KR20200077651A

KR20200077651A - 나노섬유 제조장치

Info

Publication number: KR20200077651A
Application number: KR1020180166092A
Authority: KR
Inventors: 김영호
Original assignee: 김영호
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-07-01
Also published as: KR102166312B1

Abstract

본 발명은 방사 용액을 고압, 고속으로 균일하게 방사할 수 있어서 나노섬유 및 이를 이용한 나노 맴브레인을 효과적으로 제조할 수 있는 나노섬유 제조장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 나노섬유 제조장치는, 엔지니어링 플라스틱으로 이루어지며, 외부에서 공급되는 방사 용액을 다수개의 분사 노즐을 통하여 하측으로 방사하는 노즐부; 금속으로 이루어지며, 상기 노즐부의 하부를 밀착된 상태로 감싸는 하부 몸체; 금속으로 이루어지며, 상기 노즐부를 사이에 두고 상기 하부 몸체와 체결되어 상기 노즐부의 상부를 밀착된 상태로 감싸는 상부 몸체; 상기 상부 몸체를 관통하여 상기 노즐부에 방사 용액을 공급하는 방사 용액 공급부; 상기 하부 몸체를 관통하여 상기 다수개의 분사 노즐마다 삽입되어 설치되며, 상기 분사 노즐을 통하여 방사되는 방사 용액을 하부로 분사하는 마이크로 니들;을 포함한다.

Description

나노섬유 제조장치{A DEVICE FOR MANUFACTURING NANOFIBER}

본 발명은 나노섬유 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방사 용액을 고압, 고속으로 균일하게 방사할 수 있어서 나노섬유 및 이를 이용한 나노 맴브레인을 효과적으로 제조할 수 있는 나노섬유 제조장치에 관한 것이다.

전기방사(Electro-spinning)는 섬유원료 용액을 하전상태에서 방사하여 미세 직경의 섬유를 제조하는 기술로서, 최근에는 나노미터급 섬유를 제조하기 위한 기술로 이용되어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전기방사에 의해 제조되는 섬유는 직경이 마이크로미터 두께 내지 나노미터 두께가 되는데, 이와 같이 두께가 줄어들면 전혀 새로운 특성들이 나타난다. 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, 투습방수용 의류원단, 상처치료용 드레싱, 인공지지체 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.

따라서 대한민국공개특허제10-2014-0038762호 등에서는 다양한 전기방사 노즐 팩 등에 대한 기술을 제시하고 있다. 그런데 이러한 종래의 전기방사 노즐은 기체와 용액을 동시에 방사하는 구조 및 방사 용액과 함께 고전압 전원을 함께 인가하는 방식 등 매우 복잡한 구조를 가져서 효율이 떨어지고 고압으로 방사할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 방사 용액을 고압, 고속으로 균일하게 방사할 수 있어서 나노섬유 및 이를 이용한 나노 맴브레인을 효과적으로 제조할 수 있는 나노섬유 제조장치를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 나노섬유 제조장치는, 엔지니어링 플라스틱으로 이루어지며, 외부에서 공급되는 방사 용액을 다수개의 분사 노즐을 통하여 하측으로 방사하는 노즐부; 금속으로 이루어지며, 상기 노즐부의 하부를 밀착된 상태로 감싸는 하부 몸체; 금속으로 이루어지며, 상기 노즐부를 사이에 두고 상기 하부 몸체와 체결되어 상기 노즐부의 상부를 밀착된 상태로 감싸는 상부 몸체; 상기 상부 몸체를 관통하여 상기 노즐부에 방사 용액을 공급하는 방사 용액 공급부; 상기 하부 몸체를 관통하여 상기 다수개의 분사 노즐마다 삽입되어 설치되며, 상기 분사 노즐을 통하여 방사되는 방사 용액을 하부로 분사하는 마이크로 니들;을 포함한다.

