KR20210119592A - Reverse_charged electro hydrodynamic jetting method for manufacturing polymer micro fiber bundle - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a functional polymer microfiber bundle by using a reverse voltage electrohydrodynamic jetting method and, more specifically, to a method for stably and continuously manufacturing functional microfiber bundles by using the reverse voltage electrohydrodynamic jetting method.

Description

고분자 마이크로 섬유 번들 제조 및 이를 위한 역전압 전기수력학적 제팅 방법{REVERSE_CHARGED ELECTRO HYDRODYNAMIC JETTING METHOD FOR MANUFACTURING POLYMER MICRO FIBER BUNDLE} Manufacturing of polymer microfiber bundles and reverse voltage electrohydrodynamic jetting method for same

본 발명은 역전압 전기수력학적 제팅 (Electrohydrodynamic jetting)방법을 이용한 기능성 고분자 마이크로 섬유 번들(fiber bundle)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 역전압 전기수력학적 제팅 방법을 사용하여 안정적이면서 연속적으로 기능성 마이크로 섬유 번들을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a functional polymer microfiber bundle using a reverse voltage electrohydrodynamic jetting method. Specifically, it relates to a method for stably and continuously fabricating functional microfiber bundles using a reverse voltage electrohydrodynamic jetting method.

전기수력학적 제팅은 노즐에서 제팅 되는 고분자 용액에 전하를 주입하고, 상기 주입되는 전하가 임계점을 넘겼을 때, 순간 방출되면서 일측으로 고분자 용액이 방사되어 미세한 마이크로 섬유를 얻어낼 수 있는 방법이다. 상기 제팅 방식의 장점은 마이크로 직경의 미세 섬유를 절사 없이 연속적으로 뽑아 낼 수 있다. Electrohydrodynamic jetting is a method in which electric charge is injected into a polymer solution jetted from a nozzle, and when the injected charge crosses a critical point, the polymer solution is spun to one side while instantaneous release to obtain fine microfibers. The advantage of the jetting method is that micro-diameter micro-fibers can be continuously extracted without cutting.

상기 전기수력학적 제팅을 활용하여 마이크로 단위의 약물 전달체, 마이크로 실린더 및 마이크로 구 등의 단순 미세 구조물부터 반도체 등에 사용되는 패터닝 기술 및 마이크로 단위의 3D 구조물 등의 여러 방면에 활용될 수 있다.By utilizing the electrohydrodynamic jetting, it can be utilized in various fields, from simple microstructures such as micro-scale drug carriers, micro-cylinders and microspheres, to patterning technology used in semiconductors, and micro-scale 3D structures.

하지만 상기 전기수력학적 제팅의 경우에는 고분자 종류, 용매의 종류 및 혼합 용액의 비율 등 여러 가지 부수적인 변수들에 의하여 상기 제팅이 절사 및 위핑 등과 같은 현상이 발생할 수 있다. 예를 들어 폴리아크릴로나이트릴(PAN)과 같은 고분자를 용해시키기 위하여 사용되는 디메틸포름아미드(DMF)의 경우 비유전율(dielectric constant) 값이 높아 전기수력학적 제팅을 시도하기에는 제팅시 위핑(whipping)이 심하며, 절사 또한 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 주입되는 전하를 낮출 경우에는 고분자 용액이 제대로 제팅 되지 않는 문제점이 생긴다. However, in the case of the electrohydrodynamic jetting, phenomena such as cutting and whipping of the jetting may occur due to various ancillary variables such as the type of polymer, the type of solvent, and the ratio of the mixed solution. For example, in the case of dimethylformamide (DMF), which is used to dissolve polymers such as polyacrylonitrile (PAN), the dielectric constant value is high, so it is difficult to try electrohydrodynamic jetting during jetting. This is severe, and cuts may also occur. In order to prevent this, when the injected charge is lowered, there is a problem that the polymer solution is not properly jetted.

또한, 극성 관능기가 삽입된 고기능성 공중합체를 사용하여 고분자 용액을 제팅 하는 경우에는 전하가 원활하게 축적되지 못하여, 제팅시 위핑 정도가 심해 일정한 라인으로 도식화 되어야 하는 패터닝(patterning) 기술을 적용하기가 원활하지 않다.In addition, in the case of jetting a polymer solution using a high-functional copolymer having a polar functional group inserted therein, the charge does not accumulate smoothly, and the degree of whipping during jetting is severe, making it difficult to apply the patterning technique that must be drawn in a certain line. not smooth

전기수력학적 제팅 도중 발생되는 상기 위핑 및 절사 등의 문제들을 극복하기 위하여 고분자의 종류, 용매의 종류, 고분자 용액의 농도, 전압 세기, 노즐과 도전성 기판과의 거리, 고분자 용액의 방출 속도, 습도 및 노즐의 크기와 같은 변수들에 관하여 최적화가 필요하지만, 이를 극복하기에는 어려움이 존재한다.In order to overcome the problems such as whipping and cutting occurring during electrohydrodynamic jetting, the type of polymer, the type of solvent, the concentration of the polymer solution, the voltage strength, the distance between the nozzle and the conductive substrate, the release rate of the polymer solution, the humidity and Although optimization is needed with respect to variables such as nozzle size, difficulties exist to overcome this.

대한민국 등록특허공보 제 10-1615576호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1615576

본 발명의 일 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 역전압 전기수력학적 제팅 방법을 도입하여, 고분자의 종류, 용매의 종류 및 전압 세기 등의 가역적인 변수에 대한 영향을 최소화하여 마이크로 직경의 섬유를 위핑 및 절사 없이 연속적이고 안정적으로 방사할 수 있는 방법을 제공한다. One object of the present invention is to solve the above problems, by introducing a reverse voltage electrohydrodynamic jetting method, by minimizing the influence on reversible variables such as the type of polymer, the type of the solvent and the voltage strength, A method for continuously and stably spinning fibers without weeping and cutting is provided.

또한, 본 발명의 목적은 2상형(Biphasic) 및 코어-쉘(Core-Shell) 섬유번들을 안정적으로 제조하기 위한 방법을 제공한다.In addition, it is an object of the present invention to provide a method for stably manufacturing a biphasic and core-shell fiber bundle.

또한, 본 발명의 목적은 고유연성 및 고기능성 고분자를 안정적이고 연속적으로 방사할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method capable of stably and continuously spinning a highly flexible and highly functional polymer.

본 발명은 노즐이 접지된 상태에서, 제 1 컬렉터에 전압을 인가하여 전기수력학적 제팅 방식으로 고분자 용액을 방사하여 섬유를 제조하는 단계; In the present invention, in a state in which a nozzle is grounded, applying a voltage to a first collector and spinning a polymer solution in an electrohydrodynamic jetting method to prepare a fiber;

상기 섬유를 제 2 컬렉터로 이송하는 단계;conveying the fibers to a second collector;

상기 섬유를 섬유번들로 제조하는 단계;manufacturing the fiber into a fiber bundle;

를 포함하는 역전압 전기수력학적 제팅 방법을 제공한다.It provides a reverse voltage electrohydrodynamic jetting method comprising a.

본 발명의 일 양태에 따른, 상기 노즐은 X축 및 Y축으로 이동이 가능하며 노즐을 2개 이상 고정할 수 있는 멀티 어댑터에 고정될 수 있다.According to an aspect of the present invention, the nozzle is movable in the X-axis and the Y-axis and may be fixed to a multi-adapter capable of fixing two or more nozzles.

본 발명의 일 양태에 따른, 상기 제 1 컬렉터는 철, 구리 및 알루미늄의 중에서 선택되는 도전성 기판을 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the first collector may include a conductive substrate selected from iron, copper, and aluminum.

본 발명의 일 양태에 따른, 상기 고분자 용액에 사용되는 고분자는 폴리우레탄, 셀룰로오스, 아크릴로나이트릴, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴릭액시드, 폴리아크릴레이트, 폴리퍼퓨릴알콜, 폴리스티렌, 폴리아닐린, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리이미드, 폴리라틱-co-글리콜릭 산, 및 폴리-3-하이드로부틸릭 산 등에서 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the polymer used in the polymer solution is polyurethane, cellulose, acrylonitrile, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyacrylic acid, polyacryl. Late, polyfurfuryl alcohol, polystyrene, polyaniline, polyvinylchloride, polyvinylidenefluoride, polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene, polyimide, polylactic-co-glycolic acid, and poly-3-hydrobutylic acid Any one or a mixture of two or more may be included in the acid or the like.

