KR20210011938A - 두께 균일성이 향상된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

두께 균일성이 향상된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210011938A
KR20210011938A KR1020207033933A KR20207033933A KR20210011938A KR 20210011938 A KR20210011938 A KR 20210011938A KR 1020207033933 A KR1020207033933 A KR 1020207033933A KR 20207033933 A KR20207033933 A KR 20207033933A KR 20210011938 A KR20210011938 A KR 20210011938A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
spinning nozzle
collecting electrode
spinning
layer
guiding
Prior art date
Application number
KR1020207033933A
Other languages
English (en)
Inventor
마레크 포코르니
아델라 코치아노바
얀 클레메스
카테리나 크놋코바
마르틴 포글
블라디미르 벨레브니
Original Assignee
콘티프로 에이.에스.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 콘티프로 에이.에스. filed Critical 콘티프로 에이.에스.
Publication of KR20210011938A publication Critical patent/KR20210011938A/ko

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0092—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the electrical field, e.g. combined with a magnetic fields, using biased or alternating fields
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0069—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the spinning section, e.g. capillary tube, protrusion or pin
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2321/00—Fibres made from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D10B2321/06—Fibres made from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds polymers of unsaturated alcohols, e.g. polyvinyl alcohol, or of their acetals or ketals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

액체 재료(3)를 방사하여 두께 균일성이 향상된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치로서, 상기 장치는: - 수집 전극(6), - 방사 될 액체 재료(3)를 분배하기 위한 방사 노즐(1), - 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)와 마주하는 영역에서 상기 수집 전극(6) 및/또는 베이스 스트립(5)이 상기 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)로부터 이격되는 방향(MD)으로 이동하도록 상기 수집 전극(6)을 안내하기 위한 및/또는 상기 수집 전극(6)을 따라 또는 이것에 인접하여 상기 베이스 스트립(5)를 안내하기 위한 어셈블리, - 상기 수집 전극(6)과 상기 방사 노즐(1) 사이에 10 내지 150 kV의 전압을 생성하기 위한 전원을 포함하고, - 상기 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)에서 액체 재료(3)의 표면 상에 섬유(4)가 형성되는 지점의 위치를 불안정하게 하기 위해 액체 표면을 따라 이동하는 적어도 하나의 본체(2)를 포함한다. 두께 균일성이 향상된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층은 정전기장 내에서 액체 재료(3)를 방사함으로써 제조되며, 본체(2)는 방사된 액체의 표면을 따라 이동하여 섬유가 생성되는 장소의 위치를 불안정하게 한다.

Description

두께 균일성이 향상된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치 및 방법
본 발명은 정전 방사법에 기초하여 나노파이버 구조 및/또는 마이크로파이버 구조를 갖는 층을 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 이 제조 설비 및 기술은 두께 균일성이 향상된 섬유층 및 이러한 방법을 사용하여 제조되는 품질이 향상된 재료를 얻는 목적에 맞춰진다.
여러 가지 이유로, 정전 방사법은 천연 폴리머 및 합성 폴리머를 기반으로 나노파이버 재료 및/또는 마이크로파이버 재료를 형성하기 위한 잘 알려진 세계적으로 퍼져 있는 방법이다. 주된 이유는 특정의 제품을 제조하는 데 사용되는 최종 장치의 높은 수준의 적응성, 제조되는 최종 구조의 면에서 상당한 수준의 독창성 및 대체불가능성, 뿐만 아니라 현재의 방법이 소규모 시리즈 제조에 해당하는 실험실 측정 규모로만 제한되지 않는다는 사실이 포함된다. 이는 현재의 방법의 사용을 기반으로 이러한 장치에 상당한 규모확대 가능성이 있음을 의미한다.
최종 층의 가장 중요한 정성적 특성에는 재료의 전체 치수, 베이스의 중량, 개별 섬유의 직경, 공극률, 두께, 폴리머의 화학적 특성 및 이것의 비율 등이 포함된다. 최근 몇 년 동안, 이러한 재료의 상업적 사용 범위의 증가는 제조 품질의 향상에 대한 요구를 유발하고 있다. 상기 값의 편차는 이들 파라미터의 불균일성에 의해 증명되며, 이는 각 층의 개별 지점에서 상이한 기계적 특성, 상이한 여과 능력, 상이한 첨가제 함유량 등이 검출되므로 주어진 용도와 관련하여 바람직하다. 제조된 층의 고품질 수준을 확보하기 위해, 개별 양은 섬유층 또는 최종 제품의 임의의 지점에서 좁은 허용 범위 내에 유지되어야 한다. 층의 기능적/유용성 특징에 결정적으로 영향을 미치는 파라미터는 층 두께이다. 그러나, 실제로 제조되는 재료의 전체 표면에 걸쳐 균일한 층 두께는 중요하며, 달성하기 매우 어려운 기술적 파라미터이다. 이는 정전 방사법의 근본적인 단점 중 하나이다. 본 발명에 따른 기술적 해결책은, 특히, 정전 방사법에 의해 제조된 나노파이버 재료 및/또는 마이크로파이버 재료의 두께 균일성을 목표로 한다.
제조 자체 중에, 용액, 전형적으로는 폴리머 용액(그러나, 이것에 한정되지 않음)은 정전력의 작용에 의해 하나의 전극으로부터 다른 전극으로 이동되고, 그 사이에 이동된 용액 내에 함유된 용매(또는 용매 시스템)는 빠르게 증발한다. 강한 정전기장을 생성하는 2 개의 전극 사이의 용액의 이동은 각각의 공간 내에서 분산되어 랜덤하게 발생된다. 이는 특히 수집 전극에의 개별 섬유의 제어되지 않은 퇴적, 이들 섬유의 램덤한 분포, 및 제조 중에 그 표면 전체에 걸쳐 불균일한 두께를 갖는 층의 형성을 초래한다. 이는 또한 층의 미세구조가 섬유가 아닌 입자 또는 분말로 이루어지는 일렉트로스프레이법을 사용하여 형성되는 층에도 적용된다.
용액에 함유된 용매가 빠르게 증발하는 정전 방사 프로세스의 과정에서, 용액은 특히 소위 카오스 상(chaotic phase)을 겪고, 응고하는 용액에 의해 형성된 광선은 매우 복잡한 그리고 대부분 랜덤한 궤적을 따라 이동하여 수십 나노미터에서 수십 마이크로미터의 고체 섬유 형태를 취하여 수집 전극에 충돌한다. 폴리머 용액으로부터 형성되고, 대응하는 수집 전극의 표면 상이나 베이스 재료의 표면 상에 퇴적되는 섬유의 분포의 무작위성(randomness)의 비율은 최종 층의 정성적 특징들 중 하나인 것으로 생각된다. 수집 전극의 표면이나 베이스 재료의 표면 상에 형성된 후에 나노파이버 층 또는 마이크로파이버 층은 장소에 따라 두께가 다르며, 이 두께는 일정한 조건 하에서 퇴적을 반복하는 경우에도 다르다.
그러나, 정전 방사 프로세스 중에 불균일성을 유발하는 많은 다른 요인들이 있다. 주로 영향을 미치는 요인에는 정전기력 라인의 대응하는 분포에 더하여 정전기장의 강도 및 형상, 정전기장의 분포를 정의하는 주전극의 전체적인 형상 및 배치, 사용된 베이스 재료의 파라미터(예를 들면, 균일성, 공극률, 기계적 특성, 유전 특성 등), 신장된 베이스 재료의 평탄성, 정전기장의 왜곡에 미치는 이전에 퇴적된 층의 영향 등이 포함된다. 불균일한 층의 형성은 또한 처리되는 용액의 파라미터에 의해(주로 용액의 전도도 및 점도, 용액 중의 용매의 함량 등에 의해), 퇴적 체임버 내부의 공기류(여기서 첨가제 공기류, 컨디셔닝 공기류 또는 정전기 와류가 관계될 수 있음)의 분포에 의해, 용액 또는 체임버의 온도 변동에 의해, 폴리머 용액의 프로포셔닝(proportioning) 프로세스의 연속성 등에 의해 유발될 수 있다.
최종적인 퇴적에 의해 2 개의 사용가능한 형태의 섬유층이 얻어질 수 있다: a) 적절하게 강하고 자립형인 나노파이버 층 또는 마이크로파이버 층이 전도성 수집 전극(콜렉터) 상에 형성된다. 이러한 층은 이 층이 전도성 전극의 표면으로부터 분리되는 것을 허용하는, 그리고 최소한의 손상 없이 다른 기재 또는 포장 재료 상으로 이동되는 것을 허용하는 기계적 특성을 갖는다; 또는 b) 베이스 재료가 바람직하게는 수집 전극에 더 가깝거나 접촉한 상태로 2 개의 전극 사이에 개재되고, 다음에 이 재료의 표면 상에 섬유층이 퇴적되고, 지지 구조로서 베이스 재료를 사용하여 후속 처리가 실시되고, 이는 최종 섬유층의 기계적 특성에 관한 요구가 전자의 경우에 비해 덜 엄격할 수 있음을 의미한다. 이에 의해, 섬유층의 취급이 용이해질 수 있고, 또한 적절히 선택된 베이스 재료는 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 포함하는 최종 제품의 불가결한 일 부품의 역할을 할 수 있다. 앞에서 언급한 접근방법은 모두 특정의 장점 및 한계를 암시한다. 제조 자체에 관련하여, 연속 프로세스(b로 지칭됨)가 더 편리해 보이며, a)를 참조하여 기술된 프로시저는 그리 적절한 것으로 생각되지 않는다. 연속 제조는 (소위 "롤 투 롤(roll-to-roll)" 기법을 사용하여) 하나의 롤로부터 풀리고 동시에 다른 롤에 감겨지는 베이스 재료 상에 나노파이버를 퇴적하는 프로세스로 이해되어야 한다.
