KR20150133744A - 나노 바디 제조 장치 - Google Patents

Abstract

바디 형성 유체를 분산매 내에 도입하여, 바디, 바람직하게는 나노 바디를 제조하는 장치. 이 장치는 분산매를 수용하도록 구성된 유체 하우징, 적어도 2개의 분리된 유로로서, 분산매가 그 분리된 유로를 따라 층류로 흐르며, 분리된 유로들 중 적어도 2개의 유로는 유동 병합 위치에서 수렴하는, 적어도 2개의 분리된 유로, 사용 중에, 분산매가 각각의 유로를 따라 유동 병합 위치로 흐르도록 하는 유체 유동 구성, 사용 중에, 바디 형성 유체를 분산매 내에 공급하도록 구성된, 유동 병합 위치 또는 그 근처에 위치한 적어도 하나의 유체 도입 구성, 및 유동 병합 위치 근처 및/또는 이후에서 분산매 유동을, 사용 중에, 수축시키고 가속화하는, 유동 병합 위치 근처 또는 이후의 유동 수축 구성을 포함한다.

Description

나노 바디 제조 장치{AN APPARATUS FOR PRODUCING NANO-BODIES}

상호 참조

본원은 2013년 3월 6일에 출원된 호주 가출원 제2013900814호로부터 우선권을 주장하며, 그 개시물은 본 명세서에 통합되는 것으로 이해해야 한다.

기술분야

본 발명은, 일반적으로 입자 또는 섬유, 특히 짧은 나노섬유와 같은 나노 바디를 제조하는 장치와 관련된 것이다. 본 발명은 특히, 분산매 내의 선택된 전단 속도의 존재 하에서 바디 형성 유체를 분산매 내에 도입하여 섬유를 제조하는 데 적용될 수 있으며, 그 예시적 적용에 관하여 본 발명을 이하 개시하는 것이 적절할 것이다.

본 발명의 배경기술에 대한 이하 설명은 본 발명의 이해를 용이하게 하고자 함이다. 그러나, 그러한 설명이, 언급된 임의의 재료가 본 출원의 우선일에 공개, 공지되었다거나 주지관용 기술의 일부임을 인정하거나 시인하는 것은 아닌 것으로 이해해야 한다.

짧은 나노섬유는, 물에 용해된 중합체 용액(용매의 0.1 내지 30% wt/vol)과 같은 바디 형성 유체를, 약 1 내지 100 센티포아즈(cP) 범위의 점성을 가지며 0.1 내지 10 m/s로 이동하는, 대체로 뷰탄올 또는 물과 같은 유체인 분산매 내에 주입하여 생성될 수 있다. 이러한 조건들 하에서, 중합체 용액으로부터 뷰탄올에 의해 야기되는 물의 빠른 추출로 인해 중합체는 겔로 되면서, 중합체 용액이 흡출되고 단섬유로 단편화된다. 전단력 및 중합체 농도를 변화시킴으로써 섬유 크기는 15 내지 2,500 nm 직경과 2 내지 20 ㎛ 길이로 조절될 수 있다.

이러한 나노섬유 생성 방법의 일례는 국제 특허 출원 PCT/AU2012/001273에 기술되어 있으며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 통합되는 것으로 간주된다. 이 특허 출원은 기술된 짧은 나노섬유 생성 방법을 수행하기 위한 실험실용 규모의 실험 장치를 기술하고 있다. 그 장치는 분산매(뷰탄올)의 비이커에 잠긴 5 cm 임펠러 블레이드를 가진 로터리 혼합기로 구성된다. 블레이드는 금속 링에 의해 둘러싸여 있으며, 그 금속 링은 1.5 cm²의 면적을 지닌 16개의 원주 방향으로 이격된 일련의 슬릿을 포함하고 그 슬릿에 의해 분할된다. 섬유 생성을 위해, 혼합기의 임펠러는 4,000 내지 10,000 rpm의 필요한 회전(및 이에 따른 전단 속도)으로 구동되어, 10,000 rpm일 때 약 26 m/s의 블레이드 팁의 최대 속도를 제공한다. 선택된 바디 형성 유체는 이후, 블레이드에 근접하여 혼합기 측면 상에 있는 포트들 중 하나에 인접한 25 g의 주사바늘을 통해 비이커의 분산매 내로 주입된다.

이러한 실험실용 규모의 실험 장치의 임펠러 블레이드 구성 및 회전 속도는 용매 내에서 비 층류(와류) 시스템을 제공한다. 이는 용매 내에서 상당한 혼합을 만들어 내고, 이로 인해 시스템 내에서 시약들에 대해 불충분한 예측 가능성 및 제어를 만들어 낸다. 더욱이, 전체 시스템 구성은 중합체 주입 속도에 대해 불충분한 제어 및 주사바늘 팁의 위치 설정에 대해 불충분한 제어를 제공한다.

Mercader 등(2010)의 Kinetics of fibre solidification(PNAS 초판, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1003302107)은 직경이 수축된 모세관 파이프를 포함하는 섬유 응고 반응 속도 연구를 위한 실험 장치를 기술한다. 파이프의 직경 수축은 수계 PVA 용액의 연신 유동(extensional flow), 동축류 흐름을 만드는 데 이용되었다. 수계 나노튜브 분산물을 수축부의 상류 동축류 PVA 흐름에 주입함으로써 나노섬유가 제조되었다. 주입된 나노튜브는 PVA 용액과 접촉 시 가교 응집을 거쳐 섬유를 형성하였다. 섬유는 파이프 중심에서 주위 유체에 의해 제어된 속도로 변형되고 신장되었다. 수축은 점성 저항에 응답하여 섬유에 순 인장 응력을 만들어 내는 것으로 나타났다. 형성된 섬유는 주위 항력이 섬유의 인장 강도를 초과할 때 더 짧은 길이의 섬유로 단편화되는 것으로 또한 나타났다.

이러한 방법에 의해 섬유 및 단섬유가 제조되는 것으로 나타나지만, 기술된 장치는 직경이 작은 섬유의 재현 가능한 제조를 위한 시약 및 유동 조건에 대한 충분한 제어를 제공하지 않는 것으로 여겨진다. 더욱이, 기술된 바와 같이, 주입 포트를 모세관의 중심에 맞추어 정렬하는 데 일부 어려움이 있을 것으로 예상된다.

따라서, 섬유, 바람직하게는 짧은 나노섬유와 같은 연신 바디 제조를 위한 개선된 그리고/또는 대안적인 기기를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 제1 양태는, 바디 형성 유체를 분산매 내에 도입하여, 바디, 바람직하게는 나노 바디를 제조하는 장치를 제공한다. 이 장치는 다음을 포함한다:

분산매를 수용하도록 구성된 유체 하우징;

적어도 2개의 분리된 유로로서, 분산매가 그 분리된 유로를 따라 층류로 흐르며, 분리된 유로들 중 적어도 2개의 유로는 유동 병합 위치에서 수렴하는, 적어도 2개의 분리된 유로;

사용 중에, 분산매가 각각의 유로를 따라 유동 병합 위치로 흐르도록 하는 유체 유동 구성;

사용 중에, 바디 형성 유체를 분산매 내에 공급하도록 구성된, 유동 병합 위치에 또는 그 근처에 위치한 적어도 하나의 유체 도입 구성; 및

유동 병합 위치 근처 및/또는 이후에서 분산매 유동을, 사용 중에, 수축시키고 가속화하는, 유동 병합 위치 근처 또는 이후의 유동 수축 구성.

본 발명의 장치의 층류 및 수축 구성은 유동 병합 위치 및/또는 이후에서 분산매 내 제어된 유동 면적을 형성한다. 층류 유체 유동 환경은 분산매의 유동과 주입된 바디 형성 유체의 유동 사이에서 완만한 변화를 제공한다. 따라서, 바디 형성 유체는 주위의 제어된 유동 면적 내로 공급되고 유동 병합 위치 및 그 근처에서 수축된다. 이는 이전의 임펠러 및 링 기반 시스템 대비 중합체 주입 속도에 대해 개선된 제어를 가능하게 한다. 또한, 유동 병합 위치에 또는 그 근처에 위치한 전용 유체 도입 구성을 사용하면 이전의 임펠러 및 링 기반 시스템 대비 주입 지점의 위치 설정을 향상시킨다.

층류 및 수축 구성의 조합은, 장치의 유동 병합 위치 이후에, 설명된 바디 구성을 연신하여 형성하는 제어 가능한 연신 유동을 생성한다. 도입된 바디 형성 유체로부터 필라멘트와 같이 긴 바디가 형성되는 경우, 가속화는 또한 분산매에서 바디 형성 유체 의해 형성된 긴 바디의 단편화를 가능하게 하기 위해 필요한 인장 응력 및/또는 전단 속도를 생성함으로써 그 긴 바디가 쪼개지도록 할 수 있다.

이 장치는 상이한 구성, 형상, 및 크기를 가진 다양한 바디, 바람직하게는 나노 바디를 제조하는 데 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예들은 로드, 리본, 작은 방울, 입자, 필라멘트, 섬유, 단섬유, 나노섬유, 짧은 나노섬유 등을 포함한다. 바람직한 구현예들에서, 본 발명의 장치는 섬유, 바람직하게는 나노섬유를 제조한다. 제조된 바디는 액체, 겔, 고체, 기체 또는 이와 유사한 것과 같은 상이한 재료의 코어를 포함할 수 있다.

유동 수축 구성은 분산매의 유동을 수축시키고 가속화하는 임의의 적절한 구성요소 또는 구성요소들을 포함할 수 있다. 유동 수축부는, 하나 이상의 배플(baffle), 위어(weir), 유동 수축 개구, 유체 유동 면적 변화와 같은 치수 변화 등을 포함한, 임의의 적절한 구성을 포함할 수 있다.

일부 구현예들에서 (그리고 이하 설명된 바와 같이), 수중날개 너머로 흐르는 분산매의 유동을 가속화하고 수축시키기 위해 하나 이상의 수중날개가 사용될 수 있다.

일부 구현예들에서, 유동 수축 구성은 유체 하우징의 치수 변화를 포함할 수 있다. 치수 변화는 바람직하게 유체 하우징의 유체 유동 단면적 변화, 더 바람직하게는 유동 병합 위치의 하류 유동에 비해 유동 병합 위치의 상류 유동으로부터 전체 유체 유동 단면적의 감소를 포함한다. 예를 들어, 유체 하우징이 도관을 포함하는 구현예들에서, 유동 수축은 바람직하게 도관 내의 단면적 감소를 포함한다. 따라서, 유체 하우징은 제1 유체 유동 단면적을 갖는 적어도 제1 유동 구간 및 제2 유체 유동 단면적을 갖는 적어도 제2 유동 구간을 포함할 수 있고, 제1 유체 유동 단면적은 제2 유체 유동 단면적보다 크다.

제2 유동 구간의 유동 수축은, 수축부의 입구에서 제2 유동 구간의 유체 하우징 축을 따라 분산매가 가속화되는 가속화 구역을 생성한다. 이러한 가속화는 연신 유동장의 형성을 유도한다. 어느 하나의 이론에 제한을 두고자 하는 것은 아니지만, 분산매에 의해 이송된 주입된 바디 형성 유체로부터 형성된 바디는 분산매의 가속화에 응답하여 연신되는 것으로 여겨진다. 가속화는 그 형성된 바디에 인장 응력 및/또는 그 형성된 바디에 가해지는 전단 응력을 야기하고, 최대 응력이 바디의 인장 강도를 초과할 경우 바디를 단편화하거나 쪼갤 수 있다.

제2 유동 구간은 유동 병합 위치(의 하류) 근처에서 또는 멀리 떨어져서, 바람직하게는 가까이에서 시작할 수 있다. 일부 구현예들에서, 유동 병합 위치는 제2 유동 구간의 시작점의 상류에서 떨어져 이격되어 있다. (전술한 바와 같이) 후단 에지 및 그로 인한 유체 도입 구성을 제2 유동 구간으로부터 이격시키면, 별개의 유체 도입 구역 및 가속화 구역을 생성한다.