본 발명의 일 양태에 따른, 상기 폴리우레탄은 아자이드기가 도입된 열가소성 폴리우레탄 공중합체를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the polyurethane may include a thermoplastic polyurethane copolymer into which an azide group is introduced.

본 발명의 일 양태에 따른, 상기 노즐은 2개 이상을 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the nozzle may include two or more.

본 발명의 일 양태에 따른, 상기 노즐은 2상형을 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the nozzle may include a two-phase type.

본 발명의 일 양태에 따른, 상기 노즐은 코어-쉘 구조를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the nozzle may include a core-shell structure.

본 발명은 실린지, 상기 실린지와 연결되어 고분자 용액의 유입량을 일정한 속도로 조절하는 펌프, 상기 실린지 하단에 연결된 고분자 용액이 제팅 되는 노즐을 포함한 제팅 장치(200), 상기 제팅 장치(200)에서 제팅 되는 고분자 용액을 섬유화시켜주면서 동시에 운송하는 제 1차 컬렉터(400), 상기 제 1차 컬렉터에서 이송된 섬유를 번들 형태로 감아주는 제 2차 컬렉터(500) 및 전압인가장치(100)에서 발생되는 전하를 상기 노즐 및 제 1차 컬렉터에 연결하기 위한 연결도선(300)으로 구성된 전기수력학적 섬유번들 제조 장치를 제공한다.The present invention relates to a syringe, a pump connected to the syringe to control the inflow of the polymer solution at a constant speed, a jetting device 200 including a nozzle through which the polymer solution is jetted connected to the lower end of the syringe, and the jetting device 200 In the first collector 400, which simultaneously transports and fiberizes the polymer solution jetted from the first collector 400, the second collector 500 winds the fibers transferred from the first collector in a bundle form, and the voltage applying device 100 Provided is an electrohydrodynamic fiber bundle manufacturing apparatus comprising a connecting wire (300) for connecting the generated electric charge to the nozzle and the primary collector.

본 발명은 X 이동축이 삽입되기 위한 X축 고정홀(20) 및 Y 이동축이 삽입되기 위한 Y축 고정홀(30)이 형성된 몸체부(10)를 포함하는 어댑터로서,The present invention is an adapter comprising a body portion 10 having an X-axis fixing hole 20 for inserting the X-moving shaft and a Y-axis fixing hole 30 for inserting the Y-moving shaft,

상기 몸체부(10)는,The body portion 10,

고분자 용액 주입구(50); 및Polymer solution inlet 50; and

상기 고분자 용액 주입구(50)와 연통되어 고분자를 토출하는 노즐을 포함하는 노즐 고정부(40)를 포함하는 멀티 어댑터 장치를 제공한다.It provides a multi-adapter device including a nozzle fixing part 40 including a nozzle communicating with the polymer solution inlet 50 and discharging the polymer.

본 발명은 기존의 전기수력학적 제팅 방법과는 달리 역전압 전기수력학적 제팅 방법을 사용하여, 비유전율을 가지는 고분자 용액을 위핑(whipping) 및 절사 없이 안정적으로 제팅 할 수 있다. The present invention can stably jet a polymer solution having a relative permittivity without whipping and cutting by using the reverse voltage electrohydrodynamic jetting method, unlike the conventional electrohydrodynamic jetting method.

또한 본 발명은 상기 역전압 전기수력학적 제팅을 이용하여 여러 고분자 종유의 섬유 번들을 효율적으로 제공할 수 있다. In addition, the present invention can efficiently provide fiber bundles of various polymer seeds by using the reverse voltage electrohydrodynamic jetting.

또한 본 발명은 상기 역전압 전기수력학적 제팅을 이용하여 아자이드 관능기를 가진 폴리우레탄을 섬유를 안정적으로 방사할 수 있으며, 특히 상기 섬유 표면의 아자이드기(Azide functional group)에 클릭 반응(Click reaction)을 활용하여 여러 가지 화합물로 개질할 수 있다. In addition, the present invention can stably spin a fiber with polyurethane having an azide functional group using the reverse voltage electrohydrodynamic jetting, and in particular, click reaction with an azide functional group on the surface of the fiber. ) can be used to modify various compounds.

도 1은 본 발명에 따른 역전압 전기수력학적 섬유 번들 장치의 개략적인 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 멀티 어댑터 장치의 개략적인 모식도이다.
도 3은 실시예 1에 의해 제조된 마이크로 섬유 번들 구조의 SEM 이미지이다.
도 4는 실시예 2에 의해 제조된 마이크로 섬유 번들 구조의 SEM 이미지이다.
도 5는 실시예 3에 의해 제조된 마이크로 섬유 번들 구조의 SEM 이미지이다.
도 6는 실시예 4에 의해 제조된 마이크로 섬유 번들 구조의 SEM 이미지이다.
도 7는 실시예 5에 의해 제조된 마이크로 섬유 번들 구조의 SEM 이미지이다.
도 8은 실시예 6에 의해 제조된 마이크로 섬유 번들 구조의 CLSM 이미지이다.
1 is a schematic schematic diagram of a reverse voltage electrohydrodynamic fiber bundle device according to the present invention.
2 is a schematic schematic diagram of a multi-adapter device according to the present invention.
3 is an SEM image of the microfiber bundle structure prepared in Example 1. FIG.
4 is an SEM image of the microfiber bundle structure prepared in Example 2.
5 is an SEM image of the microfiber bundle structure prepared in Example 3.
6 is an SEM image of the microfiber bundle structure prepared according to Example 4.
7 is an SEM image of the microfiber bundle structure prepared according to Example 5;
8 is a CLSM image of the microfiber bundle structure prepared according to Example 6.

이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through embodiments or examples including the accompanying drawings. However, the following specific examples or examples are only a reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. Also, unless defined otherwise, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description herein is for the purpose of effectively describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention.

또한 명세서 및 첨부된 특허 청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. Also, the singular forms used in the specification and appended claims may also be intended to include the plural forms unless the context specifically dictates otherwise.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

전기수력학적 제팅 방법은 기존의 전기방사 방식과는 대조적으로 마이크로 단위의 섬유를 제팅하기 위한 방법으로써, 상기 방법을 통하여 약물 전달체, 기능성 섬유 및 고분자 3D 구조체까지 제조할 수 있다. 이러한 전기수력학적 제팅의 경우 연속적이면서 위핑이 없이 일정하게 제팅이 유지 되어야하지만, 고분자의 종류 및 상기 고분자를 용해하는 용매의 종류에 따라 변화하는 비유전율 등의 변수로 인하여 일정한 제팅이 불가능 할 수 있다. 이러한 전기수력학적 제팅의 문제점을 해결하고, 안정적으로 마이크로 고분자 섬유 번들을 제조하기 위하여 본 발명가는 새로운 전기수력학적 제팅 방식을 개발하였다. In contrast to the conventional electrospinning method, the electrohydrodynamic jetting method is a method for jetting micro-unit fibers, and through the method, a drug carrier, a functional fiber, and even a polymer 3D structure can be manufactured. In the case of electrohydrodynamic jetting, jetting should be maintained continuously and without whipping, but constant jetting may not be possible due to variables such as dielectric constant that changes depending on the type of polymer and the type of solvent that dissolves the polymer. . In order to solve the problem of electrohydrodynamic jetting and to stably manufacture micro-polymer fiber bundles, the present inventors have developed a new electrohydrodynamic jetting method.

본 발명은 노즐이 접지된 상태에서, 제 1 컬렉터에 전압을 인가하여 전기수력학적 제팅 방식으로 고분자 용액을 방사하여 섬유를 제조하는 단계; 상기 섬유를 제 2 컬렉터로 이송하는 단계; 및 상기 섬유를 섬유번들로 제조하는 단계; 를 포함하는 역전압 전기수력학적 제팅 방법을 제공한다.In the present invention, in a state in which a nozzle is grounded, applying a voltage to a first collector and spinning a polymer solution in an electrohydrodynamic jetting method to prepare a fiber; conveying the fibers to a second collector; and manufacturing the fiber into a fiber bundle; It provides a reverse voltage electrohydrodynamic jetting method comprising a.

