KR20150136325A - 와이어 타입의 전기방사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이어 타입의 전기방사장치에 관한 것으로서, 특히 전기장에 의해 용액을 나노 섬유로 전기방사하는 와이어 타입의 전기방사장치에 관한 것이다.
본 발명의 와이어 타입의 전기방사장치는, 용액이 수용된 수조와; 상기 수조의 상부에 배치되어 회전하는 회전부재와; 상기 회전부재에 설치되어 상기 회전부재의 회전시 상기 수조의 용액에 침전되는 와이어부와; 상기 회전부재의 상부에 배치되어 전기장을 발생시키는 전기장발생부를 포함하여 이루어지되, 상기 회전부재의 회전에 의해 상기 수조에 수용된 용액은 상기 와이어부에 부착되고, 상기 와이어부에 부착된 용액은 상기 전기장발생부에 의한 전기장에 의해 전기방사되는 것을 특징으로 한다.

Description

와이어 타입의 전기방사장치 { Wire type electrospinning apparatus }

본 발명은 와이어 타입의 전기방사장치에 관한 것으로서, 특히 전기장에 의해 용액을 나노 섬유로 전기방사하는 와이어 타입의 전기방사장치에 관한 것이다.

전기방사를 이용한 나노섬유 웹의 제조는 기존의 다른 나노섬유 제조에 비해 제조방법 및 장치가 간단하고, 수 나노미터에서 수천 나노미터의 섬유를 쉽게 제조할 수 있다.

이러한 전기방사에 의해 제조된 나노섬유는 기존섬유에 비해 작은 직경과 넓은 비표면적을 가진 3차원인 웹 형태의 섬유를 얻을 수 있기 때문에 고효율 초기능성 분리 기능 소재(분리막 등), 에너지저장소재, 의료용 및 나노복합재료 등으로 응용 가능성이 넓다.

일반적으로, 전기방사에 의한 나노섬유 제조는 고분자 용액(또는 용융물)이 방사노즐 끝에 있을 때, 방사노즐과 컬렉터 사이에 고전압을 인가하는 방법으로 제조된다.

즉, 고분자 용액의 표면장력을 넘어서는 임계전압 이상의 고전압을 인가함으로써, 전기장 내에서 고분자 용액의 불안전성을 증가시켜 고분자의 굽힘 및 갈라짐 등의 발생으로 나노화되어 컬렉터 상에 부직포 형태로 포집되게 한다.

전기방사를 이용하여 제조된 나노섬유는 수 내지 수백 나노미터 굵기의 미세 섬유직경을 지닌 나노섬유 웹을 쉽게 얻을 수 있고, 이를 통해 고기능성 에너지소재, 필터소재, 의료용 소재 등 고기능성 소재를 얻을 수 있다.

이러한 전기방사를 이용한 나노섬유의 제조와 관련하여 다양한 제조 기술이 제안되고 있다.

예를 들어, 한국등록특허 제0412241호, 한국등록특허 제0514572호 및 한국공개특허 제10-2007-0097615호 등에는 고분자용액을 다수의 노즐을 통해 전기 방사하는 방법이 제안되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 전기방사장치는, 투자 대비 생산성이 낮아 경제적인 생산체제로 전환하기가 어려움이 있으며, 양산을 위하여 사용하는 다축 노즐 방식 및 다중 노즐 방식의 경우 낮은 노즐 교체에 따른 유지보수 측면에서도 문제점이 많았다.

또한, 나노 섬유에 의해 형성되는 웹의 조직을 다양하게 하거나, 나노섬유의 굵기를 조절하기에는 용이하지 못하는 등의 단점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 양산성을 높이고, 나노 섬유 웹의 조직을 다양하게 조절할 수 있으며, 나노 섬유의 굵기도 쉽게 조절할 수 있는 와이어 타입의 전기방사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 와이어 타입의 전기방사장치는, 용액이 수용된 수조와; 상기 수조의 상부에 배치되어 회전하는 회전부재와; 상기 회전부재에 설치되어 상기 회전부재의 회전시 상기 수조의 용액에 침전되는 와이어부와; 상기 회전부재의 상부에 배치되어 전기장을 발생시키는 전기장발생부를 포함하여 이루어지되, 상기 회전부재의 회전에 의해 상기 수조에 수용된 용액은 상기 와이어부에 부착되고, 상기 와이어부에 부착된 용액은 상기 전기장발생부에 의한 전기장에 의해 전기방사되는 것을 특징으로 한다.

