KR20110077915A - Method for controlling electrospinning conditions of a electrospinning device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기방사장치의 방사조건 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기방사장치에서 전기방사함에 있어서 전압 인가 방향 및/또는 인가 전압 세기를 제어하여 전기방사함으로써 전기방사장치의 물리적인 변경 없이 다양한 기능성의 웹을 제조할 수 있는 전기방사장치의 방사조건 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling the radiation condition of the electrospinning apparatus, and more particularly, by electrospinning by controlling the direction of voltage application and / or the applied voltage intensity in electrospinning in the electrospinning apparatus without physical modification of the electrospinning apparatus. The present invention relates to a radiation condition control method of an electrospinning apparatus capable of manufacturing a web of various functionalities.
전기방사(Electrospinning)는 방사재료를 하전 상태에서 방사하여 미세 직경의 섬유를 제조하는 기술로서 최근에는 나노미터급 섬유를 제조하기 위한 기술로 이용되어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 전기방사법은 하나의 전극은 방사노즐블록에, 다른 하나의 전극은 컬렉터에 위치한 서로 반대 극성을 가지는 두 전극 사이에서, 하전된 방사 재료를 방사노즐을 거쳐 공기 중으로 토출하고, 이어서 공기 중에서 하전 필라멘트의 연신을 거쳐 극세섬유를 제조하는 방법이다. 즉, 하전된 토출 필라멘트는 노즐과 컬렉터 사이에 형성된 전기장 내에서 극세화된 다.Electrospinning (Electrospinning) is a technology for producing a fine diameter fiber by spinning the spinning material in a charged state, recently used as a technology for manufacturing nanometer-class fibers, and research on this is being actively conducted. This electrospinning method discharges charged radiation material into the air through the spinning nozzle into the air between two electrodes having opposite polarities in which one electrode is located in the radiation nozzle block and the other electrode is located in the collector. It is a method for producing ultrafine fibers after stretching. 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. 예를 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 응용될 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 make nanofibers applicable to 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.
고분자 폴리머 용액을 용제에 녹인 방사 용액 또는 고분자 폴리머의 용융물은 방사 노즐을 가진 방사노즐블록에서 방사된 후, 컬렉터에 집속이 되어 나노섬유 웹(web)을 형성한다. 일반적으로 산업적 규모의 전기방사장치는 다수 개의 방사노즐블록을 포함하고, 각각의 노즐블록은 수십 내지 수천 개의 방사노즐을 포함하고 있다. 그러나 수십 내지 수천 개의 방사 노즐에 인가된 고전압은 방사 노즐 사이에 형성되는 전압의 불균일성으로 인하여 컬렉터에 집적되는 나노섬유 웹의 물성의 불균일성을 발생시킬 수 있다. 또한 기존에는 균일한 웹 제조를 위해 큰 규모의 방사장치의 방사 노즐블록의 위치 및 각도를 변경해야만 하기 때문에 유연하게 공정 조건을 변경할 수 없고 다양한 기능성의 나노웹을 제조할 수 없는 문제점이 있었다. The spinning solution or the melt of the polymer polymer in which the polymer polymer solution is dissolved in a solvent is spun in a spinning nozzle block having a spinning nozzle, and then focused on a collector to form a nanofiber web. In general, industrial-scale electrospinning devices include a plurality of spinning nozzle blocks, and each nozzle block includes tens or thousands of spinning nozzles. However, high voltages applied to dozens or thousands of spinning nozzles may cause non-uniformity of physical properties of the nanofiber webs integrated in the collector due to the non-uniformity of the voltages formed between the spinning nozzles. In addition, since the position and angle of the spinning nozzle block of the large-scale spinning apparatus must be changed for uniform web manufacturing, there is a problem in that the process conditions cannot be flexibly changed and nanowebs of various functionalities cannot be manufactured.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 하나의 목적은 전기방사장치에서 방사노즐블록의 임의적인 위치, 각도 변경 없이도 전압인가 위치 및 세기를 달리하여 방향성이 수반되는 균일한 전기장을 형성해 줌으로써 다양한 기능성 웹을 제조할 수 있는 전기방사장치에서의 방사조건 제어 방법을 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 direction by varying the position and intensity of voltage application without changing the arbitrary position, angle of the radiation nozzle block in the electrospinning apparatus By providing a uniform electric field to provide a radiation condition control method in an electrospinning apparatus that can produce a variety of functional web.