상기 제팅 방식은 기존의 방식과는 이질적인 제팅 방법으로서, 노즐에 전하를 부여하고 기판에 접지하여 발생되는 전위차를 이용하여 제팅하는 기존의 전기수력학적 제팅 방식과는 다르다. The jetting method is a jetting method different from the conventional method, and is different from the conventional electrohydrodynamic jetting method in which a charge is applied to a nozzle and jetting is performed using a potential difference generated by grounding to a substrate.

상기 역전압 전기수력학적 제팅 방법은 기존의 전기수력학적 제팅과는 다르게 노즐에 접지하고 기판에 전하를 투입하는 새로운 발상의 제팅 방식이다. The reverse voltage electrohydrodynamic jetting method is a jetting method of a novel idea in which a nozzle is grounded and electric charges are applied to a substrate, unlike the conventional electrohydrodynamic jetting method.

전기수력학적 제팅은 고분자 용액에 전하를 투입하여 제팅 하는 방식으로서, 비유전율이 상대적으로 높은 용매 및 고분자 용액을 사용할 시에 불안정한 제팅 상태로 인하여 위핑 및 절사가 발생되는 문제점이 발생하지만, 본 발명의 역전압 전기수력학적 제팅 방식은 노즐에 접지를 하고 기판에 전하를 부여하여 고분자 중류 및 용매의 종류에 관계없이 현저하게 안정적이고 연속적으로 제팅이 되는 현저한 효과를 확인할 수 있다. Electrohydrodynamic jetting is a method of jetting by injecting an electric charge into a polymer solution. When using a solvent and a polymer solution having a relatively high relative permittivity, there is a problem in that weeping and cutting occur due to an unstable jetting state. The reverse voltage electrohydrodynamic jetting method can confirm the remarkable effect of remarkably stable and continuous jetting regardless of the type of polymer and solvent by grounding the nozzle and applying an electric charge to the substrate.

상기 제팅 방식을 이용하여 본 발명은 미세 섬유 번들을 성공적으로 제조하였다. 노즐에 접지하고 상기 제 1 컬렉터에 양전하 또는 음전하를 투입하여 노즐에서 제 1 컬렉터로 미세 단일 섬유를 받는다.Using the jetting method, the present invention successfully produced a fine fiber bundle. A single fine fiber is received from the nozzle to the first collector by grounding the nozzle and applying a positive or negative charge to the first collector.

상기 제 1컬렉터의 형태는 원통형 일 수 있으며, 컨베이어 벨트(Conveyor belt) 형태일 수도 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The first collector may have a cylindrical shape or a conveyor belt shape, but is not limited thereto.

상기 제 1 컬렉터의 기판은 롤러를 통하여 도전성 기판이 회전하고, 상기 제 1 컬렉터 도전성 기판위에 존재하는 단일 섬유를 제 2 컬렉터로 이송한다. As for the substrate of the first collector, the conductive substrate rotates through a roller, and the single fiber present on the first collector conductive substrate is transferred to the second collector.

상기 제 2컬렉터의 형태는 원통형 일 수 있으며, 컨베이어 벨트(Conveyor belt) 형태일 수도 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The shape of the second collector may be a cylindrical shape or a conveyor belt shape, but is not limited thereto.

상기 제 2 컬렉터는 양 전하 또는 음 전하가 주입되지 않으며, 제 1 컬렉터와 동일한 방향으로 회전하며 상기 제 1 컬렉터에서 이송된 상기 단일 섬유를 번들형태로 제조한다. The second collector does not inject positive or negative charges, rotates in the same direction as the first collector, and manufactures the single fiber transferred from the first collector in a bundle form.

상기 섬유는 제 1 컬렉터에서 상기 제 2 컬렉터로 이송되면서 섬유 내의 용매가 휘발되어, 상기 제 2컬렉터에서 섬유 번들로 감길 때 섬유와 섬유 사이가 붙지 않는 장점이 존재한다. As the fiber is transferred from the first collector to the second collector, the solvent in the fiber is volatilized, so that when the fiber is wound into a fiber bundle at the second collector, there is an advantage that the fibers do not stick together.

또한 제 1 컬렉터와 제 2 컬렉터 사이의 거리를 조절하여 상기 섬유들을 연신하여 섬유의 지름을 제어 할 수 있다. In addition, by adjusting the distance between the first collector and the second collector, the fibers may be drawn to control the diameter of the fibers.

본 발명의 일 양태에 따른, 상기 노즐은 X축 및 Y축으로 이동이 가능하며 노즐을 2개 이상 고정할 수 있는 멀티 어댑터에 고정될 수 있다.According to an aspect of the present invention, the nozzle is movable in the X-axis and the Y-axis and may be fixed to a multi-adapter capable of fixing two or more nozzles.

상기 노즐은 멀티 어댑터에 고정되어 역전압 전기수력학적 제팅을 할 수 있다. 상기 멀티 어댑터는 노즐을 2개 이상을 고정할 수 있으며, 이를 통하여 멀티 제팅이 가능하다. 또한, 상기 멀티 어댑터는 X 축, Y축 방향으로 자유롭게 이동하여 상기 역전압 전기수력학적 제팅시에 제팅 위치를 지정할 수 있다.The nozzle is fixed to the multi-adapter to enable reverse voltage electrohydrodynamic jetting. The multi-adapter can fix two or more nozzles, and multi-jetting is possible through this. In addition, the multi-adapter can freely move in the X-axis and Y-axis directions to designate a jetting position during the reverse voltage electrohydrodynamic jetting.

또한, 상기 장치를 통하여 섬유뿐만 아니라 패터닝 (patterning) 및 3D 구조체(3D structure) 등 과 같은 구조체 등도 제조 할 수 있다. In addition, it is possible to manufacture not only fibers but also structures such as patterning and 3D structures through the device.

본 발명의 일 양태에 따른, 상기 제 1 컬렉터는 철, 구리 및 알루미늄 중에서 선택되는 도전성 기판을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the first collector may include a conductive substrate selected from iron, copper, and aluminum.

제 1 컬렉터는 회전하는 원통형 또는 컨베이어 벨트 형태일 수 있으며, 상기 제 1 컬렉터의 면은 전도성 물질로 이루어질 수 있다. The first collector may be in the form of a rotating cylindrical or conveyor belt, and a surface of the first collector may be made of a conductive material.

상기 역전압 전기수력학적 제팅은 노즐에는 접지하고, 제 1 컬렉터에 전하를 부여하여 제팅 하는 방식으로 제 1 컬렉터에 전하를 부여하기 위하여 구리, 철 및 알루미늄이 사용될 수 있으나 전도성이 있는 물질이라면 크게 제한되지는 않는다. In the reverse voltage electrohydrodynamic jetting, copper, iron, and aluminum may be used to impart a charge to the first collector in a jetting manner by grounding the nozzle and applying an electric charge to the first collector, but if it is a conductive material, it is greatly limited it doesn't happen

또한, 본 발명에 사용되는 고분자의 종류에 대하여는 크게 제한받지 않으며, 특히 극성 또는 전도성 고분자 등 전하가 축적되기 힘든 고분자도 제팅이 가능하다.In addition, the type of polymer used in the present invention is not particularly limited, and in particular, it is possible to jet a polymer in which charge is difficult to accumulate, such as a polar or conductive polymer.