유동 수축은 제1 유동 구간과 제2 유동 구간 사이에 바람직하게 적어도 50%, 더 바람직하게는 적어도 60%, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 70%, 가장 바람직하게는 적어도 75%의 유체 유동 단면적 감소를 포함한다. 플레이트들을 포함하는 구현예들에서, 플레이트 사이의 간격은 바람직하게 8 내지 15 mm에서 1 내지 5 mm로, 더 바람직하게는 8 내지 11 mm에서 1 내지 3 mm로, 훨씬 더 바람직하게는 9 mm에서 2 mm로 감소한다.

유동 수축은 유체 하우징, 예컨대 도관의 즉각적 치수 변화를 포함할 수 있다. 그러나, 그 변화는 점진적인 치수 변화를 가지면서 더 서서히 일어나는 것이 바람직하다. 그 진행은 경사지거나 완만한 변화, 계단식, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 유체 하우징의 제1 유동 구간과 제2 유동 구간 사이에 위치한 제3 유동 구간이 제공될 수 있으며, 제3 유동 구간은 제1 및 제2 유동 구간을 서로 연결하면서, 변하는 단면적, 바람직하게는 점점 줄어드는 단면적을 가진다. 제3 유동 구간의 단면적은 제1 유동 구간과 제2 유동 구간 사이에서 바람직하게 5 내지 30^o, 바람직하게 약 10^o의 경사를 포함한다.

유동 수축은 유체 하우징에서 하나 또는 일련의 변화를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 유동 수축은 유체 하우징에서 둘 이상의 치수 변화를 포함한다. 예를 들어, 유동 수축은 단면적의 제2 감소가 뒤따르는 단면적의 제1 감소를 포함할 수 있고, 일부 구현예들에서, 단면적의 제3 또는 그 이상의 감소가 뒤따를 수 있다. 유체 하우징의 일련의 치수 변화는 유체 하우징의 치수(예컨대, 단면적)를 최초 치수로부터 최종 치수까지 점진적으로 변화시킬 수 있거나, 유체 하우징의 치수가 확장 치수와 수축 치수 사이에서 변하는, 일련의 확장 및 수축 지점들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유동 수축은 제1 단면적과 (감소되거나 수축된) 제2 단면적 사이에서 일련의 단면적 감소 및 확장을 포함할 수 있다.

도관 또는 도관들의 제1 유동 구간으로 유입되는 유체 유동은, 유동이 유동 병합 위치 이전의 제1 유동 구간에서 층류로 되는 한, 층류, 와류 등을 포함한 임의의 적절한 유동 특성을 가질 수 있다. 층류는 유동 병합 위치 이전에 분산매 유동의 유동 특성을 변경하는 하나 이상의 유동 보조기구를 이용하여 얻어질 수 있다. 일부 구현예들에서, 그 구성은, 사용 중에, 유동 병합 위치 이전에 분산매 유동과 접촉하는 유체 하우징 내에 위치한 적어도 하나의 배플을 더 포함한다. 다른 구현예들에서, 제1 유동 구간을 통해 분산매 유동 내에 층류를 유도하기 위해 하나 이상의 수중날개와 같은 유동 분배기가 사용될 수 있다. 수중날개를 포함하는 구현예들은 이하에서 더 상세히 설명된다. 바람직한 구현예들에서, 유체 유동 구성은 제1 유동 구간에서 층류를 형성한다. 이와 관련하여, 층류 유체 유동은 보다 용이하게 제어될 수 있고 그 결과들이 보다 용이하게 예측될 수 있다.

유체 유동 하우징이 분산매가 흐르는 하나 이상의 도관을 포함하는 구현예들에서, 도관(들)은 다수의 구성을 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 도관(들)은 관형 파이프, 바람직하게는 원형, 정사각형, 직사각형 또는 기타 정다각형 단면 형상 중 적어도 하나의 형상을 가진 파이프를 포함한다.

일부 구현예들에서, 도관 또는 도관(들)은 적어도 2개의 이격된 플레이트를 포함한다. 플레이트는 도관 또는 도관들 내에 유체 밀봉된다. 유체 밀봉은 임의의 수의 구성을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 플레이트는 바람직하게 유체 기밀 도관, 예컨대 관형 도관 내에 유체 밀봉된 유체 기밀 케이싱 내에 수용될 수 있다. 이 구현예에서, 플레이트는 유체 기밀 도관의 부근 또는 인접면에 고정되거나 다르게 체결될 수 있다. 일부 구현예들에서, 플레이트들은 각각의 플레이트 둘레 주위에서, 보다 바람직하게는 플레이트 에지 주위에서 밀봉된다.

(관련된 구현예들에서) 유체 하우징의 치수, 특히 분산매가 흐르는 유체 하우징 부분의 치수를 변화시킬 수 있는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 도관(들)이 적어도 2개의 이격된 플레이트를 포함하는 경우, 플레이트 간의 거리를 변화시킬 수 있는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 이러한 조정은 유동 면적을 변화시킬 수 있고 그로 인해 2개의 플레이트 사이에서, 수중날개로, 그리고 수중날개 너머로 흐르는 분산매의 유동 속도를 변화시킬 수 있다.

유동 수축 구성은 분산매에 전단 응력을 생성하여 분산매에서 임의의 바디, 특히 필라멘트와 같은 긴 바디의 단편화를 가능하게 하는 조건들을 생성할 수 있다. 바람직하게 유동 수축 구성은, 유체가 적어도 0.1 m/s, 바람직하게는 0.2 내지 20 m/s, 더 바람직하게는 0.5 내지 10 m/s, 훨씬 더 바람직하게는 1 내지 10 m/s의 선형 속도를 갖는 수중날개의 후단 에지에서 분산매에 전단력을 생성한다. 일부 구현예들에서, 유동 수축 구성은 약 100 내지 약 190,000 cP/sec 범위의 전단 응력을 생성할 수 있다.

본 발명의 유체 도입 구성은 장치의 유동 병합 위치 또는 그 근처에서 바디 형성 유체를 분산매 내에 도입하기 위해 사용된다. 바디 형성 유체는 적절한 기술을 이용하여 분산매에 도입될 수 있다. 일부 구현예들에서, 바디 형성 유체는 분산매 내에 주입된다. 바디 형성 유체는 약 0.0001 L/hr 내지 약 10 L/hr, 또는 바람직하게 약 0.1 L/hr 내지 10 L/hr에서 선택된 범위의 속도로 분산매 내에 주입될 수 있다.

바디 형성 유체가 중합체 용액과 같은 바디 형성 용액일 경우, 바디 형성 용액은 약 0.0001 L/hr 내지 10 L/hr, 약 0.001 L/hr 내지 10 L/hr, 또는 약 0.1 L/hr 내지 10 L/hr로 이루어진 군으로부터 선택된 범위의 속도로 분산매 내에 주입될 수 있다.

관련 기술 분야의 당업자는, 본 발명의 공정이 수행되는 규모, 사용된 바디 형성 유체의 부피, 및 선택된 부피의 바디 형성 유체를 분산매에 도입하는 데 바람직한 시간에 따라, 바디 형성 유체가 분산매에 도입되는 속도가 달라질 수 있음을 이해할 것이다. 일부 구현예들에서, 바디 형성 유체를 더 빠른 속도로 분산매 내에 도입하는 것이 바람직할 수 있으며, 이는 더 완만한 표면 형상을 가진 섬유의 형성을 도울 수 있다. 주입 속도는, 예를 들어 주사기 펌프 또는 연동 펌프와 같은 펌프에 의해 조절될 수 있다.

유체 도입 구성은 유동 병합 위치에 삽입되는 별개의 부재, 예컨대, 주사바늘 또는 기타 도관일 수 있거나, 유동 병합 위치에 위치한 바디 또는 구성요소에 통합될 수 있다. 유동 병합 위치에 위치한 바디 또는 구성요소에 형성되는 경우, 유체 도입 구성은, 바람직하게 상기 바디 또는 구성요소에 또는 상기 바디 또는 구성요소 상에 위치한, 적어도 하나의 개구를 포함한다. 개구는 바람직하게, 상기 바디 또는 구성요소 내에 형성 또는 수용된, 바디 형성 유체가 공급되는, 도관 또는 채널에 유체 연결된다.

일부 구현예들에서, 하나 이상의 개구가 적어도 2개의 상이한 바디 형성 유체에 유체 연결될 수 있다. 이는 섬유가 2개의 상이한 재료를 포함하여 형성되도록 할 수 있다. 바디 형성 유체는 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 둘 이상의 바디 형성 유체는 분산매 내로 도입되기 이전에 서로 혼합될 수 있다. 다른 구현예들에서, 둘 이상의 바디 형성 유체는, 바디 형성 유체가 분산매 내로 도입되는 지점 또는 그 근처에서 서로 혼합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 개구는, 적어도 하나의 바디 형성 유체가 흐르는 적어도 2개의 도관 또는 채널에 유체 연결될 수 있고, 각각의 도관 또는 채널은 적어도 하나의 개구 근처에 위치한 병합 구간에서 합쳐진다. 병합 구간은 바람직하게 적어도 하나의 개구에 유체 연결된 짧은 도관 또는 채널을 포함한다. 일부 구현예들에서, 병합 구간은 Y 또는 T 합류점을 포함한다.

일부 구현예들에서, 유체 도입 구성은, 각각의 개구가 적어도 하나의 바디 형성 유체에 유체 연결된, 적어도 2개의 근접한 개구를 포함한다. 이는 각각의 바디 형성 유체가 분산매 내로 도입될 때 중첩되거나, 뒤얽히거나, 또는 적어도 어떤 식으로 상호작용하도록 할 수 있다. 따라서, 이후의 섬유 형성은 뒤얽히거나, 혼합되거나, 다르게 서로 연결된 섬유 구성을 생성할 수 있다. 일부 구현예들에서, 적어도 2개의 개구는 서로 다른 바디 형성 유체에 유체 연결된다. 이는 뒤얽히거나, 혼합되거나, 또는 다르게 서로 연결된 섬유 구성을 가진 2개의 다른 재료로 섬유 구성이 형성되도록 할 수 있다.

일부 구현예들에서, 적어도 2개의 개구는 중첩된다. 이러한 구현예들에서, 적어도 2개의 개구는 제1 개구가 제2 개구 내에 둘러싸여 배치될 수 있다. 일부 형태들에서, 3개 이상의 개구가 중첩 구성으로 구성될 수 있다. 일부 형태들에서, 2개의 개구는 동심으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나의 개구(내측 개구)는 다른 개구(외측 개구)에 의해 완전히 또는 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 이는, 제1 섬유가 다른 섬유 내에 캡슐화되거나 또는 다르게 형성된, 섬유 구성 내의 섬유를 제조할 수 있다. 적어도 2개의 개구 중 적어도 2개가 서로 다른 바디 형성 유체에 유체 연결된 구현예들에서, 제1 재료는 제2 재료 내에 캡슐화될 수 있다.

유체 도입 구성의 개구는 다수의 상이한 형상 및 구성을 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 유체 도입 구성은 원형의 형상을 가진다. 그러나, 별 모양, 십자가 모양, 타원형, 및 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형, 팔각형 등과 같은 임의의 수의 정다각형을 포함한 임의의 수의 형상이 가능할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

적어도 2개의 분리된 유로의 층류는 임의의 적절한 방식으로 생성될 수 있다. 일부 구현예들에서, 분리된 유로들 중 적어도 2개의 별개의 유로는 별개의 유동 도관을 포함한다. 이 구현예에서, 그러한 도관들 각각에서의 유동 특성 제어를 통해 그러한 별개의 도관에서 층류가 생성될 수 있다. 예를 들어, 유체 유동 구성은 별개의 도관에서의 층류를 위해 필요한 유동 속도를 제공하도록 제어될 수 있다. 또한, 도관의 구성은 층류에 최적화될 수 있다. 이러한 구현예들에서, 유동 수축 구성은 유동 병합 위치 근처 또는 이후에서 적어도 2개의 별개의 유동 도관의 결합된 유입 단면적 대비 유출 단면적의 감소를 포함할 것이다.