방사 전극의 각각의 원리에는 어떤 특유의 한계가 있으며, 이로 인해 나노파이버의 제조에 사용되는 특정의 기술 플랜트의 제조 속도(kg/h)가 제한된다. 이에 따라, 주어진 재료의 폭(MW, m)에 대응하는 원하는 면적 중량(AW, kg/m2)을 얻기 위해 필요한 베이스 재료의 이동 속도(SS, m/s)도 제한된다. 섬유의 제조가 빠를수록(한계까지) 풀리는 베이스 재료의 달성가능한 속도도 빨라진다. 의존관계는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00001
동시에, 다음의 조건이 항상 충족되어야 한다:
Figure pct00002
사용된 장치(또는 이 장치의 방사 노즐)가 1 시간에 100 그램의 나노파이버 또는 마이크로파이버를 생성할 수 있다고, 그리고 동시에 폭이 1 미터인 기재 상에 1 g/m2의 면적 중량을 갖는 퇴적을 생성해야 한다고 가정하면, 기재가 풀리는 속도는 조건 (2)에 따라 100 m/h보다 클 수 없다. 약 100 nm의 작은 직경을 갖는 섬유에 관한 한, 위에서 언급된 추정 생산량은 매우 과대평가되어 있고, 층의 면적 중량은 매우 낮을 것임에 주의해야 한다. 그럼에도 불구하고, 후자의 예는, 정전 방사법이 "롤 투 롤" 기법과 관련하여 사용되는 경우에, 풀리는 베이스 재료의 속도의 한계를 어느 정도까지 고려할 수 있는지를 나타낸다.
그럼에도 불구하고, 본 발명의 요약과 관련하여 언급한 바와 같이, 사용되는 베이스 재료를 푸는 속도는 퇴적되는 층의 두께의 향상된 평탄성을 얻는다는 관점에서 중요한 파라미터를 제시한다. 따라서, 이 양을 과임계 수준을 넘는 양으로 증가시키려는 시도가 행해진다. 그러나, 이는 관련된 모든 프로세스에서 가능하지 않을 수 있으며, 이는 요구되는 높은 면적 중량의 값과 부적절한 섬유 제조 속도가 원인이다. 이러한 관점에서 "롤 투 롤" 기술은 품질이 좋지 않은 또는 두께가 불균일한 층을 생성하므로 최종적인 효과에서 불리할 수 있다.
관점 b)를 참조하여 설명한 접근법의 다른 단점은 베이스 재료가 정전 방사 프로세스가 실행되는 주전극들 사이의 공간 내에 삽입되어야 한다는 것이다. 베이스 재료의 삽입은 항상 정전기장 및 방사 프로세스 자체의 양자를 방해한다. 따라서, 이 프로세스는 정전기장의 감쇄로 인해 생산성이 낮아지고, 안정성이 낮을 수 있다. 사용되는 베이스 재료의 선택은 정전 방사법을 사용하는 제조의 기술적 측면에 관련한 특정 기준의 충족에, 그리고 동시에 최종 복합 재료, 즉 베이스 재료 상에 퇴적된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층이 사용되는 특정의 용도에 관련된 특정 기준의 충족에 기초해야 한다. 현재의 개발의 노력과 목적은 사용되는 베이스 재료의 특성에 무관하게 충분한 품질을 갖는 원하는 나노파이버 층 또는 마이크로파이버 층의 제조를 가능하게 하는 기술적 프로세스를 얻는 것이다. 다시 말하면, 퇴적된 층의 품질의 관점 및 제조 속도의 관점의 양 관점에서 각각의 베이스 재료의 파라미터에 직접적으로 의존하지 않는 제조 기술을 제공하는 것이 바람직하다.
미세 조정될 프로세스 파라미터와 관련하여, 균일성은 2 개의 상이한 방향으로, 즉 횡방향(CD로 약칭) 및 기계 방향(MD로 약칭)으로 고려되어야 한다. 방향 MD는 각각의 베이스 재료가 이동하는 전체 제조 라인의 주방향에 의해 정의된다. 다양한 장치로 측정한 결과에 따르면, 최종 섬유층은, 측정이 방향 CD으로 수행되었는지 또는 방향 MD으로 수행되었는지의 여부에 무관하게, 통상적으로 10 내지 40% 이상의 면적 전체의 두께 편차를 갖는다. 그러나, 이러한 값은 많은 용도에서 허용되지 않는다. 이러한 섬유층을 공기 여과, 액체 여과, 의약, 화장품 등과 같은 다양한 분야에서 산업적으로 사용하기 위해서는, 층의 두께 균일성의 뚜렷한 향상을 달성하는 충분한 정도로, 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 퇴적하는 기술적 프로세스를 개선할 필요가 있다. 상기 이유에서뿐만 아니라 상기 프로세스의 개선은 바람직하다. 추가적 이유는 이러한 층이 검증된 제조 프로세스에 의해 활성 물질의 균일한 분포가 보장되어야 하는 화합물 재료 또는 활성 물질의 담체의 성분으로서 사용가능해야 한다는 것이다.
정전 방사법을 사용하는 그리고 파일럿 플랜트 또는 처리 플랜트에서 사용되는 장치를 작동시키는 경우, 가능한 한 최고의 생산성을 달성하는 것이 항상 바람직하다. 이것은, 주로, 사용되는 방사 전극의 수를 증가시킴으로써, 즉 모세관 니들 또는 소위 니들리스(needleless)/표면 노즐의 형태의 다수의 노즐을 포함하는 전극을 사용함으로써 실현된다. 그러나, 개별 비행 광선들 사이의 상호작용에 의해 유발되는 반발 정전력은 형성되는 층의 무작위성의 비율을 증가시킨다. 이러한 힘은 섬유의 안정된 제조를 보장하는데 필수적인 정전기장(30,000 내지 150,000 V와 같은 매우 높은 전압을 인가함으로써 생성됨)의 강도에 비례하여 증가한다. 최종 효과에서 이러한 반발력의 존재는 최종 층의 품질을 저하시키고, 균일한 평면 분포로부터의 편차를 확대시킨다. 이는 정전 방사법을 사용하여 나노파이버 재료 및/또는 마이크로파이버 재료를 제조할 때 보다 높은 효율 수준 및 보다 큰 체적을 얻기 위한 노력이 - 주로 특정 용도의 요구사항에 관하여 특정된 베이스 재료의 특성에 따른 연속 제조 프로세스의 선택과 조합하여 - 평면의 다양한 지점에서 검출된 일관성이 없는 두께 값을 갖는 저품질의 형성을 초래함을 의미한다.
이러한 관점에서, 위의 설명으로부터 나노파이버 층을 제조하기 위한 장치는 방사 전극 및 컬렉터(즉, 수집 전극)을 포함하게 된다. 방사 전극은 통상적으로 여러(수십) 개의 가는 니들로 구성되거나 고전압 또는 초고전압 전원에의 전기적 접촉을 보장하여 방사 용액을 섬유층의 형성 중에 적절히 배치(batch) 처리할 수 있게 하는 상이한 니들리스 원리에 기초한다. 컬렉터는 고전압 전원의 각각의 반대 전위에 접속된다. 이러한 전극의 근처에서, 폭이 수십 센티미터 내지 수십 미터인 베이스 재료가 풀리며, 이 풀림 프로세스는 대부분 "롤 투 롤" 기술을 기반으로 한다. 일부의 실시형태에서, 방사 노즐은 풀려진 베이스 재료의 전체 표면이 퇴적되는 섬유에 의해 확실히 피복되도록 및/또는 (특히 니들형 방사 전극이 사용되는 경우에) 퇴적되는 층의 두께 균일성이 증가하도록 이동된다. 일반적으로, 퇴적층의 두께 불균일성은 보조 전극, 가동형 방사 노즐(US20020084178A1 참조) 및/또는 전기 절연 재료에 의해 감소되며, 후자의 기능은 방사 노즐과 수집 전극(US20160361270A1 참조) 사이에서 생성되는 정전기장의 균일화에 달려있다. 보조 전극 또는 절연 재료의 사용을 기반으로 하는 기술적 해결책의 주요 단점은 전기 전도도를 포함하는 방사될 재료의 프로세스 파라미터와 같은 특정 프로세스 파라미터에 상당히 의존하는 것이다. 용액의 파라미터를 변경하면 위에서 언급한 조치의 효과에 현저한 영향을 준다. 따라서, 이러한 조치를 조정하고, 특정의 조건에 따라 조치를 조절해야 하는 경우가 종종 있다. 이러한 실시형태는 충분히 다용도이며 견고한, 그리고 처리된 액체 폴리머 물질의 파라미터에 의해 또는 사용된 베이스 재료의 특성에 의해 영향을 받지 않는 어떠한 기술적 해결책도 제공하지 않는다.
제조되고 있는 섬유층의 두께 불균일성의 감소는 방사 전극이 연속적으로 전후로 이동함으로써 달성될 수 있다. 불균일성의 정도는 방사 노즐과 수집 전극 사이에서 이동하는 보조체의 작용에 의해 감소될 수도 있다. 이것은 이러한 종류의 모든 움직임이 정전기장의 분포를 불안정하게 만들고, 정전기장의 분포는 시간 변화하는 (동적인) 것이기 때문이다. 그러면, 이러한 정전기장의 역선(line of force)은 퇴적된 층을 보다 균일하게 만드는데 기여할 수 있다. 전술한 방식으로 동적으로 집속되는 경우, 이러한 정전기장은 두께 불균일성을 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 문서 US2011223330A1에 기재된 기술적 해결책은 커버를 구비하고 방사될 액체 재료를 수용한 용기에 관한 것이다. 커버 상에 또는 커버와 수집 전극 사이에서 무한 체인이 방향 CD로 안내되며, 상기 체인은 커버 아래에서 방사된 액체 내에 침지된다. 전술한 기술적 해결책은 불안정한 정전기장의 유리한 영향으로 인해 불균일성의 정도를 줄일 수 있으나, 여전히 많은 다른 단점을 암시하고 있다. 이러한 단점에는 단위 시간 당 비례하는 방사 용액의 양(또는 비례 용기의 통과)의 제어 불량, 사용되는 비례 용기의 특성에 의해 제한되는 방사 용액의 크기 및 체적, 방사되기 전에 체인 표면 상의 폴리머 용액의 건조 - 그러면 상기 체인은 방사 프로세스의 유효성과 새로 퇴적되는 용액의 양의 양자를 감소시키는 전기 절연체의 역할을 함 -, 와이어형 전극과 웨팅 바디(wetting body)의 오리피스의 높은 수준의 동축 배열의 정확도 등이 포함된다. 더욱이, 이러한 방사 전극을 사용하는 제조의 속도는 "롤 투 롤" 기술을 사용하는 경우에 식 (2)에 언급된 조건을 충족시키기에 충분하지 않을 수 있다.