상기 고분자 종류에 관하여 더욱 구체적으로는, 폴리우레탄(Polyurethane), 셀룰로오스(Cellulose), 폴리아크릴로나이트릴(PAN, Polyacrylonitrile), 폴리비닐아세테이트(PVAc, Poly(vinyl acetate)), 폴리비닐피롤리돈(PVP, Polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, Polyethylene oxide), 폴리폴리아크릴릭액시드(PAA,Polyacrylic acid), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Polymethylmethacrylate), 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA, Polyfurfuryl alcohol), 폴리스티렌(PS, Polystyrene), 폴리아닐린(PANI, Polyaniline), 폴리비닐클로라이드(PVC, Polyvinylchloride), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF, Poly(vinylidene fluoride)), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, Polyethylene terephthalate), 폴리프로필렌(PP, Polypropylene) 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리이미드(Polyimide),, 폴리라틱-co-글리콜릭 산(Poly lactic-co-glycolic acid), 및 폴리-3-하이드로부틸릭 산(poly[(R)-3-hydrobutyric acid]) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 포함될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. More specifically, with respect to the type of polymer, polyurethane (Polyurethane), cellulose (Cellulose), polyacrylonitrile (PAN, Polyacrylonitrile), polyvinyl acetate (PVAc, Poly (vinyl acetate)), polyvinylpyrrolidone (PVP, Polyvinylpyrrolidone), polyvinyl alcohol (PVA, Polyvinyl alcohol), polyethylene oxide (PEO, Polyethylene oxide), polyacrylic acid (PAA, Polyacrylic acid), polymethyl methacrylate (PMMA, Polymethylmethacrylate), polyfur Furyl alcohol (PPFA, Polyfurfuryl alcohol), polystyrene (PS, Polystyrene), polyaniline (PANI, Polyaniline), polyvinyl chloride (PVC, Polyvinylchloride), polyvinylidene fluoride (PVDF, Poly(vinylidene fluoride)), polyethylene terephthalate (PET, Polyethylene terephthalate), Polypropylene (PP, Polypropylene) Polyethylene (PE, Polyethylene), Polyimide, Poly lactic-co-glycolic acid, and Poly-3 -Hydrobutyric acid (poly[(R)-3-hydrobutyric acid]) may include any one or a mixture of two or more, but is not limited thereto.

상기 고분자를 기존의 전기수력학적 제팅 방법을 사용하게 되면, 심한 위핑 및 절사가 이루어질 수 있으며, 연속적이면서 안정적으로 미세 섬유를 제조하기에 어려움이 있을 수 있다.If the polymer is subjected to the conventional electrohydrodynamic jetting method, severe weeping and cutting may be made, and it may be difficult to continuously and stably manufacture microfibers.

이에 반해 상기 역전압 전기수력학적 제팅을 이용하게 되면, 상기 고분자들을 용해시킨 고분자 용액을 제팅시에 위핑 및 절사가 없으며, 안정적이며 연속적으로 미세 섬유를 제조할 수 있다. On the other hand, when the reverse voltage electrohydrodynamic jetting is used, there is no whipping or cutting during jetting of the polymer solution in which the polymers are dissolved, and microfibers can be stably and continuously manufactured.

또한, 본 발명에서 사용되는 고분자 용매는 크게 제한되지 않으며, 비유전율이 높은 용매를 사용하여도 제팅이 안정적이며 연속적으로 이루어질 수 있다.In addition, the polymer solvent used in the present invention is not particularly limited, and jetting can be performed stably and continuously even using a solvent having a high relative permittivity.

상기 역전압 전기수력학적 제팅은 노즐에 접지를 하고 기판에 전하를 주입함으로써 노즐에서 제팅되는 고분자 용액에 전하가 주입되지 않아 제팅시 비유전율이 높은 용매를 사용하여도 제팅이 불안하지 않으며, 기판에 전하가 주입됨으로써 상기 노즐과 상기 기판사이의 전위차로 인하여 연속적이고 안정적으로 제팅을 구사할 수 있다. In the reverse voltage electrohydrodynamic jetting, since the electric charge is not injected into the polymer solution jetted from the nozzle by grounding the nozzle and injecting electric charge into the substrate, jetting is not unstable even when using a solvent with high relative permittivity during jetting, and By injecting electric charges, jetting can be performed continuously and stably due to a potential difference between the nozzle and the substrate.

이는 역전압 전기수력학적 제팅을 시도함으로써 발생되는 현저한 효과이며,이를 통해 마이크로 구(micro spear), 마이크로 실린더(micro cylinder), 마이크로 섬유 번들(micro fiber bundle), 패터닝(patterning) 및 3D 구조체(3D structure) 등을 성공적으로 제조할 수 있게 된다. This is a significant effect generated by attempting reverse voltage electrohydrodynamic jetting, which results in micro spears, micro cylinders, micro fiber bundles, patterning and 3D structures (3D). structure) can be successfully fabricated.

본 발명의 일 양태에 따른, 상기 폴리우레탄계 공중합체는 아자이드기(Azide group)가 도입된 열가소성 폴리우레탄(Azido-TPU)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the polyurethane-based copolymer may include a thermoplastic polyurethane (Azido-TPU) into which an azide group is introduced.

상기 아자이드기는 Azide-alkyne click reaction 등의 화학 반응을 통하여 다양한 관능기의 도입 및 화학 물질의 결합이 가능하다. 이러한 아자이드 기가 포함된 열가소성 폴리우레탄을 제조하여 여러 가지 관능기로 표면을 개질할 수 있는 고기능성 고분자를 제조할 수 있다. 상기 Azido-TPU의 경우에는 기존의 전기수력학적 제팅 하기가 쉽지 않은 단점이 존재한다. The azide group is capable of introducing various functional groups and bonding of chemical substances through a chemical reaction such as an azide-alkyne click reaction. By preparing a thermoplastic polyurethane containing such an azide group, it is possible to prepare a high-functional polymer capable of modifying the surface with various functional groups. In the case of the Azido-TPU, there is a disadvantage that it is not easy to perform the conventional electrohydrodynamic jetting.

반면에 본 발명의 역전압 전기수력학적 제팅 방법으로는 상기 Azido-TPU를 제팅 함에 있어서 위핑이 전혀 없으며, 절사 또한 발생하지 않아 안정적이며 연속적으로 마이크로 섬유를 구현할 수 있는 장점이 있다. On the other hand, in the reverse voltage electrohydrodynamic jetting method of the present invention, there is no weeping at all in jetting the Azido-TPU, and no cutting occurs, so there is an advantage of stably and continuously implementing microfibers.

이는 현저한 효과로써 이를 통하여 Azide-alkyne click reaction을 통한 고기능성 마이크로 구조체를 쉽게 제조 할 수 있으며, 더욱 복잡한 구조체 또한 안정적으로 제조할 수 있는 장점이 존재한다.This is a remarkable effect, and through this, a high-functional microstructure can be easily manufactured through the azide-alkyne click reaction, and there is an advantage in that more complex structures can also be stably manufactured.

본 발명의 일 양태에 따른, 상기 노즐은 2 이상을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the nozzle may include two or more.

상기 역전압 전기수력학적 제팅은 노즐을 두 개 이상 구현하여 여러 가지 구조의 마이크로 섬유를 제조할 수 있다. The reverse voltage electrohydrodynamic jetting may implement two or more nozzles to manufacture microfibers of various structures.

본 발명의 일 양태에 따른, 상기 노즐은 2 상형(Bi-phase)을 포함 할 수 있다. 상기 2상형 구조체는 구조체를 형성하는 단일 섬유 내에 서로 다른 두 가지 고분자를 포함할 수 있으며, 이를 통하여 야누스 파티클(Janus particle), 야누스 실린더(Janus cylinder) 및 야누스 패터닝(Janus patterning) 등과 같은 야누스 구조체를 제조할 수 있게 된다. 상기 야누스 구조체는 3 페이즈(Tri-phase) 또는 4 페이즈(tetra-phase) 이상 구현이 가능하며, 상기 개수는 제한되지 않는다. According to an aspect of the present invention, the nozzle may include a bi-phase. The two-phase structure may include two different polymers in a single fiber forming the structure, and through this, a Janus structure such as a Janus particle, a Janus cylinder, and a Janus patterning can be formed. can be manufactured. The Janus structure may be implemented in three phases (Tri-phase) or four phases (tetra-phase), and the number is not limited.

상기 야누스 구조체를 제조하기 위해서는 전기수력학적 제팅 도중 위핑과 인가 전압에 의한 젯간의 반발력이 발생하면 안되는 특징이 있는데 본 발명의 역전압 전기수력학적 제팅을 사용하면 야누스 구조체를 안정적이면서 연속적으로 제공할 수는 특징이 있다.In order to manufacture the Janus structure, there is a feature that a repulsive force between the jets due to whipping and applied voltage should not occur during electrohydrodynamic jetting. has a characteristic.