상기 와이어부의 표면에는 친수성코팅층이 형성된다.

상기 와이어의 표면에는 친수성코팅층과 소수성코팅층이 각각 형성되되, 상기 회전부재의 회전시 상기 용액은 상기 친수성코팅층에 부착되어 상기 전기장발생부에 의해 전기방사된다.

상기 와이어부는 상기 회전부재의 외주면에 다수개가 설치되되, 상기 와이어부가 상기 회전부재의 최하단에 위치할 때 상기 와이어부는 상기 수조에 침전되어 상기 용액을 부착하고, 상기 와이어부가 상기 회전부재의 최상단에 위치할 때 상기 와이어부에 부착된 용액은 상기 전기장발생부에 의해 전기방사된다.

상기 회전부재는, 모터와; 상기 모터에 의해 회전되는 회전축과; 상기 회전축의 양단에 결합된 고정부를 포함하여 이루어지되, 상기 와이어부는 상기 회전축의 양단에 배치된 상기 고정부에 설치되어 상기 회전축과 같은 방향으로 배치된다.

상기 와이어부는 다수개의 와이어가 상호 꼬여 형성될 수 있다.

상기 전기장발생부는, 상호 이격된 한 쌍의 지지대와; 한 쌍의 상기 지지대를 상호 연결하고, 상기 와이어부의 상부에 배치되는 전선과; 상기 전선에 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하여 이루어지고, 상기 전선은 상기 와이어부 상부에서 상기 와이어부의 설치 방향과 평행하게 배치된다.

상기 지지대는 PEEK 재질로 이루어짐이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 와이어 타입의 전기방사장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

회전부재의 회전에 의해 와이어부가 회전하면서 전기장발생부에 의해 용액을 전기방사시킴으로써, 나노섬유 전기방사의 양산성을 높일 수 있다.

또한, 와이어부에 친수성코팅층과 소수성코팅층이 형성됨으로써, 나노 섬유 웹의 패턴 및 조직 등을 다양하게 조절할 수 있다.

또한, 와이어부의 굵기 및 형상에 따라 나노 섬유의 굵기도 쉽게 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기방사장치의 사시도,
도 2는 도 1의 A-A'선을 취하여 본 단면도,
도 3은 도 1의 B-B'선을 취하여 본 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기방사장치에 의해 방사되는 과정을 도시한 설명도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어부의 사시도,

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기방사장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선을 취하여 본 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B'선을 취하여 본 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기방사장치에 의해 방사되는 과정을 도시한 설명도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어부의 사시도이다.

본 발명의 와이어 타입의 전기방사장치는 도 1 내지 도 4에 도시되 바와 같이, 수조(10)와, 회전부재(20)와, 와이어부(30)와, 전기장발생부(40) 등을 포함하여 이루어진다.

상기 수조(10)는 상부가 개방되어 있고, 그 내부에는 나노섬유를 생산하기 위한 용액(11)이 수용되어 있다.

상기 회전부재(20)는 상기 수조(10)의 상부에 배치되어 회전한다.

상기 회전부재(20)는, 모터(21)와, 회전축(22)과, 고정부(23)를 포함하여 이루어진다.

상기 회전축(22)은 상기 수조(10)의 상부에 배치되고, 상기 모터(21)에 의해 회전된다.

상기 고정부(23)는 상기 회전축(22)의 양단에 상호 이격되어 결합된다.

이때, 상기 고정부(23)의 직경은 상기 회전축(22)의 직경보다 크도록 한다.

상기 와이어부(30)는 상기 회전부재(20)에 설치되어 상기 회전부재(20)의 회전시 상기 회전부재(20)와 함께 회전되어 상기 수조(10)의 용액(11)에 침전된다.

상기 와이어부(30)는 다수개로 이루어져 상기 회전부재(20)의 외주면에 설치된다.

보다 구체적으로, 상기 와이어부(30)는 상기 회전축(22)의 양단에 이격되어 배치된 상기 고정부(23)에 설치되고, 상기 회전축(22)과 같은 방향으로 배치된다.

이러한 상기 와이어부(30)는 상기 회전부재(20)의 회전에 의해 상기 수조(10)에 수용된 용액(11)에 침전되어 표면에 상기 용액(11)을 부착시킨 후, 상승하여 상기 전기장발생부(40)에 의한 전기장에 의해 상기 용액(11)이 전기방사가 이루어지도록 한다.