다른 구현예들에서, 적어도 2개의 분리된 유로는 유체 하우징에 위치한 적어도 하나의 수중날개에 의해 분리될 수 있고, 수중날개는 선단면 및 후단 에지를 가지며, 유체 유동 구성은 분산매를 수중날개의 선단면으로부터 후단 에지까지 층류로 흐르도록 한다.

본 발명의 제2 양태는, 섬유 형성 액체를 분산매 내에 도입하여, 섬유를 제조하는 장치를 제공하며, 이 장치는 다음을 포함한다:

분산매를 수용하도록 구성된 유체 하우징;

유체 하우징 내에 위치하고, 선단면 및 후단 에지를 가진, 적어도 하나의 수중날개;

사용 중에, 섬유 형성 액체를 유체 하우징에 수용된 분산매 내에 공급하도록 구성된 적어도 하나의 수중날개의 후단 에지에 또는 그 근처에 위치한 적어도 하나의 유체 도입 구성; 및

사용 중에, 수중날개의 선단면으로부터 후단 에지까지 수중날개를 거쳐 분산매가 흐르도록 하는 유체 유동 구성.

본 발명의 장치의 수중날개는 수중날개의 후단 에지 및/또는 이후에서 분산매 내 제어된 유동 면적을 생성한다. 수중날개의 후단 에지에서 섬유상 중합체 필라멘트를 연신하여 형성하는 연신 유동을 형성하기 위해, 수중날개는 수중날개에 걸쳐 흐르는 분산매의 유동을 가속화하고 수축시키도록 설계된다. 가속화는 또한 분산매에서 바디 형성 유체에 의해 형성된 필라멘트의 단편화를 가능하게 하기 위해 필요한 인장 응력 및/또는 전단 속도를 생성함으로써 필라멘트가 쪼개지도록 하여, 단섬유를 형성할 수 있다.

수중날개는 또한 유동 표면에 걸쳐, 그리고 수중날개의 후단 에지 및/또는 그 근처에서 층류 유체 유동 환경을 생성한다. 이는 분산매의 유동과 주입된 바디 형성 유체의 유동 사이에서 완만한 변화를 제공한다. 따라서, 바디 형성 유체는 주위의 제어된 유동 면적에 공급되고 수중날개 및 그 근처에서 수축되어, 이전의 임펠러 및 링 기반 시스템 대비 중합체 주입 속도에 대한 개선된 제어를 가능하게 한다. 또한, 적어도 하나의 수중날개의 후단 에지에 또는 그 근처에 위치하며, 바람직하게는 수중날개에 통합된, 전용 유체 도입 구성을 사용하면 이전의 임펠러 및 링 기반 시스템 대비 주입 지점의 위치 설정을 향상시킨다.

수중날개는 다양한 형상 및 구성을 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 수중날개의 선단면은 바람직하게 둥근 또는 만곡된 표면을 포함한다. 또한, 수중날개의 후단 에지는 바람직하게 실질적으로 반듯한 에지를 포함한다. 그러나, 둥근, 만곡된, 웨이브 모양 등과 같은 다른 구성이 다른 구현예들에서 사용될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 또한, 일부 구현예들에서, 수중날개는 수중날개의 선단면과 후단 에지 사이의 코드 라인(chord line)을 중심으로 실질적으로 대칭이다. 본 기술분야에서 이해되는 바와 같이, 수중날개의 코드 라인은 수중날개의 선단과 후단 에지를 연결하는 직선이다. 그러나, 다른 구현예들에서 수중날개의 다른 구성은 코드 라인에 대해 상이한 형상 또는 구성을 가질 수 있는 것으로 또 한편 이해해야 한다.

수중날개, 선단면, 및 후단 에지는 임의의 적절한 형상을 따를 수 있다. 일부 구현예들에서, 수중날개는 선형 형상을 가진다. 다른 구현예들에서, 수중날개는, 선단면 및 후단 에지가 환형 구성을 가지며, 수중날개 중심점을 중심으로 하는 원통형 또는 타원형 형상을 가진다. 이러한 수중날개는, 바람직하게 후단 에지에서 점점 가늘어지는, 도넛형 형상을 갖는 것이 바람직할 것이다. 분산매는 바람직하게 수중날개의 내부 공동 및 외측 표면을 통해 흐를 것이다.

수중날개는 바람직하게, 선단면과 후단 에지 사이에서 두께가 점점 줄어드는 경사진 바디를 포함한다. 일부 구현예들에서, 수중날개의 경사진 바디는, 그 선단면과 후단 에지 사이의 중심선, 바람직하게는 코드 라인에 대하여, 그 선단면과 후단 에지 사이에 5 내지 30^o, 바람직하게는 약 10^o의 경사를 포함한다.

유리하게, 상기 바람직한 구성은 수중날개의 후단 에지에서 또는 그 근처에서 층류를 생성한다.

수중날개를 거쳐 원하는 유동 패턴을 생성하기 위해, 수중날개의 경사진 바디는 수중날개 바디의 종방향 길이를 따라 적어도 하나의 만곡 또는 웨이브, 더 바람직하게는 상기 종방향 길이를 따라 복수의 만곡 또는 웨이브를 포함할 수 있다.

유체 도입 구성은 수중날개와 별개인 부재, 예컨대, 수중날개의 후단 에지에 또는 그 근처에 삽입된 주사바늘 또는 기타 도관일 수 있다. 그러나, 유체 도입 구성은 수중날개에 형성되는 것이 바람직하다.

수중날개에 형성될 경우, 유체 도입 구성은 수중날개의 후단 에지에서 또는 그 근처에서, 바람직하게 수중날개에 또는 수중날개 상에 위치한, 적어도 하나의 개구를 포함한다. 개구는 바람직하게, 바디 형성 유체가 공급되는, 수중날개 내에 형성되거나 수용된 도관 또는 채널에 유체 연결된다.

일부 구현예들에서, 장치는 2개 이상의 수중날개를 포함한다. 이러한 다중 수중날개 시스템은, 나란히 정렬된, 적층된, 병렬로 배치된, 또는 직렬로 배치된 것과 같은 수중날개들을 가질 수 있다.

수중날개는 임의의 수의 유체 도입 구성을 포함할 수 있다. 다수의 유체 도입 구성은 바람직하게, 세로 방향으로 긴 또는 다르게 적절한 치수를 갖는 수중날개를 포함하는 구현예들에서 사용될 수 있다. 수중날개가 복수의 유체 도입 구성을 포함하는 경우, 그러한 유체 도입 구성들은 각각의 수중날개의 종방향 길이를 따라 이격되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 장치는 유체 하우징 내에서 이격된 복수의 수중날개를 포함할 수 있다. 각각의 수중날개는 각각의 개별 수중날개 중 적어도 하나의 수중날개의 후단 에지에 또는 그 근처에 위치한 적어도 하나의 유체 도입 부재를 포함할 것이다.

수중날개가 복수의 유체 도입 구성을 포함하는 구현예들에서, 수중날개는 바람직하게 각각의 유체 도입 구성에 유체 연결된 중앙 공급 도관을 포함한다. 중앙 공급 도관은 바디 형성 유체를 단일 소스로부터 각각의 개별 유체 도입 구성에 공급하기 위해 사용될 수 있다. 중앙 공급 도관은 바람직하게 수중날개의 바디 내에 형성된다. 일부 구현예들에서, 중앙 공급 도관은 수중날개 또는 각각의 수중날개의 종방향 길이를 따라 연장된다. 일부 구현예들에서, 중앙 공급 도관은 수중날개의 코드 라인에 중심이 맞춰져 있다. 그러나, 중앙 공급 도관은 수중날개 내의 또는 밖의 임의의 적절한 위치에 배치될 수 있는 것으로 이해해야 한다.

일부 구현예들에서, 유체 하우징 내에서 분산매의 유동을 수축시키고 가속화하기 위해, 유동 수축 구성은 수중날개 및 유체 하우징의 단면적 변화를 둘 다 포함한다. 또 한편, 유체 하우징이 도관을 포함하는 구현예들에서, 유동 수축은 바람직하게 도관 내의 단면적 변화를 포함한다. 이러한 구현예들에서, 도관은 바람직하게 제1 단면적을 갖는 적어도 제1 유동 구간 및 제2 단면적을 갖는 적어도 제2 유동 구간을 포함하고, 제1 단면적은 제2 단면적보다 크다.

제2 유동 구간은 수중날개의 후단 에지(의 하류) 근처에서 또는 멀리 떨어져서, 바람직하게는 가까이에서 시작할 수 있다. 일부 구현예들에서, 수중날개의 후단 에지는 제2 유동 구간의 시작점의 상류에서 떨어져 이격되어 있다. (전술한 바와 같이) 후단 에지 및 그로 인한 유체 도입 구성을 제2 유동 구간으로부터 이격시키면, 별개의 유체 도입 구역 및 가속화 구역을 생성한다.

수중날개는 바람직하게 도관의 제1 및 제2 유동 구간 사이에 위치한 제3 유동 구간에 위치한다. 제3 유동 구간은 제1 및 제2 유동 구간을 서로 연결하면서, 변하는 단면적, 바람직하게는 점점 줄어드는 단면적을 가진다. 제3 유동 구간의 경사는 바람직하게 수중날개의 선단면과 후단 에지 사이의 경사와 실질적으로 일치한다.

장치의 구성에 따라, 임의의 적절한 유체 하우징이 사용될 수 있다. 일부 구현예들에서, 유체 하우징은, 분산매가 흐르는 적어도 하나의 도관을 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 유체 하우징은 분산매가 유지되는 저장소를 포함할 수 있다. 이러한 구성들의 하나 이상의 조합 또한 가능하다. 각각의 구현예에서, 분산매는 바람직하게 유체 하우징을 통해 재순환 된다.

유체 유동 구성은 장치의 전체 구성에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.

일부 구현예들에서, 유체 유동 구성은 분리된 유로를 따라 분산매를 펌핑하기 위한 펌핑 구성을 포함한다. 따라서, 유동 수축 구성 내의 분산매 및 혼입 형성된 바디에 대해 층류를 생성하고 원하는 유동 가속화를 생성하기 위해, 분산매는 원하는 유량으로 펌핑될 수 있다. 이 구현예에서, 유체 하우징은 바람직하게 분산매가 흐르는 도관을 포함한다.

다른 구현예들에서, 유체 유동 구성은, 유체 하우징 내에서 수중날개를 회전시키도록 구동되거나 다르게 움직이는 회전 가능한 부재를 포함한다. 이 구현예에서, 유체 하우징은 바람직하게 분산매가 유지되는 적절한 저장소를 포함한다. 저장소는 그릇, 컨테이너, 용기, 또는 기타 벌크 액체 함유 바디 내에 저장될 수 있다. 적절한 예들은 비이커, 들통, 드럼, 또는 더 큰 공정 용기와 같은 혼합 용기를 포함한다. 회전 가능한 부재는 바람직하게 축 또는 다른 구동되는 부재에 연결된, 모터와 같은 구동 부재를 포함한다. 따라서, 적어도 하나의 수중날개는, 바람직하게 축의 하단에서 또는 그 근처에서, 축에 연결되는 것이 바람직하다. 유체 유동 구성은 바람직하게 혼합기의 로터 또는 교반기 부재를 포함한다. 수중날개를 포함하는 구현예들에서, 수중날개는 바람직하게 로터 또는 교반기 부재의 구동 임펠러의 일부를 포함한다. 이러한 구현예들에서, 수중날개는 분산매 내에서 회전 구동되어, 그 유체 내에 필요한 전단력을 생성한다.

또 다른 구현예들에서, 상기 2가지 구현예의 조합도 가능할 수 있고, 유체 유동 구성은, 별개의 유로에서 분산매를 펌핑하기 위한 펌핑 구성 및 유체 하우징 내에서 장치의 구성요소, 예컨대 수중날개를 회전시키도록 구동되거나 다르게 움직이는 회전 가능한 부재를 포함한다.

