KR20110079109A - 용융전기방사용 광폭 노즐블럭 및 이를 구비하는 용융전기방사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융전기방사용 광폭 노즐블럭 및 이를 구비하는 용융전기방사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융전기방사용 노즐블럭에 있어서, 상기 노즐블럭이 용융체를 광폭 노즐에 분배하는 방사 빔; 및 상기 방사 빔과 연결되며, 상기 방사 빔으로부터 분배된 용융체를 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 포함하는 하나 이상의 방사노즐팩으로 이루어진 광폭 노즐을 포함하며, 상기 광폭 노즐은 상기 방사노즐팩 하나 이상이 열 또는 행을 이루어 배열된 것으로 균일한 섬유 굵기를 갖는 광폭 웹을 제조할 수 있으며, 생산성 및 효율성이 증진된 설비를 제공할 수 있다.

용융전기방사, 광폭 노즐, 광폭 웹

Description

용융전기방사용 광폭 노즐블럭 및 이를 구비하는 용융전기방사장치 {WIDE Nozzle Block for Melt Electrospinning and Melt Electrospinning Device having the same}

본 발명은 극세섬유 제조를 위한 전기방사용 노즐블럭 및 이를 구비하는 전기방사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 새로운 멀티방사노즐 시스템을 위한 다공성 노즐판을 포함하는 전기방사장치에 관한 것이다.

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 방사노즐부에 전압을 인가하여 하전된 방사재료를 방사노즐부를 거쳐 공기 중으로 토출하고, 이어서 공기 중에서 하전 필라멘트의 연신 및 또 다른 필라멘트 분기를 거쳐 극세섬유를 제조하는 방법이다. 즉, 하전된 토출 필라멘트는 방사노즐과 컬렉터 사이에 형성된 전기장 내에서 상호 반발 등 전기 적 영향으로 심한 요동을 거치면서 극세화된다.

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 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 나노섬유로 구성된 웹은 다공성을 갖는 분리막형 소재로서 각종 필터류, 상처치료용 드레싱, 인공지지체 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.

이러한 전기방사법 중 용융체에 의한 용융전기방사(Melt Electrospinning)는 고분자 용액을 이용하는 용액전기방사(Solution Electrospinning)에 비해 생산수율이 높고 환경친화적이라는 장점을 가지고 있으나, 이러한 용융전기방사법을 상용화하기 위한 연구는 아직 미미한 실정이며, 특히 대량생산을 위한 장치에 대한 많은 연구가 필요한 실정이다. 즉, 종래의 기술에 따른 용융전기방사는 단일 또는 소수의 노즐을 이용하는 것으로 생산속도가 매우 낮아 상용화에 어려움이 있다. 나노섬유의 대량생산을 위한 용융전기방사의 상용화에는 일정 길이 이상의 길이를 갖는 방사노즐팩이 필요하다.

용융전기방사에 위한 나노섬유의 대량생산을 위해 복수개의 노즐을 포함하는 멀티방사노즐 시스템을 도입할 수 있으나, 광폭용 웹을 제조하기 위하 광폭용 용융전기방사에 대한 연구 또한 미미한 실정이다. 광폭용 웹을 제조하기 위해서는 광폭용 노즐이 필요하며, 광폭용 노즐에 용융체를 분배하는 방사 빔이 필요한데, 이 에 대한 상용화가 되어 있지 아니하여 상용화를 위한 연구가 요청되고 있으며, 광폭 노즐에서 수득되는 섬유의 굵기의 균일도를 향상시키고 직경을 가늘게 방사하기 위한 연구도 함께 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 광폭용 웹을 제조할 수 있는 용융전기방사용 광폭 노즐 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 용융전기방사용 광폭 노즐 시스템을 채용하여 생산성을 높일 수 있는 용융전기방사장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,

용융전기방사용 노즐블럭에 있어서, 상기 노즐블럭이 용융체를 광폭 노즐에 분배하는 방사 빔; 및 상기 방사 빔과 연결되며, 상기 방사 빔으로부터 분배된 용융체를 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 포함하는 하나 이상의 방사노즐팩으로 이루어진 광폭 노즐을 포함하며, 상기 광폭 노즐은 상기 방사노즐팩 하나 이상이 열 또는 행을 이루어 배열된 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭에 관한 것이다.