현재, 나노파이버 층 또는 마이크로파이버 층의 제조에 사용되는 파일럿 플랜트나 처리 플랜트는 새로운 섬유층을 퇴적하기 위한 기재로서 사용되는 서서히 풀리는 베이스 재료를 구비한 시스템을 기반으로 한다. 압도적 다수의 용도에서, 새로이 퇴적된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 구비한 베이스 재료가 각각의 최종 제품을 직접 얻기 위해 유리하게 이용된다. 따라서, 적절한 베이스 재료는 기술적 요구사항(즉, 이것은 제조 속도의 제한 및 퇴적된 층의 품질의 저하를 유발해서는 안됨) 및 용도 요구사항(즉, 이것은 최종 나노파이버 재료 또는 마이크로파이버 재료의 활용 범위를 제한해서는 안됨)의 두 요구사항을 충족시켜야 한다. 따라서, 베이스 재료의 파라미터는, 무엇보다도, 다음의 기술적 요구사항을 충족해야 한다: (예를 들면, 감겨진 롤의 형태에서) 베이스 재료의 길이방향 및 폭방향의 적절한 치수, 균일한 구조, 적절한 강도, 낮은 탄성, 주름 방지, 의도된 흡수, 평활성, 평평하거나 윤곽이 있는 표면, 낮은 면적 중량 (통상적으로 30 g/m2 미만), 높은 투과성을 충족해야 한다. 다른 유리한 특성은 전기 전도도이다
베이스 재료의 적용 특성은 특정 목적에 따라 다르다. 예를 들면, 화장품이나 의약의 분야에서는 다음의 추가 요구조건이 있다: 인간의 건강에 무해성, 전체적인 생물학적 호환성, 중금속을 포함한 독성 및 알레르겐 물질의 임계치 이하의 함량, 제품이 자극성이 있어서는 안된다는 것 등. 제약 용도에서는 특히 높은 품질 수준, 주로 5 내지 10% 범위의 최대 편차를 갖는 높은 균일성을 요구한다(이것은 포함될 가능성이 있는 활성/치료 물질의 균일성에도 동등하게 적용된다). 이러한 재료는 검증된 산업 프로세스에서 제조되어야 한다. 입수가능한 정보에 따르면, 현재 정전 방사 원리를 기반으로 하는 기술은 없다. 상기 요구사항의 리스트는 특정 용도를 위한 적절한 베이스 재료의 선택이 상당히 제한됨을 의미한다. 현재, 다음의 그룹에 속하는 합성 또는 천연 물질로 제조된 베이스 재료가 주로 사용된다: 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 비스코스, 셀룰로오스, 면 등. 이러한 베이스 재료로 제조된 평면층은 직조, 편직 또는 스펀본드(spunbond)/멜트블로운(부직포가 관련되는 경우)과 같은 알려진 기술을 사용하여 처리된다. 이러한 층은 또한 천공된 포일, 종이 시트 등의 형태를 취할 수도 있다.
그럼에도 불구하고, 모든 용도는 재료의 특성 및 그 기능의 둘 모두에 관하여 특정의 요구사항이 있으므로 베이스 재료의 제조 중에 기술적 기준 및 용도 기준을 모두 준수하는 것은 매우 어렵다. (특정 용도에 의해 지정되거나 고객에 의해 선택되는) 새로운 기재 상에 퇴적된 섬유층을 제조하려면 완전한 기술 플랜트의 프로세스 파라미터를 최적화하기 위해 항상 긴 프로세스를 사용할 필요가 있다. 전술한 문제의 존재로 인해 제조업체는 고객의 요구사항에 신속하게 대응할 수 없고, 품질이 낮은 섬유 재료가 종종 제조되며, 나노파이버 재료 및/또는 마이크로파이버 재료를 제조하기 위한 새로운 방법의 원하는 실제 적용 범위가 아직 달성되어 있지 않다. 진행 중인 개발의 목표는 사용되는 베이스 재료의 특성을 무시하고 동일한 속도로 그리고 동일한 최종 품질로 나노파이버 층 또는 마이크로파이버 층을 제조할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 정전 방사법을 수행하기 위한 장치의 새로운 기술적 배치 및 수정을 제공하는 것이다. 이러한 수정은 적어도 50 cm의 폭을 갖는 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층의 연속 제조에서 베이스 재료의 사용가능한 표면 상에서 5% 미만의 두께 편차를 달성할 수 있도록 해야 하며, 이러한 층은 기술적 수준뿐만 아니라 본질적인 용도 수준을 충족하는 베이스 재료 상에 퇴적될 수 있다.
다수의 기술적 및 용도적 요구사항의 대상인 베이스 재료 상에 퇴적되는 나노파이버 구조화 층 및/또는 마이크로파이버 구조화 층의 형성에 사용되는 현대의 기술적 해결책의 결점 및 문제로 인해, (특히 면적 분포의 균일성에 관련한 중요한 파라미터에 관하여) 저품질의 제품이 얻어진다. 이러한 결점 및 문제는 두께 균일성이 향상된 나노파이버 구조화 재료 또는 마이크로파이버 구조화 재료를 퇴적하기 위해 시간 및 공간에 따라 변하는 정전기장(즉, 동적 정전기장)을 사용하는 것에 기초한 본 발명에 따른 기술적 해결책에 의해 제한되거나 심지어 제거될 수 있고, 베이스 재료 상에 배치된 이러한 섬유층은 각각의 적용 요구사항을 충족시킨다.
따라서, 액체 재료(3)를 방사하여 두께 균일성이 향상된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치는, 본 발명에 따라, 다음을 포함한다:
- 수집 전극,
- 방사될 액체 재료를 분배하기 위한 방사 노즐 - 방사 노즐은 수집 전극과 마주하는 적어도 하나의 출구 오리피스를 구비함 -,
- 방사 노즐의 출구 오리피스와 마주하는 영역에서 수집 전극 및/또는 베이스 스트립이 방사 노즐의 출구 오리피스로부터 이격되는 방향(MD)으로 이동하도록 수집 전극을 안내하기 위한 및/또는 수집 전극을 따라 또는 이것에 인접하여 베이스 스트립을 안내하기 위한 어셈블리,
- 방사 노즐의 출구 오리피스와 마주하는 영역에서 수집 전극 및/또는 베이스 스트립이 방사 노즐의 출구 오리피스로부터 이격되는 방향(MD)으로 이동하도록 수집 전극을 안내하기 위한 및/또는 수집 전극을 따라 또는 이것에 인접하여 베이스 스트립을 안내하기 위한 어셈블리,
- 방사 노즐의 출구 오리피스에서 액체 재료의 표면 상에 섬유가 형성되는 지점의 위치를 불안정하게 하기 위한 적어도 하나의 본체, 및
- 방사 노즐의 출구 오리피스 또는 출구 오리피스들을 따라 본체를 반복적으로 안내하기 위한 어셈블리.
바람직한 실시형태에 따르면, 수집 전극은 0.1 내지 100,000 옴/스퀘어, 특히 10 내지 1,000 옴/스퀘어 범위의 표면 저항을 갖는 포일의 형태를 갖는다.
바람직하게는, 방사 노즐의 출구 오리피스 또는 출구 오리피스들을 따라 본체를 반복적으로 안내하기 위한 어셈블리는 구동 유닛, 및 바람직하게는 0 내지 50 mm, 보다 바람직하게는 0 내지 15 mm, 가장 바람직하게는 0 내지 5 mm의 범위로 방사 노즐의 연부로부터 거리를 두고 출구 오리피스 또는 출구 오리피스들을 포함하는 방사 노즐의 연부에 평행하게 연장하는 궤적을 따라 본체를 안내하기 위한 요소를 포함한다.
수집 전극을 안내하기 위한 및/또는 베이스 스트립을 안내하기 위한 어셈블리는, 방사 노즐의 출구 오리피스 또는 출구 오리피스들과 마주하는 적어도 영역에서, 18 m/h 이상의 속도, 바람직하게는 50 m/h 이상의 속도, 특히 60 m/h 이상의 속도로, 수집 전극을 안내하도록 및/또는 베이스 스트립을 안내하도록 구성된 구동 유닛을 포함하는 경우에 유리하다.
특히 바람직한 실시형태에 따르면, 방사 노즐의 출구 오리피스 또는 복수의 출구 오리피스를 따라 왕복식으로 본체를 안내하기 위한 어셈블리는 본체를 위한 공압 구동 유닛을 포함하고, 및/또는 본체의 적어도 하나의 이동 범위에서 그 위치를 스캐닝하기 위한 적어도 하나의 광 센서를 더 포함한다.
액체 재료를 방사하여 두께 균일성이 향상된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 방법은, 본 발명에 따라, 다음의 단계를 포함한다:
- 수집 전극 및 방사 노즐을 준비하는 단계 - 방사 노즐은 수집 전극과 마주하는 적어도 하나의 출구 오리피스, 및 수집 전극을 안내하기 위한 및/또는 수집 전극을 따라 또는 수집 전극에 인접하여 베이스 스트립을 안내하기 위한 어셈블리를 구비함 -,
- 방사될 액체 재료를 방사 노즐 내에 공급하는 단계,
- 나노파이버 및/또는 마이크로파이버의 형성을 가능하게 하기 위해 방사 노즐과 수집 전극 사이에 10 내지 150 kV 범위의 전압을 생성하는 단계 - 수집 전극 및/또는 베이스 스트립은 방향(MD)으로 안내되어 방사 노즐의 출구 오리피스로부터 이격됨 -,
- 방사 노즐의 출구 오리피스 또는 출구 오리피스들을 따라 그리고 액체 재료의 표면을 따라 본체를 반복적으로 안내하여 출구 오리피스 또는 출구 오리피스들 내에 공급되는 액체 재료의 표면 상에서 섬유가 형성되는 지점의 위치를 반복적으로 변위시키는 단계.
