KR20110079239A - 전기방사용 노즐블럭 및 이를 구비하는 전기방사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기방사용 노즐블럭 및 이를 구비하는 전기방사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방사재료가 유입되는 유입구; 상기 유입구의 원위 말단에 연결되는 필터판; 상기 필터판의 하부에 연결되며 복수개의 구멍이 형성된 분배 조절판; 및 상기 분배 조절판의 하부에 연결되며, 유입된 방사재료가 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 구멍이 형성된 다공성 노즐판을 포함하는 전기방사용 노즐블럭을 제공함으로써, 전기방사에 있어서 멀티노즐의 각 노즐마다 정량적으로 동일한 토출량을 분배할 수 있다.

전기방사, 방사노즐, 다공성 노즐판, 분배조절판, 필터판

Description

전기방사용 노즐블럭 및 이를 구비하는 전기방사장치 {Nozzle Block for Electrospinning and Electrospinning Device having the same}

본 발명은 전기방사용 노즐블럭 및 이를 구비하는 전기방사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극세섬유를 전기방사로 제조하는 장치에 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 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 상호 반발 등 전기적 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.

전기방사를 위한 전기방사장치는 통상적으로 방사재료를 보관하는 주탱크, 방사재료의 공급을 위한 펌프, 방사재료를 토출하는 다수개의 노즐이 배열된 노즐블럭, 상기 노즐블럭과 대향하여 위치하며 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터 및 전압을 인가하는 전압인가장치들로 구성될 수 있다.

이러한 전기방사장치를 이용하여 나노섬유를 제조하는 경우, 나노섬유의 특성을 결정하는 요인으로는 방사재료의 농도, 유전특성, 표면장력 등의 물질 특성과, 노즐과 컬렉터 사이의 거리, 노즐과 컬렉터 사이의 전압, 전기장 전하밀도, 노즐 내에서의 정전기적 압력, 방사재료의 주입속도와 같은 제어변수 등을 들 수 있다.

상기의 여러 요인 중 특히 전기방사 중 방사재료의 물성을 일정하게 하여야만 방사되는 극세섬유의 품질을 향상시킬 수 있는데, 종래의 전기방사장치로는 대량생산을 하기 위하여 노즐블럭에 멀티노즐의 디자인을 도입하더라도, 용액 방사에서의 용액 또는 용융방사에서의 용융체가 탱크로부터 노즐블럭에 분배될 때 각각의 노즐 마다 방사재료가 정량적으로 토출되지 못하는 분배상의 문제가 있었다. 따라서, 기존의 전기방사장치로는 대량생산에 의한 실용화에 많은 어려움이 존재하며, 특히 용융전기방사의 경우 제조된 섬유가 일정한 물성을 갖기 위해 멀티노즐블럭에서 각각의 노즐마다 균일한 용융체의 분배를 가능하게 하기 위한 연구가 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 전기방사에 있어서 멀티노즐의 각 노즐마다 정량적으로 동일한 토출량을 분배할 수 있는 전기방사용 노즐블럭을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 전기방사용 노즐블럭을 포함하여 균일한 섬유 굵기를 갖는 웹을 제작하여 제품의 신뢰성 및 생산성을 높일 수 있는 전기방사장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,

전기방사용 노즐블럭에 있어서, 상기 노즐블럭이 방사재료가 유입되는 유입구; 상기 유입구의 원위말단에 연결되는 필터판; 상기 필터판의 하부에 연결되며 복수개의 구멍이 형성된 분배 조절판; 및 상기 분배 조절판의 하부에 연결되며, 유입된 방사재료가 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 구멍이 형성된 다공성 노즐판을 포함하는 전기방사용 노즐블럭에 관한 것이다.

상기 필터판은 서로 상이한 하나 이상의 메시 필터가 적층되어 형성될 수 있으며, 일례로 상기 필터판은 2중 메시 필터 또는 3중 메시 필터가 적층되어 형성되며, 상기 메시 필터 각각의 메시 수가 서로 상이한 것을 특징으로 한다.