상기 방사 빔은 용융체를 분배하는 펌프, 및 상기 펌프에 연결되며, 각각의 방사노즐팩으로 용융체를 이송하는 복수 개의 이송관을 포함한다.

상기 복수 개의 이송관은 상기 펌프로부터 공급받은 용융체가 상기 각각의 방사노즐팩에 도달하는데 걸리는 시간이 동일하도록 설계됨으로써 광폭 노즐에서 수득되는 섬유의 굵기의 균일도를 향상시킨다.

상기 각각의 방사노즐팩은 상기 이송관에 연결되어 용융체가 유입되는 유입부; 상기 유입부의 하부에 연결되며, 유입된 용융체가 필라멘트 형태로 토출되게 하는 복수개의 노즐을 포함하는 멀티노즐부를 포함한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 섬유 원료가 되는 고분자 물질을 공급하는 원료 공급부; 상기 원료 공급부와 연결되며, 상기 원료 공급부로부터 공급된 고분자 물질을 압출하여 방사하는 압출기; 상기 압출기와 연결되며, 상기 압출기로부터 용융체를 공급받아 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 구비하는 노즐블럭으로서, 용융체를 광폭 노즐에 분배하는 방사 빔, 및 상기 방사 빔과 연결되며, 상기 방사 빔으로부터 분배된 용융체를 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 포함하는 하나 이상의 방사노즐팩으로 이루어진 광폭 노즐을 포함하며, 상기 광폭 노즐은 상기 방사노즐팩 하나 이상이 열 또는 행을 이루어 배열된 광폭 노즐블럭; 상기 노즐블럭에 소정의 전압을 인가하여 상기 용융체를 하전시키는 전압인가부; 및 상기 노즐블럭과 소정의 이격거리를 두며 하측에 위치하며, 상기 노즐블럭을 통해서 토출되는 하전 필라멘트를 상면에 집적하는 컬렉터를 포함하는 용융전기방사장치에 관한 것이다.

본 발명의 구현예들에 의하면, 광폭용 노즐 블록을 이용함으로써 실용화용 웹을 대량으로 제조할 수 있으며, 복수개의 방사노즐팩으로 나뉜 광폭 노즐 및 그에 대한 이송관을 포함함으로써 광폭용 제조 시 문제될 수 있는 섬유의 균일도를 향상시켜 불량률을 감소시킬 수 있으며, 필요에 따라 일부 방사노즐팩만을 가동시켜 효율성을 증진시킬 수 있다. 또한, 일부 노즐관의 막힘 현상이 발생할 경우 문제가 발생된 방사노즐팩만 분리하여 세척할 수 있어 세척시간 감소로 인한 생산성 향상에도 유리하다.

이하, 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 첨부되는 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 개략적인 것으로 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었고, 도면에 표시된 두께, 크기, 비율 등에 의해 본 발명의 범위가 제한되지 아니한다.

본 발명의 일구현예는 용융체를 방사재료로 이용하는 용융전기방사(Melt Electrospinning)에 있어서, 광폭 웹을 제조하기 위한 복수 개의 방사노즐팩을 구비하는 광폭 노즐블럭에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 의한 용융전기방사용 노즐블럭의 단면 개략도이며, 도 2는 이를 상부에서 바라본 평면 개략도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 용융전기방사용 광폭 노즐블럭(100)은 용융체(A)를 광폭 노즐(10)에 분배하는 방사 빔(30); 및 상기 방사 빔(30)과 연결되며, 상기 방사 빔(30)으로부터 분배된 용융체(A)를 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 포함하는 하나 이상의 방사노즐팩(20)으로 이루어진 광폭 노즐(10)을 포함하며, 이때 상기 광폭 노즐(10)은 상기 방사노즐팩(20) 하나 이상이 열 또는 행을 이루어 배열된다.

