전해액의 누출을 막으면서 도전지의 크기와 무게를 크게 줄일 수 있다. 또한 생체조직과 흡사하게 만든 인공단백질로 나노섬유를 만들면 상처가 아물면서 바로 몸속으로 흡수되는 붕대나 인조피부 제조에도 이용될 수 있다.Nanofibers that can be produced using the insulating nozzle pack and electrospinning of the present invention is a filter material, photochemical sensor material, carbon material such as carbon nanotubes, electronic device material, biomedical material, tissue engineering material, drug delivery It can be applied to a wide range of materials, such as a base material and cosmetic materials for the manufacture of DNA. For example, nanofibers have a very large surface area compared to their volume, so they have an excellent effect when applied to filters. When nanofibers made of electrically conductive nanofiber are coated on glass, the color of the window can be detected by detecting the amount of sunlight. Can change. When the conductive nanofiber is used as an electrolyte of a lithium ion battery, the size and weight of the conductive paper can be greatly reduced while preventing leakage of the electrolyte. In addition, if nanofibers are made from artificial proteins made similar to biological tissues, they can be used for the manufacture of bandages or artificial skins that are immediately absorbed into the body as the wound heals.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다. 예를 들어, 본원에서는 압출기를 이용하는 전기방사장치에 관해서 주로 설명하였으나, 도 4에 도시한 바와 같이 방사팩이 폴리머 재료를 정량 공급하는 펌프, 상기 펌프로부터 공급된 폴리머 재료를 균일한 형태의 흐름으로 변환시키는 시린지 튜브 및 상기 시린지 튜브로부터의 폴리머 재료를 방사하는 하나 이상의 노즐블록을 포함하는 전기방사장치에서도 응용될 수 있다. 고전압 발생 장치(5)는 10 kV 내지 200 kV의 고전압을 방사노즐블록(10) 및 컬렉터(4) 사이에 발생시킬 수 있다. 그리고 마이크로 펌프(12)는 방사 용융물 공급부(11)로부터 공급된 방사 용융물을 일정한 압력으로 실린더 튜브로 공급할 수 있다. 필요에 따라 마이크로 펌프(12)는 양을 측정할 수 있는 계량 장치를 포함할 수 있다. 마이크로 펌프(12)로부터 공급되는 방사 용융물은 실린지 튜브(13)를 경유하여 노즐블록(10)에서 전기방사된다. 방사용융물은 방사 니들과 컬렉터 사이에 형성된 고전압으로 인하여 컬렉터로 수집이 된다. Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many modifications are made by those skilled in the art to which the present invention pertains within the technical spirit of the present invention. This possibility will be self-evident. For example, in the present application, an electrospinning apparatus using an extruder has been mainly described. However, as shown in FIG. 4, a spinning pack supplies a polymer material in a fixed quantity, and a polymer material supplied from the pump has a uniform flow. The invention may also be applied to an electrospinning apparatus comprising a syringe tube for converting and one or more nozzle blocks for spinning polymer material from the syringe tube. The
실시예Example 1 One
열가소성 폴리우레탄 칩을 압출기 내에서 용융시킨 후 다단 항온 챔버 (300)가 장착된 노즐팩에 공급하고, 공급된 폴리 우레탄 용융체를 노즐 끝부분에 20 kV가 인가된 방사공(121)을 통해 방사시켜, 50 cm 의 거리에 위치한 컬렉터에 포집하 는 것으로 100두께의 폴리우레탄 웹을 제작하였다. 이때, 압출기내의 온도는 약 200℃를 유지하였으며, 방사공(121)의 내경은 0.25 mm 이었다. 다단항온 챔버 (300)의 온도는 T1= 310℃, T2= 280℃, T3= 270 ℃로 온도 구배를 갖도록 하였다. 포집된 폴리우레탄 웹의 주사전자현미경 사진을 도 5에 타내었으며, 인장강도를 측정하여 도 7에 나타내었다. 하기 표 1에는 섬유 평균 직경과 인장강도 및 신율을 나타내었다. The thermoplastic polyurethane chip is melted in the extruder and then supplied to the nozzle pack equipped with the multi-stage
비교예Comparative example 1 One
다단 항온 챔버가 장착되지 않은 일반 노즐팩을 이용하여 전기방사에 의해 폴리우레탄 웹을 제조하였다. 방사조건은 인가전압 25 kV, 컬렉터까지의 거리 50 cm,압출기 온도 약 200℃, 방사공 (121)내경은 0.25 mm로 하여 100 의 폴리우레탄웹을 제조하였다. 제작된 웹의 섬유 평균 직경, 인장강도, 신율을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다. 수득된 폴리우레탄 웹의 주사전자현미경 사진을 도 6에 나타내었고, 인장강도 측정 결과를 도 7에 나타내었다. Polyurethane webs were prepared by electrospinning using a normal nozzle pack not equipped with a multistage constant temperature chamber. The spinning condition was 25 kV, a distance of 50 cm to the collector, an extruder temperature of about 200 ° C., and an inner diameter of the