본체는 10 초에 1 회 이상, 바람직하게는 5 초에 1 회 이상 출구 오리피스를 따라 안내된다.
바람직하게는, 베이스 스트립은 18 m/h 이상의 속도, 바람직하게는 50 m/h 이상의 속도, 특히 60 m/h 이상의 속도로 수집 전극과 방사 노즐의 출구 오리피스 사이에서 안내된다.
방사 노즐 내에 공급되는 방사될 액체는 히알루론산, 폴리에틸렌 산화물, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 콜라겐, 젤라틴, 키틴, 키토산, 헤파린, 이눌린, 피브린, 피브리노겐, 플루란, 리그닌, 전분, 한천, 알기네이트, 덱스트란, 글리코겐, 베타-글루칸, 콘드리오틴 셀페이트, 셀룰로오스, 폴리카프로락톤, 락트산 및 글리콜산의 폴리머 및 코폴리머, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 나일론 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 방사가능한 폴리머 물질을 함유하는 균질 또는 비균질 혼합물이다.
수집 전극 및/또는 베이스 스트립은 바람직하게는 무한 스트립을 형성한다.
본 발명에 따른 방법 및 장치를 사용하는 나노파이버 재료 및/또는 마이크로파이버 재료의 제조는 위에서 언급한 기술적 프로시저, 섬유층 및 제품의 정성적인 결점을 다음과 같이 제거한다.
폴리머 용액이 니들리스 노즐(또는 니들리스 노즐의 어레이) 내에 주입되고, 노즐의 출구에서 폴리머 용액은 자유 용액 수준을 형성한다. 전술한 니들리스 노즐은 각각의 방사 전극을 형성한다. 유리하게는, 문서 CZ304097에 기술된 니들리스 노즐을 사용할 수 있다. 대상의 유형의 니들리스 노즐은 서로 인접하는 적어도 한 쌍의 플레이트를 포함하며, 이들 플레이트 중 적어도 하나에는 다른 플레이트에 마주하는 면 상에 배치된 그루브의 어레이가 구비된다. 방사될 용액의 공급은 개별 그루브의 입구 단부에 개방된다. 슬롯의 출구 단부는 각각의 플레이트의 횡방향 연부에 위치하며, 상기 플레이트의 횡방향 (출구) 연부는 공급되는 용액의 분포를 용이하게 하는 그루브를 형성한다. 용액은 노즐의 오리피스를 통해 대응하는 출구 연부 상으로 배출되며, 여기서 용액은 자유롭게 확산되어 각각의 오리피스의 입구 부분 상에 개별 액적을 형성한다. 이 액적은 합쳐져서 노즐의 길이방향으로 연장하는 하나의 연속 표면을 형성할 수도 있다. 유리하게는, 노즐은 그 출구 연부가 상방을 향하도록 배치된다. 이 구성에 의해, 형성된 섬유는 실질적으로 수직 상방으로 안내되어 베이스 스트립 상에 퇴적된다. 그럼에도 불구하고, 수직으로 대향하는 구성이나 아니면 경사진 구성과 같은 노즐의 다른 구성도 생각할 수 있다.
대안적인 실시형태에서, 개구 노즐이 사용될 수 있고, 방사될 용액은 적절하게 세장형인 개구 내에 공급된다. 이 개구는 수집 전극을 향해 개방되어 있다(그 세장형 출구 오리피스가 마주하고 있다)
또 하나의 실시형태에서, 탱크의 형태를 갖는 노즐이 사용될 수 있고, 이 노즐 내에 방사될 용액이 공급되고, 오리피스, 즉 탱크의 상부 연부는 수집 전극과 마주한다.
일반적으로, 액체 재료의 표면의 액위는 대향하는 전극(즉, 퇴적되는 층을 위한 수집 전극으로서 작용하는 전극)과 마주하는 (부근에 배치되어 있는) 방사 노즐의 연부의 수준에 대응한다.
수집 전극 및/또는 베이스 스트립(존재하는 경우)은 노즐의 출구 개구와 수집 전극 및/또는 베이스 스트립 사이의 간격이 바람직하게는 8 내지 30 cm, 보다 바람직하게는 12 내지 26 cm, 가장 바람직하게는 14 내지 20 cm가 되도록 배치된다.
강한 정전기장에 의해 생성된 힘의 작용으로 인해, 방사되는 폴리머 용액의 자유 표면 상에 (또는 노즐의 출구 연부 상에 형성되는 액적의 자유 표면 상에) 일련의 테일러 원뿔(Taylor cone)이 형성되며, 이러한 테일러 원뿔은 대향하는 수집 전극을 향해 용액이 분출되는 동안에 섬유의 형성이 이루어지는 장소에 해당한다. 대응하는 광선이 날아가서 점차로 고화하는 공간의 경계(엔빌로프(envelope))는 단순화된 접근법에 따르면 회전 원뿔을 구성한다. 전술한 가상의 회전 원뿔의 베이스는 섬유가 퇴적되는 표면을 형성하며, 층의 두께는 중점으로부터 횡방향 연부를 향하는 방향으로 감소한다. 그럼에도 불구하고, 방사 전극 상에 섬유가 형성되는 테일러 원뿔의 위치는 대략 동등한 지점에 고정된다. 이는 이러한 고정된 테일러 원뿔의 위치를 정확하게 반영하는 층의 형성으로 이어진다. 형성되는 층의 균일한 분포를 얻기 위해, 개별 테일러 원뿔의 위치의 계속적인 변화가 니들리스 전극의 전체를 따라 폴리머 용액의 자유 표면의 전체에 걸쳐 확보되어야 한다. 섬유가 형성되고 있는 지점의 두 위치의 이러한 계속적인 변화는 가상의 회전 원뿔의 축선의 위치의 계속적인 변화와 함께 동적 프로세스의 개시를 유발하고, 상기 프로세스에 의해 베이스 재료를 피복하는 나노파이버 또는 마이크로파이버의 더 균일한 층이 얻어질 수 있다. 다음의 2 가지 측면은 적절한 동적 프로세스가 개시되는 것을 가능하게 하는 데 매우 중요하다:
테일러 원뿔, 즉, 방사 전극 상에 섬유가 형성되는 장소는 전기 전도성 또는 비전도성 재료로 제조된 (원형, 직사각형, 정사각형 또는 이와 유사한 단면을 가진) 기계적 가동 본체에 의해 불안정화된다. 이러한 본체는 방사 전극의 전체 길이를 따라 폴리머 용액의 자유 표면의 위나 아래에서 이 자유 표면을 주기적으로 통과하여 개별 테일러 원뿔의 위치를 순차적으로 불안정화시킨다.
본체는 방사가능한 용액의 표면을 통과하며, 본체와 상기 표면 사이의 최대 거리는 50 mm, 보다 바람직하게는 20 mm, 가장 바람직하게는 5 mm이고, 또는 방사가능한 용액의 표면 하에서 본체와 상기 표면 사이의 최대 거리는 후자의 경우에 5 mm이다. 예를 들면, 방사 전극 위를 그 출구 오리피스의 연부를 따라 이동하는 본체는 공급되는 방사 용액의 표면 아래의 영역 내로 돌출할 수 있고, 그러나 본체와 표면 사이의 최대 거리는 50 mm이다. 유리하게는, 본체는 출구 오리피스의 길이방향 축선의 방향에서 전후로 진행한다. 그럼에도 불구하고, 이것은 출구 오리피스를 단일 방향으로 통과하고, 출구 오리피스 외부 영역을 가로질러 복귀하도록 이동할 수도 있다. 더욱이, 하나를 초과하는 본체가 설치될 수 있고, 개별 본체는 출구 오리피스/방사될 용액의 표면 위로 이동하고, 특정의 상호 간격을 갖는다. 유리하게는, 액체 재료의 레벨의 평면/슬롯 또는 터브의 출구 오리피스의 평면 또는 출구 채널 연부의 평면에의 정투영(orthogonal projection)으로 보았을 때 오리피스 내로 연장되는 본체의 그 부분은 본체의 이동 방향에 수직인 방향의 폭을 가지며, 상기 폭은 출구 오리피스의 폭의 70% 이상에 대응하며, 바람직하게는 80%를 넘는다.
이는 주기적 프로세스가 실행되고, 그 동안에 각각의 테일러 원뿔은 본체의 각각의 통과 후에 짧은 기간 동안 존재하는 것을 중단하고, 그 후에 새로운 원뿔이 방사 전극 상에 퇴적되는 폴리머 용액의 표면 상의 동일한 장소에서 또는 다른 장소에서 나타남을 의미한다. 이는 본체의 개개의 통과 중에 그리고 퇴적 프로세스의 전체를 통해 반복적으로 일어난다. 유리한 실시형태에서, 본 장치에 합체된 방사 노즐의 길이방향의 치수는 베이스 재료의 풀리는 방향에 대해 횡방향으로 배향되며, 이는 방향 CD는 방사 전극의 장변 측의 축선에 평행하고, 풀리고 있는 베이스 재료의 방향 MD에 수직임을 의미한다.