본 발명의 다른 목적은 웹의 물성을 균일하게 또는 기능성 있게 제조할 수 있는 방사 노즐블록에서의 고전압 인가방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a high voltage application method in a spinning nozzle block which can produce the physical properties of the web uniformly or functionally.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 복수개의 노즐을 포함하는 다수 개의 노즐블럭들을 포함하는 전기방사장치에서 전기방사하여 나노웹을 제조함에 있어서, 상기 각각의 노즐블럭에 인가되는 전압의 인가방향을 조절하여 섬유의 집적 방향을 제어하는 단계와 상기 각각의 노즐 블록에 인가되는 전압의 세기를 조절하여 방사섬유의 섬도를 조절하는 단계 가운데 하나 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치의 방사조건 제어방법에 관한 것이다. One aspect of the present invention for achieving the above object is a voltage applied to each nozzle block in the electrospinning to produce a nanoweb in an electrospinning apparatus comprising a plurality of nozzle blocks comprising a plurality of nozzles Electrospinning comprising the steps of controlling the integration direction of the fiber by adjusting the direction of application of the fiber and the fineness of the spinning fiber by adjusting the intensity of the voltage applied to each nozzle block The present invention relates to a method for controlling the radiation condition of a device.
본 발명의 일실시예에서는 노즐블럭에 대한 전압인가방향을 조절함으로써 전기방사되는 섬유의 컬렉터에 대한 집적 방향을 제어할 수 있는데, 원하는 섬유의 집적방향과 반대되는 방향으로 전압인가방향을 설정한다. In one embodiment of the present invention, by controlling the voltage application direction for the nozzle block, the integration direction of the collector of the electrospun fibers can be controlled, and the voltage application direction is set in a direction opposite to the integration direction of the desired fiber.
한편, 고전압발생기에 의해서 전기방사장치에 인가되는 전압의 세기를 조 절함으로써 전기방사되는 섬유의 섬도를 제어할 수 있는데, 연속적으로 배열된 하나 이상의 노즐 블록들에서, 복수의 노즐블록 각각에 인가되는 전압의 세기를 달리하여 세섬도의 섬유와 태섬도의 섬유를 동시에 방사하여 섬유를 선택적으로 결합시킨다. On the other hand, by adjusting the intensity of the voltage applied to the electrospinning device by the high voltage generator, it is possible to control the fineness of the electrospun fibers, in one or more nozzle blocks arranged in series, which is applied to each of the plurality of nozzle blocks By varying the strength of the voltage, the fibers of the three fine islands and the fibrous islands are simultaneously radiated to selectively bond the fibers.
본 발명의 방법을 적용할 경우 균일한 웹 제조를 위해 선행적으로 사용되어 왔던 방사 노즐블록의 임의적인 위치, 각도 변경 없이도 전압인가 위치 및 세기를 달리하여 방향성이 수반되는 균일한 전기장을 형성해 줌으로써 균일한 웹을 제조할 수 있다. 또한 섬유의 선택적 결합도 가능하여 강도, 신도 등을 향상시킬 수 있는 기능성 웹을 제조할 수 있다.When applying the method of the present invention by forming a uniform electric field accompanied by directionality by varying the position and intensity of voltage application without changing the arbitrary position, angle of the radiation nozzle block that has been used previously for uniform web manufacturing One web can be made. In addition, the selective bonding of the fibers is also possible to produce a functional web that can improve the strength, elongation and the like.
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 명세서에서 노즐블럭은 하나 이상의 노즐이 정렬되어 형성된 단위체를 의미한다. 대량 생산을 위한 전기방사장치는 일정한 형태로 정렬된 다수 개의 노즐블럭으로부터 방사용액 또는 방사 용융물이 컬렉터에 전기 방사되어 나노섬유 웹이 연속적으로 제조될 수 있도록 되어 있다.In the present specification, the nozzle block means a unit formed by aligning one or more nozzles. Electrospinning for mass production is such that spinning solution or spinning melt is electrospun into the collector from a plurality of nozzle blocks arranged in a uniform fashion so that the nanofiber web can be continuously produced.