그리고 본 발명에서 상기 노즐부는, 상기 노즐부의 상면에서 하측으로 음각되어 형성되며, 상기 방사 용액 공급부에 의하여 공급되는 방사 용액이 채워지는 하측 버퍼 공간 형성부; 상기 하측 버퍼 공간 형성부의 하부 중앙에서 상기 노즐부를 관통하여 일렬로 다수개가 형성되는 분사 노즐;을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 노즐부는 아세탈로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 하측 버퍼 공간 형성부는, 단면 형상이 반원 형상인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 하부 몸체는, 상기 노즐부의 하부가 수용되는 노즐 수용부; 상기 상부 몸체와 밀착되어 체결되는 제1 체결부; 상기 분사 노즐에 대응되는 위치마다 상기 하부 몸체를 관통하여 형성되는 다수개의 니들 통과홀;을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 하부 몸체는 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 상부 몸체는, 상기 상부 몸체의 하면을 상측으로 음각하여 형성되며, 상기 하측 버퍼 공간 형성부와 대칭되는 공간을 형성하는 상측 버퍼 공간 형성부; 상기 하부 몸체와 밀착되어 체결되는 제2 체결부;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 나노섬유 제조장치에는, 상기 제2 체결부에는 음각되어 밀폐부재 설치홈이 더 형성되고, 상기 하부 체결부와 상부 체결부 사이에는 상기 밀폐부재 설치홈에 삽입된 상태로 설치되어 상기 상부 몸체와 하부 몸체 사이를 밀폐시키는 밀폐부재가 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 밀폐부재 설치홈은, 상기 노즐부와 상기 하부 몸체가 접촉되는 경계면을 따라 설치되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 나노섬유 제조장치에서, 상기 상부 몸체와 하부 몸체는 양측면으로 상기 노즐부의 말단이 노출되도록 상기 노즐부를 상하에서 감싸는 것이 바람직하다.

본 발명의 나노섬유 제조장치에 따르면 하전된 방사 용액만을 기체 분사 없이 고압 및 고속으로 전체 노즐부에 대하여 균일하게 방사하여 생산성과 품질이 우수한 나노 섬유를 제조할 수 있는 현저한 효과를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유 제조장치의 구조를 도시하는 분리 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 몸체와 밀폐 부재의 상호 관계를 도시하는 분리사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐부의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 몸체의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유 제조장치의 구조를 도시하는 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 섬유 제조장치의 구조를 도시하는 횡단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 섬유 제조장치의 구조를 도시하는 횡단면도이다. 평면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 나노섬유 제조장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 노즐부(110), 하부 몸체(120), 상부 몸체(130), 방사용액 공급부(140) 및 마이크로 니들(150)을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 상기 노즐부(110)는 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)으로 이루어지며, 외부에서 공급되는 방사 용액을 다수개의 분사 노즐(114)을 통하여 하측으로 방사하는 구성요소이다. 즉, 상기 노즐부(110)는 상기 방사용액 공급부(140)에 의하여 공급되는 하전된 방사 용액(170)을 보유하면서 상기 분사 노즐(114) 및 마이크로 니들(150)을 통하여 하측으로 방사하는 것이다.

따라서 상기 노즐부(110)는 내화학성이 우수한 엔지니어링 플라스틱으로 이루어지는 것이 바람직하며, 예를 들어 아세탈, 폴리테트라플로오로에틸렌(PTFE), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등으로 이루어질 수 있다.

그리고 본 실시예에서 상기 노즐부(110)에는 구체적으로 도 1, 3에 도시된 바와 같이, 하측 버퍼공간 형성부(112)와 분사 노즐(114)이 형성된다. 먼저 상기 하측 버퍼 공간 형성부(112)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 노즐부(110)의 상면에서 하측으로 음각되어 형성되며, 상기 방사 용액 공급부(140)에 의하여 공급되는 방사 용액(170)이 채워지는 공간을 제공한다. 상기 하측 버퍼 공간 형성부(112)는 후술하는 상측 버퍼공간 형성부(132)와 맞물려서 완전한 버퍼 공간(B)을 형성한다.