유체 하우징은, 유동 병합 위치 이전에 분산매 유동의 유동 특성을 변경하는 하나 이상의 유동 보조기구를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 그 구성은, 사용 중에, 유동 병합 위치 이전에 분산매 유동과 접촉하는 하우징 내의 위치에 위치한 적어도 하나의 배플을 더 포함한다. 유체 하우징이 도관을 포함하는 구현예들에서, 배플은 바람직하게 유동 병합 위치의 상류 도관에 위치한다.

다수의 바디 형성 유체 및 분산매가 본 발명의 장치에 사용될 수 있다. 적절한 예들은, WO 2013056312 A1으로 공개된 국제 출원 제 PCT/AU2012/001273호에 상세히 설명되어 있으며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 통합된다.

바디 형성 유체는 바람직하게 유동 가능한 점성 액체이며, 적어도 하나의 바디 형성 물질을 포함한다. 예시적인 구현예들에서, 본 발명의 공정에 사용되는 분산매는 일반적으로 바디 형성 유체보다 낮은 점성을 가진 액체이다. 바디 형성 유체의 점성(μ1)과 분산매의 점성(μ2) 간의 관계는 점성비(p)로 표현될 수 있고, p = μ1/μ2 이다. 본 발명의 일 형태에서, 점성비는 약 2 내지 100의 범위이다. 일부 구현예들에서, 점성비는 약 2 내지 50의 범위이다.

일부 구현예들에서, 분산매는 바람직하게 약 1 내지 100 센티포아즈(cP) 범위의 점성을 가진다. 공정의 구현예들에서, 분산매는 약 1 내지 50 센티포아즈(cP) 범위의 점성을 가진다. 일부 구현예들에서, 분산매는 약 1 내지 30 센티포아즈(cP), 또는 약 1 내지 15 센티포아즈(cP) 범위의 점성을 가진다. 일부 구현예들에서, 바디 형성 유체는 약 3 내지 100 센티포아즈(cP) 범위의 점성을 가진다. 일부 구현예들에서, 바디 형성 유체는 약 3 내지 60 센티포아즈(cP) 범위의 점성을 가진다.

바람직한 구현예들에서, 바디 형성 유체는 중합체 용액을 포함하고, 분산매는 그 중합체가 용해되지 않는 액체를 포함한다.

한 세트의 구현예에서, 바디 형성 유체는 적절한 용매에 적어도 하나의 바디 형성 물질을 포함하는 바디 형성 용액의 형태이다. 바디 형성 물질은, 용매에 용해될 수 있는, 중합체 또는 중합체 전구체일 수 있다. 일부 구현예들에서, 바디 형성 용액은 적어도 하나의 중합체를 포함한다.

본원에 사용된 "중합체"란 용어는, 공유 결합된 단량체 유닛들로 이루어진, 자연 발생 또는 합성 화합물을 의미한다. 중합체는 일반적으로 10개 이상의 단량체 유닛을 포함할 것이다.

본원에 사용된 "중합체 전구체"란 용어는, 추가 반응을 거쳐 중합체를 형성할 수 있는, 자연 발생 또는 합성 화합물을 의미한다. 중합체 전구체는, 선택된 조건들 하에서 반응하여 중합체를 형성할 수 있는, 예비 중합체, 거대 단량체, 및 단량체를 포함할 수 있다.

한 세트의 구현예에서, 바디 형성 용액은 용매에 용해되거나 분산된 적어도 하나의 중합체를 포함하는 중합체 용액일 수 있다. 중합체 용액은 중합체 섬유를 형성하는 데 사용될 수 있다.

본 발명의 장치는 다양한 중합체 재료들로부터 중합체 섬유를 제조하는 데 사용될 수 있다. 적절한 중합체 재료는, 폴리펩타이드, 다당류, 당단백질과 같은 천연 중합체 또는 이들의 유도체, 및 이들의 조합, 또는 합성 중합체, 및 합성 중합체와 천연 중합체의 공중합체를 포함한다.

일부 구현예들에서, 본 발명의 장치는 수용성 또는 수분산성 중합체로부터 섬유를 제조하는 데 사용된다. 이러한 구현예들에서, 바디 형성 유체는 수용성 또는 수분산성 중합체를 포함할 수 있다. 바디 형성 유체는 수계 용매에 용해될 수 있는 수용성 또는 수분산성 중합체를 포함하는 중합체 용액일 수 있다. 일부 구현예들에서, 수용성 또는 수분산성 중합체는 천연 중합체, 또는 이들의 유도체일 수 있다.

일부 구현예들에서 본 발명의 장치는 유기 용매 가용성 중합체로부터 섬유를 제조하는 데 사용된다. 이러한 구현예들에서, 바디 형성 유체는 유기 용매 가용성 중합체를 포함할 수 있다. 바디 형성 유체는 유기 용매에 용해된 유기 용매 가용성 중합체를 포함하는 중합체 용액일 수 있다.

본 발명의 장치에 대한 예시적 구현예에서, 바디 형성 유체는 폴리펩타이드, 알지네이트, 키토산, 전분, 콜라겐, 실크 피브로인, 폴리우레탄, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 폴리아크릴아미드, 폴리에스터, 폴리올레핀, 붕산 관능화 중합체, 폴리비닐알코올, 폴리알릴아민, 폴리에틸렌이민, 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리(젖산), 폴리에터 설폰, 및 이들의 무기 중합체 및 공중합체들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 중합체를 포함할 수 있다.

일부 구현예들에서, 바디 형성 물질은 중합체 전구체일 수 있다. 이러한 구현예들에서, 바디 형성 유체는 폴리우레탄 예비 중합체, 및 유기/무기 졸-겔 전구체들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 중합체 전구체를 포함할 수 있다.

본 발명의 장치에서 사용되는 분산매는 적어도 하나의 적절한 액체를 포함한다. 일부 구현예들에서, 분산매는 알코올, 이온성 액체, 케톤 용매, 물, 극저온 액체, 및 다이메틸 설폭사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 액체를 포함한다. 예시적인 구현예에서, 분산매는 C₂ 내지 C₄ 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 액체를 포함한다. 분산매는, 분산 유체에 노출될 때, 바디 형성 유체에 존재하는 바디 형성 물질이 불용성으로 되도록 하거나, 또는 다르게 침전되도록 하거나 겔화되도록 하는 첨가제 또는 기타 특성을 포함할 수 있다.

분산매는 물과 수용성 용매의 혼합물, 둘 이상의 유기 용매의 혼합물, 또는 유기 및 수용성 용매의 혼합물과 같은 둘 이상의 액체의 혼합물을 포함할 수 있다. 분산매는 또한, 산 또는 염기, 이온성 분자 및 고착제를 비제한적으로 포함하여, 용해된 중합체의 침전 또는 겔화를 유도하도록 바디 형성 액체와 화학적으로 상호작용하는 분산매 첨가제들을 또한 포함할 수 있다.

본 발명의 장치에 사용되는 바디 형성 유체는 약 0.1 내지 50% (w/v) 범위의 바디 형성 물질의 양을 포함할 수 있다. 한 세트의 구현예에서, 바디 형성 유체는 약 0.1 내지 50% (w/v) 범위의 중합체 양을 포함하는 중합체 용액이다. 바디 형성 유체가 (예컨대, 중합체 용액 또는 분산 내에) 중합체를 포함하는 경우, 중합체는 약 1 × 10⁴ 내지 1 × 10⁷ 범위의 분자량을 가질 수 있다. 중합체 농도 및 분자량은 원하는 점성의 바디 형성 유체를 제공하도록 조절될 수 있다.

일부 구현예들에서, 바디 형성 유체 및/또는 분산매는 적어도 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제는 입자, 가교제, 가소제, 다관능성 연결기 및 응결제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.

예시적인 구현예들에서, 장치는 필라멘트 및 섬유, 바람직하게는 나노섬유, 더 바람직하게는 단섬유, 훨씬 더 바람직하게는 짧은 나노섬유를 제조하는 데 사용된다. 본 발명에 의해 제조된 섬유는 바람직하게 연속 섬유보다는 불연속 섬유로 제조된다. 또한, 본 발명의 공정에 의해 제조된 섬유는 섬유는 바람직하게 콜로이드성 (단)섬유이다. 일부 구현예들에서, 이 공정에 의해 제조된 섬유는 약 15 nm 내지 약 5 ㎛ 범위의 직경을 가진다. 한 세트의 구현예에서 그 섬유는 약 40 nm 내지 약 5 ㎛ 범위의 직경을 가질 수 있다. 바람직한 구현예들에서, 섬유는 50 내지 500 nm의 직경을 가진다. 또한, 섬유는 적어도 약 1 ㎛, 바람직하게는 약 1 ㎛ 내지 약 3 mm, 더 바람직하게는 2 내지 20 ㎛의 길이를 가진다.

본 발명의 장치를 이용하여 제조된 섬유와 같은 바디는 물품의 일부를 형성할 수 있다. 바디는 물품의 표면 상에 포함될 수 있다. 물품은 의료 기기 또는 생체재료, 또는 여과 또는 인쇄 용도의 물품일 수 있다.

이하, 본 발명의 특정의 바람직한 구현예들을 도시한, 첨부 도면의 그림을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 섬유 생성 기기의 제1 구현예에 대한 개략적 사시도를 제공한다.
도 2는 도 1에 도시된 섬유 생성 기기에서의 사용을 위한 유동 기기의 제1 구현예에 대한 개략적 단면도를 제공한다.
도 3은 도 1에 도시된 섬유 생성 기기에서의 사용을 위한 유동 기기의 제2 구현예에 대한 개략적 단면도를 제공한다.
도 4는 도 3에 도시된 수중날개 구성 유동 기기의 수중날개에 걸친 유동에 대한 속도 등고선도를 제공한다.
도 5는 도 3에 도시된 유동 기기의 유동 플레이트에 대한 개략적 사시도를 제공한다.
도 6은 도 3에 도시된 유동 기기의 생성 구간에 대한 (A) 측면도, 및 (B) 상세도를 제공한다.
도 7은 도 3에 도시된 유동 기기에 사용되는 수중날개의 일 형태에 대한 사시도를 제공한다.
도 8은 도 3에 도시된 유동 기기에 사용되는 수중날개의 다른 형태의 사시도를 제공하며, (A)는 정면도이며 (B)는 도 8a의 A-A 선을 따른 단면도이다.
도 9는 도 3에 도시된 유동 기기에 사용되는 이중 바디 주입 수중날개에 대한 단면도를 제공한다.
도 10은 도 3에 도시된 유동 기기에 사용될 수 있는 다양한 유체 도입 구성 개구 구성을 도시한다.
도 11은 도 3의 섬유 생성 기기의 제2 구현예의 다른 형태에 대한 (A) 평면도, (B) 정단면도를 제공한다.
도 12는 본 발명에 따른 섬유 생성 기기의 제2 구현예에 대한 사시도를 제공한다.
도 13은 본 발명에 따른 실험 장치에 사용되는 수중날개 및 채널의 구성 및 치수를 제공한다.
도 14 내지 도 19는 도 13의 실험 장치로부터 제조된 섬유의 광학 현미경 이미지를 제공한다.

도 1 내지 도 12는 본 발명에 따른 섬유 제조 장치(200 및 500)의 상이한 구현예들을 도시한다. 본 발명의 장치(200 및 500)의 각 구현예는, 그 내용이 다시 본 명세서에 참조로 통합된 국제 출원 제PCT/AU2012/001273호에 상세히 설명된 공정을 이용하여 섬유와 같은 바디를 제조하는 데 사용될 수 있다.

국제 공개 제WO2013056312 A1호에 개시된 바와 같이, 공정은 다음의 일반적인 단계를 포함한다:

약 1 내지 100 센티포아즈(cP) 범위의 점성을 갖는 분산매 내에 바디 형성 유체의 흐름을 도입하는 단계;

분산매 내 바디 형성 유체의 흐름으로부터 필라멘트와 같은 바디를 형성하는 단계; 및

조건들(형성된 전단 응력)이 적절한 경우, 필라멘트의 단편화를 가능하게 하는 조건들 하에서 바디를 전단 변형시키는 단계.