본 발명의 일실시예의 전기방사장치의 방사조건 제어 방법은 구체적으로, 방사 노즐블록에 고전압을 인가하는 방법에 관한 것으로, 고전압을 인가하는 방법에 따라 웹의 물성을 균일하게 또는 기능성 있게 제조할 수 있다. Specifically, the method of controlling the radiation condition of the electrospinning apparatus of the present invention relates to a method of applying a high voltage to a spinning nozzle block. The physical properties of the web can be uniformly or functionally produced according to a method of applying a high voltage. have.
방사 노즐블록에 고전압을 인가하는 위치에 따라 전기장 형성이 달라지는데, 컬렉터에 집적되는 섬유의 집적 방향은 전압이 인가되는 방향에 반대 방향으로 휘는 경향이 있다. 이러한 현상은 전압의 세기가 높아질수록 더욱 뚜렷이 나타난다. 본 발명은 이러한 점에 착안해 전압을 인가하는 위치를 다양하게 조절하여 웹 두께의 불균일성 문제를 해결하고, 선택적으로 섬유를 결합하여 강도, 신도 등이 향상된 기능성 있는 웹을 제조하는 방법이다. The electric field formation varies depending on the position at which the high voltage is applied to the spinning nozzle block, and the direction of integration of the fibers integrated in the collector tends to bend in a direction opposite to the direction in which the voltage is applied. This phenomenon is more pronounced as the voltage intensity increases. The present invention solves the problem of non-uniformity of the thickness of the web by variously adjusting the position where the voltage is applied in view of this point, and selectively combines the fibers to produce a functional web with improved strength, elongation and the like.
본 발명의 일실시예의 전기방사장치의 방사조건 제어방법은 복수개의 노즐을 포함하는 다수 개의 노즐블럭들을 포함하는 전기방사장치에서 전기방사하여 나노웹을 제조함에 있어서, 상기 각각의 노즐블럭에 인가되는 전압의 인가방향을 조절하여 섬유의 집적 방향을 제어하는 단계와 상기 각각의 노즐 블록에 인가되는 전압의 세기를 조절하여 방사섬유의 섬도를 조절하는 단계 가운데 하나 이상의 단계를 포함한다.Radiation condition control method of the electrospinning apparatus of an embodiment of the present invention is applied to each nozzle block in the electrospinning in the electrospinning apparatus comprising a plurality of nozzle blocks including a plurality of nozzles to produce a nanoweb Adjusting the direction of application of the voltage to control the integration direction of the fiber, and adjusting the intensity of the voltage applied to each nozzle block to adjust the fineness of the spinning fiber.
본 발명은 용액 방사 및 용융 전기방사 장치와 같은 임의의 방사도프(dope)를 위한 전기 방사 장치에 적용될 수 있고 아울러 상향, 측면 및 하향식 전기방사장치에서의 전기방사에 모두에 적용될 수 있다.The invention can be applied to electrospinning devices for any spinning dope, such as solution spinning and melt electrospinning devices, as well as to electrospinning in both upward, side and top down electrospinning devices.
전기방사장치는 하나 이상의 노즐들을 포함하는 다수 개의 노즐 블록을 포함한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전기방사장치에서의 고전압 인가 방법 이 적용되는 전기방사장치의 개략도이다. 전기방사장치는 통상적으로 방사재료를 보관하는 방사재료 공급부, 방사재료의 정량 공급을 위한 계량펌프, 방사재료를 토출하는 다수 개의 노즐이 배열된 하나 이상의 노즐블록들, 상기 노즐블럭들과 대향하여 위치하며 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터 및 상기 노즐블럭과 컬렉터 사이에 고전압을 발생시키는 고전압발생장치로 구성되어 있다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해 일부 구성요소는 도시하지 않았다. The electrospinning device comprises a plurality of nozzle blocks comprising one or more nozzles. 1 is a schematic diagram of an electrospinning apparatus to which a high voltage application method is applied in an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention. The electrospinning device is typically located at a position opposite to the nozzle block, in which a spinning material supply unit for storing the spinning material, a metering pump for quantitative supply of the spinning material, one or more nozzle blocks having a plurality of nozzles for discharging the spinning material are arranged. And a collector for accumulating fibers and a high voltage generator for generating a high voltage between the nozzle block and the collector. For convenience of description, some components are not shown in FIG. 1.