본 발명의 일 양태에 따른, 상기 노즐은 코어-쉘(core-shell) 인 것을 특징으로 할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the nozzle may be a core-shell.

상기 코어-쉘의 구조는 쉘과 코어가 서로 다른 고분자로 구성할 수 있으며, 이를 통하여 약물전달체 및 센서 등의 복잡하면서 기능성 있는 구조체를 제조할 수 있다. 상기 코어-쉘의 경우에는 전기수력학적 제팅을 사용함에 있어서, 위핑 및 절사 없는 안정성이 우선되는데, 이는 서로 다른 고분자를 사용함에 이를 용해하는 용매또한 달라질 수 있으며, 이에 따라 전기수력학적 제팅시에 심한 위핑 및 절사가 이루어 질 수 있다. The core-shell structure may be composed of polymers having different shells and cores, and through this, a complex and functional structure such as a drug delivery system and a sensor may be manufactured. In the case of the core-shell, in using electrohydrodynamic jetting, stability without whipping and cutting takes precedence. This is because different polymers are used, so the solvent for dissolving them may also vary, and accordingly, when electrohydrodynamic jetting, severe Weeping and cutting can be done.

이에 반해 상기 역전압 전기수력학적 제팅을 사용함으로써 제팅 시에 위핑 및 절사가 이루어지지 않으며, 상당히 안정적으로 코어-쉘 구조의 구조체를 제공 할 수 있는 장점이 존재한다. On the other hand, by using the reverse voltage electrohydrodynamic jetting, weeping and cutting are not performed during jetting, and there is an advantage in that a structure of a core-shell structure can be provided in a fairly stable manner.

또한 본 발명은 고분자 용액을 수용할 수 있는 실린지, 상기 실린지와 연결되어 고분자 용액의 유입량을 일정한 속도로 조절하는 펌프, 상기 실린지 하단에 연결된 고분자 용액이 제팅 되는 노즐을 포함한 제팅 장치(200), 상기 제팅 장치(200)에서 제팅 되는 고분자 용액을 섬유화 시켜주면서 동시에 운송하는 제 1차 컬렉터(400), 상기 제 1차 컬렉터에서 이송된 섬유를 번들 형태로 감아주는 제 2차 컬렉터(500) 및 전압인가장치(100)에서 발생되는 전하를 상기 노즐 및 제 1차 컬렉터에 연결하기 위한 연결도선(300)으로 구성된 전기수력학적 섬유번들 제조 장치를 제공할 수 있다. In addition, the present invention is a jetting apparatus 200 including a syringe capable of accommodating a polymer solution, a pump connected to the syringe to control the inflow of the polymer solution at a constant speed, and a nozzle through which the polymer solution connected to the lower end of the syringe is jetted ), a first collector 400 that simultaneously transports the polymer solution jetted by the jetting device 200 into fibers, and a second collector 500 that winds the fibers transferred from the first collector in a bundle form. And it is possible to provide an electrohydrodynamic fiber bundle manufacturing apparatus consisting of a connecting wire 300 for connecting the electric charge generated in the voltage applying device 100 to the nozzle and the primary collector.

본 발명의 역전압 전기수력학적 제팅을 수행하여 섬유 번들을 제조하기 위하여 상기 전기수력학적 섬유번들 제조 장치를 제공한다. The present invention provides the electrohydrodynamic fiber bundle manufacturing apparatus for manufacturing a fiber bundle by performing reverse voltage electrohydrodynamic jetting.

구체적으로 도 1에서, 분자 용액을 수용할 수 있는 실린지, 상기 실린지와 연결되어 고분자 용액의 유입량을 일정한 속도로 조절하는 펌프, 상기 실린지 하단에 연결된 고분자 용액이 제팅 되는 노즐을 포함한 제팅 장치(200)는 통상적으로 전기수력학적 제팅에 사용되는 장치이지만, 상기 제팅 장치의 노즐에는 접지선이 연결되어 있어 상기 노즐에서 제팅 되는 고분자용액은 전하 값이 0이다. Specifically, in FIG. 1 , a syringe capable of accommodating a molecular solution, a pump connected to the syringe to control the inflow of the polymer solution at a constant speed, and a nozzle connected to the lower end of the syringe through which the polymer solution is jetted. Reference numeral 200 denotes a device typically used for electrohydrodynamic jetting, but a ground wire is connected to the nozzle of the jetting device, so that the polymer solution jetted from the nozzle has a charge value of zero.

상기 전압인가장치(100)에서는 상기 전압이 0.1 kV에서 30 kV가 제공될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 제공되는 전압에 대한 전하는 양 전하 일수도 있으며, 음전하일수 있으나 전위차만 줄 수 있다면 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전압인가장치에서 제공되는 전압은 연결도선을 통해서 제 1 컬렉터(400)으로 흐르게 되며, 상기 제 1 컬렉터(400)에 전하가 걸리게 된다. 상기 제 1 컬렉터(400)는 컨테이너 밸트 방식으로 기판이 회전하여, 상기 제팅 장치에서 제팅된 미세 섬유는 제 1 컬렉터(400)을 통해 제 2 컬렉터(500)으로 이송된다. 상기 제 1 컬렉터(400)과 제 2 컬렉터(500)은 도 1에서 보듯이 동일 방향으로 회전하며, 상황에 따라 역방향으로 회전이 가능하다. 상기 제 2 컬렉터(500)은 전하를 주입하지 않아 전하가 0이며, 상기 섬유를 받아 회전하여 상기 섬유를 번들 형태로 제공한다. The voltage applying device 100 may provide the voltage from 0.1 kV to 30 kV, but is not limited thereto. In addition, a charge for the provided voltage may be a positive charge or a negative charge, but is not limited thereto as long as only a potential difference can be provided. The voltage provided from the voltage applying device flows to the first collector 400 through the connecting wire, and a charge is applied to the first collector 400 . In the first collector 400 , the substrate rotates in a container belt manner, and the fine fibers jetted by the jetting device are transferred to the second collector 500 through the first collector 400 . The first collector 400 and the second collector 500 rotate in the same direction as shown in FIG. 1 , and may rotate in the reverse direction depending on circumstances. The second collector 500 does not inject an electric charge, so the electric charge is 0, and the second collector 500 receives the fibers and rotates to provide the fibers in the form of bundles.

상기 제 1컬렉터(400)에서 이송된 섬유는 이송과정에서 건조되어 제 2 컬렉터에(500)에서 섬유 번들 형태로 제공되었을 때 고분자 섬유에 포함된 용매가 휘발함으로써 서로 엉겨 붙지 않는 장점이 존재한다.When the fibers transferred from the first collector 400 are dried during the transfer process and provided in the form of a fiber bundle to the second collector 500, the solvent contained in the polymer fibers volatilizes and does not stick to each other.

본 발명은 X 이동축이 삽입되기 위한 X축 고정홀(20) 및 Y 이동축이 삽입되기 위한 Y축 고정홀(30)이 형성된 몸체부(10)를 포함하는 어댑터로서,The present invention is an adapter comprising a body portion 10 having an X-axis fixing hole 20 for inserting the X-moving shaft and a Y-axis fixing hole 30 for inserting the Y-moving shaft,

상기 몸체부(10)는,The body portion 10,

고분자 용액 주입구(50); 및Polymer solution inlet 50; and

상기 고분자 용액 주입구(50)와 연통되어 고분자를 토출하는 노즐을 포함하는 노즐 고정부(40)를 포함하는 멀티 어댑터 장치를 제공한다.It provides a multi-adapter device including a nozzle fixing part 40 including a nozzle communicating with the polymer solution inlet 50 and discharging the polymer.

도 2는 몸체부(10), X축 고정홀(20), Y축 고정홀(30), 노즐고정부(40) 및 고분자 용액 주입구(50)으로 구성되어 있는 멀티어댑터를 도시한 것이다. FIG. 2 shows a multi-adapter including a body 10, an X-axis fixing hole 20, a Y-axis fixing hole 30, a nozzle fixing part 40, and a polymer solution inlet 50. As shown in FIG.