구체적으로 설명하면, 상기 와이어부(30)가 상기 회전부재(20)의 최하단에 위치할 때 상기 와이어부(30)는 상기 수조(10)에 침전되어 상기 용액(11)을 부착하고, 상기 와이어부(30)가 상기 회전부재(20)의 최상단에 위치할 때 상기 와이어부(30)에 부착된 용액(11)은 상기 전기장발생부(40)에 의한 전기장에 의해 전기방사된다.

이때, 상기 용액(11)이 상기 와이어부(30)의 표면에 보다 잘 부착되도록 하기 위해, 상기 와이어부(30)의 표면에는 친수성코팅층(31)이 형성될 수 있다.

그리고, 경우에 따라 상기 와이어부(30)의 표면에는 친수성코팅층(31)과 소수성코팅층(32)이 각각 형성되어, 상기 회전부재(20)의 회전시 상기 수조(10)에 수용된 용액(11)이 상기 친수성코팅층(31)에 부착되어 상승된 후 상기 전기장발생부(40)에 의해 상기 와이어부(30)에서 선택적으로 전기방사가 이루어지도록 할 수 있다.

이러한 상기 친수성코팅층(31)과 소수성코팅층(32)에 의해 상기 와이어부(30)에서 전기방사가 이루어지는 구간과 이루어지지 않는 구간을 형성하여, 전기방사를 통한 다양한 패턴의 나노섬유 웹을 생산할 수 있다.

즉, 상기 용액(11)이 부착된 상기 친수성코팅층(31)에서는 전기방사가 이루어지고, 상기 용액(11)이 부착되지 않은 소수성코팅층(32)에서는 전기방사가 이루어지지 않도록 함으로써, 1개의 와이어부(30)에서 전기방사가 이루어지는 구간과 이루어지지 않는 구간에 의해 다양한 조직의 나노섬유 웹을 생산할 수 있다.

상기 와이어부(30)는 1개의 선으로 이루어질 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 가이 여러 개의 와이어가 상호 꼬여 형성될 수도 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 상기 와이어부(30)가 여러 개의 와이어를 꼬아 형성될 경우에는, 상호 꼬여진 와이어의 틈에 상기 용액(11)이 저장되어 많은 양의 전기방사가 이루어지도록 할 수 있다.

상기 전기장발생부(40)는 상기 회전부재(20)의 상부에 배치되어 전기장을 발생시키는 역할을 한다.

이러한 상기 전기장발생부(40)는 상술한 바와 같이 상기 회전부재(20)의 회전에 의해 최상단에 위치한 상기 와이어부(30)의 표면에 부착된 상기 용액(11)을 전기장에 의해 상방향으로 전기방사시키게 된다.

이때, 상기 전기장발생부(40)의 상부 또는 상기 전기장발생부(40)와 회전부재(20) 사이에는 전기방사되는 나노섬유가 부착되기 위한 대상물이 배치되어 있도록 한다.

본 실시예에서 상기 전기장발생부(40)는, 지지대(41)와, 전선(42)과, 전원공급부(43)를 포함하여 이루어진다.

상기 지지대(41)는 한 쌍으로 이루어져 상기 수조(10)의 양측에 배치되어 상호 이격되어 있다.

상기 지지대(41)는 PEEK(Polyether ether ketone)재질로 이루어짐이 바람직하다.

상기 전선(42)은 한 쌍의 상기 지지대(41)를 상호 연결하고 상기 와이어부(30)의 상부에 배치된다.

보다 구체적으로 상기 전선(42)은 상기 회전부재(20)에 의해 회전하는 상기 와이어부(30) 중 최상단에 위치한 상기 와이어부(30)의 상부에서 상기 와이어부(30)의 설치방향과 평행하게 배치된다.

상기 전원공급부(43)는 상기 전선(42)에 전원을 공급한다.

이하, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동과정에 대하여 살펴본다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 모터(21)에 의해 상기 회전축(22) 및 상기 고정부(23)가 회전하게 되면, 상기 고정부(23)에 결합된 상기 와이어부(30)도 함께 회전하게 된다.

상기 와이어부(30)의 회전에 의해 상기 와이어부(30)는 상기 수조(10)에 수용된 용액(11)에 침전되게 된다.

이때, 상기 회전부재(20)의 최하단에 위치한 와이어부(30)만 상기 용액(11)에 침전되도록 하고, 상기 고정부(23)는 상기 용액(11)에 거의 침전되지 않도록 한다.

이렇게 상기 와이어부(30)가 상기 용액(11)에 침전됨에 따라 상기 와이어부(30)의 표면에는 상기 용액(11)이 부착된다.