처리되는 재료의 퇴적을 퇴적을 가능하게 하는 수집 전극의 역할을 하는 대향 전극은 각자의 전위, 즉 방사 노즐의 전위의 반대 전위에 접속된 고체의 매끈한 평면의 전기 전도성 표면에 의해 형성된다. 유리한 실시형태에서, 전술한 표면은 0.1 내지 100,000 옴/스퀘어, 보다 바람직하게는 1 내지 10,000 옴/스퀘어, 가장 바람직하게는 10 내지 1,000 옴/스퀘어 범위의 표면 저항값에 해당하는 감소된 전기 전도도를 갖는 베이스 재료에 의해 형성된다. 나노파이버 및/또는 마이크로파이버로 구성된 새로운 층이 퇴적될 베이스 재료는 전술한 전도성 표면에 인접하여 배치되거나, 대안적으로는 전술한 전도성 표면에 접촉한다. 유리한 실시형태에서, 전도성 표면은 베이스 재료와 동일한 방향으로 그리고 동일한 속도로 이동하며, 풀리는 속도는 30 cm/min(18 m/h)보다 빠르고, 바람직하게는 100 cm/min(60 m/h)보다 빠르다.
수집 전극은 전기 전도성 재료(예를 들면, 전기 전도성 표면 층, 전기 전도성 포일, 등) 또는 전기 전도도가 감소된 재료로 구성된다. 베이스 재료는 수집 전극을 구성하는 재료의 표면에 부착되거나 그것에 인접하여 배치되며, 바람직하게는 두 재료 모두 필요한 속도로 풀린다. 이는 a) 푸는 롤러와 감는 롤러에 의해, 즉 소위 "롤 투 롤" 기술을 사용하여 하나의 롤로부터 다른 롤로 동시에, 또는 b) 소위 회전하는 무한 스트립을 구동하는 메커니즘에 의해 동시에, 또는 c) 전술한 두 메커니즘의 조합에 의해 일어나며, 베이스 재료는 하나의 롤로부터 풀려서 다른 롤에 감기며, 무한 스트립의 형태를 취하는 전도성 재료가 회전 구동되어 두 재료는 동일한 속도로 이동한다.
유리한 실시형태에 따르면, 전기 전도성 전극 또는 전기 전도도가 감소된 전극은 매끈한 비흡수성 표면, 1 내지 10,000 옴/스퀘어 범위의 표면 저항값에 해당하는 전기 전도도 값 및 높은 내화학성을 갖는 포일에 의해 구성된다. 이론적 증거를 제시함이 없이, 전기 전도도 값이 감소된 매끈한 표면 특성은 정전 방사법을 사용하여 제조된 후에 퇴적되는 나노파이버 또는 마이크로파이버를 구비한 이러한 표면의 더 균일한 피복을 가능하게 한다는 것이 실험적으로 확인되었다.
유리하게는, 방사될 액체 재료는 방사가능한 폴리머 또는 이러한 폴리머의 조합 및, 임의선택적으로, 형성되는 섬유층에 직접 통합되는 하나 이상의 첨가제, 용매 시스템 및 방사 프로세스를 촉진하는 기타 물질을 함유하는 방사가능한 균질 또는 비균질 혼합물이다. 방사가능한 폴리머 물질에는, 예를 들면, 히알루론산, 폴리에틸렌 산화물, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 콜라겐, 젤라틴, 키틴, 키토산, 헤파린, 이눌린, 피브린, 피브리노겐, 플루란, 리그닌, 전분, 한천, 알기네이트, 덱스트란, 글리코겐, 베타-글루칸, 콘드리오틴 셀페이트, 셀룰로오스, 폴리카프로락톤, 락트산 및 글리콜산의 폴리머 및 코폴리머, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 나일론 및 기타 합성 또는 천연 폴리머가 포함된다.
처리된 액체 재료는 전술한 폴리머를 개별적으로 또는 2 개 이상의 폴리머의 조합으로 함유할 수 있다.
폴리머는 이들의 천연 형태 또는 임의의 적절한 유도체 형태를 취할 수 있다.
또한, 방사될 액체 폴리머 재료는 수혼화성 용매 및, 임의선택적으로, 사용된 폴리머를 위한 그리고 방사 프로세스를 촉진하는 기타 물질(비용매)(예를 들면, 계면활성제, 첨가제 전기 전도도를 향상시키기 위한 첨가제 등)을 함유할 수 있다. 액체 재료는 항알레르기제, 항생제, 항진균제, 항종양제, 항염증제, 항바이러스제, 항노내장제, 소독제 또는 진단 물질과 같은 활성 물질의 그룹에 속하는 혼합물을 더 함유할 수 있다.
위에서 언급한 프로세스에 의해, 퇴적된 나노파이버 층 또는 마이크로파이버 층의 두께 균일성이 향상될 수 있다. 이는 베이스 재료 상에 퇴적된 층의 전제 표면적에 적용된다. 또한, 위에서 설명한 층은 정전 방사 프로세스 자체를 통해서는 달성될 수 없는 높은 면적 중량의 값을 얻기 위한 목적으로 다른 층 상에 놓일 수 있거나 다른 베이스 재료 상에 걸쳐질 수 있다. 이러한 추가의 베이스 재료는 정전 방사 제조 프로세스에 대한 기술적 적합성의 필수적 기준을 반드시 충족해야 하는 것은 아니다. 대신, 후자의 재료는 생성된 섬유층 또는 이러한 층을 포함하는 제품의 최종 용도의 관점에서 적합할 수 있다. 위에서 설명한 방식으로 구현되는 정전 방사법을 기반으로 하는 전체 제조 프로세스는 용도가 훨씬 넓고, 원하는 제품을 얻는 점에서 보다 신뢰성이 높고, 보다 유연하다. 그 결과, 다양한 재료로 제조된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 기반으로 하는 고품질의 제품이 얻어질 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시형태 및 첨부한 도면을 참조하여 더 설명된다.
도 1의 (a) 내지 (d)는 본 문서에서 설명한 예시적인 구성 및 그래프를 포함하는 이러한 구성에 의해 얻어지는 결과를 개략적으로 도시한다.
도 2의 (a)는 방사된 용액의 표면 직하에서 본체를 이동시킴으로써 섬유가 형성되는 지점의 위치를 불안정하게 하는 원리를 개략적으로 도시하며, 도 2의 (b)는 방사된 용액의 표면 직상에서 본체가 이동되는 유사한 구성을 도시하며, 도 2의 (c)는 이동가능한 본체와 함께 개구형 방사 노즐을 개략적으로 도시한다.
도 3은 개략도로 출구 오리피스의 어레이를 포함하는 방사 노즐을 도시한다.
도 4는 개략도로 본 발명에 따른 장치의 예시적인 실시형태를 도시하며, 관찰 방향은 수집 전극으로부터이다.
도 5는 실시례 1을 참조하여 설명한 프로세스에서 얻어진 층의 역광 사진을 보여준다.
도 6은 실시례 2를 참조하여 설명한 프로세스에서 얻어진 층의 역광 사진을 보여준다.
도 7은 실시례 3을 참조하여 설명한 프로세스에서 얻어진 층의 역광 사진을 보여준다.
도 8은 실시례 4를 참조하여 설명한 프로세스에서 얻어진 층의 역광 사진을 보여준다.
도 9는 실시례 5를 참조하여 설명한 프로세스에서 얻어진 층의 역광 사진을 보여준다.
도 10은 실시례 6을 참조하여 설명한 프로세스에서 얻어진 층의 역광 사진을 보여준다.
도 1의 (a)는 노즐(1)로부터 나오는 재료가 정지된 베이스 스트립(5) 상에 퇴적되는 방사 프로세스를 예시하며, 도 1의 (b)는 노즐(1)로부터 나오는 재료가 임계 속도(vk)보다 높은, 따라서 임계 속도(실시례 2에 실질적으로 대응함)를 초과하는 속도로 풀리고 있는 베이스 스트립(5) 상에 퇴적되는 방사 프로세스를 예시하고, 도 1의 (c)는 노즐(1)로부터 나오는 재료가 임계 속도보다 낮은, 따라서 임계 속도 미만인 속도로 풀리고 있는 베이스 스트립(5) 상에 퇴적되는 방사 프로세스를 예시하며, 여기서 퇴적은 통합된 본체(2)(실시례 3에 실질적으로 대응함)에 의해 영향을 받으며, 도 1의 (d)는 노즐(1)로부터 나오는 재료가 임계 속도를 넘는 속도로 빠르게 풀리고 있는 베이스 스트립(5) 상에 퇴적되는 방사 프로세스를 예시하며, 여기서도 퇴적은 통합된 본체(2)(실시례 4에 실질적으로 대응함)에 의해 영향을 받는다. 도 1의 (a) 내지 (d)의 각각의 상단부에는 횡방향(CD)을 따라 얻어진 중량 프로파일의 그래프가 포함되어 있고, 중간은 베이스 재료의 표면 상에 형성된 패턴의 가능한 형상을 나타내며, 하단부는 개별 구성을 보여주며, 각각은 방향(MD)에서 볼 때 노즐(1), 베이스 스트립(5) 및 수집 전극(6)으로 구성된다. 하단부에 표시된 가상의 원뿔은 날라가는 섬유(4)가 통과할 것으로 예상되는 영역을 한정한다.
도 2의 (c)는 방사 전극을 형성하고, 프로세스 중에 형성된 섬유(4)를 퇴적시키기 위한 베이스 스트립(5)과 마주하는 출구 오리피스(10)를 갖는 개구형 방사 노즐(1)을 개략적으로 보여준다. 출구 오리피스(10)의 길이방향의 축선은 방향 MD에 수직인 방향 CD에 실질적으로 평행하게 연장되며, 전자의 방향은 출구 오리피스(10)와 마주하는 위치에서 베이스 스트립(5)의 이동 방향에 대응한다. 출구 오리피스(10)의 연부의 부근에는 본체(2)가 배치되고, 상기 본체는 각각의 출구 오리피스(10)의 길이방향으로 왕복 운동을 수행할 수 있다. 본 예시적인 실시형태에서, 출구 오리피스의 일단부로부터 타단부로의 운동 및 그 반대로의 운동이 관련되며, 본체와 출구 오리피스(10)의 각각의 연부 사이의 일정한 거리는, 예를 들면, 5 mm이다.