상기 분배 조절판은 금속, 종이, 플라스틱, 세라믹 화합물 등으로 이루어진 군에서 선택된 물질에 복수개의 구멍이 하나 이상의 열과 행을 이루어 천공된 형상을 가진다.

상기 다공성 노즐판은 복수개의 구멍이 천공되어 홀을 형성하며, 상기 다공성 노즐판에 형성된 홀은 상기 분배 조절판과 접하는 상부로부터 그 반대방향의 하부를 향하여 어느 일부분까지 일정한 두께를 가지고, 상기 일부분으로부터 상기 홀의 하부에 근접하면서 점차 테이퍼되는 형상을 가짐으로써, 상기 다공성 노즐판의 상부와 하부에 형성된 홀의 직경이 서로 상이하게 될 수 있다. 상기 다공성 노즐판의 홀의 상부 내경은 2 mm 내지 5 mm 이며, 하부 내경은 0.06mm 내지 0.5mm 일 수 있다.

상기 다공성 노즐판은 일정 두께를 갖는 금속, 초경합금, 알루미늄, 특수강 등에서 선택된 판에 홀을 형성하여 제조될 수 있다. 상기 홀은 일정한 간격으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일구현예에서는 상기 다공성 노즐판의 구멍의 간격이 상기 분배 조절판의 구멍의 간격과 상이한 것을 특징으로 한다.

일례로, 상기 다공성 노즐판의 하부 홀의 간격은 1 내지 10 mm 일 수 있으며, 상기 분배 조절판의 구멍의 간격은 1 내지 5 mm 일 수 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 섬유 원료가 되는 고분자 물질을 공급하는 원료 공급부; 상기 원료 공급부와 연결되며, 상기 원료 공급부로부터 방사재료를 공급받아 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 구비하는 노즐블럭으로서, 상기 원료 공급부에 연결되어 방사재료가 유입되는 유입구; 상 기 유입구의 말단에 연결되는 필터판; 상기 필터판의 하부에 연결되며 복수개의 구멍이 형성된 분배 조절판; 및 상기 분배 조절판의 하부에 연결되며, 유입된 방사재료가 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 구멍이 형성된 다공성 노즐판을 포함하는 노즐블럭; 상기 노즐블럭에 소정의 전압을 인가하여 상기 방사재료를 하전시키는 전압인가부; 및 상기 노즐블럭과 소정의 이격거리를 두며 하측에 위치되며, 상기 노즐블럭을 통해서 토출되는 하전 필라멘트를 상면에 집적하는 컬렉터를 포함하는 전기방사장치에 관한 것이다.

상기 전기방사장치는 용액방사 또는 용융방사에 사용될 수 있으며, 상기 원료 공급부는 섬유 원료가 되는 고분자 물질을 압출하여 방사하는 압출기를 포함할 수 있고, 용융방사의 경우 상기 압출기로 용융 압출기를 사용하여 고분자 물질의 상변화를 함께 유도할 수 있다.

상기 컬렉터는 접지된 상태이거나 상기 하전 필라멘트와 반대 극성으로 대전될 수도 있다.

본 발명의 구현예들에 의하면, 전기방사에 있어서 멀티노즐의 각 노즐마다 정량적으로 동일한 토출량을 분배할 수 있어 균일한 섬유 굵기를 갖는 웹을 제작할 수 있으므로 제품의 신뢰성 및 재현성을 높일 수 있으며, 방사재료의 각 노즐에서의 불균일한 분배에 의해 발생되는 웹의 두께 차이와 불량을 최소화하여 생산성을 높일 수 있다.