본 명세서에서는 각 구성을 보다 명확하게 하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이 방사노즐팩(20)은 복수 개의 방사노즐을 포함하는 하나의 노즐팩의 단위를 지칭하며, 광폭 노즐(10)은 하나 이상의 상기 방사노즐팩(20)이 열 또는 행을 이루어 구성된 광폭의 노즐팩을 지칭하며, 광폭 노즐블럭 또는 노즐블럭은 상기 광폭 노즐에 대한 분배를 돕기 위하 방사 빔(30)까지의 구성을 모두 포함한 구성을 의미하는 것으로 한다.

광폭 웹을 제조하기 위해서는 광폭의 노즐이 필요하며, 이에 따라 복수 개의 노즐을 포함하는 멀티 방사 노즐 시스템을 도입하였으며, 이러한 멀티 방사 노즐 시스템에서 노즐의 길이가 길어짐에 따라 각 방사노즐에서 토출되는 섬유의 굵기가 유입부와의 거리, 유입량 등에 따라 균일하지 못하게 될 가능성이 높아졌다. 따라서, 본 발명자는 이러한 문제를 해결하기 위해 광폭의 길이의 노즐블럭을 여러 개의 방사노즐팩(20)으로 나누어 조립할 수 있도록 설계하였다. 즉, 복수 개의 노즐 을 포함하는 방사노즐팩(20)을 하나 이상 열 또는 행을 이루어 배치함으로써 보다 광폭의 웹을 제조할 수 있도록 하였다.

따라서, 각각의 방사노즐팩(20)에 균일하게 용융체(A)를 공급해야 할 필요에 따라 용융체(A)를 분배하는 펌프(110) 및 상기 펌프(110)로부터 용융체(A)를 각각의 방사노즐팩(20)에 이송하기 위한 복수 개의 이송관을 구비하는 방사 빔(30)을 도입하였다.

상기 이송관의 개수는 상기 방사노즐팩(20)과 동일한 것이 바람직하나, 각 방사노즐팩(20)에 동일한 양의 용융체(A)를 일정속도로 주입할 수 있다면, 하나의 이송관으로부터 갈라지는 형태를 취할 수도 있는 등 다양한 디자인이 가능할 것이다. 즉, 상기 이송관은 상기 펌프(110)로부터 공급받은 용융체(A)가 상기 각각의 방사노즐팩(20)에 도달하는데 걸리는 시간이 동일하도록 설계되어야 한다. 방사노즐팩(20)에서 용융체의 이동 시간이 동일하게 하기 위해서 이송의 길이를 변화시키거나 이송관 부피를 조정한다. 기어 펌프에서 있는 여러 포트에서 동일량의 용융체가 분배되었을 때 방사 노즐팩까지 도달하는 시간은 부피는 일정하게 하고 길이의 차를 이용하여 조정한다.

일례를 들어, 상기 복수 개의 이송관의 부피가 모두 동일하거나, 길이가 모두 동일하게 설계할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 4열의 방사노즐팩(20)을 구비하는 광폭 노즐(10)에 하나의 펌프(110)로부터 4개의 이송관(121, 122, 123, 124)이 연결되며, 상기 이송관(121, 122, 123, 124)은 상기 펌프(110)와 각각의 방사노즐팩들(20)과의 거리가 상이한바, 상기 거리가 가까운 쪽의 방사노즐팩(20)으 로 연결되는 이송관(122, 123)은 최단거리가 아닌 기타 이송관들(121, 124)과 길이를 동일하게 하기 위해 에둘러서 설치될 수 있다.