장치가 작동 중일 때, 방사될 액체 재료(3)의 표면의 수준이 출구 오리피스(10)의 연부의 수준에 대략 대응하도록 또는 그 연부의 직상에 또는 직하에 놓이도록 방사될 액체 재료(3)는 개구 내에 강제로 공급된다. 그 결과, 본체(2)는 액체의 표면 바로 위로 이동한다. 따라서, 형성되는 섬유(4)는 표면의 근접부에서, 즉 대향하는 수집 전극(6)을 향해 방사되는 액체 재료(3)의 분출 중에 섬유가 형성되는 지점의 근접부에서 파열된다. 이 상황은 도 2의 (b)에 도시된 것에 대응하고, 도 2의 (a)는 이동하는 본체(2)가 액체 재료의 표면 아래에 부분적으로 침지된 상황을 예시하며, 여기서 본체의 움직임은 또한 테일러 원뿔이 형성되는 지점의 위치와 간섭하거나, 경우에 따라, 후자의 원뿔을 변위시킨다.
위에서 설명한 개구형 방사 노즐(1)은, 유리하게는, 방사 노즐(1)의 출구면을 가로질러 배치된 일련의 출구 오리피스(10)를 구비한 방사 노즐(1)로 대체될 수 있고, 후자에는, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 방사 중에 쏟아질 수 있는 액체 재료(3)를 수집하기 위한 그루브(9)가 형성되어 있다. 이러한 방사 노즐의 출구 오리피스(10)의 크기는, 예를 들면, 2 x 1 mm일 수 있고, 오리피스의 수는 방사 노즐(1)의 길이 또는 그루브(9)의 길이에 따라 달라진다.
가동 본체(2)는, 예를 들면, 비전기적 단부 위치 제어 센서(공압 센서, 광학 센서, 등)을 구비한 공압 구동 메커니즘에 의해 안내될 수 있다. 적절한 예시적인 실시형태가 도 4에 도시되어 있고, 여기서 한 쌍의 상호 평행한 방사 노즐(1)이 인식될 수 있으며, 상기 노즐은 중간 결합 라인(14)에 의해 고전압 또는 초고전압 전원과 전기적으로 상호접속되어 있다. 동시에, 방사 노즐(1)은 방사될 액체 재료(3)의 공급원(13)에 유체적으로 접속된다. 또한, 도시된 실시형태는 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10) 부근에서 액체 재료(3)의 표면 상에 섬유(4)가 형성되는 지점의 위치를 불안정화하는 세장형 본체(2)를 포함한다. 가동 본체(2)의 단부들 중 하나는 제 1 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)의 배치 라인 상에서 연장되며 (또는 경우에 따라 상기 라인에 인접하며), 상기 가동 본체의 타단부는 다른 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)의 배치 라인 상에서 연장된다.
방사 노즐(1)들 사이의 중간 공간의 내부에는, 공압 구동 유닛(12)이 배치되고, 상기 공압 구동 유닛(12)은 가동 본체(2)와 접속되고, 방사 노즐(1)의 길이방향 축선에 평행한 방향으로 (즉, 일련의 방사 오리피스(10)를 따라 연장하는 방향으로) 가동 본체(2)를 안내하도록 구성되고, 상기 방향은 유리하게는 방향 CD에 해당한다. 공압 구동부(12)는 압축 공기 공급부(7)에 접속되어 있다.
예시된 장치는 또한 공압 구동 유닛(12)에 할당되고 가동 본체(2)의 근접에 관한 정보를 포함한 신호를 각각의 단부 위치에 송신하도록 구성되거나 가동 본체(2)의 왕복 운동의 방향을 변화시키기 위해 가동 본체(2)의 단부 위치에의 도달에 관한 정보를 포함한 신호를 송신하도록 구성된 제어 유닛(미도시)에 상호접속된 한 쌍의 광학 센서(16)를 포함한다.
유리하게는, 방사 노즐(1) 또는 한 쌍의 방사 노즐(1)은 출구 오리피스(10) 또는 이 출구 오리피스(10)를 통합한 연부의 길이방향의 축선의 정투영이 방향 MD에 수직하게 연장하는 (따라서, 방향 CD에 대응하는) 베이스 스트립(5)의 평면 내에 투영되도록 배치되며, 그럼에도 불구하고, 방사 노즐은 상기 투영과 방향 MD 사이에 형성된 각도가 수직이 아닌 예각이 되도록 배치될 수도 있다.
바람직하게는, 이 장치는 방향 MD로 상호 간격을 두고 배치된 2 개 이상의 방사 노즐(1)을 포함한다.
실시례 1
이 예시적인 실시형태에 따르면, 12% 폴리비닐 알코올(PVA) 용액을 방사에 의해 처리하였다. 이 용액을 총 2.4 ml/min의 속도로 방사 전극을 구성하는 한 쌍의 니들리스 방사 노즐(1) 내에 공급하였고, 이것의 장변(longer side)은 방향 CD로 연장되었다(즉, 출구 오리피스/출구 연부의 길이 방향은 방향 CD와 평행하였다). 각각의 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)의 길이는 600 mm였고, 방사 노즐들의 상호 간격은 400 mm였다(방향 MD에서 측정됨). + 45 kV의 전위를 방사 노즐(1)에 인가하였다. 이 방사 프로세스는 에어컨이 설치된 방사 체임버 내에서 이루어졌으며, 체임버 내부의 상대 습도 및 온도는 각각 20 ± 5 %RH 및 23 ± 2 ℃였다. 섬유(4)는 편직된 100% 폴리에스터 직물로 구성된 베이스 스트립(5)의 표면 상에 퇴적되었으며, 스트립과 방사 노즐(1) 사이의 거리는 18 cm였다. 위의 베이스 스트립(5)을 전기 전도도가 감소된 그리고 수집 전극(6)을 형성하는 포일에 부착하였다. -30 kV의 전위를 위 포일에 인가하였다. 다음에, 상기 두 재료를 25 ± 5 cm/min의 속도로 방향 MD로 풀고, 그 결과 총 길이가 120 cm인 소위 무한 스트립을 형성하였다. 퇴적은 총 20 분 동안 수행되었다. 도 5는 역광 사진 기법에 의해 얻어진 최종 층의 이미지를 보여준다.
실시례 2
이 예시적인 실시형태에 따르면, 12% 폴리비닐 알코올(PVA) 용액을 방사에 의해 처리하였다. 이 용액을 총 2.4 ml/min의 속도로 방사 전극을 구성하는 한 쌍의 니들리스 방사 노즐(1) 내에 공급하였고, 이것의 장변은 방향 CD로 연장되었다. 각각의 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)의 길이는 600 mm였고, 방사 노즐들의 상호 간격은 400 mm였다(방향 MD에서 측정됨). + 45 kV의 전위를 방사 노즐(1)에 인가하였다. 이 방사 프로세스는 에어컨이 설치된 방사 체임버 내에서 이루어졌으며, 체임버 내부의 상대 습도 및 온도는 각각 20 ± 5 %RH 및 23 ± 2 ℃였다. 섬유(4)는 편직된 100% 폴리에스터 직물로 구성된 베이스 스트립(5)의 표면 상에 퇴적되었으며, 스트립과 방사 노즐(1) 사이의 거리는 18 cm였다. 위의 베이스 스트립(5)을 전기 전도도가 감소된 그리고 수집 전극(6)을 형성하는 포일에 부착하였다. -30 kV의 전위를 위 포일에 인가하였다. 상기 두 재료를 100 ± 5 cm/min의 속도로 방향 MD로 풀어서 총 길이가 120 cm인 소위 무한 스트립을 형성하였다. 퇴적은 20 분 동안 수행되었다. 도 6은 역광 사진 기법에 의해 얻어진 최종 층의 이미지를 보여준다.
실시례 3
이 예시적인 실시형태에 따르면, 12% 폴리비닐 알코올(PVA) 용액을 방사에 의해 처리하였다. 이 용액을 총 2.4 ml/min의 속도로 방사 전극을 구성하는 한 쌍의 니들리스 방사 노즐(1) 내에 공급하였고, 이것의 장변은 방향 CD로 연장되었다. 각각의 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)의 길이는 600 mm였고, 방사 노즐들의 상호 간격은 400 mm였다(방향 MD에서 측정됨). 각각의 방사 노즐(1)의 상연부로부터 10 ± 5 mm의 거리를 두고, 비도전성 재료로 제조된 본체(2)를 상연부 위에서 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)의 전체 길이를 따라 계속 이동시켰고, 전체 프로세스 동안에 본체(2)의 속도는 15 ± 5 cm/s였다. + 45 kV의 전위를 방사 노즐(1)에 인가하였다. 이 방사 프로세스는 에어컨이 설치된 방사 체임버 내에서 이루어졌으며, 체임버 내부의 상대 습도 및 온도는 각각 20 ± 5 %RH 및 23 ± 2 ℃였다. 섬유(4)는 편직된 100% 직물로 구성된 베이스 스트립의 표면 상에 퇴적되었으며, 스트립과 방사 노즐(1) 사이의 거리는 18 cm였다. 위의 베이스 스트립(5)을 전기 전도도가 감소된 그리고 수집 전극(6)을 형성하는 포일에 부착하였다. -30 kV의 전위를 위 포일에 인가하였다. 상기 두 재료를 25 ± 5 cm/min의 속도로 방향 MD로 풀어서 총 길이가 120 cm인 소위 무한 스트립을 형성하였다. 퇴적은 20 분 동안 수행되었다. 도 7은 역광 사진 기법에 의해 얻어진 최종 층의 이미지를 보여준다.