본 발명의 장치는 바디 형성 유체를 분산매의 층류 내로 도입하는 단계 및 원하는 바디를 연신하여 형성하기 위해 분산매 및 그 안의 바디 형성 유체를 가속화하는 단계의 조건들을 최적화하도록 구성된다. 이러한 가속화는 또한, 바디에서 필요한 인장 응력 및/또는 분산매에서의 전단 속도의 생성을 통해, 형성된 바디(예를 들어 필라멘트)가 쪼개지도록 할 수 있다.

먼저 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 섬유 형성 장치(200)의 제1 구현예에 대한 일반적 개요가 도시되어 있다. 도시된 장치(200)는, 용매와 같은 분산매가 순환하는 유동 회로(202)를 포함한다. 유동 회로(202)는 유체 연결된 3개의 유닛(201, 203, 및 205)을 포함한다. 먼저, 유동 회로를 통한 공급에 앞서, 일정량의 선택된 분산매가 모이는 용매 저장소 또는 탱크(201)가 있다. 펌프 구성(203)의 입구는 용매 탱크(201)에 유체 연결된다. 펌프 구성(203)은 유체 연결된 유동 기기(205) 내로 분산매를 펌핑한다. 펌프 구성(203)은 용적형 펌프, 회전 용적형 펌프, 왕복 용적형 펌프, 기어 펌프, 스크루 펌프, 동공 이동식 펌프, 루츠형 펌프, 연동 펌프, 플런저 펌프, 3중식 플런저 펌프, 다이어프램 펌프, 로프 펌프, 임펠러 펌프, 임펄스 펌프, 유압 램 펌프, 속도 펌프, 원심 펌프, 반경류 펌프, 축류 펌프, 혼합류 펌프, 이덕터 제트 펌프, 중력 펌프, 또는 이들의 조합을 비제한적으로 포함하는 임의의 적절한 펌프를 포함할 수 있다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 섬유는 유동 기기(205)에서 형성된다. 내부에 나노섬유를 포함하는 분산매는 용매 탱크(201)를 통과해 이르기까지 흐르며, 분산매는 유동 회로(202)를 통해 재순환될 수 있다. 생성된 섬유는, 여과, 원심 추출, 부유 등과 같은, 임의의 수의 고체-액체 표준 분리 기술을 이용하여 용매 탱크(201)로부터 또는 그 이전에 추출될 수 있다.

제2 섬유 형성 장치(200)는 또한, 이하 더 상세히 설명되는 바와 같이 선택된 바디 형성 유체를 유동 기기(205) 내에 주입하는 바디 형성 유체 펌프(207)를 포함한다. 또 한편, 바디 형성 유체 펌프(207)는 용적형 펌프, 회전 용적형 펌프, 왕복 용적형 펌프, 기어 펌프, 스크루 펌프, 동공 이동식 펌프, 루츠형 펌프, 연동 펌프, 플런저 펌프, 3중식 플런저 펌프, 다이어프램 펌프, 로프 펌프, 임펠러 펌프, 임펄스 펌프, 유압 램 펌프, 속도 펌프, 원심 펌프, 반경류 펌프, 축류 펌프, 혼합류 펌프, 이덕터 제트 펌프, 중력 펌프, 또는 이들의 조합을 비제한적으로 포함하는 임의의 적절한 펌프를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 바디 형성 유체 펌프(207)는 주사기 펌프 또는 연동 펌프를 포함한다.

전술한 바와 같이, 섬유 생성은 유동 기기(205)에서 발생한다. 유동 기기(205)는 다수의 구성을 가질 수 있으며, 그 중 2개의 구성이 도 2에 도시되어 있다. 각각의 구성은 상이한 방법들을 이용하여 유동 병합 위치에서 층류를 형성한다.

도 2는 유동 기기(205A)의 제1 구현예를 도시하며, 여기서, 2개의 별개의 유동 도관(225)은 병합 위치(245)에서 수렴한 후에 유동 수축부(227)로 유입된다. 따라서, 유동 기기(205A)는 다음과 같은 3개의 별개의 구간을 가진다.

ㆍ 각각의 도관 높이가 h_inflow인 2개의 별개의 유동 도관(225A 및 225B)을 포함하는 유입 구간을 포함하는 제1 유동 구간(226A);

ㆍ 도관 높이가 h_outflow인 유출 도관(229A)을 포함하는 제2 유동 구간(228A); 및

ㆍ 제1 및 제2 유동 구간(226A 및 228A) 사이에서 (정확한 각도는 변할 수 있는 것으로 이해해야 하지만, 도시된 구현예에서 약 10^o의) 경사를 가진 변하는 단면적을 갖는, 제1 및 제2 유동 구간(226A 및 228A) 사이에 위치한 제3 유동 구간(230A).

도면에서 보는 바와 같이, 제1 구간(226A)의 별개의 도관(225A 및 225B)의 결합된 도관 높이 2 × h_inflow에 의해 제공되는 결합된 유동 면적은 제2 유동 구간(228A)의 출구 도관(229A)의 도관 높이 h_outflow보다 크다. 따라서, 제1 유동 구간(226A)의 단면적은 제2 유동 구간(228A)의 단면적보다 크다. 이러한 치수 변화는 제3 유동 구간(230A)의 수축 입구(227)에서 시작하는 유동 수축을 형성한다. 유동 수축은 제1 유동 구간(226A)과 제2 유동 구간(228A) 사이에서 바람직하게 적어도 50%, 더 바람직하게는 적어도 60%, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 70%, 가장 바람직하게는 적어도 75%의 단면적 감소를 포함한다. 그러나, 정확한 치수는 유동 기기(205A) 및 장치(200)의 크기 및 구성에 따라 달라질 것이라는 것을 이해해야 한다.

별개의 도관(225A 및 225B)의 유체 유동은 도관(225A 및 225B)을 통해 병합 위치(245)까지 층류를 제공하도록 제어된다. 결합된 유동은 이후 출구 도관(229A)을 통해 흐른다. 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 유동 속도, 도관 구성, 유체 특성 등을 포함한 다양한 유동 매개변수의 최적화 및 제어를 통해 층류가 만들어질 수 있다.

유동 병합 위치(245)는 바디 형성 유체를 분산매 내에 공급하도록 구성된 병합 에지(245A)에 또는 그 근처에 위치한 하나 이상의 유체 도입 개구(249)를 포함한다. 앞서 언급한 바와 같이, 별개의 도관(225A 및 225B)에서의 유동은 도관(225A 및 225B)을 통해 병합 위치(245)까지 층류를 제공하도록 제어된다. 따라서, 병합 에지(245)에서 유체 도입 개구(249)의 위치는 외측의 분산매 유동과 주입된 바디 형성 유체의 유동 사이에서 완만한 변화를 제공한다. 각각의 개구(249)는, 도관들(225A 및 225B) 사이에서 분리 부재(241)를 통해 이어지고 분리 부재(241) 내 중앙 공급 채널(253)에 유체 연결된, 도관(251)에 유체 연결된다. 분리 부재(241)는 유동 기기(205A)에서 2개의 유동 도관(225A 및 225B)을 분리하는 데 사용되는 임의의 벽(들), 플레이트(들), 또는 바디(들)일 수 있다. 중앙 공급 채널(253)은 바디 형성 유체를 유체 도입 개구(249)에 원하는 유량으로 공급하는 바디 형성 유체 펌프(207)(도 1)에 유체 연결된다.

주목할 것은 병합 에지(245A)가, 제3 유동 구간(230A) 내에 위치하면서, 수축부(227) 및 제2 유동 구간(228A)의 시작점의 상류에서 떨어져 이격되어 있다는 것이다. 이는 병합 에지(245A) 근처에 별개의 바디 형성 유체 도입 구역 및 제2 유동 구간(228A) 내의 가속화 구역을 생성한다.

도시된 유동 도관(225A, 225B, 및 229A)은 임의의 적절한 구성 및 단면 형상을 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 유동 도관(225A, 225B, 및 229A)은 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 또는 기타 정다각형 단면 형상을 가진다. 일부 구현예들에서, 유동 도관(225A, 225B, 및 229A)은, 분할 플레이트(241)가 사이에 위치한 2개의 이격된 플레이트(208A 및 209A) 사이에 형성된다.

도 3 내지 도 11은 도 1에 도시된 장치(200)에서 사용하기 위한 유동 기기(205B)의 제2 구현예를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 유동 기기(205B)의 구현예는 수중날개(240)를 이용하여 분산매의 단일 유입(225)을 2개의 별개의 유로(225C 및 225D)로 분리한다.

도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도시된 유동 기기는, 분산매가 사이에서 흐르는 한 쌍의 이격된 플레이트, 즉 상부 플레이트(208) 및 하부 플레이트(209)를 수용하는 유체 기밀 케이싱(206)을 포함한다. 유체 기밀 케이싱(204)은 직사각형 단면을 갖는 긴 관형 바디(210)를 포함한다. 관형 바디(210)는 각각의 플레이트(208)와 실질적으로 평행하게 놓인 상단부(212) 및 하단부(214)를 포함한다. 관형 바디(210)는 2개의 플렌지형 단부(215)를 포함한다. 단부 플레이트(216 및 217)는 일련의 체결부재(218)(이 경우에는 볼트 및 체결용 너트)를 이용하여 플렌지형 단부(215)의 말단 상에 유체 밀봉된다. O-링(미도시)과 같은 유체 밀봉재가 각각의 단부 플레이트(216 및 217)와 플렌지형 단부(215) 사이에 끼워진다. 원추형 또는 나팔 모양의 도관들을 포함하는 입구 헤더(220) 및 출구 헤더(222)가 단부 플레이트(216 및 217)에 형성되고, 플레이트(208 및 209) 사이의 유로를 유동 회로(202)와 유체 연결하는 데 사용된다.

상부 플레이트(208)는, 볼트로 도시된 일련의 조절 가능한 체결부재(216)(이 중 2개는 도 7에 도시됨)를 통해 긴 관형 바디(210)의 상단부(212)에 이동 가능하게 부착된다. 마찬가지로, 하부 플레이트(209)는, 볼트로 도시된 일련의 조절 가능한 체결부재(217)(이 중 2개는 도 7에 도시됨)를 통해 긴 관형 바디(210)의 하단부(214)에 이동 가능하게 부착된다. 상단부(212)와 상부 플레이트(208) 사이의 거리 및 하단부(214)와 하부 플레이트(209) 사이의 거리는, 각각의 조절 가능한 체결부재(216 및 217)를 회전시켜 조절될 수 있으므로, 그 체결부재 상에서 상부 플레이트(208) 또는 하부 플레이트(209)의 위치를 조절할 수 있다. 다른 부착법 및 조절 가능한 구성들이 동일하게 사용될 수 있고, 이러한 것들은 본 발명의 사상 및 범위에 속한다는 것을 이해해야 한다.

유동 기기(201) 내에 수용된 플레이트(208 및 209)는 도 3 내지 도 7에 가장 잘 도시되어 있다. 그 도면에 도시된 바와 같이, 플레이트들은, 분산매가 흐르는 플레이트 사이의 간격(G)을 형성하는 2개의 이격된 플레이트를 포함한다. 간격(G)은 다음과 같은 3개의 서로 다른 구간을 가진다:

ㆍ 간격 높이가 H_inflow(도 3)인 유입 구간을 포함하는 제1 유동 구간(226);

ㆍ 간격 높이가 H_outflow(도 3)인 유출 구간을 포함하는 제2 유동 구간(228); 및

ㆍ 제1 및 제2 유동 구간(226 및 228) 사이에서 약 10^o로 경사진 변하는 단면적을 갖는, 제1 및 제2 유동 구간(226 및 228) 사이에 위치한 제3 유동 구간(230).

도면에 도시된 바와 같이, H_inflow는 H_outflow보다 커서, 제1 유동 구간(226)의 단면적을 제2 유동 구간(228)의 단면적보다 크게 한다. 이러한 치수 변화는 제3 유동 구간(230)에서 유동 수축부(227)를 형성한다. 유동 수축은 제1 유동 구간과 제2 유동 구간 사이에서 바람직하게 적어도 50%, 더 바람직하게는 적어도 60%, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 70%, 가장 바람직하게는 적어도 75%의 단면적 감소를 포함한다. 도시된 구현예에서, 플레이트 사이의 간격은 바람직하게 9 mm의 H_inflow로부터 2 mm의 H_outflow로 감소한다. 그러나, 정확한 치수는 장치(200)의 크기 및 규모에 따라 달라질 것이라는 것을 이해해야 한다.