도 1 및 2에 도시된 구현예에서는 본 발명의 노즐 블럭(100)의 방사 빔(30)은 하나의 펌프(110)를 구비하며, 그에 4개의 이송관(121, 122, 123, 124)과 상기 이송관(121, 122, 123, 124) 각각에 연결되는 4개의 방사노즐팩(20)을 구비하는 광폭 노즐(10)로 이루어지나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 노즐 블럭은 하나 이상의 펌프(미도시)를 포함할 수 있으며, 각기 펌프로부터 하나의 이송관이 연결되어 용융체를 공급할 수도 있으며, 각각의 펌프로부터 여러 개의 이송관이 연결되어 설계될 수도 있다.

상기 펌프는 용융체를 분배하기 위한 것으로, 기어에 의해 작동하는 기어 펌프(gear pump) 등 용융체와 같이 점도가 있는 물질을 분배할 수 있는 것이라면 당업자의 필요에 의해 제한 없이 적절하게 사용될 수 있다.

상기 이송관의 재질은 열탄성계수가 낮은 금속 재질로서 스테인레스강, 탄소, 티타늄, 니켈 등과 같은 단일소재 뿐만 아니라 2개이상의 복합소재로 구성된 합금강인 것이 좋다.

상기 방사 빔(30)은 상기 이송관들(121, 122, 123, 124)을 지나는 용융체(A)의 온도를 유지하도록 하는 핫오일 자켓(120)을 추가로 포함하여 용융체의 물성을 유지하여 균일한 품질의 섬유를 얻을 수 있도록 한다.

상기 핫오일 자켓(120)은 이송관의 주변에 뜨거운 오일이 흘러 이송관의 온도를 유지시키는 역할을 하는 것이다. 이송관의 길이가 모두 차이가 있으므로 이 송관 각각의 온도 구배가 있으면 안 되며, 각각의 이송관의 자체의 온도 구배도 발생해서는 안 된다. 온도의 따른 점도가 달라지면 방사노즐팩까지 도달되는 시간이 달라져 토출량이 달라져 불량이 발생될 수 있기 때문에, 이송관 주변을 싸고 그 속에 오일을 흐르게 하여 전체적인 온도를 일정하게 유지시킨다.

상기 광폭 노즐(10)은 복수 개의 방사노즐팩(20)이 하나 이상의 열 및 행을 이루어 배열되어 구성될 수도 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 16개의 방사노즐팩이 4개의 열과 행을 이루어 직사각형 형태로 배치되어 광폭의 웹을 제조하는데 사용될 수도 있다.

상기 각각의 방사노즐팩(20)은 상기 이송관에 연결되어 용융체(A)가 유입되는 유입부(170); 상기 유입부(170)의 하부에 연결되며, 유입된 용융체(A)가 필라멘트 형태로 토출되게 하는 복수개의 노즐을 포함하는 멀티노즐부(171)를 포함한다.

이때 상기 멀티노즐부(171)는 일정한 간격으로 복수개의 노즐이 배치되어 있으며, 300mm 이상의 폭을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 노즐의 형태로는 복수개의 돌출형 노즐 팁이 사용될 수도 있으며, 복수개의 방사구가 천공되어 형성된 다공성 노즐판이 사용될 수도 있다.

상기 유입부(170)는 용융체(A)가 노즐로 유입되는 부분으로서, 복수개의 노즐에 균일하게 용융체(A)가 공급되도록 하기 위하여 원통형의 유입구와 유입구에서 원위방향으로 점점 넓어지는 형상을 가진 확산부분으로 구성된다.

상기 멀티노즐부(171)는 하전된 용융체(A)가 복수 개의 노즐을 거쳐 공기 중으로 토출되고, 이어서 공기 중에서 하전 필라멘트의 연신 및 또 다른 필라멘트 분 기를 거쳐 극세섬유를 제조하는 역할을 한다.