이하, 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 일구현예에 의한 전기방사용 노즐블럭은 공급된 방사재료가 복수개의 노즐에 균일하게 분배되어 각 노즐마다 정량적으로 동일한 토출량을 가질 수 있게 하는 노즐블럭에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전기방사용 노즐블럭의 단면 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 전기방사용 노즐블럭(10)은 방사재료(A)가 유입되는 유입구(110); 상기 유입구(110)의 원위 말단에 연결되는 필터판(120); 상기 필터판(120)의 하부에 연결되며 복수개의 구멍이 형성된 분배 조절판(130); 및 상기 분배 조절판(130)의 하부에 연결되며, 유입된 방사재료(A)가 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 구멍(141)이 형성된 다공성 노즐판(140)을 포함한다.

상기 전기방사용 노즐블럭은 종래의 실린더 타입의 단일 노즐을 갖는 방사노즐과 달리 하나의 유입구에 복수개의 노즐을 구비하는 멀티 노즐 타입으로 대량생산에 적합하다. 본 발명자는 이러한 멀티 노즐 타입에 있어서 종래 기술들은 각각의 노즐과 유입구와의 거리가 상이함에 따라 방사재료가 불균일하게 분배되어 각각의 노즐에서 정량적으로 동일한 토출량을 갖지 못함에 의해 발생되는 웹의 두께 차 이와 불량 등의 문제가 있음을 발견하고, 이를 개선하기 위하여 멀티방사 노즐블럭에 분배조절판(130)을 추가로 도입하였다.

상기 유입구(110)는 방사재료(A)가 노즐로 유입되는 부분으로서, 복수개의 노즐에 균일하게 방사재료(A)가 공급되도록 하기 위하여 원통형의 유입부분(111)과 유입부분에서 원위방향으로 점점 넓어지는 형상을 가진 확산부분(112)으로 구성된다.

본 발명의 구현예들에서 사용가능한 방사재료(A)는 용융방사를 위한 고분자 물질의 용융체 또는 용액방사를 위한 고분자 물질이 용해된 용액일 수 있으며, 용액방사의 경우, 용제의 휘발로 인한 문제, 환경상의 문제 등으로 극세섬유 제조를 위해 용융방사가 보다 바람직하다.

상기 필터판(120)은 서로 상이한 하나 이상의 메시 필터가 적층되어 형성된 것으로, 그물코 형상의 메시 필터가 방사재료(A)에 포함된 불순물을 제거하고, 방사재료의 유입시 압력분산 및 분배 역할을 한다. 이러한 상기 필터판(120)은, 예를 들어 천공된 필름, 부직포, 금속 그물망, 직포 또는 편직 천을 포함하는 다공성 재료에서 선택된 물질로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에서 필터판에 일반적으로 사용되는 물질을 제한없이 사용할 수 있다.

상기 천공된 필름은 금속, 종이, 또는 성형된 열가소성 재료 및 성형된 열경화성 재료를 포함하는 플라스틱, 유리섬유, 나일론 등의 합성섬유로부터 제조될 수 있다. 이러한 재료를 천공하거나 편직함으로써 메시 필터를 제조할 수 있다.

본 발명의 일구현예에서, 상기 필터판(120)은 2중 메시 필터 또는 3중 메시 필터가 적층되어 형성될 수 있으며, 이때 상기 메시 필터 각각의 메시 수는 서로 상이한 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 전기방사용 노즐블럭의 단면 개략도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 전기방사용 노즐블럭(20)은 3중 메시 필터가 적층된 필터판(220)을 포함하며, 일례로 최상부의 메시 필터가 50 내지 90 메시(mesh), 중간부의 메시 필터가 100 내지 300 메시, 최하부의 메시 필터가 30 내지 90 메시를 가짐으로써 필터로서의 효과를 향상시킬 수 있다.

상기 필터판(120)의 하부에는 방사재료(A)의 균일한 재분배를 돕는 역할을 하는 분배 조절판(130)이 연결되어 있다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 분배 조절판의 배면도이다. 도 3을 참조하면, 상기 분배 조절판(130)은 복수개의 구멍(132)이 하나 이상의 열과 행을 이루어 천공되어 있다.