플레이트(208 및 209) 사이에서 제1 유동 구간(H_inflow)과 제2 유동 구간(H_outflow) 사이의 간격의 치수는, 전술한 바와 같이, 조절 가능한 체결부재(218)를 사용하여 케이싱(204) 내에서 2개의 플레이트(208 및 209)의 위치를 변경함으로써 변화시킬 수 있다.

(도 4 및 도 7에 가장 잘 도시된) 수중날개(240)는 플레이트(208 및 209) 사이에, 그리고 실질적으로 간격(G)을 가진 제3 유동 구간(230) 내에 위치한다. 주목할 것은 수중날개(240)의 후단 에지(244)가, 제3 유동 구간(230) 내에 위치하면서, 제2 유동 구간(228)의 시작점의 상류에서 떨어져 이격되어 있다는 것이다. 이는 수중날개(240)의 후단 에지(244) 근처에 별개의 바디 형성 유체 도입 구역 및 간격(G)을 가진 제2 유동 구간(228) 내의 가속화 구역을 생성한다.

도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 수중날개(240)는 수중날개(240)의 후단 에지(244)로부터 도입된 바디 형성 유체로부터 섬유상 중합체 필라멘트를 연신하여 형성하기 위해 수중날개(240)의 후단 에지(244) 근처 및 이후에서 분산매의 가속화를 돕는다. 유체 가속화 구역은 수중날개(240)의 후단 에지(244)를 지나서 있고, 제2 유동 구간(228) 및 제3 유동 구간(230)의 유동 수축부(227)에 의해 향상된다. 또 한편, 이러한 유체 가속화는 바디에 필요한 인장 응력 및/또는 분산매에서의 전단 속도를 또한 생성하여, 분산매에서 바디 형성 유체에 의해 형성된 바디를 단편화할 수 있다.

어느 하나의 이론에 구속하고자 하는 것은 아니지만, 수중날개(240)의 후단 에지(244) 이후의 (수중날개와 제2 유동 구간(228) 및 제3 유동 구간(230)의 유동 수축에 의해 생성된) 가속화 구역은 제2 유동 구간(228)을 통해 분산매 및 형성된 바디를 가속화하여, 연신 유동장의 형성을 유도하는 것으로 여겨진다. 바디, 도 4에 도시된 예의 경우, 유체에 의해 이송된 섬유는 분산매의 가속화에 응답하여 연신된다. 제2 유동 구간(228)과 제3 유동 구간(230) 간의 속도 차이는 섬유 내에 인장 응력을 야기한다. 주위 분산매의 유동 특성에 의해 전단 응력 또한 가해질 수 있다. 바디에서의 최대 응력 및 바디에 가해진 최대 응력이 섬유의 인장 강도를 초과할 경우, 바디, 이 경우, 섬유는 단편화된다.

도시된 수중날개(240)는 선형 구성을 가지며, 수중날개(244)의 선단면(242) 과 후단 에지(242) 사이의 코드 라인(X-X)(도 3)을 중심으로 실질적으로 대칭이다. 본 기술분야에서 이해되는 바와 같이, 수중날개(240)의 코드 라인(X-X)은 수중날개(240)의 선단면(248)과 후단 에지(244)를 연결하는 직선이다. 도시된 수중날개(240)의 선단면(242)은 둥근 또는 만곡된 표면을 포함한다. 또한, 수중날개(240)의 후단 에지(244)는 실질적으로 반듯한 에지를 포함한다. 수중날개(240)는 또한 수중날개(240)의 선단면(242)과 후단 에지(244) 사이에서, 선단면(242)과 후단 에지(244) 사이의 코드 라인(X-X)에 대해 약 10^o(도 5에서 각도 Ø, 각도 α는 160^o임)의 경사를 갖는 경사진 바디(245)를 포함한다. 유리하게, 이러한 구성은 또한 수중날개(240)의 후단 에지(244)에서 또는 그 근처에서 층류를 생성한다.

일부 구현예들(미도시)에서, 수중날개(240)의 경사진 바디(245)는 경사진 바디(245)의 종방향 길이를 따라 적어도 하나의 만곡 또는 웨이브를 포함한다. 일부 구현예들에서, 수중날개(240)의 경사진 바디(245)는, 수중날개(240)를 거쳐 원하는 유동 패턴을 생성하기 위해, 경사진 바디(245)의 종방향 길이를 따라 복수의 만곡 또는 웨이브를 포함한다.

수중날개(240)는, 수중날개(240)의 후단 에지(244)가 제3 유동 구간(230)으로부터 제2 유동 구간(228)까지의 변화부에 근접한 채, 플레이트(208 및 209) 사이에 위치한다. 수중날개(240)의 선단면(242)은, 제3 유동 구간(230) 직전인, 제1 유동 구간(226)의 말단부 내에 위치한다. 도 11에 가장 잘 도시된 바와 같이, 수중날개(240)는 또한, 수중날개의 측면 에지(243)가 케이싱(210)의 인접한 측면에 부착된 채, 케이싱(210)에 부착된다. 이러한 연결은 체결부재, 리벳, 마운팅 브라켓, 스냅 체결부재 등을 포함한 임의의 적절한 체결 또는 연결 구성일 수 있다. 이러한 연결은 바람직하게, 수중날개(240)가 간격(G) 내에서, 더 바람직하게는 플레이트(208 및 209) 사이의 연결점을 중심으로, 움직일 수 있도록 한다. 이는 수중날개(240)가 분산매의 유동 내에서 자기 정렬할 수 있게 함으로써 수중날개(240) 주위 및 (이하 설명되는) 유체 도입 개구(250)에서 대칭 유동을 보장하도록 한다.

사용 중, 펌프 구성(230)은 플레이트(208 및 209) 사이에서, 그리고 수중날개(240)를 거쳐, 분산매를 유동 기기(205B)의 입구 헤더(220) 내로 펌핑한다. 따라서, 분산매는, 수중날개(240)의 후단 에지(244)에서 섬유상 중합체 필라멘트를 연신하여 형성하기 위해, 수중날개(240)에 걸쳐 원하는 유량으로 펌핑되어 바디 형성 유체를 가속화할 수 있다.

이 구현예에서, 수중날개(240)의 후단 에지(244) 이후 및 제3 유동 구간(230) 내의 분산매 및 분산매 내의 바디 형성 유체의 가속화 및 수축은 형성된 바디의 단편화를 가능하게 하는 조건들을 생성한다. 바디가 필라멘트인 경우, 이는 섬유, 일반적으로 단섬유의 형성으로 이어진다. 형성된 바디, 예를 들어 섬유를 제공하기 위한 필라멘트의 전단 또는 단편화는 적절한 전단 응력으로 수행될 수 있다. 도시된 구현예에서, 수중날개(240), 제3 유동 구간(230), 및 수중날개(240)의 선단면(242)으로부터 후단 에지(244)까지 수중날개(240)에 걸친 분산매의 유동 속도에 대한 구성은 수중날개의 후단 에지에서 분산매에 전단력을 생성하며, 이때 선형 유체 속도는 적어도 0.2 m/s, 바람직하게는 0.2 내지 20 m/s, 더 바람직하게는 0.3 내지 10 m/s이다. 일부 구현예들에서, 약 100 내지 약 190,000 cP/sec 범위의 전단 응력 형성을 통해 단편화가 발생될 수 있다.

하나의 수중날개(240)가 도시되었지만, 다중 수중날개 시스템 또한 가능하며 본 발명의 범위 내인 것으로 이해해야 한다. 다중 수중날개 시스템은 나란히 정렬된, 적층된, 병렬로 배치된, 또는 직렬로 배치된 것과 같은 수중날개들을 가질 수 있다.

도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 수중날개(240)는, 바디 형성 유체를 분산매 내에 공급하도록 구성된, 후단 에지(244)에 또는 그 근처에 위치한 복수의 유체 도입 개구(250)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 수중날개(240)는 그 후단 에지(244)에서 층류를 제공하도록 구성된다. 따라서, 후단 에지(244)에서 유체 도입 개구(250)의 위치는 외측의 분산매 유동과 주입된 바디 형성 유체의 유동 사이에서 완만한 변화를 제공한다. 각각의 유체 도입 개구(250)는 수중날개(240)의 종방향 길이를 따라 치수 F만큼 이격되어 있다. 각각의 개구(250)는, 각각의 수중날개(240)를 통해 이어지고 수중날개(240)의 중앙 공급 채널(254)에 유체 연결된, 도관(252)에 유체 연결된다. 중앙 공급 채널(254)은 수중날개(240)의 길이를 통해 실질적으로 세로로 이어진다. 그 중앙 공급 채널(254)은 바디 형성 유체를 유체 도입 개구(250)에 원하는 유량으로 공급하는 바디 형성 유체 펌프(207)(도 1)에 유체 연결된다.

다중 유체 도입 개구(250)의 사용은 대규모 섬유 생산 속도를 갖기 위한 수단을 제공한다.

또 한편, 바디 형성 유체는 약 0.0001 L/hr 내지 약 10 L/hr, 또는 약 0.1 L/hr 내지 10 L/hr에서 선택되는 범위의 속도로 분산매 내에 주입될 수 있다. 바디 형성 유체가 중합체 용액과 같은 바디 형성 용액인 경우, 바디 형성 용액은 약 0.0001 L/hr 내지 10 L/hr, 약 0.001 L/hr 내지 10 L/hr, 또는 약 0.1 L/hr 내지 10 L/hr로 이루어진 군으로부터 선택되는 범위의 속도로 분산매 내에 주입될 수 있다.

관련 기술 분야의 당업자는, 유동 기기(205) 및 장치(200)의 규모, 사용된 바디 형성 유체의 부피, 및 선택된 부피의 바디 형성 유체를 분산매에 도입하는 데 바람직한 시간에 따라, 바디 형성 유체가 분산매에 도입되는 속도가 달라질 수 있음을 이해할 것이다. 일부 구현예들에서, 바디 형성 유체를 더 빠른 속도로 분산매 내에 도입하는 것이 바람직할 수 있으며, 이는 더 완만한 표면 형상을 가진 섬유의 형성을 도울 수 있다.

수중날개(240)를 사용하면, 이러한 유체 도입 개구(250)로 흐르는 분산매의 유동에 대한 제어를 여전히 유지하면서, 유체 도입 개구(250)가 다수의 상이한 형상 및 구성을 갖도록 할 수 있다. 따라서, 도시되지는 않았지만, 유체 도입 개구(250)는 별 모양, 타원형, 및 삼각형, 사각형, 직사각형, 오각형, 팔각형 등과 같은 임의의 수의 정다각형을 포함한 임의의 수의 형상을 가질 수 있는 것으로 이해해야 한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 수중날개(340)는 선단면(342) 및 후단 에지(344)가 환형 구성을 가지며, 수중날개 중심점(Y)을 중심으로 하는 원통형 또는 타원형 형상을 가질 수 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 이 수중날개(340)는 선단면(342)와 후단 에지(344) 사이에 경사를 가진 도넛형 형상을 가진다. 수중날개(340)는 후단 에지(344) 주위에 원주 방향으로 위치하고 이격된 복수의 유체 도입 개구(250)를 포함한다. 도 6 및 도 8에 도시된 수중날개(150)와 유사하게, 각각의 유체 도입 개구(350)는, 각각의 수중날개(340)을 통해 이어지고 수중날개(340)의 중앙 공급 채널(354)에 유체 연결된, 도관(352)에 유체 연결된다. 중앙 공급 채널(354)은 수중날개(240)의 원주 둘레에 환형으로 이어진다. 그 중앙 공급 채널(354)은, 바디 형성 유체를 유체 도입 개구(250)에 원하는 유량으로 공급하는 바디 형성 유체 공급 펌프(미도시)에 유체 연결된다. 수중날개(340)는 바람직하게 하나 이상의 지지대 또는 버팀대를 사용하여 도관에 매달릴 것이다. 도시되지는 않았지만, 바디 형성 유체 공급 펌프(예를 들어 도 1에 도시된 펌프(207))로의 유체 연결은 그러한 버팀대/지지대 중 하나 이상에 위치할 가능성이 있는 것으로 이해해야 한다. 사용 중, 분산매는 수중날개(340)의 내부 공동 및 외측 표면을 통해 흐를 것이다.