실시례 4
이 예시적인 실시형태에 따르면, 12% 폴리비닐 알코올(PVA) 용액을 방사에 의해 처리하였다. 이 용액을 총 2.4 ml/min의 속도로 방사 전극을 구성하는 한 쌍의 니들리스 방사 노즐(1) 내에 공급하였고, 이것의 장변은 방향 CD로 연장되었다. 각각의 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)의 길이는 600 mm였고, 방사 노즐들의 상호 간격은 400 mm였다(방향 MD에서 측정됨). 각각의 방사 노즐(1)의 상연부로부터 10 ± 5 mm의 거리를 두고, 비도전성 재료로 제조된 본체(2)를 상연부 위에서 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)의 전체 길이를 따라 계속 이동시켰고, 전체 프로세스 동안에 본체(2)의 속도는 15 ± 5 cm/s였다. + 45 kV의 전위를 방사 노즐(1)에 인가하였다. 이 방사 프로세스는 에어컨이 설치된 방사 체임버 내에서 이루어졌으며, 체임버 내부의 상대 습도 및 온도는 각각 20 ± 5 %RH 및 23 ± 2 ℃였다. 섬유(4)는 편직된 100% 폴리에스터 직물로 구성된 베이스 스트립(5)의 표면 상에 퇴적되었으며, 스트립과 방사 노즐(1) 사이의 거리는 18 cm였다. 위의 베이스 스트립(5)을 전기 전도도가 감소된 그리고 수집 전극(6)을 형성하는 포일에 부착하였다. -30 kV의 전위를 위 포일에 인가하였다. 상기 두 재료를 100 ± 5 cm/min의 속도로 방향 MD로 풀고, 그 결과 총 길이가 120 cm인 소위 무한 스트립을 형성하였다. 퇴적은 총 20 분 동안 수행되었다. 도 8은 역광 사진 기법에 의해 얻어진 최종 층의 이미지를 보여준다.
실시례 5
예시적인 실시형태에 따르면, 수성 8% 폴리에틸렌 산화물(PEO) 용액을 방사에 의해 처리하였다. 이 용액을 3.0 ml/min의 속도로 방사 전극을 구성하는 한 쌍의 니들리스 방사 노즐(1) 내에 분배하였고, 이것의 장변은 방향 CD로 연장되었다. 각각의 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)의 길이는 600 mm였고, 방사 노즐들의 상호 간격은 400 mm였다(방향 MD에서 측정됨). 각각의 방사 노즐(1)의 상연부로부터 10 ± 5 mm의 거리를 두고, 비도전성 재료로 제조된 본체(2)를 상연부 위에서 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)의 전체 길이를 따라 계속 이동시켰고, 전체 프로세스 동안에 본체(2)의 속도는 15 ± 5 cm/s였다. + 45 kV의 전위를 방사 노즐(1)에 인가하였다. 이 방사 프로세스는 에어컨이 설치된 방사 체임버 내에서 이루어졌으며, 체임버 내부의 상대 습도 및 온도는 각각 20 ± 5 %RH 및 23 ± 2 ℃였다. 섬유(4)는 100% 편직 직물로 구성된 베이스 스트립(5)의 표면 상에 퇴적되었으며, 스트립과 방사 노즐(1) 사이의 거리는 18 cm였다. 위의 베이스 스트립(5)을 전기 전도도가 감소된 그리고 수집 전극(6)을 형성하는 포일에 부착하였다. -30 kV의 전위를 위 포일에 인가하였다. 상기 두 재료를 200 ± 5 cm/min의 속도로 방향 MD로 풀어서 총 길이가 120 cm인 소위 무한 스트립을 형성하였다. 퇴적은 20 분 동안 수행되었다. 도 9는 역광 사진 기법에 의해 얻어진 최종 층의 이미지를 보여준다.
실시례 6
예시적인 실시형태에 따르면, 히알루론산과 폴리에틸렌 산화물(PEO)의 혼합물을 기반으로 한 6% 수용액을 방사에 의해 처리하였고, 기본 혼합물의 혼합비는 4:1이었다. 이 용액을 2.5 ml/min의 속도로 방사 전극을 구성하는 한 쌍의 니들리스 방사 노즐(1) 내에 공급하였고, 이것의 장변은 방향 CD로 연장되었다. 각각의 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)의 길이는 600 mm였고, 방사 노즐들의 상호 간격은 400 mm였다(방향 MD에서 측정됨). 각각의 방사 노즐(1)의 상연부로부터 10 ± 5 mm의 거리를 두고, 비도전성 재료로 제조된 본체(2)를 상연부 위에서 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)의 전체 길이를 따라 계속 이동시켰고, 전체 프로세스 동안에 본체(2)의 속도는 15 ± 5 cm/s였다. + 45 kV의 전위를 방사 노즐(1)에 인가하였다. 이 방사 프로세스는 에어컨이 설치된 방사 체임버 내에서 이루어졌으며, 체임버 내부의 상대 습도 및 온도는 각각 20 ± 5 %RH 및 23 ± 2 ℃였다. 섬유(4)는 편직된 100% 폴리에스터 직물로 구성된 베이스 스트립(5)의 표면 상에 퇴적되었으며, 스트립과 방사 노즐(1) 사이의 거리는 18 cm였다. 후속하여 위의 베이스 스트립(5)을 전기 전도도가 감소된 그리고 수집 전극(6)을 형성하는 포일에 부착하였다. -30 kV의 전위를 위 포일에 인가하였다. 다음에, 상기 두 재료를 200 ± 5 cm/min의 속도로 방향 MD로 풀고, 그 결과 총 길이가 120 cm인 소위 무한 스트립을 형성하였다. 퇴적은 20 분 동안 수행되었다. 도 10는 역광 사진 기법에 의해 얻어진 최종 층의 이미지를 보여준다.
예시적인 실시형태 1 내지 6에 따라 제조된 층의 분석 결과는 표 1에 요약되어 있다.
예시적인 실시형태 본체(2)의 사용 베이스 스트립(5)의 속도(cm/min) 픽셀 강도의 표준 편차
1 아니오 25 12.5
2 아니오 100 10.0
3 예 25 11.8
4 예 100 6.6
5 예 200 2.6
6 예 200 3.2
산업적 적용
본 발명은 나노구조 층 및/또는 마이크로구조 층, 또는 경우에 따라 정전 방사법에 의해 얻어지는 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층의 제조 분야에서 특히 유용하며, 이러한 층은 자립형 층의 형태나 베이스 재료 상에 퇴적된 층의 형태로 제조된다.

Claims (10)

  1. 액체 재료(3)를 방사하여 두께 균일성이 향상된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치로서,
    상기 장치는:
    - 수집 전극(6),
    - 방사될 상기 액체 재료(3)를 분배하기 위한 방사 노즐(1) - 상기 방사 노즐(1)은 상기 수집 전극(6)과 마주하는 적어도 하나의 출구 오리피스(10)를 구비함 -,
    - 상기 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)와 마주하는 영역에서 상기 수집 전극(6) 및/또는 베이스 스트립(5)이 상기 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)로부터 이격되는 방향(MD)으로 이동하도록 상기 수집 전극(6)을 안내하기 위한 및/또는 상기 수집 전극(6)을 따라 또는 이것에 인접하여 상기 베이스 스트립(5)를 안내하기 위한 어셈블리,
    - 상기 수집 전극(6)과 상기 방사 노즐(1) 사이에 10 내지 150 kV의 전압을 생성하기 위한 전원을 포함하고,
    상기 장치는,
    - 상기 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)에서 상기 액체 재료(3)의 표면 상에 섬유(4)가 형성되는 지점의 위치를 불안정하게 하기 위한 적어도 하나의 본체(2), 및
    - 상기 방사 노즐(1)의 출구 오리피스 또는 출구 오리피스(10)들을 따라 상기 본체(2)를 반복적으로 안내하기 위한 어셈블리를 더 포함하는, 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수집 전극(6)은 0.1 내지 100,000 옴/스퀘어, 특히 10 내지 1,000 옴/스퀘어 범위의 표면 저항을 갖는 포일의 형태를 갖는, 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 방사 노즐(1)의 출구 오리피스 또는 출구 오리피스(10)들을 따라 상기 본체(2)를 반복적으로 안내하기 위한 어셈블리는 구동 유닛, 및 바람직하게는 0 내지 50 mm, 보다 바람직하게는 0 내지 15 mm, 가장 바람직하게는 0 내지 5 mm의 범위로 상기 방사 노즐(1)의 연부로부터 거리를 두고 상기 출구 오리피스 또는 출구 오리피스(10)들을 포함하는 상기 방사 노즐(1)의 연부에 평행하게 연장하는 궤적을 따라 상기 본체를 안내하기 위한 요소를 포함하는, 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 전극(6)을 안내하기 위한 및/또는 상기 베이스 스트립(5)을 안내하기 위한 어셈블리는, 상기 방사 노즐(1)의 출구 오리피스 또는 출구 오리피스(10)들과 마주하는 적어도 상기 영역에서, 18 m/h 이상의 속도, 바람직하게는 50 m/h 이상의 속도, 가장 바람직하게는 60 m/h 이상의 속도로, 상기 수집 전극(6)을 안내하도록 및/또는 상기 베이스 스트립(5)을 안내하도록 구성된 구동 유닛을 포함하는, 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)를 따라 또는 복수의 출구 오리피스(10)들을 따라 상기 본체(2)를 반복적으로 안내하기 위한 어셈블리는 상기 본체(2)를 위한 공압 구동 유닛(12)을 포함하고, 및/또는 상기 본체(2)의 적어도 하나의 이동 범위에서 그 위치를 스캐닝하기 위한 적어도 하나의 센서(16)를 더 포함하는, 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치.