본 발명의 구현예들에 의한 광폭 노즐블럭(100)을 이용하면, 구동하는 방사노즐팩(20)의 개수에 따라 다양한 크기의 웹을 조절하여 제조할 수 있는 장점이 있다. 상기 방사노즐팩(20)을 선택적으로 구동하는 방법은 상기 방사노즐팩(20)에 연결된 이송관을 차단하거나, 상기 이송관이 연결된 펌프(110)의 작동을 선택적으로 정지함으로써 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 광폭의 노즐이 여러 개의 방사노즐팩으로 나뉘어 설계됨으로써 일부 노즐관의 막힘 현상이 발생할 경우 문제가 발생된 방사노즐팩만 분리하여 세척할 수 있어 세척시간 감소로 인한 생산성 향상에도 유리하다.

본 발명의 구현예들에 의한 노즐블럭(100)은 방사노즐에 필요한 구성성분들을 필요에 의해 채용하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 방사 빔(30)과 상기 방사노즐팩(20)이 이격되어 설치되는 경우, 이송되는 용융체의 물성을 유지하기 위하여 상기 방사 빔(30)의 이송관 말단에 연결되는 절연단관(130)을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 절연단관(130)은 세라믹계 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 이송관과 동일한 크기의 구멍이 형성될 수 있으며, 금속 설비 간의 절연이 가능하게 할 수 있다.

또한, 상기 광폭 노즐(10)은 상기 노즐블럭(100)에 소정의 전압을 인가하여 상기 용융체(A)를 하전시키는 전압인가부(105)를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 전압인가부(105)는 당업계에서 일반적으로 사용되는 형태를 채용하여 사용할 수 있다.

상기 광폭 노즐(10)은 상기 방사노즐팩(20)들을 지나는 용융체(A)의 온도를 유지하기 위하여 상기 방사노즐팩(20) 외부에 상기 광폭 노즐(10)의 상부를 덮을 수 있는 핫오일 이중관 자켓(160)을 포함할 수 있다. 즉, 용융된 방사재료가 물성을 잃지 않도록 하기 위해 방사 노즐을 통해 토출되는 순간까지 온도를 유지시키기 위해 핫오일 이중관 자켓(160)으로 금속 설비의 온도를 유지시킬 수 있으며, 상기 핫오일 이중관 자켓(160)은 고온의 오일을 공급하는 하나 이상의 오일 공급관(161, 162)을 포함할 수 있다.

상기 광폭 노즐(10) 하부의 상기 멀티노즐부(171) 주변의 오일 공급관(161)은 상기 광폭 노즐(10) 상부 주변의 공급관(162)과 유입 통로를 달리 하여 노즐 끝에서 순간적으로 온도를 200℃ 이상으로 높여 용융체(A)가 방사 노즐을 통해 필라멘트 형태로 토출되도록 한다.

상기 핫오일 이중관 자켓(160) 및 고온의 오일을 공급하는 오일 공급관(161, 162)은 금속 재질로 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 의한 방사노즐팩(20)은 상기 유입부(170) 하부와 상기 멀티노즐부(171) 상부 사이에 적층되는 필터판(미도시)을 추가로 포함하여, 용융체(A)에 포함된 불순물을 제거하고, 용융체의 유입 시 압력 분산 및 분배하는 역할을 한다.

또한, 상기 방사노즐팩(20)은 상기 유입부(170) 하부와 상기 멀티노즐부(171) 상부 사이에 적층되는 분배 조절판(미도시)을 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 분배 조절판은 용융체(A)의 균일한 재분배를 돕는 역할을 한다. 상기 분배 조절판은 복수개의 구멍이 하나 이상의 열과 행을 이루어 천공된 형상을 가질 수 있다.