하향식 전기 방사 장치를 예로 들면, 노즐블럭(10, 20)의 아래쪽에 컬렉터(30)가 설치되어 노즐블럭 및 컬렉터 사이에 고전압이 인가된다. 그리고 노즐블럭 및 컬렉터 사이의 공간에는 전기 방사가 이루어지는 방사 구역이 형성된다. 방사 구역에서 섬유가 컬렉터에 집적되는 방향은 노즐블럭에 인가되는 전압의 방향(위치)에 영향을 받는다. 도 1을 참고하면, 제 1 멀티노즐 방사블록(10)에는 수직 방향(VD1)으로 전압이 인가되고, 제 2 멀티노즐 방사블록(20)에는 오른쪽으로 편향되게 전압이 인가된다. 이와 같이 전압인가 위치를 변경하면, 제 1 멀티노즐 방사블록(10)으로부터 방사되는 섬유는 수직 방향(CD1)으로 컬렉터에 집적되고, 제 2 멀티노즐 방사블록(20)으로부터 방사되는 섬유는 좌측으로 휘는 방향(CD2)으로 컬렉터(30)에 집적된다. 이와 같이 전압인가 방향 또는 위치를 조절함으로써 섬유 집적 방향을 조절할 수 있다.As an example of the top-down electrospinning apparatus, a
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기방사장치에서의 고전압 인가 방법이 적용되는 전기방사시스템의 개략도이다. 고전압인가장치에 의해 인가되는 전압의 세기에 따라서 방사섬유의 섬도가 달라진다. 전압의 세기가 셀수록 방사되는 섬유의 섬도가 가늘어지는데, 이와 같이 섬도가 달라질 경우 나노 섬유 웹의 두께가 달라질 수 있다.2 is a schematic diagram of an electrospinning system to which a high voltage application method is applied in an electrospinning apparatus according to another embodiment of the present invention. The fineness of the spinning fiber varies depending on the strength of the voltage applied by the high voltage application device. As the intensity of the voltage increases, the fineness of the fiber to be radiated becomes thin. If the fineness is changed in this way, the thickness of the nanofiber web may vary.
본 발명에서 전압 인가 방법은 점(dot)방식으로 한 곳에 인가 될 수도 있지만 면(plate)방식으로 부가 될 수도 있다. 이러한 방식에 따라 노즐 방사블록과 컬렉터와의 전기장 형성의 모양이 달라지게 되며, 이러한 이유로 섬유의 집적되는 현상도 달라지게 된다.In the present invention, the voltage application method may be applied in one place in a dot method, but may be added in a plate method. In this way, the shape of the electric field formation between the nozzle radiating block and the collector is changed, and for this reason, the accumulation of fibers is also changed.
일반적으로 나노 섬유의 대량 생산의 경우 다양한 원인에 의하여 방사 불균일성이 발생할 수 있고 이로 인하여 제조된 나노 섬유 웹의 두께의 불균일성이 발생할 수 있다. 두께의 불균일성이 특히 문제가 되는 것은 폭 방향에 대해서이다. 본 명세서에서 진행 방향이란 나노섬유 웹이 권취되는 방향을 의미하고 그리고 폭 방향이란 진행 방향에 수직이 되는 방향을 의미한다. 제조 공정에서 폭 방향의 두께의 불균일성은 위치에 따른 전기장 형성의 세기가 달라 집속된 나노 섬유 웹의 두께가 상대적으로 얇거나 또는 두꺼운 것을 말한다. 본 발명에 따르면 노즐블록의 전압의 세기를 조정하여 두께의 불균일성을 방지할 수 있다. In general, in the case of mass production of nanofibers, radiation nonuniformity may occur due to various causes, and thus, nonuniformity in thickness of the manufactured nanofiber web may occur. Particularly problematic in thickness nonuniformity is the width direction. In this specification, the advancing direction means the direction in which the nanofiber web is wound, and the width direction means the direction perpendicular to the advancing direction. The nonuniformity of the thickness in the width direction in the manufacturing process means that the thickness of the focused nanofiber web is relatively thin or thick due to the different strength of electric field formation depending on the position. According to the present invention, it is possible to prevent the nonuniformity of the thickness by adjusting the intensity of the voltage of the nozzle block.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 노즐블록들 각각에 인가되는 전압의 세기를 달리하여 세섬도의 섬유와 태섬도의 섬유를 동시에 방사하여 섬유를 선택적으로 결합시킬 수 있다. 즉, 도 2에서, 제 1 멀티노즐 방사블록(10)에는 V1 크기의 전압 세기로 고전압이 인가되고, 제 2 멀티노즐 방사블록(20)에는 V1 보다 적은 V2의 전압 세기로 고전압이 인가된다. 