본 실시예에서 상기 하측 버퍼공간 형성부(112)는 전체적으로 상기 노즐부(110)의 길이 방향을 따라 길게 형성되며, 그 단면 형상은 반원 형상을 가지는 것이 바람직하다.

다음으로 상기 분사 노즐(114)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하측 버퍼 공간 형성부(112)의 하부 중앙에서 상기 노즐부(110)를 관통하여 일렬로 다수개가 형성되며, 상기 마이크로 니들(150)이 삽입되어 설치된다. 따라서 상기 분사 노즐(114)과 마이크로 니들(150)을 통하여 하측 방향으로 방사 용액(170)이 방사되는 것이다.

다음으로 상기 하부 몸체(120)는 금속으로 이루어지며, 상기 노즐부(110)의 하부를 밀착된 상태로 감싸는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 하부 몸체(120)는 상기 상부 몸체(130)와 함께 상기 노즐부(110)를 상하에서 완벽하게 감싼 상태에서 견고하게 가압하여 상기 노즐부(110) 내에 채워지는 방사 용액(170)에 높은 압력이 가해지도록 한다.

따라서 상기 하부 몸체(120)는 상기 노즐부(110)보다 강도와 경도가 우수하여 변형되지 않는 금속으로 이루어지는 것이 바람직하며, 가공이 용이하고 내화학성이 우수한 알루미늄으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

본 실시예에서 상기 하부 몸체(120)는 구체적으로 도 1, 4에 도시된 바와 같이, 노즐 수용부(122), 제1 체결부(124) 및 니들 통과홀(126)을 포함하여 구성된다. 먼저 상기 노즐 수용부(122)는 상기 노즐부(110)의 하부가 수용될 수 있도록 이에 대응되는 형상이 음각되어 형성되는 부분이다. 따라서 상기 노즐 수용부(122)는 도 1, 5에 도시된 바와 같이, 정확하게 상기 노즐부(110)의 하부가 정확하게 삽입되도록 크기와 모양이 일치되도록 가공된다.

다음으로 상기 제1 체결부(124)는 상기 하부 몸체(120)의 상면을 이루는 부분이며, 상기 노즐 수용부(122)의 양쪽으로 형성된다. 상기 제1 체결부(124)는 후술하는 제2 체결부(134)와 밀착되어 상기 노즐부(110)를 견고하게 감싼다.

다음으로 상기 니들 통과홀(126)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 분사 노즐(114)에 대응되는 위치마다 상기 하부 몸체(120)를 관통하여 형성되며, 상기 분사 노즐(114)에 삽입되어 설치되는 마이크로 니들(150)이 통과하는 공간을 제공한다. 따라서 상기 다수개의 니들 통과홀(126)은 상기 분사 노즐(114)의 형성 위치에 일치되는 위치에 형성되되, 그 직경은 상기 마이크로 니들(150)의 직경보다 크게 형성된다.

다음으로 상기 상부 몸체(130)는 금속으로 이루어지며, 상기 노즐부(110)를 사이에 두고 상기 하부 몸체(120)와 체결되어 상기 노즐부(110)의 상부를 밀착된 상태로 감싸는 구성요소이다. 즉, 전술한 바와 같이, 상기 상부 몸체(130)는 상기 하부 몸체(120)와 함께 상기 노즐부(110)를 완벽하게 감싸서 노즐부(110) 내부에 충분한 압력이 형성되도록 하는 것이다. 이때 상기 상부 몸체(130)도 하부 몸체(120)와 마찬가지로 상기 노즐부(110)보다 우수한 강도와 경도를 가지는 금속으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 하부 몸체(120)와 동일하게 알루미늄으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

그리고 본 실시예에서 상기 상부 몸체(130)는 구체적으로 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상측 버퍼공간 형성부(132), 제2 체결부(134) 및 밀폐부재 설치홈(136)을 포함하여 구성된다. 먼저 상기 상측 버퍼공간 형성부(132)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 몸체(130)의 하면을 상측으로 음각하여 형성되며, 상기 하측 버퍼 공간 형성부(112)와 대칭되는 공간을 형성한다. 따라서 전술한 바와 같이, 상기 상측 버퍼 공간 형성부(132)는 조립된 상태에서 도 5에 도시된 바와 같이. 상기 하측 버퍼공간 형성부(112)와 맞물려서 완벽한 원기둥 형상의 버퍼 공간(B)을 형성한다.