상기 몸체부(10)는 상기 X축 고정홀(20) 및 상기 Y축 고정홀(30)에 일측 또는 타측의 방향으로 이동이 가능한 이동축을 삽입 및 고정할 수 있으며, 상기 이동축들이 일측 또는 타측으로 이동함에 따라, 상기 멀티 어댑터가가 X, Y축으로 이동이 가능하다. The body portion 10 may insert and fix a movable shaft movable in one or the other direction into the X-axis fixing hole 20 and the Y-axis fixing hole 30, and the movable shafts are disposed on one side or the other side. As it moves to the side, the multi-adapter can move along the X and Y axes.

상기 몸체부(10)에 상기 노즐 고정부(40)가 포함되어 있어서 역전압 전기수력학적 제팅시에 노즐이 흔들리지 않아 원활하게 제팅이 되는 장점이 있다.Since the nozzle fixing part 40 is included in the body part 10, there is an advantage in that the nozzle is not shaken during reverse voltage electrohydrodynamic jetting, so that jetting is performed smoothly.

또한, 상기 노즐 고정부(40)는 2개 이상의 노즐을 고정할 수 있는 공간을 포함하여 상기 2상형 및 코어-쉘 구조의 제팅이 가능하다. 상기 노즐 고정부(40)에 고정된 노즐 및 노즐들은 상기 고분자 용액 주입구(50)를 통해 고분자 용액이 원활하게 주입될 수 있다.In addition, the nozzle fixing unit 40 includes a space for fixing two or more nozzles, so that jetting of the two-phase type and the core-shell structure is possible. The nozzle and the nozzles fixed to the nozzle fixing part 40 may be smoothly injected with the polymer solution through the polymer solution injection hole 50 .

상기 멀티 어댑터를 사용하여 역전압 전기수력학적 제팅을 함으로써 마이크로 섬유 다발 뿐만 아니라 패터닝 및 3D 프린팅 등과 같은 구조체 또한 제공 할 수 있다. By performing reverse voltage electrohydrodynamic jetting using the multi-adapter, not only microfiber bundles but also structures such as patterning and 3D printing can be provided.

이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교 예에 의해 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples. However, the following Examples and Comparative Examples are only examples for explaining the present invention in more detail, and the present invention is not limited by the following Examples and Comparative Examples.

[실시예 1][Example 1]

고분자 용액을 수용할 수 있는 실린지, 상기 실린지와 연결되어 고분자 용액의 유입량을 일정한 속도로 조절하는 펌프, 상기 실린지 하단에 연결된 고분자 용액이 제팅 되는 노즐, 상기 노즐에서 제팅 되는 고분자 용액을 섬유화 시켜주면서 동시에 운송하는 제 1차 컬렉터, 상기 제 1차 컬렉터에서 이송된 섬유를 번들형태로 감아주는 제 2차 컬렉터 및 상기 노즐 및 제 1차 컬렉터에 연결되는 전압인가장치로 구성된 전기수력학적 섬유번들 제조 장치를 사용하였다. 상기 실린지는 1ml norm-ject 실린지를 사용하였고, 상기 펌프는 New-era사의 Infusion 실린지 펌프를 사용하였다. 상기 노즐은 25G needle을 사용하였으며, 상기 전압인가장치는 Conver Tech사의 SHV-50R -25kV 모델을 사용하였다. 상기 제 1 컬렉터와 제 2 컬렉터에서 사용된 기판은 알루미늄 호일을 사용하였다.A syringe capable of accommodating a polymer solution, a pump connected to the syringe to control the inflow of the polymer solution at a constant speed, a nozzle through which the polymer solution is jetted connected to the lower end of the syringe, and fiberizing the polymer solution jetted from the nozzle An electro-hydrodynamic fiber bundle composed of a primary collector that simultaneously transports the fibers and a secondary collector that winds the fibers transferred from the primary collector in a bundle form, and a voltage applying device connected to the nozzle and the primary collector A manufacturing apparatus was used. The syringe used a 1ml norm-ject syringe, and the pump was an Infusion syringe pump from New-era. The nozzle used a 25G needle, and the voltage applying device was Conver Tech's SHV-50R -25kV model. An aluminum foil was used as the substrate used in the first and second collectors.

노즐에 접지하고 기판 역할을 하는 제 1 컬렉터에 고전압을 인가하여 전기수력학적 제팅을 하였다. Electrohydrodynamic jetting was performed by applying a high voltage to the first collector, which was grounded to the nozzle and served as a substrate.

노즐에서 제팅 되는 고분자 용액으로는 PLGA(Poly lactic-co-glycolic acid, Mw 50,000-75,000 g/mol) 용액을 사용하였다. 상기 PLGA의 용액은 테트라하이드로퓨란(THF; tetrahydrofuran)과 디메틸포름아마이드(DMF; Dimethylformamide)를 6:4로 혼합한 용매를 사용하였으며, 농도는 70w/v%로 제조하여 사용하였다. 노즐과 제 1 컬렉터와의 사이 거리를 1.5cm로 고정하였고, 3kV의 전압을 인가하였으며, 유량은 50㎕/h으로 수행하였다.PLGA (Poly lactic-co-glycolic acid, Mw 50,000-75,000 g/mol) solution was used as the polymer solution jetted from the nozzle. The PLGA solution was a solvent in which tetrahydrofuran (THF; tetrahydrofuran) and dimethylformamide (DMF; Dimethylformamide) were mixed in a ratio of 6:4, and the concentration was prepared at 70w/v%. The distance between the nozzle and the first collector was fixed to 1.5 cm, a voltage of 3 kV was applied, and the flow rate was 50 μl/h.

상기 전기수력학적 제팅 결과를 Tescan사의 Mira3 주사전자현미경(SEM; Scanning Electron Microscope)을 통해 관찰하였고, 그 SEM 이미지를 도 3에 기재하였다. The electrohydrodynamic jetting result was observed through a Tescan Mira3 scanning electron microscope (SEM), and the SEM image is shown in FIG. 3 .

도 3으로부터 상기 전기수력학적 제팅을 통하여 섬유 번들이 제조되었으며, 그 단일 섬유의 지름이 약 20㎛ 수준으로 매우 미세한 것을 확인할 수 있다.From FIG. 3, it can be seen that the fiber bundle was manufactured through the electrohydrodynamic jetting, and the diameter of the single fiber was very fine at the level of about 20 μm.

[실시예 2][Example 2]

실시예 1의 전기수력학적 섬유 번들 제조 장치를 사용하였다. 실시예 1과 동일하게 노즐을 접지하였고 기판에 전압을 인가하였다. The electrohydrodynamic fiber bundle manufacturing apparatus of Example 1 was used. In the same manner as in Example 1, the nozzle was grounded and a voltage was applied to the substrate.

노즐에서 제팅 시키는 고분자 용액으로 열가소성 폴리우레탄(TPU, Mw 100,000 g/mol)을 포함한 용액을 사용하였다. 상기 용액은 THF와 DMF를 6:4로 혼합한 용매를 사용하였으며, 농도는 20w/v%로 제조하여 사용하였다. 3kV의 전압을 인가하였으며 유량은 70㎕/h으로 수행하였다.A solution containing thermoplastic polyurethane (TPU, Mw 100,000 g/mol) was used as the polymer solution jetted from the nozzle. As the solution, a solvent in which THF and DMF were mixed in a ratio of 6:4 was used, and the concentration was prepared at 20w/v%. A voltage of 3 kV was applied and the flow rate was 70 μl/h.

상기 전기수력학적 제팅 결과를 주사전자현미경을 통해 관찰하였고, 그 SEM 이미지를 도 4에 기재하였다. The electrohydrodynamic jetting result was observed through a scanning electron microscope, and the SEM image is shown in FIG. 4 .

상기 도 4로부터 상기 전기수력학적 제팅을 통하여 섬유번들을 형성 되었으며, 그 단일 섬유의 지름이 약 20㎛ 수준으로 매우 미세한 것을 확인할 수 있다.From FIG. 4, it can be seen that a fiber bundle was formed through the electrohydrodynamic jetting, and the diameter of the single fiber was very fine at the level of about 20 μm.