이와 같이 전압인가 세기를 달리하면, 제 1 멀티노즐 방사블록(10)으로부터 가는 섬도 (T1)의 섬유가 방사되어 컬 렉터(30)에 집적되고, 제 2 멀티노즐 방사블록(20)으로부터는 보다 두꺼운 섬도(T2)의 극세 섬유가 컬렉터에 집적된다. 본 발명의 방법에 따라서 노즐블록에 인가되는 전압의 세기를 조절함으로써 방사되는 섬유의 섬도를 조절할 수 있다. 섬유의 직경 변화에 따라서 전기방사에 의해서 제조되는 웹의 비표면적이 현저히 달라지므로 용도에 따라서 적절하게 응용할 수 있다.Specifically, as shown in Figure 2, by varying the intensity of the voltage applied to each of the plurality of nozzle blocks, the fibers of the three fine islands and the fibers of the Taeseomdo can be simultaneously bonded to the fibers selectively. That is, in FIG. 2, a high voltage is applied to the first multi-nozzle radiating
이상에서는 전압인가방향(위치) 및 전압세기를 개별적으로 조절하는 실시예를 설명하였으나, 상기 두 가지를 동시에 조절하여 더욱 더 다양한 기능성을 갖는 웹을 제조할 수 있다. 동일한 노즐블록에 형성된 방사 노즐 사이에 형성되는 전압의 불균일성으로 인하여 컬렉터에 집속되는 나노섬유 웹은 물성의 불균일성을 발생시킬 수 있는데, 전압인가방향(위치) 및 전압세기를 개별적으로 조절하여 균일한 두께의 웹을 제조할 수 있다. In the above, an embodiment of individually adjusting the voltage application direction (position) and the voltage intensity has been described, but by simultaneously adjusting the two, a web having more and more various functionalities can be manufactured. Due to the nonuniformity of the voltages formed between the spinning nozzles formed in the same nozzle block, the nanofiber webs focused on the collector may generate nonuniformity of physical properties.The thickness is uniformly adjusted by adjusting the voltage application direction (position) and voltage strength individually. Can produce a web.
한편, 본 발명에서는 노즐블럭의 전압인가방향을 설정하고, 다른 노즐블록의 전압인가방향을 달리함으로써 나노웹의 두께가 균일하지 않은 나노웹을 제조할 수도 있다. 즉, 주어진 방사 조건에서 두께가 불균일하게 될 경우 이러한 문제점을 해결할 수 있지만, 이와 반대로 강신도 등의 물성 향상을 위해서 의도적으로 두께 상의 차이를 갖는 웹을 제조할 수도 있다. On the other hand, in the present invention, by setting the voltage application direction of the nozzle block, and by changing the voltage application direction of the other nozzle block, it is also possible to manufacture a nanoweb with a uniform thickness of the nanoweb. That is, this problem can be solved when the thickness becomes nonuniform in a given spinning condition. On the contrary, a web having a difference in thickness may be intentionally manufactured to improve physical properties such as elongation.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전기방사장치에서의 고전압 인가 방법이 적용되는 전기방사시스템의 개략도이다.3 is a schematic diagram of an electrospinning system to which a high voltage application method is applied in an electrospinning apparatus according to another embodiment of the present invention.
본 발명에서는 각각의 노즐블럭에 대한 전압인가방향과 전압인가 세기를 선택적으로 다르게 설정하여 격자상 나노웹을 제조할 수도 있다. 예를 들어, 도 3 에 도시된 바와 같이, 제 1 멀티노즐 방사블록(10)에는 왼쪽으로 편향된 방향(VD3)으로 전압이 인가되고, 제 2 멀티노즐 방사블록(20)에는 오른쪽으로 편향된 방향(V4)으로 전압이 인가된다. 이와 같이 전압인가 위치를 설정하면, 제 1 멀티노즐 방사블록(10)으로부터 방사되는 섬유는 도 3의 오른쪽으로 휘는 방향(CD3)으로 컬렉터에 집적되고, 제 2 멀티노즐 방사블록(20)으로부터 방사되는 섬유는 왼쪽으로 휘는 방향(CD4)으로 컬렉터(30)에 집적된다. 이 경우 서로 교차되는 방향으로 집적되어 격자 형태의 무늬를 갖는 웹을 제조할 수 있다. In the present invention, the lattice nanoweb may be manufactured by selectively setting the voltage application direction and the voltage application intensity for each nozzle block. For example, as shown in FIG. 3, a voltage is applied to the first
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 폴리머에는 물성의 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 the polymer solution or the molten polymer to improve physical properties.