이렇게 형성되는 버퍼 공간(B)에 의하여 상기 방사 용액(170)이 균일하면서도 고압으로 가압된다.

다음으로 상기 제2 체결부(134)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하부 몸체(120)와 밀착되어 체결되는 구성요소이다. 즉, 상기 제2 체결부(134)는 조립된 상태에서 상기 제1 체결부(124)와 밀착되어 상기 노즐부(110)를 견고하게 감싸는 것이다. 상기 하부 몸체(120)와 상부 몸체(130)이 체결되는 방식은 볼트 체결 등 다양한 방식에 의하여 가능하다.

이렇게 상기 노즐부(110)는 상기 하부 몸체(120)와 상부 몸체(130)에 의하여 견고하게 감싸지는 형태를 가지지만, 상기 상부 몸체(130)와 하부 몸체(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 양측면으로 상기 노즐부(110)의 양단이 노출되도록 상기 노즐부(110)를 상하에서 감싸는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 상기 노즐부(110)는 엔지니어링 플라스틱으로 이루어지는 반면에 상기 하부 몸체(120)와 상부 몸체(130)는 금속으로 이루어진다. 따라서 가열된 방사 용액(170)이 상기 노즐부(110) 내부로 공급되는 경우 열팽창율이 다른 노즐부(110)와 상하부 몸체(120, 130)가 서로 다른 비율로 팽창하는 경우 이러한 팽창율의 차이를 흡수할 수 있도록 하는 것이다.

다음으로 상기 밀폐부재 설치홈(136)은 도 2, 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 체결부(134) 중 내측에 형성되며, 사각형의 단면 형상을 가지는 밀폐부재(160)가 삽입될 수 있는 단면 형상으로 음각되어 형성된다. 이때 상기 밀폐부재 설치홈(136)이 형성되는 위치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 조립된 상태에서 상기 노즐부(110)와 상기 하부 몸체(120)가 접촉되는 경계면(111)을 사이에 두고 그 경계면(111)을 따라 설치되는 것이 바람직하다.

그리고 본 실시예에 따른 나노섬유 제조장치(100)에는 밀폐부재(160)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 밀폐부재(160)는 상기 하부 체결부(124)와 상부 체결부(134) 사이에 상기 밀폐부재 설치홈(136)에 삽입된 상태로 설치되어, 상기 노즐부(110)와 상부 몸체(130) 사이 및 상기 상부 몸체(130)와 하부 몸체(120) 사이를 동시에 밀폐시키는 구성요소이다.

전술한 바와 같이, 상기 버퍼 공간(B)에는 방사 용액(170)이 고압으로 채워지는데, 상기 노즐부(110)와 상부 몸체(130) 사이의 공간이 밀폐되지 않으면 이 틈으로 방사 용액(170)이 누설되는 문제점이 있다. 따라서 상기 밀폐부재(160)의 상부는 상기 밀폐부재 설치홈(136)에 삽입된 상태에서 하측으로 노출된 부분이 상기 노즐부(110)와 하부 몸체(120)의 상면에 의하여 각각 눌리면서 기밀을 유지하는 것이다.

다음으로 상기 방사 용액 공급부(140)는 도 1, 6에 도시된 바와 같이, 상기 상부 몸체(130)를 관통하여 상기 노즐부(110)에 방사 용액을 공급하는 구성요소이다. 따라서 상기 방사 용액 공급부(140)는 상기 상부 몸체(130)를 관통하여 형성되는 설치홀(131)을 통하여 용액 공급 피팅(142)이 설치되는 구조로 설치된다. 이때 상기 방사 용액 공급부(140)는 상기 버퍼 공간(B) 내에 균일하게 방사 용액(170)이 공급되도록 하기 위하여 상기 상부 몸체(130)의 다수 지점을 일정한 간격으로 이격되어 설치되는 것이 바람직하다.