[실시예 3][Example 3]

실시예 1의 전기수력학적 섬유번들 제조 장치를 사용하였다. 실시예 1과 동일하게 노즐을 접지하였고 기판에 전압을 인가하였다. The electrohydrodynamic fiber bundle manufacturing apparatus of Example 1 was used. In the same manner as in Example 1, the nozzle was grounded and a voltage was applied to the substrate.

노즐에서 제팅 시키는 고분자 용액으로 아자이드기가 도입된 열가소성 폴리우레탄(Azido-TPU, Mw 80,000 g/mol)을 포함한 용액을 사용하였다. THF와 DMF를 6:4로 혼합한 용매를 사용하였고, Azido-TPU와 열가소성 폴리우레탄(TPU)을 1:1로 혼합하여 농도 30w/v%로 제조하여 사용하였다. 3kV의 전압을 인가하였고 유량은 70㎕/h으로 수행하였다.A solution containing a thermoplastic polyurethane (Azido-TPU, Mw 80,000 g/mol) introduced with an azide group was used as a polymer solution jetted from the nozzle. A solvent in which THF and DMF were mixed at 6:4 was used, and Azido-TPU and thermoplastic polyurethane (TPU) were mixed at a ratio of 1:1 to prepare a concentration of 30w/v%. A voltage of 3 kV was applied and the flow rate was 70 μl/h.

상기 전기수력학적 제팅 결과를 주사전자현미경을 통해 관찰하였고, 그 SEM 이미지를 도 5에 기재하였다. The electrohydrodynamic jetting result was observed through a scanning electron microscope, and the SEM image is shown in FIG. 5 .

상기 도 5로부터 상기 전기수력학적 제팅을 통하여 섬유번들을 형성 되었으며, 그 단일 섬유의 지름이 약 20㎛ 수준으로 매우 미세한 것을 확인할 수 있다.From FIG. 5, it can be seen that a fiber bundle was formed through the electrohydrodynamic jetting, and the diameter of the single fiber was very fine at the level of about 20 μm.

[실시예 4][Example 4]

실시예 1의 전기수력학적 섬유번들 제조 장치를 사용하였다. 실시예 1과 동일하게 노즐을 접지하였고 기판에 전압을 인가하였다.The electrohydrodynamic fiber bundle manufacturing apparatus of Example 1 was used. In the same manner as in Example 1, the nozzle was grounded and a voltage was applied to the substrate.

노즐에서 제팅 시키는 고분자 용액으로 폴리-3-하이드로부틸릭 산(poly[(R)-3-hydrobutyric acid], nature origin)을 포함한 용액을 사용하였다. 상기 용액은 TFE(와 DMF를 6:4로 혼합한 용매를 사용하였으며, 농도는 10w/v%로 제조하여 사용하였다. 2.7kV의 전압을 인가하였으며 유량은 90㎕/h으로 수행하였다.A solution containing poly-3-hydrobutyric acid (poly[(R)-3-hydrobutyric acid], nature origin) was used as a polymer solution jetted from the nozzle. As the solution, a solvent in which TFE (and DMF were mixed at 6:4) was used, and the concentration was prepared at 10w/v%. A voltage of 2.7kV was applied and the flow rate was 90μl/h.

상기 전기수력학적 제팅 결과를 주사전자현미경을 통해 관찰하였고, 그 SEM 이미지를 도 6에 기재하였다. The electrohydrodynamic jetting result was observed through a scanning electron microscope, and the SEM image is shown in FIG. 6 .

상기 도 6으로부터 상기 전기수력학적 제팅을 통하여 섬유번들을 형성 되었으며, 그 단일 섬유의 지름이 약 20㎛ 수준으로 매우 미세한 것을 확인할 수 있다.From FIG. 6, it can be seen that a fiber bundle was formed through the electrohydrodynamic jetting, and the diameter of the single fiber was very fine at the level of about 20 μm.

[실시예 5][Example 5]

실시예 1의 전기수력학적 섬유번들 제조 장치를 사용하였다. 실시예 1과 동일하게 노즐을 접지하였고 기판에 전압을 인가하였다.The electrohydrodynamic fiber bundle manufacturing apparatus of Example 1 was used. In the same manner as in Example 1, the nozzle was grounded and a voltage was applied to the substrate.

노즐에서 제팅 시키는 고분자 용액으로 폴리메틸메타아크릴레이트((poly)methyl methacrylate), Mw 120,000 g/mol)을 포함한 용액을 사용하였다. 상기 용액은 THF와 DMF를 6:4로 혼합한 용매를 사용하였으며, 농도는 40w/v%로 제조하여 사용하였다. 3kV의 전압을 인가하였으며 유량은 70㎕/h으로 수행하였다.A solution containing polymethyl methacrylate ((poly)methyl methacrylate, Mw 120,000 g/mol) was used as a polymer solution jetted from the nozzle. As the solution, a solvent in which THF and DMF were mixed in a ratio of 6:4 was used, and the concentration was prepared at 40w/v%. A voltage of 3 kV was applied and the flow rate was 70 μl/h.

상기 전기수력학적 제팅 결과를 주사전자현미경을 통해 관찰하였고, 그 SEM 이미지를 도 7에 기재하였다. The electrohydrodynamic jetting result was observed through a scanning electron microscope, and the SEM image is shown in FIG. 7 .

상기 도 7로부터 상기 전기수력학적 제팅을 통하여 섬유번들을 형성 되었으며, 그 단일 섬유의 지름이 약 20㎛ 수준으로 매우 미세한 것을 확인할 수 있다.From FIG. 7, it can be seen that a fiber bundle was formed through the electrohydrodynamic jetting, and the diameter of the single fiber was very fine at the level of about 20 μm.

[실시예 6][Example 6]

각 2개의 실린지 및 노즐인 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 전기수력학적 3D 패터닝 장치를 사용하였다. 실시예 1과 동일하게 노즐을 접지하였고 기판에 전압을 인가하였다. 두 개의 노즐을 나란히 결합하여 사용하였다.The same electrohydrodynamic 3D patterning apparatus as in Example 1 was used, except that each was two syringes and a nozzle. In the same manner as in Example 1, the nozzle was grounded and a voltage was applied to the substrate. Two nozzles were combined side by side and used.

고분자 용액으로 한쪽에는 Azido-TPU를 포함한 용액을 사용하였다. THF와 DMF를 6:4로 혼합한 용매를 사용하였고, Azido-TPU와 TPU를 1:1로 혼합하여 농도 30w/v%로 제조하여 사용하였다. 다른 한쪽에는 THF와 DMF를 6:4로 혼합한 용매를 사용한 20w/v% TPU 용액을 사용하였으며, 파란색 화학 염료 Poly[(m-phenylenevinylene)-co-(2,5-dioctoxy-p-phenylenevinylene)]를 넣어주었다.As a polymer solution, a solution containing Azido-TPU was used on one side. A solvent in which THF and DMF were mixed in a ratio of 6:4 was used, and Azido-TPU and TPU were mixed in a ratio of 1:1 to prepare a concentration of 30w/v%. On the other side, a 20w/v% TPU solution using a solvent mixed with THF and DMF in a ratio of 6:4 was used, and a blue chemical dye Poly[(m-phenylenevinylene)-co-(2,5-dioctoxy-p-phenylenevinylene) was used. ] was inserted.

전기수력학적 공분사법 방식으로 2상형 구조를 패터닝 하였다. 전압은 3kV 인가하였으며, 유량은 70㎕, 인쇄거리 2cm로 수행하였다.The two-phase structure was patterned by the electrohydrodynamic co-spray method. A voltage of 3 kV was applied, the flow rate was 70 μl, and the printing distance was 2 cm.

상기 전기수력학적 제팅 결과를 LEICA DMLB 공초점 레이저 현미경 (CLSM)(Confocal Laser Scanning microscopy)를 통해 관찰하였고, 그 CLSM 이미지를 도 8에 기재하였다. The electrohydrodynamic jetting results were observed through LEICA DMLB confocal laser scanning microscopy (CLSM), and the CLSM image is shown in FIG. 8 .