도시되지는 않았지만, 유체 도입 개구(250)는 적어도 2개의 상이한 바디 형성 유체에 유체 연결될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 이는 둘 이상의 상이한 재료를 포함하여 섬유가 형성되도록 할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 수중날개(440)의 일부 구현예들에서 유체 도입 개구(450)는, 바디 형성 유체가 흐르는 2개의 도관 또는 채널(452A 및 452B)에 유체 연결될 수 있다. 도시된 구현예에서, 각각의 도관 또는 채널(452A 및 452B)은, 선택된 바디 형성 유체를 각각의 도관(452A 및 452B)에 공급하는 별개의 중앙 공급 채널(454A 및 454B)에 연결된다. 별개의 도관(452A 및 452B)은 유체 도입 개구(450) 근처에 위치한 병합 구간(455)에서 합쳐진다. 도시된 구현예에서 병합 구간(455)은 Y 합류점을 포함하지만, 다른 구현예들에서는 T 합류점 또는 다른 합류 구성을 포함할 수 있다. 병합 구간(455)은 또한 유체 도입 개구(250)에 유체 연결된 짧은 도관을 포함한다. 다중 도메인 섬유를 얻기 위해, 이러한 배치는, 다중 도메인 섬유를 얻기 위해, 층류 채널 덕분에 상이한 바디 형성 유체들을 "미리 혼합"하기 위한 수단을 제공한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 유체 도입 개구(250)는 다양한 형상 및 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체 도입 개구(250)는 원형(도 10a 내지 도 10e), 별 모양(도 10f), 정사각형(도 10g 및 도 10h), 십자가 모양(도 10i), 또는 직사각형/슬롯 형상(도 10j)을 포함할 수 있다. 개구(250)는 도 10에 도시된 것들에 더하여 다수의 다른 형상을 포함할 수 있는 것으로 이해해야 한다.

도 10c, 도 10d, 및 도 10h에 도시된 바와 같이, 유체 도입 개구(250)는, 각각의 개구(250)가 상이한 바디 형성 유체에 유체 연결된, 둘 이상의 근접한 정렬된 개구(250)를 포함할 수 있다. 이는 각각의 바디 형성 유체가 분산매 내에 도입될 때 중첩되거나, 뒤얽히거나, 또는 적어도 어떤 식으로 상호작용하도록 할 수 있다. 또한, 이는 뒤얽히거나, 혼합되거나, 또는 다르게 서로 연결된 섬유 구성을 가진 2개의 다른 재료로 섬유 구성이 형성되도록 할 수 있다. 도 10c에 도시된 개구(250)는 원형 개구에 형성된 2개의 나란한 유체 도입 개구(250X 및 250Y)를 포함한다. 각각의 유체 도입 개구(250X 및 250Y)는 별개의 바디 형성 유체 공급 구성(도관(252) 및 중앙 공급 채널(254))에 유체 연결될 것이다. 마찬가지로, 도 10d 및 도 10e에 도시된 개구(250)는 원형 또는 정사각형 개구에 형성된 4개의 나란한 유체 도입 개구(250E, 250F, 250J 및 250K)를 포함한다. 또 한편, 각각의 유체 도입 개구(250E, 250F, 250J 및 250K)는 별개의 바디 형성 유체 공급 구성(도관(252) 및 중앙 공급 채널(254))에 유체 연결될 것이다.

도 10b 및 도 10e에 도시된 바와 같이, 유체 도입 개구(250)는 동심으로 배치되거나 중첩하는 2개 이상의 개구를 포함한다. 이는, 제1 섬유가 다른 섬유 내에 캡슐화되거나 다르게 형성된, 섬유 구성 내의 섬유를 제조할 수 있다. 적어도 2개의 개구 중 적어도 2개가 서로 다른 바디 형성 유체에 유체 연결된 구현예들에서, 제1 재료는 제2 재료 내에 캡슐화될 수 있다. 도 10b에 도시된 개구(250)는 동심으로 배치된 2개의 원형 유체 도입 개구(250M 및 250N)를 포함한다. 마찬가지로, 도 10e에 도시된 개구(250)는 중첩 배치된 2개의 원형 유체 도입 개구(250M 및 250N)를 포함한다. 내측 유체 도입 개구(250N)는 외측 유체 도입 개구(250M) 내에 형성되고, 외측 유체 도입 개구(250M)에 대해 중심에서 벗어나 위치한다. 각각의 유체 도입 개구(250M 및 250N)는 별개의 바디 형성 유체 공급 구성(도관(252) 및 중앙 공급 채널(254))에 유체 연결될 것이다.

도관의 제1 유동 구간(226)에서의 유체 유동은 층류, 와류 등을 포함한 임의의 적절한 유동 특성을 가질 수 있다. 바람직한 구현예들에서, 유체 유동 구성은 제1 유동 구간(226)에서 층류를 형성한다. 층류를 돕기 위해, 사용 중 수중날개(240)의 상류에서 분산매 유동과 접촉하는 제1 유동 구간(226)의 시작 위치에 다수의 디퓨저 배플(276)이 위치한다.

도 12를 참조하면, 섬유 및/또는 짧은 나노섬유와 같은 바디를 제조하기 위한 제2 장치(500)가 도시되어 있다. 도시된 장치(500)는 분산매(504)를 수용하도록 구성된 유체 하우징을 형성하는 유체 컨테이너(502); 분산매(504)에 침지된 임펠러 구성(512)을 갖는 축(510)에 연결된 구동 부재(508)(이 경우에는 모터)를 포함하는 교반기 또는 혼합기 구성(506)을 포함한다. 임펠러 구성(512)은 임펠러에 대해 180^o 떨어져 배치된 2개의 수중날개(514)를 포함한다. 각각의 수중날개(514)는 선단면(516) 및 후단 에지(518)를 가진다. 수중날개(514)는 구동 부재(508)에 의해 화살표(A) 방향으로 분산매(504)에서 회전 구동되어, 분산매가 수중날개(514)의 선단면(516)으로부터 후단 에지(518)까지 각각의 수중날개(514)를 거쳐 흐르도록 한다.

각각의 수중날개(514)는, 바디 형성 유체를 분산매 내에 공급하도록 구성된, 후단 에지에 또는 그 근처에 위치한 복수의 유체 도입 개구(520)를 포함한다. 각각의 개구(520)는, 각각의 수중날개(514) 및 축(510)을 통해 연결 도관(522)까지 이어지는, 도관에 유체 연결된다. 연결 도관(522)은, 바디 형성 유체를 유체 도입 개구(520)에 원하는 유량으로 공급하는, 연동 펌프, 주사기 펌프 등과 같은 펌프(미도시)에 유체 연결된다.

바디 형성 유체는 약 0.0001 L/hr 내지 약 10 L/hr, 또는 약 0.1 L/hr 내지 10 L/hr에서 선택된 범위의 속도로 분산매 내에 주입될 수 있다. 바디 형성 유체가 중합체 용액과 같은 바디 형성 용액일 경우, 바디 형성 용액은 약 0.0001 L/hr 내지 10 L/hr, 약 0.001 L/hr 내지 10 L/hr, 또는 약 0.1 L/hr 내지 10 L/hr로 이루어진 군으로부터 선택된 범위의 속도로 분산매 내에 주입될 수 있다.

또 한편, 관련 기술 분야의 당업자는, 장치(500)의 규모, 사용된 바디 형성 유체의 부피, 및 선택된 부피의 바디 형성 유체를 분산매에 도입하는 데 바람직한 시간에 따라, 바디 형성 유체가 분산매에 도입되는 속도가 달라질 수 있음을 이해할 것이다. 일부 구현예들에서, 바디 형성 유체를 더 빠른 속도로 분산매 내에 도입하는 것이 바람직할 수 있으며, 이는 더 완만한 표면 형상을 가진 섬유의 형성을 도울 수 있다.

유체 컨테이너(502)는 분산매(504)를 수용할 수 있는 임의의 적절한 그릇, 컨테이너, 용기, 벌크 액체 함유 바디를 포함할 수 있다. 정확한 컨테이너는 장치의 규모에 따라 달라질 것이다. 벤치 규모의 제조를 위해, 비이커 또는 기타 벤치 벤치탑 컨테이너가 사용될 수 있다. 더 큰 규모의 제조를 위해서는, 더 큰 혼합기 공정 용기 등이 적절할 것으로 예상된다.

수중날개(514)의 구성은 수중날개(514)의 후단 에지(518)에 도입된 바디 형성 유체로부터 입자 또는 섬유상 중합체 필라멘트와 같은 원하는 바디를 연신하여 형성하기 위해 필요한 바디 형성 유체의 가속화를 생성한다. 또 한편, 유동 패턴 및 유체 가속화는 수중날개(514)의 후단 에지(518) 근처 및/또는 이후에서 분산매의 유체 수축을 또한 야기할 수 있다. 일부의 경우, 생성된 가속화는 필요한 인장 응력 및/또는 전단 속도를 만들어내어, 분산매에서 바디 형성 유체에 의해 형성된 그 바디를 단편화할 수 있다. 형성된 필라멘트의 경우, 그 단편화는 단섬유를 형성할 수 있다.

도시된 수중날개(514)는 앞선 구현예의 유동 기기(205B)와 관련하여 설명한 수중날개(240)와 유사한 구성을 가질 수 있다.

전술한 바와 같이, 다수의 바디 형성 유체 및 분산매가 본 발명의 장치에 사용될 수 있다. (섬유 형성 액체로서 설명된) 각각의 바디 형성 유체 및 분산매에 대한 적절한 예들은 국제 출원 PCT/AU2012/001273에 상세히 설명되어 있고, 그 내용은 본 명세서에 참조로 통합된다.

실시예들

실시예 1 - 전단력 예측

도 3 내지 도 11에 도시된 유동 기기가 층류 하에서 필요한 전단력을 발생시킬 수 있는지 여부를 결정하기 위해, 본 문헌에 나타낸 계산들을 수행하였다. 모든 계산은 http://www.pressure-drop.com/Online-Calculator/index.html 및 다음 값들의 목록을 참조하여 이루어진다.

뷰탄올의 밀도: 805.7 kg m^-3

뷰탄올의 점성: 2.593 10^{- 3} kg m^-1 s^-1

파이프 절대 조도: 0.01 mm

파이프 폭: 10 cm

부피 및 속도/전단력 계산

10 cm의 폭과 각 표에서 지정된 높이를 가진 직사각형 단면의 시험 파이프에 대해, 서로 다른 속도 및 파이프 유출 높이(H_outflow)에서 파이프 1 m 당 다음의 압력들이 계산되었다.

1 mm 높이

속도(m/s)	압력(kPa)	부피/초	유동 유형*
0.1	3	0.01	L
0.2	6	0.02	L
0.4	13	0.04	L
0.8	25	0.08	L
1.6	50	0.16	L
3.2	100	0.32	L
6.4	374	0.64	T
12.8	1305	1.28	T

2 mm 높이

속도(m/s)	압력(kPa)	부피/초	유동 유형*
0.1	1	0.02	L
0.2	2	0.04	L
0.4	3.5	0.08	L
0.8	7	0.16	L
1.6	13	0.32	L
3.2	45	0.64	T
6.4	153	1.28	T
12.8	537	2.56	T

3 mm 높이

속도(m/s)	압력(kPa)	부피/초	유동 유형*
0.1	0.3	0.03	L
0.2	0.7	0.06	L
0.4	1.4	0.12	L
0.8	2.8	0.24	L
1.6	8	0.48	T
3.2	27	0.96	T
6.4	92	1.92	T
12.8	324	3.84	T

6 mm 높이

속도(m/s)	압력(kPa)	부피/초	유동 유형*
0.1	0.09	0.06	L
0.2	0.18	0.12	L
0.4	0.36	0.24	L
0.8	1.29	0.48	T
1.6	3.4	0.96	T
3.2	11.4	1.92	T
6.4	38.5	3.84	T
12.8	140	7.68	T

* 유동 유형은 L = 층류 또는 T = 와류 중 하나이다.