상기 와이어부(30)의 표면에 부착된 상기 용액(11)은 상기 회전부재(20)의 회전에 의해 상기 회전부재(20)의 최상단으로 이동하게 된다.

한편, 상기 전원공급부(43)에 의해 상기 전선(42)에 고전압이 인가되면, 상기 전선(42)의 주위에 전기장이 발생되게 된다.

상기 전선(42)은 상기 회전부재(20)의 상부에서 위치하고 있기 때문에, 최상단에 위치한 와이어부(30)는 상기 전기장발생부(40)에 의해 발생된 전기장의 영향을 받게 된다.

따라서, 상기 와이어부(30)의 표면에 부착된 용액(11)은 전기장에 의해 상방향으로 나노 섬유 형태로 전기방사되어 나노 섬유 웹을 형성하게 된다.

이때, 상기 와이어부(30)의 표면에 친수성코팅층(31) 및/또는 소수성코팅층(32)이 형성됨으로써, 다양한 조직 및 패턴의 나노섬유 웹을 보다 쉽게 양산할 수 있게 된다.

또한, 상기 와이어부(30)의 굵기에 따라 방사되는 나노 섬유의 굵기를 쉽게 조절할 수 있다.

본 발명인 와이어 타입의 전기방사장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

10 : 수조, 11 : 용액,
20 : 회전부재, 21 : 모터, 22 : 회전축, 23 : 고정부,
30 : 와이어부, 31 : 친수성코팅층, 32 : 소수성코팅층,
40 : 전기장발생부, 41 : 지지대, 42 : 전선, 43 : 전원공급부,

Claims (8)

1. 용액이 수용된 수조와;
   상기 수조의 상부에 배치되어 회전하는 회전부재와;
   상기 회전부재에 설치되어 상기 회전부재의 회전시 상기 수조의 용액에 침전되는 와이어부와;
   상기 회전부재의 상부에 배치되어 전기장을 발생시키는 전기장발생부를 포함하여 이루어지되,
   상기 회전부재의 회전에 의해 상기 수조에 수용된 용액은 상기 와이어부에 부착되고, 상기 와이어부에 부착된 용액은 상기 전기장발생부에 의한 전기장에 의해 전기방사되는 것을 특징으로 하는 와이어 타입의 전기방사장치.
2. 청구항1에 있어서,
   상기 와이어부의 표면에는 친수성코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 와이어 타입의 전기방사장치.
3. 청구항2에 있어서,
   상기 와이어의 표면에는 친수성코팅층과 소수성코팅층이 각각 형성되되,
   상기 회전부재의 회전시 상기 용액은 상기 친수성코팅층에 부착되어 상기 전기장발생부에 의해 전기방사되는 것을 특징으로 하는 와이어 타입의 전기방사장치.
4. 청구항1 내지 청구항3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 와이어부는 상기 회전부재의 외주면에 다수개가 설치되되,
   상기 와이어부가 상기 회전부재의 최하단에 위치할 때 상기 와이어부는 상기 수조에 침전되어 상기 용액을 부착하고,
   상기 와이어부가 상기 회전부재의 최상단에 위치할 때 상기 와이어부에 부착된 용액은 상기 전기장발생부에 의해 전기방사되는 것을 특징으로 하는 와이어 타입의 전기방사장치.
5. 청구항1 내지 청구항3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 회전부재는,
   모터와;
   상기 모터에 의해 회전되는 회전축과;
   상기 회전축의 양단에 결합된 고정부를 포함하여 이루어지되,
   상기 와이어부는 상기 회전축의 양단에 배치된 상기 고정부에 설치되어 상기 회전축과 같은 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 와이어 타입의 전기방사장치.
6. 청구항1 내지 청구항3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 와이어부는 다수개의 와이어가 상호 꼬여 형성된 것을 특징으로 하는 와이어 타입의 전기방사장치.
7. 청구항5에 있어서,
   상기 전기장발생부는,
   상호 이격된 한 쌍의 지지대와;
   한 쌍의 상기 지지대를 상호 연결하고, 상기 와이어부의 상부에 배치되는 전선과;
   상기 전선에 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하여 이루어지고,
   상기 전선은 상기 와이어부 상부에서 상기 와이어부의 설치 방향과 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 와이어 타입의 전기방사장치.
8. 청구항7에 있어서,
   상기 지지대는 PEEK 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 와이어 타입의 전기방사장치.
   

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