이상에서 본 발명을 실시예를 이용하여 상세하게 설명하였다. 그러나 제시된 실시예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 이러한 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않고 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.In the above, the present invention has been described in detail using examples. However, the presented embodiments are exemplary and those skilled in the art may make various modifications and modifications to the embodiments without departing from the technical spirit of the present invention. The scope of the invention should not be limited by these modifications and variations, but should be defined only by the claims appended hereto.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전기방사용 노즐블록의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an electrospinning nozzle block according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 노즐블록의 다단 항온챔버를 나타내는 도면으로서, 도 2a는 사시도이고, 도 2b는 일부절개사시단면도이다.Figure 2 is a view showing a multi-stage constant temperature chamber of a nozzle block according to an embodiment of the present invention, Figure 2a is a perspective view, Figure 2b is a partial cutaway perspective cross-sectional view.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 노즐블록을 포함하는 전기방사장치를 나타내는 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing an electrospinning value including a nozzle block according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 노즐블록을 포함하는 전기방사장치를 나타내는 개략도이다.4 is a schematic view showing an electrospinning apparatus including a nozzle block according to another embodiment of the present invention.
도 5는 실시예 1에서 수득된 폴리우레탄 웹의 주사전자현미경 사진이다.5 is a scanning electron micrograph of the polyurethane web obtained in Example 1. FIG.
도 6은 비교예 1에서 수득된 폴리우레탄 웹의 주사전자현미경 사진이다. 6 is a scanning electron micrograph of the polyurethane web obtained in Comparative Example 1.
도 7은 실시예 및 비교예에서 수득된 폴리우레탄 웹의 인장강도 측정 결과를 나타낸 것이다.Figure 7 shows the tensile strength measurement results of the polyurethane web obtained in Examples and Comparative Examples.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10 : 전기방사용 노즐블록 100 : 노즐팩10: Electrospinning nozzle block 100: Nozzle pack
110 : 노즐 본체 120 : 노즐부110: nozzle body 120: nozzle part
121 : 방사공 130 : 이동로121: spinning ball 130: moving path
150: 압출기 연결부150: extruder connection
300 : 다단 항온챔버 310 : 제 1 항온챔버300: multi-stage constant temperature chamber 310: first constant temperature chamber
320 : 제 2 항온챔버 330 : 제 3 항온챔버320: second constant temperature chamber 330: third constant temperature chamber
311, 321, 331 : 유로 312, 322, 332 : 유입구311, 321, 331:
313, 323, 333 : 배출구 200: 매질공급부313, 323, 333: outlet 200: medium supply unit
223 : 송풍기 227 : 히팅부223: blower 227: heating unit
240 : 바이패스관 1 : 방사재료 공급부240: bypass tube 1: radiating material supply unit
4 : 컬렉터 5 : 고전압발생기4: collector 5: high voltage generator
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Cited By (3)
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CN103628150A (en) * | 2013-12-05 | 2014-03-12 | 厦门大学 | Multi-spray-head electrostatic spinning device |
CN109554772A (en) * | 2018-12-29 | 2019-04-02 | 盐城工学院 | Electrostatic spinning apparatus and its working method |
KR102022033B1 (en) * | 2018-04-30 | 2019-09-18 | 주식회사 나노플랜 | Melt Electrospinning |
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Cited By (4)
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---|---|---|---|---|
CN103628150A (en) * | 2013-12-05 | 2014-03-12 | 厦门大学 | Multi-spray-head electrostatic spinning device |
CN103628150B (en) * | 2013-12-05 | 2015-09-09 | 厦门大学 | A kind of multiple injector electrostatic spinning device |
KR102022033B1 (en) * | 2018-04-30 | 2019-09-18 | 주식회사 나노플랜 | Melt Electrospinning |
CN109554772A (en) * | 2018-12-29 | 2019-04-02 | 盐城工学院 | Electrostatic spinning apparatus and its working method |
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