상기 도 8로부터 상기 전기수력학적 제팅을 통하여 섬유번들을 형성 되었으며, 그 단일 섬유의 지름이 약 20㎛ 수준으로 매우 미세한 것을 확인할 수 있다.From FIG. 8, it can be seen that a fiber bundle was formed through the electrohydrodynamic jetting, and the diameter of the single fiber was very fine at the level of about 20 μm.

[비교예 1][Comparative Example 1]

상기 실시예 2에서 제 1차 컬렉터에서 접지하고 노즐에 전압을 인가하여 전기수력학적 제팅을 시도한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. In Example 2, the same procedure was performed except that electrohydrodynamic jetting was attempted by grounding the first collector and applying a voltage to the nozzle.

전기수력학적 제팅중에 위핑(whipping)이 있어 고르게 일정하게 방사되지 않아 일정한 섬유 번들을 얻을 수가 없었다. There was whipping during electrohydrodynamic jetting, so that it was not evenly and uniformly spun, and a consistent fiber bundle could not be obtained.

[비교예 2][Comparative Example 2]

상기 실시예 3에서 제 1차 컬렉터에서 접지하고 노즐에 전압을 인가하여 전기수력학적 제팅을 시도한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. In Example 3, the same procedure was performed except that electrohydrodynamic jetting was attempted by grounding the first collector and applying a voltage to the nozzle.

전기수력학적 제팅중에 심한 위핑(whipping)이 있어 일정하게 방사되지 않았으며, 특히 절사가 일어나 연속적으로 섬유를 제조할 수 없었다. There was severe whipping during electrohydrodynamic jetting, so that the spinning was not uniformly, and in particular, the fibers could not be continuously produced due to cutting.

[비교예 2][Comparative Example 2]

상기 실시예 7에서 제 1차 컬렉터에서 접지하고 노즐에 전압을 인가하여 전기수력학적 제팅을 시도한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. In Example 7, the same procedure was performed except that electrohydrodynamic jetting was attempted by grounding the first collector and applying a voltage to the nozzle.

전기수력학적 제팅중에 심한 위핑(whipping)이 있어 일정하게 방사되지 않았으며, 특히 절사가 일어나 연속적으로 섬유를 제조할 수 없었다. There was severe whipping during electrohydrodynamic jetting, so that the spinning was not uniformly, and in particular, the fibers could not be continuously produced due to cutting.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described with specific details and limited examples and drawings, but these are only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments, and the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .

10: 몸체부
20: X 축 고정홀
30: Y 축 고정홀
40: 노즐 고정부
50: 고분자 용액 주입구
100: 전력 공급 장치(POWER SUPPLY)
200: 노즐
300: 연결도선
400: 제 1 컬렉터
500: 제 2 컬렉터
10: body part
20: X axis fixing hole
30: Y axis fixing hole
40: nozzle fixing part
50: polymer solution inlet
100: POWER SUPPLY
200: nozzle
300: connecting wire
400: first collector
500: second collector

Claims (10)

노즐이 접지된 상태에서, 제 1 컬렉터에 전압을 인가하여 전기수력학적 제팅 방법으로 고분자 용액을 방사하여 섬유를 제조하는 단계;
상기 섬유를 제 2 컬렉터로 이송하는 단계;
상기 섬유를 섬유번들로 제조하는 단계;
를 포함하는 역전압 전기수력학적 제팅 방법.
In a state in which the nozzle is grounded, applying a voltage to the first collector and spinning a polymer solution by an electrohydrodynamic jetting method to prepare a fiber;
conveying the fibers to a second collector;
manufacturing the fiber into a fiber bundle;
A reverse voltage electrohydrodynamic jetting method comprising a.
제 1항에 있어서
상기 노즐은 X축 및 Y축으로 이동이 가능하며, 노즐을 2개 이상 고정할 수 있는 멀티 어댑터에 고정된 것인 역전압 전기수력학적 제팅 방법.
2. The method of claim 1
The nozzle is movable in the X-axis and the Y-axis, and the reverse voltage electrohydrodynamic jetting method is fixed to a multi-adapter capable of fixing two or more nozzles.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 컬렉터는 철, 구리 및 알루미늄의 중에서 선택되는 도전성 기판을 포함하는 역전압 전기수력학적 제팅 방법.
The method of claim 1,
The first collector is a reverse voltage electrohydrodynamic jetting method comprising a conductive substrate selected from among iron, copper and aluminum.
제 1항에 있어서,
상기 고분자 용액에 사용되는 고분자는 폴리우레탄, 셀룰로오스, 아크릴로나이트릴, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴릭액시드, 폴리아크릴레이트, 폴리퍼퓨릴알콜, 폴리스티렌, 폴리아닐린, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리이미드, 폴리라틱-co-글리콜릭 산, 및 폴리-3-하이드로부틸릭 산 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 역전압 전기수력학적 제팅 방법.
The method of claim 1,
Polymers used in the polymer solution include polyurethane, cellulose, acrylonitrile, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyacrylic acid, polyacrylate, polyfurfuryl alcohol, and polystyrene. , polyaniline, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene, polyimide, polylactic-co-glycolic acid, and poly-3-hydrobutylic acid any one or a mixture of two or more A reverse voltage electrohydrodynamic jetting method comprising a.
제 4항에 있어서,
상기 폴리우레탄은 아자이드기가 도입된 열가소성 폴리우레탄 공중합체를 포함하는 것인 역전압 전기수력학적 제팅 방법.
5. The method of claim 4,
The polyurethane is a reverse voltage electrohydrodynamic jetting method comprising a thermoplastic polyurethane copolymer into which an azide group is introduced.
제 1항에 있어서,
상기 노즐은 2개 이상을 포함하는 것인 역전압 전기수력학적 제팅 방법.
The method of claim 1,
The reverse voltage electrohydrodynamic jetting method comprising two or more nozzles.
제 6항에 있어서,
상기 노즐은 2상형을 포함하는 것인 역전압 전기수력학적 제팅 방법.
7. The method of claim 6,
wherein the nozzle comprises a two-phase type.
제 6항에 있어서,
상기 노즐은 코어-쉘 구조를 포함하는 것인 역전압 전기수력학적 제팅 방법.
7. The method of claim 6,
wherein the nozzle comprises a core-shell structure.
실린지, 상기 실린지와 연결되어 고분자 용액의 유입량을 일정한 속도로 조절하는 펌프, 상기 실린지 하단에 연결된 고분자 용액이 제팅 되는 노즐을 포함한 제팅 장치(200), 상기 제팅 장치(200)에서 제팅 되는 고분자 용액을 섬유화 시켜주면서 동시에 운송하는 제 1차 컬렉터(400), 상기 제 1차 컬렉터에서 이송된 섬유를 번들형태로 감아주는 제 2차 컬렉터(500) 및 전압인가장치(100)에서 발생되는 전하를 상기 노즐 및 제 1차 컬렉터에 연결하기 위한 연결도선(300)으로 구성된 전기수력학적 섬유번들 제조 장치.A syringe, a pump connected to the syringe to control the inflow of the polymer solution at a constant speed, a jetting device 200 including a nozzle through which the polymer solution connected to the lower end of the syringe is jetted, and the jetting device 200 The first collector 400 that simultaneously transports the polymer solution while making it into fibers, the second collector 500 that winds the fibers transferred from the first collector into a bundle in a bundle form, and the electric charge generated by the voltage applying device 100 An electrohydrodynamic fiber bundle manufacturing apparatus comprising a connecting wire (300) for connecting to the nozzle and the first collector. X 이동축이 삽입되기 위한 X축 고정홀(20) 및 Y 이동축이 삽입되기 위한 Y축 고정홀(30)이 형성된 몸체부(10)를 포함하는 어댑터로서,
상기 몸체부(10)는,
고분자 용액 주입구(50); 및
상기 고분자 용액 주입구(50)와 연통되어 고분자를 토출하는 노즐을 포함하는 노즐 고정부(40)를 포함하는 멀티 어댑터 장치.
An adapter comprising a body portion 10 having an X-axis fixing hole 20 for inserting the X-moving shaft and a Y-axis fixing hole 30 for inserting the Y-moving shaft,
The body portion 10,
Polymer solution inlet 50; and
A multi-adapter device comprising a nozzle fixing part 40 that communicates with the polymer solution injection port 50 and includes a nozzle for discharging the polymer.
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