이러한 분배 조절판의 존재로 인하여 용융체(A)가 노즐로 바로 유입되지 않고 균일하게 재분배되게 함으로써 유입부의 유입부분 바로 아래의 노즐과 유입부의 원위 말단의 가장자리에 놓인 노즐 간에 방사재료가 균일하게 분배되게 함으로써 각 노즐마다 정량적으로 동일한 토출량을 가지도록 하여 균일한 섬유굵기를 갖는 웹을 제조할 수 있게 한다.

본 발명의 또 다른 구현예에서는 상기 광폭 노즐(10)은 금속 설비의 보온을 위한 보온커버(140, 150)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 보온커버(140, 150)로는 세라믹 울이 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상은 본 발명의 구현예들에 따른 용융전기방사용 광폭 노즐블럭을 구비한 용융전기방사장치에 관한 것이다.

본 발명의 일실시예에 의한 용융전기방사장치는 섬유 원료가 되는 고분자 물질을 공급하는 원료 공급부; 상기 원료 공급부와 연결되며, 상기 원료 공급부로부터 공급된 고분자 물질을 압출하여 방사하는 압출기; 상기 압출기와 연결되며, 상기 압출기로부터 용융체를 공급받아 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 구비하는 노즐블럭으로서, 용융체를 광폭 노즐에 분배하는 방사 빔, 및 상기 방사 빔과 연결되며, 상기 방사 빔으로부터 분배된 용융체를 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 포함하는 하나 이상의 방사노즐팩으로 이루어진 광폭 노즐을 포함하며, 상기 광폭 노즐은 상기 방사노즐팩 하나 이상이 열 또는 행을 이루 어 배열된 광폭 노즐블럭; 상기 노즐블럭에 소정의 전압을 인가하여 상기 용융체를 하전시키는 전압인가부; 및 상기 노즐블럭과 소정의 이격거리를 두며 하측에 위치하며, 상기 노즐블럭을 통해서 토출되는 하전 필라멘트를 상면에 집적하는 컬렉터를 포함한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 용융전기방사장치에서 상기 원료 공급부는 섬유 원료가 되는 고분자 물질이 공급되어 용융액으로 상변화되는 부분이다. 상기 원료 공급부는 고분자 칩을 용융하는 가열수단 및 용융된 폴리머 용융액을 이송하는 이송수단을 구비할 수 있다.

원료 공급부는 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 대안으로, 노즐블럭에 공급할 폴리머를 저장하는 원료 저장탱크, 저장된 폴리머를 시간당 일정한 양으로 공급해주는 조절장치인 정량펌프 및 공급관을 포함할 수도 있다.

본 발명의 구현예에 따른 용융전기방사장치에서는 상기 원료 공급부와 연결되며, 상기 원료 공급부로부터 공급된 고분자 물질을 압출하여 방사하는 압출기를 포함한다. 이러한 압출기는 용액전기방사와 달리 점도가 높은 용융체에 압력을 가해서 밀어내기 위해 필요하며, 특히 이러한 압출기를 도입함으로써 방사재료의 보다 빠른 공급이 가능하게 되어 멀티 노즐 시스템에 적합하며, 이는 상용화로 이어질 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에서 상기 압출기는 압출기 내에 가열수단을 추가로 포함함으로써 고분자 물질을 용융하는 역할을 수행할 수도 있다.

본 발명에서는 고분자 물질로 원료 고분자의 칩 상태의 고체 물질을 사용한 다. 본 발명에서 사용가능한 대표적인 고분자 재료의 비제한적인 예들은 나일론, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 불소 중합체, 폴리아미드, 폴리락타이드, 폴리카프로락톤, 폴리우레탄, 엘라스토머, 또는 고무류를 포함하며, 이들을 단독으로 혹은 둘 이상이 혼합된 상태로 사용할 수도 있다. 또한 본 발명에서 용융 폴리머에는 물성의 향상을 위하여 기타 첨가제가 첨가될 수 있다.