이러한 분배 조절판(130)은 금속, 종이, 플라스틱, 세라믹화합물 등으로 이루어진 군에서 선택된 물질이 천공되어 형성될 수 있으며, 상기 분배 조절판(130)에 형성된 구멍(132)의 수는 노즐의 수보다 적거나 클 수 있으나, 노즐의 수보다 적은 것이 좋다. 이러한 분배 조절판(130)의 존재로 인하여 방사재료(A)가 노즐로 바로 유입되지 않고 균일하게 재분배되게 함으로써 유입구의 유입부분(111) 바로 아래의 노즐과 유입구의 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.

상기 분배 조절판(130)에 천공된 구멍(132)의 간격은 1 내지 5 mm 일 수 있 다.

상기 다공성 노즐판(140)은 복수개의 노즐이 배치된 것과 동일한 역할을 하는 것으로, 복수개의 구멍(141)이 천공되어 홀을 형성하여 상기 홀을 통하여 유입된 방사재료(A)가 필라멘트 형태로 토출되게 한다. 상기 다공성 노즐판(140)은 종래의 실린더 타입의 노즐 팁을 이용하는 경우와 달리 일정 두께의 판에 복수개의 노즐 형상의 구멍을 천공함으로써 제작될 수 있어 대량생산을 위한 설비에 적합하며, 설비의 제조가 용이하다.

도 4는 상기 전기방사용 노즐블럭(10)의 부분 확대 단면도이며, 도 4를 참조하면, 상기 다공성 노즐판(140)에 형성된 홀(141)은 상기 분배 조절판(130)과 접하는 상부로부터 그 반대방향의 하부를 향하여 어느 일부분까지 일정한 두께를 가지고, 상기 일부분으로부터 상기 홀(141)의 하부에 근접하면서 점차 테이퍼되는 형상을 가짐으로써, 상기 다공성 노즐판(140)의 상부와 하부에 형성된 홀(141)의 직경이 서로 상이하게 될 수 있다. 이때, 상기 다공성 노즐판(140)의 홀(141)의 상부 내경은 2mm 내지 5mm이며, 하부 내경은 0.06mm 내지 0.5mm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일례로, 상기 다공성 노즐판(140)에 형성된 홀(141)은 상기 다공성 노즐판(140)의 두께의 중반부까지 일정한 두께를 가지고, 중반부부터 상기 홀(141)의 하부쪽으로 점차 테이퍼되는 형상을 가질 수 있으며, 이때 상기 홀(141)의 단면의 형상은 원형, 정사각형 또는 직사각형일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 유선형의 단면을 가질 수도 있다.

상기 다공성 노즐판(140)은 일정 두께를 갖는 스테인레스, 초경합금, 특수강, 카본스틸 등의 금속판에 홀(141)을 형성하여 제조될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 다공성 노즐판(140)의 홀(141)의 간격은 상기 분배 조절판(130)의 구멍(132)의 간격과 상이한 것이 좋다. 상기 다공성 노즐판(140)의 하부 홀의 간격은 1 내지 10 mm 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 2 내지 7 mm 일 수 있으며, 5mm 당 하나의 홀이 존재할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 홀(141)의 간격은 일정하게 형성될 수도 있으나, 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 구현예들에 의한 전기방사용 노즐블럭(10)의 상기 유입구(111)의 두께는 20 내지 100 mm, 상기 필터판(120)의 두께는 3 내지 10mm, 상기 분배 조절판(130)의 두께는 5 내지 15 mm 및 상기 다공성 노즐판(140)의 두께는 20 내지 70mm일 수 있으나, 특별히 제한되지는 아니한다.