  6. 액체 재료(3)를 방사하여 두께 균일성이 향상된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은:
    - 수집 전극(6) 및 방사 노즐(1)을 준비하는 단계 - 상기 방사 노즐(1)은 상기 수집 전극(6)과 마주하는 적어도 하나의 출구 오리피스(10), 및 상기 수집 전극(6)을 안내하기 위한 및/또는 상기 수집 전극(6)을 따라 또는 상기 수집 전극(6)에 인접하여 베이스 스트립(5)을 안내하기 위한 어셈블리를 구비함 -,
    - 방사될 상기 액체 재료(3)를 상기 방사 노즐(1) 내에 공급하는 단계,
    - 나노파이버 및/또는 마이크로파이버(4)의 형성을 가능하게 하기 위해 상기 방사 노즐(1)과 상기 수집 전극(6) 사이에 10 내지 150 kV 범위의 전압을 생성하는 단계 - 상기 수집 전극(6) 및/또는 상기 베이스 스트립(5)은 방향(MD)으로 안내되어 상기 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10)로부터 이격됨 -,
    - 상기 방사 노즐(1)의 출구 오리피스 또는 출구 오리피스(10)들을 따라 그리고 상기 액체 재료(3)의 표면을 따라 본체(2)를 반복적으로 안내하여 상기 출구 오리피스 또는 출구 오리피스(10)들 내에 공급되는 상기 액체 재료(3)의 표면 상에서 섬유(4)가 형성되는 지점의 위치를 반복적으로 변위시키는 단계를 포함하는, 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 본체(2)는 10 초에 1 회 이상, 바람직하게는 5 초에 1 회 이상 상기 출구 오리피스(10)를 따라 안내되는, 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 베이스 스트립(5)은 18 m/h 이상의 속도, 바람직하게는 50 m/h 이상의 속도, 특히 60 m/h 이상의 속도로 상기 수집 전극과 상기 방사 노즐(1)의 출구 오리피스(10) 사이에서 안내되는, 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사 노즐(1) 내에 공급되는 방사될 상기 액체는 히알루론산, 폴리에틸렌 산화물, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 콜라겐, 젤라틴, 키틴, 키토산, 헤파린, 이눌린, 피브린, 피브리노겐, 플루란, 리그닌, 전분, 한천, 알기네이트, 덱스트란, 글리코겐, 베타-글루칸, 콘드리오틴 셀페이트, 셀룰로오스, 폴리카프로락톤, 락트산 및 글리콜산의 폴리머 및 코폴리머, 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 나일론 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 방사가능한 폴리머 물질을 함유하는 균질 또는 비균질 혼합물인, 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 방법.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 전극(6) 및/또는 상기 베이스 스트립(5)은 무한 벨트의 형태로 기계 방향(MD)으로 안내되는, 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 방법.
KR1020207033933A 2018-05-28 2019-05-27 두께 균일성이 향상된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치 및 방법 KR20210011938A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZPV2018-247 2018-05-28
CZ2018247A CZ309078B6 (cs) 2018-05-28 2018-05-28 Zařízení a způsob výroby nano- a/nebo mikrovlákenných vrstev se zvýšenou tloušťkovou rovnoměrností
PCT/CZ2019/050026 WO2019228578A1 (en) 2018-05-28 2019-05-27 Device and method for production of nanofibrous and/or microfibrous layers having an increased thickness uniformity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210011938A true KR20210011938A (ko) 2021-02-02

Family

ID=67211449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207033933A KR20210011938A (ko) 2018-05-28 2019-05-27 두께 균일성이 향상된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치 및 방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11371167B2 (ko)
EP (1) EP3830322B1 (ko)
JP (1) JP2021525319A (ko)
KR (1) KR20210011938A (ko)
AR (1) AR115436A1 (ko)
CZ (1) CZ309078B6 (ko)
ES (1) ES2939491T3 (ko)
WO (1) WO2019228578A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111809253B (zh) * 2020-07-22 2023-02-24 江西师范大学 一种循环纺丝装置及其在均一纳米纤维隔膜制备中的应用

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3329451A1 (de) * 1983-08-16 1985-03-07 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt Entwicklungsvorrichtung zum fluessigentwickeln von elektrostatischen ladungsbildern
JPH01206575A (ja) * 1988-02-15 1989-08-18 Shin Etsu Polymer Co Ltd 接着性熱融着形コネクタ
US20020084178A1 (en) 2000-12-19 2002-07-04 Nicast Corporation Ltd. Method and apparatus for manufacturing polymer fiber shells via electrospinning
US20090209840A1 (en) * 2003-02-06 2009-08-20 Jens Axelgaard Electrode chain
US10328032B2 (en) * 2005-03-04 2019-06-25 Biosurfaces, Inc. Nanofibrous materials as drug, protein, or genetic release vehicles
US8542334B2 (en) * 2005-05-20 2013-09-24 Institut Jozef Stefan Variable contrast, wide viewing angle LCD light-switching filter
JP4769871B2 (ja) * 2005-09-26 2011-09-07 ハグ−ヨン キム 複合電気紡糸装置、これを用いて製造された複合ナノ繊維不織布及び複合ナノ繊維フィラメント
CZ305244B6 (cs) * 2005-11-10 2015-07-01 Elmarco S.R.O. Způsob a zařízení k výrobě nanovláken elektrostatickým zvlákňováním roztoků nebo tavenin polymerů
JP5064087B2 (ja) * 2007-04-10 2012-10-31 日本バイリーン株式会社 長尺状静電紡糸不織布及び長尺状静電紡糸不織布の製造方法
CZ2007485A3 (cs) 2007-07-17 2009-04-22 Elmarco, S. R. O. Zpusob zvláknování kapalné matrice, zarízení pro výrobu nanovláken elektrostatickým zvláknováním kapalné matrice a zvláknovací elektroda pro takové zarízení
US7967588B2 (en) * 2007-11-20 2011-06-28 Clarcor Inc. Fine fiber electro-spinning equipment, filter media systems and methods
WO2011017695A1 (en) * 2009-08-07 2011-02-10 Zeus, Inc. Multilayered composite
JP2011052337A (ja) * 2009-09-01 2011-03-17 Univ Of Shiga Prefecture エレクトロスピニング装置
CN103052740B (zh) * 2010-09-09 2016-03-16 松下知识产权经营株式会社 支承结构、使用了支承结构的纳米纤维制造装置以及使用了支承结构的纳米纤维制造方法
CZ306438B6 (cs) 2011-04-12 2017-01-25 Elmarco S.R.O. Způsob a zařízení pro nanášení kapalné polymerní matrice na zvlákňovací struny
WO2013023006A2 (en) * 2011-08-08 2013-02-14 California Institute Of Technology Filtration membranes, and related nano and/or micro fibers, composites, methods and systems
US9175427B2 (en) * 2011-11-14 2015-11-03 Cook Medical Technologies Llc Electrospun patterned stent graft covering
CZ304097B6 (cs) * 2012-01-19 2013-10-16 Contipro Biotech S.R.O. Zvláknovací kombinovaná tryska pro výrobu nano- a mikrovlákenných materiálu
EP3089704A4 (en) * 2013-12-31 2017-08-16 Neograft Technologies, Inc. Self-diagnostic graft production systems and related methods
JP6132820B2 (ja) * 2014-09-04 2017-05-24 富士フイルム株式会社 ナノファイバ製造方法及び装置
WO2016087945A2 (en) * 2014-12-03 2016-06-09 King Abdullah University Of Science And Technology Semi-metallic, strong conductive polymer microfiber, method and fast response rate actuators and heating textiles
WO2016172531A1 (en) * 2015-04-23 2016-10-27 Rowan University System and method for electrospun fiber straining and collecting
US20160361270A1 (en) 2015-06-09 2016-12-15 University Of Washington Uniform, high basis weight nanofiber fabrics for medical applications
KR101821049B1 (ko) * 2016-07-15 2018-01-23 한국과학기술원 1차원의 고분자 나노섬유들이 준정렬된 그리드 형상으로 직교하여 적층되어 기공 분포 및 기공 크기가 제어된 3차원 고분자 나노섬유 멤브레인 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
ES2939491T3 (es) 2023-04-24
EP3830322A1 (en) 2021-06-09
CZ309078B6 (cs) 2022-01-19
JP2021525319A (ja) 2021-09-24
EP3830322B1 (en) 2023-01-18
US11371167B2 (en) 2022-06-28
WO2019228578A1 (en) 2019-12-05
AR115436A1 (es) 2021-01-20
US20210324541A1 (en) 2021-10-21
CZ2018247A3 (cs) 2019-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Haider et al. Highly aligned narrow diameter chitosan electrospun nanofibers
EP1834020B1 (en) Improved electroblowing web formation process
JP4567561B2 (ja) 繊維集合体の製造方法及び繊維集合体の製造装置
KR101143934B1 (ko) 정전방사를 이용한 고분자 용액으로부터 나노섬유 제조방법및 그 제조장치
EP2327817B1 (en) Spinning apparatus and process for manufacturing nonwoven fabric
KR101147726B1 (ko) 나노섬유 웹의 제조방법
Spasova et al. Perspectives on: criteria for complex evaluation of the morphology and alignment of electrospun polymer nanofibers
US20120003893A1 (en) Composite Nanofibers
Yalcinkaya et al. Dependent and independent parameters of needleless electrospinning
TW201542900A (zh) 極細纖維之製造方法
Amariei et al. Electrospinning polyaniline for sensors
KR20210011938A (ko) 두께 균일성이 향상된 나노파이버 층 및/또는 마이크로파이버 층을 제조하기 위한 장치 및 방법
R Jabur et al. The effects of operating parameters on the morphology of electrospun polyvinyl alcohol nanofibres
Nurwaha et al. Investigation of a new needleless electrospinning method for the production of nanofibers
JP2006152479A (ja) 極細繊維の製造装置およびそれを用いた製造方法
Das et al. Electrospinning: the state of art technique for the production of nanofibers and nanofibrous membranes for advanced engineering applications
WO2014089458A1 (en) Apparatus and method using an electric field for creating uniform nanofiber patterns on nonconductive materials to enhance filtration and for embedment of fibers into materials for other applications
CN103328697B (zh) 场发射装置及纳米纤维制造装置
KR20100062437A (ko) 전기방사용 다중 롤 콜렉터 및 이를 포함하는 전기방사장치
Sunil Biopolymer Electrospinning
Singh et al. Effect of process parameters on the microstructural characteristics of electrospun poly (vinyl alcohol) fiber mats
US10188973B2 (en) Apparatus and method using an electric field for creating uniform nanofiber patterns on nonconductive materials to enhance filtration and for embedment of fibers into materials for other applications
Gospodinova et al. Design Modifications in Electrospinning Setup for Medical Patches
KR101562065B1 (ko) 나노섬유 웹 제조장치 및 그 제조방법
US20210355606A1 (en) Efficient production of nanofiber structures

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right