상기 노즐블럭은 상기 압출기에 부착되어 설치될 수 있으나, 설비 디자인 상 필요에 의해 유도관을 통해 연결되도록 디자인 될 수 있으며, 이 경우 세라믹계 물질로 이루어진 유도관과 동일한 구멍이 형성되어 있는 절연단관으로 연결함으로써 금속 설비 간의 절연이 가능하게 할 수 있다.

상기 노즐블럭은 용융체를 공급받아 복수개의 방사노즐팩으로 분배하는 방사 빔을 포함하며, 상기 방사 빔으로부터 분배된 용융체를 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 포함하는 하나 이상의 방사노즐팩을 구비한다.

상기 노즐블럭에는 소정의 전압이 인가되어 방사되는 방사재료를 하전시켜 전기장을 형성한다. 이러한 역할을 하는 상기 전압인가부는 당업계에서 공지된 방식을 제한없이 사용할 수 있다.

상기 노즐블럭의 방사노즐로부터 토출된 하전 필라멘트는 상기 컬렉터 상부에 집적된다. 상기 컬렉터는 전도성이 우수한 금속재가 사용되며, 이송롤러와 같은 이송수단으로 상기 노즐블럭에 대하여 연속적으로 공급되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 컬렉터는 상기 노즐블럭에 인가된 전압의 극성과 반대의 극성이 인가되 어 상기 하전 필라멘트와 반대 극성을 가짐으로써, 하전 필라멘트의 집적을 도울 수 있다. 즉, 상기 노즐블럭을 통해 방사된 미세 필라멘트 형태의 고분자재료와 강력한 전기장을 형성하여 필라멘트가 나노급의 직경으로 방사되어 집적되도록 한다.

한편, 하전되어 방사된 필라멘트는 직물, 부직포, 종이 등과 같은 비금속성 기재 위에 집적시킬 수도 있는데, 이 경우에는 상기 컬렉터의 전면에 기재를 위치시켜 집적시켜 웹을 형성할 수 있으며, 웹이 형성된 기재는 이동수단을 통해 이동되어 상, 하 히팅장치를 통과하면서 가열되어 칼렌더링(calendaring)되며, 최종적으로 권취롤러에 권취된다.

한편, 본 발명의 일 구현예에서, 상기 노즐블럭과 컬렉터는 수직방향으로 대향하여 배치되거나, 수평방향으로 대향하여 배치될 수 있다.

본 발명의 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, 전기 전도성을 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 흡수 되는 붕대나 인조피부 제조에도 이용될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 의한 용융전기방사용 노즐블럭의 단면 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 용융전기방사용 노즐블럭의 평면 개략도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 광폭노즐 20: 방사노즐팩

30: 방사 빔 100: 노즐블럭 105: 전압인가부 110: 펌프

120: 핫오일 자켓 121, 122, 123, 124: 이송관

130: 절연단관 140, 150: 보온커버

160: 핫오일 이중관 자켓 161, 162: 오일 공급관

170: 유입부 171: 멀티노즐부

A: 용융체

Claims (20)

1. 용융전기방사용 노즐블럭에 있어서, 상기 노즐블럭이:

   용융체를 광폭 노즐에 분배하는 방사 빔; 및

   상기 방사 빔과 연결되며, 상기 방사 빔으로부터 분배된 용융체를 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수 개의 노즐을 포함하는 하나 이상의 방사노즐팩으로 이루어진 광폭 노즐을 포함하며,

   상기 광폭 노즐은 상기 방사노즐팩 하나 이상이 열 또는 행을 이루어 배열된 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
2. 제 1항에 있어서, 상기 방사 빔은:

   용융체를 분배하는 펌프; 및

   상기 펌프에 연결되며, 각각의 방사노즐팩으로 용융체를 이송하는 복수 개의 이송관을 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
3. 제 2항에 있어서, 상기 이송관의 개수는 상기 방사노즐팩의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
4. 제 2항에 있어서, 상기 복수 개의 이송관은 상기 펌프로부터 공급받은 용융체가 상기 각각의 방사노즐팩에 도달하는데 걸리는 시간이 동일하도록 설계된 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
5. 제 4항에 있어서, 상기 복수 개의 이송관의 부피는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
6. 제 4항에 있어서, 상기 복수 개의 이송관의 길이는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
7. 제 2항에 있어서, 상기 방사 빔은 하나 이상의 펌프 및 그와 동일한 수의 이송관을 포함하며, 하나의 펌프 당 하나의 이송관이 연결되어 하나의 방사노즐팩으로 용융체를 공급하는 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
8. 제 2항에 있어서, 상기 방사 빔은 하나 이상의 펌프 및 상기 펌프의 수 보다 많은 수의 이송관을 포함하며, 하나의 펌프 당 여러 개의 이송관이 연결되어 복수 개의 방사노즐팩으로 용융체를 공급하는 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
9. 제 2항에 있어서, 상기 펌프는 기어펌프인 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
10. 제 2항에 있어서, 상기 방사 빔은 상기 이송관들을 지나는 용융체의 온도를 유지하도록 하는 핫오일 자켓을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
11. 제 1항에 있어서, 상기 광폭 노즐은 복수 개의 방사노즐팩이 하나 이상의 열 및 행을 이루어 배열된 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
12. 제 11항에 있어서, 상기 광폭 노즐은 16개의 방사노즐팩이 각각 4개의 열과 행을 이루어 배열된 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
13. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 방사노즐팩은 상기 이송관에 연결되어 용융체가 유입되는 유입부; 상기 유입부의 하부에 연결되며, 유입된 용융체가 필라멘트 형태로 토출되게 하는 복수개의 노즐을 포함하는 멀티노즐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
14. 제 13항에 있어서, 상기 멀티노즐부는 복수개의 돌출형 노즐 팁이 결합되거나 또는 복수개의 방사구가 천공되어 형성된 다공성 노즐판인 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
15. 제 1항에 있어서, 상기 광폭 노즐은 상기 방사 빔의 이송관에 연결되는 절연단관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
16. 제 1항에 있어서, 상기 광폭 노즐은 상기 노즐블럭에 소정의 전압을 인가하여 상기 방사재료를 하전시키는 전압인가부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
17. 제 1항에 있어서, 상기 광폭 노즐은 이송관의 주변에 고온의 오일을 흘려 주어 상기 방사노즐팩들을 지나는 용융체의 온도를 유지시키는 핫오일 이중관 자켓을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
18. 제 17항에 있어서, 상기 핫오일 이중관 자켓은 고온의 오일을 공급하는 오일 공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭 노즐블럭.
19. 섬유 원료가 되는 고분자 물질을 공급하는 원료 공급부;

    상기 원료 공급부와 연결되며, 상기 원료 공급부로부터 공급된 고분자 물질을 압출하여 방사하는 압출기;

    상기 압출기와 연결되며, 상기 압출기로부터 용융체를 공급받아 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 구비하는 노즐블럭으로서, 용융체를 광폭 노즐에 분배하는 방사 빔, 및 상기 방사 빔과 연결되며, 상기 방사 빔으로부터 분배된 용융체를 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 포함하는 하나 이상의 방사노즐팩으로 이루어진 광폭 노즐을 포함하며, 상기 광폭 노즐은 상기 방사노즐팩 하나 이상이 열 또는 행을 이루어 배열된 광폭 노즐블럭;

    상기 노즐블럭에 소정의 전압을 인가하여 상기 용융체를 하전시키는 전압인 가부; 및

    상기 노즐블럭과 소정의 이격거리를 두며 하측에 위치하며, 상기 노즐블럭을 통해서 토출되는 하전 필라멘트를 상면에 집적하는 컬렉터를 포함하는 용융전기방사장치.
20. 제 19항에 있어서, 상기 컬렉터는 상기 하전 필라멘트와 반대 극성으로 대전되는 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.

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