본 발명의 또 다른 양상은 본 발명의 구현예들에 따른 전기방사용 노즐블럭을 구비한 전기방사장치에 관한 것이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 전기방사장치의 구성을 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 전기방사장치(100)는 섬유 원료가 되는 고분자 물질을 공급하는 원료 공급부(101); 상기 원료 공급부(101)와 연결되며, 상기 원료 공급부(101)로부터 방사재료(A)를 공급받아 필라멘트 형태(B)로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 구비하는 노즐블럭(30)으로서, 상기 원료 공급부(101)에 연결되어 방사재료(A)가 유입되는 유입구(310), 상기 유입구(310)의 원위말단에 연결되는 필터판(320), 상기 필터판(320)의 하부에 연결되며 복수개의 구멍이 형성된 분배 조절판(330), 및 상기 분배 조절판(330)의 하부에 연결되며, 유입된 방사재료(A)가 필라멘트 형태(B)로 토출하게 하는 복수개의 구멍이 형성된 다공성 노즐판(340)을 포함하는 노즐블럭(30); 상기 노즐블럭(30)에 소정의 전압을 인가하여 상기 방사재료(A)를 하전시키는 전압인가부(105); 및 상기 노즐블럭(30)과 소정의 이격거리를 두며 하측에 위치되며, 상기 노즐블럭(30)을 통해서 토출되는 하전 필라멘트(B)를 상면에 집적하는 컬렉터(106)를 포함한다.

상기 전기방사장치는 용액방사 또는 용융방사에 사용될 수 있으며, 상기 원료 공급부(101)는 섬유 원료가 되는 고분자 물질이 공급되어 용매에 용해되거나(용액방사) 용융방사를 위해 용융액으로 상변화되는 부분이다.　 상기 원료 공급부(101)는 방사재료를 이송하는 이송수단(미도시), 또는 섬유 원료가 되는 고분자 물질을 압출하여 방사하는 압출기(102)를 포함할 수 있고, 특히 용융방사의 경우 상기 원료 공급부(101)는 고분자 칩을 용융하는 가열수단(미도시), 용융된 폴리머 용융액을 이송하는 이송수단(미도시)을 구비할 수 있으며, 이에 용융 압출기를 사용하여 고분자 물질의 상변화를 함께 유도할 수 있다.

원료 공급부(101)는 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 대안으로, 노즐블럭(30)에 공급할 폴리머를 저장하는 원료 저장탱크, 저장된 폴리머를 시간당 일정한 양으로 공급해주는 조절장치인 정량펌프 및 공급관을 포함할 수도 있다.

본 발명에서 사용가능한 고분자 물질으로는 고분자 칩, 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 옥사이드, 폴리우레탄, 엘라스토머, 또는 고무류를 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.

상기 노즐블럭(30)은 방사재료(A)를 공급받아 필라멘트 형태(B)로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 구비하며, 상기 원료 공급부(101) 또는 압출기(102)에 연결되어 방사재료(A)가 유입되는 유입구(310), 상기 유입구(310)의 원위말단에 연결되는 필터판(320), 상기 필터판(320)의 하부에 연결되며 복수개의 구멍이 형성된 분배 조절판(330), 및 상기 분배 조절판(330)의 하부에 연결되며, 유입된 방사재료(A)가 필라멘트 형태(B)로 토출하게 하는 복수개의 구멍이 형성된 다공성 노즐판(340)을 포함한다. 상기 노즐블럭(30)은 유도관(103) 및 절연단관(104)과 같은 추가 구성을 통하여 연결되도록 디자인될 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 방사재료(A)가 방사되는 노즐블럭(30) 주위의 온도를 일정하게 유지하도록 고온의 에어 또는 오일을 공급하는 히팅관(350, 360)을 구비하여 상기 노즐블럭(30)의 온도를 유지시켜, 상기 노즐블럭(30) 내부에 공급된 방사재료(A)의 물성이 유지되도록 한다. 또한, 상기 노즐블럭(30)에서 다공성 노즐판(340)의 주변의 히팅관(350)은 노즐블럭(30)의 다른 부분 주변의 히팅관(360)과 유입 통로를 달리 하여 노즐 끝에서 순간적으로 온도를 높여 방사재료(A)가 다공성 노즐판(340)에 형성된 홀을 통해 필라멘트 형태(B)로 토출되도록 한다.