본 발명에서 전기방사장치의 노즐블록에 인가되는 전압은 10~100kV 의 범위 내의 전압이 인가되는 것이 바람직하며, 인가된 전압은 노즐 내부의 방사재료를 하전시키고, 하전상태의 방사재료는 방사구를 통과하면서 미세 필라멘트 형태로 방사된다.In the present invention, the voltage applied to the nozzle block of the electrospinning apparatus is preferably applied to a voltage within the range of 10 ~ 100kV, the applied voltage charges the spinning material inside the nozzle, the charged spinning material is a spinneret As it passes, it is spun in the form of fine filaments.
컬렉터(30)는 공정상의 용도에 따라 상기 노즐블록에 인가된 전압의 극성과 반대의 극성이 인가될 수 있고, 접지(Earth) 상태가 될 수도 있다. 이러한 컬렉 터(30)는 상기 노즐의 방사구를 통해 방사된 미세 필라멘트 형태의 고분자재료와 강력한 전기장을 형성하여 필라멘트가 나노급의 직경으로 방사되어 집적되도록 한다. 상기 컬렉터는 전도성이 우수한 금속재가 사용되며, 이송롤러와 같은 이송수단으로 상기 노즐블록에 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 비금속성 기재 위에 집적될 수도 있는데, 이 경우에는 상기 컬렉터의 전면에 기재를 위치하고 집적시켜 웹(web)을 형성할 수 있으며, 웹이 형성된 기재는 이동수단을 통해 이동되어 상, 하 가열되어진 R롤러를 통과하면서 캘린더링(Calendering)되며, 최종적으로 권취롤러에 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 and integrating the substrate on the front of the collector to form a web (web) is formed The substrate is calendered while passing through the R roller which is moved through the moving means and heated up and down, and finally is wound up by the winding roller.
상기 고전압발생기는 당업계에서 공지된 방식을 제한 없이 사용할 수 있다. 바람직하게 상기 고전압발생기에서 인가되는 전압은 10~100kV의 범위 내에 해당하도록 하는 것이 나노미터급의 방사를 위해 적합하다.The high voltage generator may use any method known in the art without limitation. Preferably, the voltage applied from the high voltage generator is in the range of 10 ~ 100kV is suitable for nanometer-class radiation.
본 발명의 전기방사장치를 이용하여 제조될 수 있는 나노섬유는 투습방수포, 마스크팩, 상처드레싱 등의 의료용 소재, 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 electrospinning of the present invention is a medical material such as moisture-permeable waterproof cloth, mask pack, wound dressing, filter material, photochemical sensor material, carbon material such as carbon nanotube, electronic device material, biomedical medicine It can be widely applied to materials for tissue, materials for tissue engineering, materials for drug delivery, basic materials for cosmetic preparation and cosmetic materials. 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.
위에서 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.The present invention has been described above 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 전기방사장치에서의 고전압 인가 방법이 적용되는 전기방사시스템의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an electrospinning system to which a high voltage application method is applied in an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기방사장치에서의 고전압 인가 방법이 적용되는 전기방사시스템의 개략도이다.2 is a schematic diagram of an electrospinning system to which a high voltage application method is applied in an electrospinning apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전기방사장치에서의 고전압 인가 방법이 적용되는 전기방사시스템의 개략도이다.3 is a schematic diagram of an electrospinning system to which a high voltage application method is applied in an electrospinning apparatus according to another embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 제 1 멀티노즐 방사블록 20: 제 2 멀티노즐 방사블록 10: first multi-nozzle radial block 20: second multi-nozzle radial block
30: 컬렉터 30: collector
T1, T2: 방사섬유 섬도 V1, V2: 인가 전압 세기 T1, T2: yarn fiber fineness V1, V2: applied voltage intensity
VD1~VD4: 전압 인가 방향 CD1~CD4: 섬유 집적 방향VD1 to VD4: Voltage application direction CD1 to CD4: Fiber integration direction
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