다음으로 상기 마이크로 니들(150)은 도 1, 6에 도시된 바와 같이, 상기 하부 몸체(120)를 관통하여 상기 다수개의 분사 노즐(114)마다 삽입되어 설치되며, 상기 분사 노즐(114)을 통하여 방사되는 방사 용액(170)을 하부로 분사하는 구성요소이다. 따라서 상기 마이크로 니들(150)은 상기 분사 노즐(114)과 동일한 개수로 구성되며, 상기 분사 노즐(114)에 억지끼움 방식으로 삽입되어 설치된다. 따라서 상기 분사 노즐(114)은 상기 마이크로 분사노즐의 외경과 동일한 크기로 형성된다.

이때 상기 마이크로 니들(150)의 상단은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼 공간(B) 내로 노출된 상태를 가지는 것이, 방사 용액(170)의 안정적인 방사를 위하여 바람직하다.

100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유 제조장치
110 : 노즐부 120 : 하부 몸체
130 : 상부 몸체 140 : 방사용액 공급부
150 : 마이크로 니들 160 : 밀폐 부재
170 : 방사 용액 180 : 체결 볼트

Claims

엔지니어링 플라스틱으로 이루어지며, 외부에서 공급되는 방사 용액을 다수개의 분사 노즐을 통하여 하측으로 방사하는 노즐부;
금속으로 이루어지며, 상기 노즐부의 하부를 밀착된 상태로 감싸는 하부 몸체;
금속으로 이루어지며, 상기 노즐부를 사이에 두고 상기 하부 몸체와 체결되어 상기 노즐부의 상부를 밀착된 상태로 감싸는 상부 몸체;
상기 상부 몸체를 관통하여 상기 노즐부에 방사 용액을 공급하는 방사 용액 공급부;
상기 하부 몸체를 관통하여 상기 다수개의 분사 노즐마다 삽입되어 설치되며, 상기 분사 노즐을 통하여 방사되는 방사 용액을 하부로 분사하는 마이크로 니들;을 포함하는 나노섬유 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐부는,
상기 노즐부의 상면에서 하측으로 음각되어 형성되며, 상기 방사 용액 공급부에 의하여 공급되는 방사 용액이 채워지는 하측 버퍼 공간 형성부;
상기 하측 버퍼 공간 형성부의 하부 중앙에서 상기 노즐부를 관통하여 일렬로 다수개가 형성되는 분사 노즐;을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐부는,
아세탈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 하측 버퍼 공간 형성부는,
단면 형상이 반원 형상인 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
제2항에 있어서, 상기 하부 몸체는,
상기 노즐부의 하부가 수용되는 노즐 수용부;
상기 상부 몸체와 밀착되어 체결되는 제1 체결부;
상기 분사 노즐에 대응되는 위치마다 상기 하부 몸체를 관통하여 형성되는 다수개의 니들 통과홀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
제5항에 있어서, 상기 하부 몸체는,
알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
제5항에 있어서, 상기 상부 몸체는,
상기 상부 몸체의 하면을 상측으로 음각하여 형성되며, 상기 하측 버퍼 공간 형성부와 대칭되는 공간을 형성하는 상측 버퍼 공간 형성부;
상기 하부 몸체와 밀착되어 체결되는 제2 체결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
제7항에 있어서,
상기 제2 체결부에는 음각되어 밀폐부재 설치홈이 더 형성되고,
상기 하부 체결부와 상부 체결부 사이에는 상기 밀폐부재 설치홈에 삽입된 상태로 설치되어 상기 상부 몸체와 하부 몸체 사이를 밀폐시키는 밀폐부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
제8항에 있어서, 상기 밀폐부재 설치홈은,
상기 노즐부와 상기 하부 몸체가 접촉되는 경계면을 따라 설치되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
제7항에 있어서,
상기 상부 몸체와 하부 몸체는 양측면으로 상기 노즐부의 말단이 노출되도록 상기 노즐부를 상하에서 감싸는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.