상기 노즐블럭(30)에는 소정의 전압이 인가되어 방사되는 방사재료(A)를 하전시킨다.　 이러한 역할을 하는 상기 전압인가부(105)는 당업계에서 공지된 방식을 제한없이 사용할 수 있다. 바람직하게 상기 전압인가부(105)에서 인가되는 전압은 10 ~ 200kV의 범위 내에 해당하도록 하는 것이 나노미터급의 방사를 위해 적합하다.

상기 노즐블럭(30)의 다공성 노즐판(340)의 홀로부터 토출된 하전 필라멘트(B)는 상기 컬렉터(106) 상부에 집적된다. 상기 컬렉터(106)는 전도성이 우수한 금속재가 사용되며, 이송롤러와 같은 이송수단으로 상기 노즐블럭(30)에 대하여 연속적으로 공급되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 컬렉터(106)는 접지된 상태이거나 상기 노즐블럭(30)에 인가된 전압의 극성과 반대의 극성이 인가되어 상기 하전 필라멘트와 반대 극성을 가짐으로써, 하전 필라멘트(B)의 집적을 도울 수 있다. 즉, 상기 노즐블럭(30)을 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 컬렉터(106)의 전면에 기재를 위치시켜 집적시켜 웹을 형성할 수 있으며, 웹이 형성된 기재는 이동수단을 통해 이동되어 상, 하 히팅장치(미도시)를 통과하면서 가열되어 칼렌더링(calendering)되며, 최종적으로 권취롤러(미도시)에 권취된다.

한편, 본 발명의 일 구현예에서, 상기 노즐블럭(30)과 컬렉터(106)는 수평방향으로 대향하여 배치되어 있으나, 여기에 한정되지 않으며 수직방향으로도 대향하여 배치될 수 있다.

본 발명의 전기방사장치를 이용하여 제조될 수 있는 나노섬유는 필터소재, 광화학 센서소재, 전자소자용 소재, 생체 의학용 소재, 조직 공학용 소재, 약물 전달용 소재, 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 흡수되는 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 전기방사용 노즐블럭의 단면 개략도이다.

도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 전기방사용 노즐블럭의 단면 개략도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 분배 조절판의 배면도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 전기방사용 노즐블럭의 부분 확대 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 전기방사장치의 구성을 개략적으로 도시한 모식도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 20, 30: 노즐블럭 100: 전기방사 장치

110, 210, 310: 유입구 120, 220, 320: 필터판

130, 230, 330: 분배 조절판 140, 240, 340: 다공성 노즐판

101: 원료 공급부 102: 압출기

103: 유도관 104: 절연단관

105: 전압인가부 106: 컬렉터

350, 360: 오일 공급관

A: 용융체 B: 하전 필라멘트

Claims (19)

1. 전기방사용 노즐블럭에 있어서, 상기 노즐블럭이:

   방사재료가 유입되는 유입구;

   상기 유입구의 원위말단에 연결되는 필터판;