결과들은 각각의 유입 및 유출 도관에 대한 각각의 특정 조건에서 층류가 가능함을 나타낸다. 주목할 것은 유입 도관(도 3의 제1 구간(226))은 유입 도관을 통해 이동하는 부피가 유출 도관(도 3의 제2 구간(228))과 동일할 것이므로, 유출 도관을 위해 선택된 도관의 크기에 대해 더 낮은 압력, 더 낮은 속도, 및 (상기 값들에 여전히 비례하는) 유출에 유사한 유동 유형을 가질 것이라는 것이다.

실시예 2 - 장치 섬유 생성

나노섬유를 생성하기 위해 도 11에 도시되고 도 1에 일반적으로 도시된 유동 기기(205B)를 활용하였다.

유동 채널 및 수중날개(240)의 치수(mm)는 도 13에 나타나 있다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 입구 채널 구간(500)은 8.92 mm × 3 mm의 높이 및 깊이를 갖고, 출구 채널 구간(502)은 1.84 mm × 3 mm의 높이 및 깊이를 갖는다. 기기 전체에 걸친 채널의 깊이는 3 mm였다. 도 1에 도시된 바와 같이, 펌프(203)(KDS Legato-270 주사기 펌프)를 사용하여, 플레이트(208 및 209) 사이에서 그리고 수중날개(240)을 거쳐, 유동 기기(205B)의 입구 헤더(220) 내에 약 15℃로 유지된 뷰탄올 분산매를 펌핑하였다. 표 5에 상세히 나타낸 바와 같은 다양한 유량으로 수중날개(240)에 걸쳐 뷰탄올 분산매를 펌핑하였다. 약 22℃로 유지된 폴리(에틸렌 아크릴산)(PEAA) 바디 형성 유체를, 표 5에 또한 상세히 나타낸 바와 같이, 주사기 펌프(207)(New Era NE-4000)를 이용하여 다양한 유량으로, 바디 형성 유체가 플레이트(208 및 209) 사이에 흐르는 상태로, 수중날개(240)의 중앙 공급 채널(254) 내에 펌핑하였다. 사용된 폴리(에틸렌 아크릴산)(PEAA)의 농도 또한 표 5에 상세히 나타낸 바와 같이 변화시켰다.

실험 조건 및 결과

분산매 유량 (약 15℃에서의 뷰탄올)	바디 형성 유체 유량 (약 22℃에서의 PEAA 분산)	PEAA 농도 무게/(용매 부피)	섬유 직경(nm)	섬유 이미지
60 mL/min	7.8 mL/hr	16%	800 ~ 1300	도 13
100 mL/min	1.6 mL/hr	16%	500 ~ 1500	도 14
60 mL/min	7.8 mL/hr	12%	400 ~ 2100	도 15
200 mL/min	23.5 mL/hr	12%	900 ~ 3000	도 16
200 mL/min	15.7 mL/hr	12%	700 ~ 2100	도 17
240 mL/min	15.7 mL/hr	12%	750 ~ 1600	도 18

기기의 출구에 위치한 20 mL 유리병을 사용하여 각각의 실행에서 형성된 섬유를 유동으로부터 포집하였다. 그리고 나서, 얻어진 섬유를 현미경용 슬라이드 상에서 건조하고, 광학 현미경(Olympus DP71)을 이용하여 관찰하고 사진을 찍었다. 그리고 나서, 생성된 섬유의 평균 직경을 이미지들로부터 측정하였으며, 그 결과는 표 5에 제공된다. 각각의 실행으로부터 생성된 섬유의 광학 이미지는 도 13 내지 도 18에 나타나 있으며, 표 5에 상세히 나타낸 바와 같이 다양한 실행들에 대응한다.

도 11에 도시된 유동 기기가 분산매 및 바디 형성 유체 유동 조건들의 범위에 걸쳐 서브미크론 범위의 직경을 가진 단섬유를 생성한다는 것을 결과들이 명확히 나타내고 있다.

본원에 설명된 발명은 구체적으로 설명된 것 이외의 변경 및 변경이 가능하다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 발명은 본 발명의 사상 및 범위에 속하는 이러한 모든 변형 및 변경을 포함하는 것으로 이해된다.

(청구범위를 포함하여) 본 명세서에 용어 "포함한다(comprise, comprises)", "포함된(comprised)", 또는 "포함하는(comprising)"이 사용된 경우, 이들은 명시된 특징, 정수, 단계, 또는 구성요소의 존재를 특정하는 것으로 해석되어야 하며, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 구성요소 및 이들의 군의 존재를 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (34)

1. 바디 형성 유체를 분산매 내에 도입하여 바디를 제조하는 장치로서,
   분산매를 수용하도록 구성된 유체 하우징;
   적어도 2개의 분리된 유로로서, 상기 분산매가 분리된 유로를 따라 층류로 흐르며, 분리된 유로들 중 적어도 2개의 유로는 유동 병합 위치에서 수렴하는, 적어도 2개의 분리된 유로;
   사용 중에, 상기 분산매가 각각의 유로를 따라 상기 유동 병합 위치로 흐르도록 하는 유체 유동 구성;
   사용 중에, 상기 바디 형성 유체를 상기 분산매 내에 공급하도록 구성된, 상기 유동 병합 위치에 또는 그 근처에 위치한 적어도 하나의 유체 도입 구성; 및
   상기 유동 병합 위치 근처 및/또는 유동 병합 위치 이후에서 분산매의 유동을, 사용 중에, 수축시키고 가속화하는, 상기 유동 병합 위치 근처 또는 유동 병합 위치 이후의 유동 수축 구성을 포함하는, 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유동 수축 구성은 상기 유동 병합 위치의 하류의 유동에 비해 상기 유동 병합 위치의 상류의 유동으로부터 전체 유체 유동 단면적의 감소를 포함하는, 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 유체 하우징은 제1 유체 유동 단면적을 갖는 적어도 제1 유동 구간 및 제2 유체 유동 단면적을 갖는 적어도 제2 유동 구간을 포함하고, 상기 제1 유체 유동 단면적은 상기 제2 유체 유동 단면적보다 큰, 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 유동 수축은 상기 제1 유동 구간과 상기 제2 유동 구간 사이에, 적어도 50%, 더 바람직하게는 적어도 60%, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 70%, 가장 바람직하게는 적어도 75%의 유체 유동 단면적 감소를 포함하는, 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 유동 병합 위치는 상기 제2 유동 구간의 시작점의 상류에서 떨어져 이격되어 있는, 장치.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 하우징의 상기 제1 유동 구간과 상기 제2 유동 구간 사이에 위치한 제3 유동 구간을 더 포함하고, 상기 제3 유동 구간은 변하는 단면적, 바람직하게는 상기 제1 유동 구간과 상기 제2 유동 구간을 서로 연결하면서 점점 줄어드는 단면적을 갖는, 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제3 유동 구간의 단면적 변화는 상기 제1 유동 구간과 상기 제2 유동 구간 사이에서 5 내지 30^o, 바람직하게는 약 10^o의 경사를 포함하는, 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 도입 구성은 적어도 하나의 개구를 포함하는, 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 유동 병합 위치는, 적어도 2개의 별개의 유동이 교차하고 병합되는 위치 근처에 유동 병합 에지를 포함하고, 상기 적어도 하나의 개구는 상기 유동 병합 에지에 또는 상기 유동 병합 에지 내에 위치하는, 장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 개구는 적어도 2개의 상이한 바디 형성 유체에 유체 연결된, 장치.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 개구는 적어도 하나의 바디 형성 유체가 흐르는 적어도 2개의 도관 또는 채널에 유체 연결되고, 각각의 도관 또는 채널은 상기 적어도 하나의 개구 근처에 위치한 병합 구간에서 합쳐지는, 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 병합 구간은 상기 적어도 하나의 개구에 유체 연결된 짧은 도관 또는 채널을 포함하는, 장치.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 병합 구간은 Y 또는 T 합류점을 포함하는, 장치.
14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 도입 구성은 적어도 2개의 근접한 개구들을 포함하고, 각각의 개구는 적어도 하나의 바디 형성 유체에 유체 연결된, 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 개구들 중 적어도 2개의 개구는 상이한 바디 형성 유체에 유체 연결된, 장치.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 개구들 중 적어도 2개의 개구는 제1 개구가 제2 개구 내에 둘러싸여 배치된, 장치.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 병합 위치를 따라 이격된 복수의 유체 도입 구성을 포함하는, 장치.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리된 유로 중 적어도 2개의 유로는 별개의 유동 도관을 포함하는, 장치.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 분리된 유로는 상기 유체 하우징 내에 위치한 적어도 하나의 수중날개에 의해 분리되고, 상기 수중날개는 선단면 및 후단 에지를 가지며, 상기 유체 유동 구성은 상기 분산매를 상기 수중날개의 상기 선단면으로부터 상기 후단 에지까지 층류로 흐르도록 하는, 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 유체 도입 부재 또는 부재들은 각각의 개별 수중날개의 상기 후단 에지 또는 그 근처에 위치한, 장치.
21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 수중날개는, 상기 선단면과 상기 후단 에지 간의 두께가, 상기 선단면과 상기 후단 에지 사이의 중심선, 바람직하게는 코드 라인(chord line)에 대하여, 상기 수중날개의 상기 선단면과 상기 후단 에지 사이에서 5 내지 30^o, 바람직하게는 약 10^o의 경사로 점점 가늘어지는, 경사진 바디를 포함하는, 장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 수중날개의 경사진 바디는 바디의 종방향 길이를 따라 적어도 하나의 만곡 또는 웨이브, 더 바람직하게는 상기 바디의 종방향 길이를 따라 복수의 만곡 또는 웨이브를 포함하는, 장치.
23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 유체 하우징 내에서 이격된 복수의 수중날개를 포함하고, 각각의 수중날개는, 각각의 개별 수중날개 중 적어도 하나의 수중날개의 상기 후단 에지 또는 그 근처에 위치한 적어도 하나의 유체 도입 부재를 포함하는, 장치.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 사용 중에, 상기 유동 병합 위치 이전에 상기 분산매의 유동과 접촉하는 상기 유체 하우징 내의 위치에 위치한 적어도 하나의 배플(baffle)을 더 포함하는, 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 배플은 상기 유체 하우징 내에서 상기 유동 병합 위치 상류에 위치하는, 장치.
26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 하우징은:
    상기 분산매가 흐르는 적어도 하나의 도관; 또는
    상기 분산매가 유지되는 저장소
    중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
27. 제26항에 있어서, 상기 유체 하우징은 상기 분산매가 흐르는 도관을 포함하고, 상기 도관은 적어도 2개의 이격된 플레이트를 포함하는, 장치.
28. 제27항에 있어서, 상기 플레이트 간의 거리는 변경될 수 있는, 장치.
29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 플레이트는 유체 기밀 케이스 내에 수용된, 장치.
30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 유동 구성은:
    상기 유체 하우징 내에서 상기 수중날개를 회전시키도록 구동되거나 이동되는 회전 가능한 부재; 또는
    상기 수중날개를 거쳐 상기 분산매를 펌핑하기 위한 펌핑 구성 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분산매는 상기 유체 하우징을 통해 재순환되는, 장치.
32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유, 바람직하게는 나노섬유를 형성하기 위한 것인, 장치.
33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 수축 구성은 상기 분산매에서 적어도 0.1 m/s, 바람직하게는 0.2 내지 20 m/s, 더 바람직하게는 1 내지 10 m/s의 선형 속도를 생성하는, 장치.
34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 따른 상기 장치를 이용하여 형성된 적어도 하나의 바디, 바람직하게는 나노 바디.

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