   상기 필터판의 하부에 연결되며 복수개의 구멍이 형성된 분배 조절판; 및

   상기 분배 조절판의 하부에 연결되며, 유입된 방사재료가 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 구멍이 형성된 다공성 노즐판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
2. 제 1항에 있어서, 상기 필터판은 서로 상이한 하나 이상의 메시 필터가 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
3. 제 1항에 있어서, 상기 필터판은 천공된 필름, 부직포, 금속 그물망, 직포 또는 편직 천을 포함하는 다공성 재료로 이루어진 형성된 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
4. 제 1항에 있어서, 상기 필터판은 2중 메시 필터 또는 3중 메시 필터가 적층되어 형성되며, 상기 메시 필터 각각의 메시 수가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
5. 제 1항에 있어서, 상기 분배 조절판은 복수개의 구멍이 하나 이상의 열과 행을 이루어 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
6. 제 1항에 있어서, 상기 분배 조절판은 금속, 종이, 플라스틱, 및 세라믹 화합물로 이루어진 군에서 선택된 물질이 천공되어 형성된 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
7. 제 1항에 있어서, 상기 분배 조절판의 구멍의 간격은 1 내지 5 mm 인 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
8. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 노즐판은 일정한 간격으로 복수개의 구멍이 천공되어 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
9. 제 8항에 있어서, 상기 다공성 노즐판에 형성된 홀은 상기 분배 조절판과 접하는 상부로부터 그 반대방향의 하부를 향하여 어느 일부분까지 일정한 두께를 가지고, 상기 일부분으로부터 상기 홀의 하부에 근접하면서 점차 테이퍼되는 형상을 가짐으로써, 상기 다공성 노즐판의 상부와 하부에 형성된 홀의 직경이 서로 상이한 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
10. 제 9항에 있어서, 상기 다공성 노즐판에 형성된 홀은 상기 다공성 노즐판의 두께의 중반부까지 일정한 두께를 가지고, 중반부부터 상기 홀의 하부쪽으로 점차 테이퍼되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
11. 제 8항에 있어서, 상기 홀의 단면의 형상은 원형, 정사각형 또는 직사각형인 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
12. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 노즐판은 일정 두께를 갖는 스테인레스, 초경합금, 특수강, 또는 카본스틸의 금속판에 홀을 형성하여 제조된 것을 특징으로 하 는 전기방사용 노즐블럭.
13. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 노즐판의 구멍의 간격이 상기 분배 조절판의 구멍의 간격과 상이한 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
14. 제 8항에 있어서, 상기 다공성 노즐판의 홀의 상부 내경은 2mm 내지 5mm이며, 하부 내경은 0.06mm 내지 0.5mm 인 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
15. 제 7항에 있어서, 상기 다공성 노즐판의 하부 홀의 간격은 1 내지 10 mm 인 것을 특징으로 하는 전기방사용 노즐블럭.
16. 섬유 원료가 되는 고분자 물질을 공급하는 원료 공급부;

    상기 원료 공급부와 연결되며, 상기 원료 공급부로부터 방사재료를 공급받아 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 구비하는 노즐블럭으로서, 상기 원료 공급부에 연결되어 방사재료가 유입되는 유입구; 상기 유입구의 원위말단에 연결되는 필터판; 상기 필터판의 하부에 연결되며 복수개의 구멍이 형성된 분배 조 절판; 및 상기 분배 조절판의 하부에 연결되며, 유입된 방사재료가 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 구멍이 형성된 다공성 노즐판을 포함하는 노즐블럭;

    상기 노즐블럭에 소정의 전압을 인가하여 상기 방사재료를 하전시키는 전압인가부; 및

    상기 노즐블럭과 소정의 이격거리를 두며 하측에 위치되며, 상기 노즐블럭을 통해서 토출되는 하전 필라멘트를 상면에 집적하는 컬렉터를 포함하는 전기방사장치.
17. 제 16항에 있어서, 상기 전기방사장치는 용액방사 또는 용융방사에 사용되는 것을 특징으로 하는 전기방사장치.
18. 제 17항에 있어서, 상기 상기 원료 공급부는 섬유 원료가 되는 고분자 물질을 압출하여 방사하는 압출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치.
19. 제 16항에 있어서, 상기 컬렉터는 접지된 상태이거나 상기 하전 필라멘트와 반대 극성으로 대전되는 것을 특징으로 하는 전기방사장치.

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