KR20240054169A - 모듈형 전기방사 노즐블록 및 이를 구비한 전기방사 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 1m 이상인 광폭의 나노섬유 웹을 제조할 수 있도록 방사노즐의 길이방향으로 용이하게 확장할 수 있고, 전기방사공정중에 방사노즐의 팁에서 용액이 고화되거나 외부 오염물질에 의해 방사 노즐이 막히는 것을 방지할 수 있으며, 전기방사공정중에 방사노즐의 선단부 외부에 방사용액의 휘발로 인해 침적되는 방사응집물을 깨끗하게 청소할 수 있는 모듈화된 전기방사 노즐블록에 관한 것이다.
Description
본 출원은 2022년 10월 18일에 출원된 한국 특허출원 제 10-2022-0134233 호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
본 발명은 전기방사장치(electrospinning device)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광폭의 나노섬유 웹을 제조하기 위해 방사노즐을 노즐의 길이방향으로 용이하게 확장할 수 있도록 모듈화된 전기방사 노즐블록에 관한 것이다.
전기방사(electrospinning) 공정은 용액에 수천 내지 수만 볼트의 직류 고전압을 인가하고, 집적판(collector)에 접지 혹은 (-)전압을 연결하여 전기장이 형성된 환경 속에서 나노섬유를 제조하는 공정이다.
이러한 전기방사 공정으로부터 제조되는 나노섬유는 수 마이크로미터 ~ 수십 마이크로미터(um)의 두께로 적층되어 미세다공을 갖는 웹으로 제조되고, 상기의 웹은 방수투습용 멤브레인, 초미세먼지 입자여과용 필터여재, 세포배양용 스캐폴더, 약물담지용 패취제, 높은 비표면적을 갖는 센서재료, 유연성 전자재료로 활용된다.
전기방사 공정은 방사노즐을 구성하는 중공형 방사니들에서 니들당 토출량이 분당 10 내지 1,000 마이크로 리터(㎕)로 매우 적기 때문에, 나노섬유로 구성되는 대면적의 웹 혹은 멤브레인을 제조하기 위하여 수천 내지 수 만개의 방사니들이 길이방향으로 집합되어 있는 방사노즐 시스템을 사용한다. 이렇게 통전성의 금속재질로 이루어진 수천 내지 수 만개의 방사니들이 길이 방향으로 집합된 전기방사 공정의 경우, 고전압 환경하에서 금속노즐 몸체로부터 다량의 전하방출에 따른 방전으로 화재발생의 위험성이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 전기방사 노즐은 PTFE(Poly(tetrafluoroethylene)) 불소계 수지 혹은 폴리에테르에테르케톤(PEEK)와 같은 비통전성의 플라스틱계 수지의 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 하지만, 비통전성 플라스틱계 재료는 길이가 제한적이고, 길이가 1m 이상인 경우, 재료가공의 한계로 인해 길이가 1m 내지 5m인 광폭의 노즐을 제작하기 어렵다. 또한, 길이가 긴 광폭의 노즐이 막히면 고장난 해당 노즐 부품을 교체하기 위하여 노즐몸체를 전부 탈거하고 분리하여 수리해야하는 복잡한 문제점이 있다. 따라서, 광폭의 기재에 나노섬유를 전기방사하는 경우, 여러개의 방사니들로 구성되어 모듈화된 전기방사 노즐블록을 복수개 연속적으로 배치시킬 필요가 있다.
특허문헌 1(한국 등록특허공보 제 10-1478184호)은 다수의 개구부가 용액 주입구 하부에서 가장 넓은 간격으로 배열되고, 용액 주입구로부터 멀어질수록 점진적으로 좁아지는 간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 전기방사 노즐 팩에 관한 것으로, 용액주입구와 기체주입구를 몸체 상부로 노출되도록 형성시키면 2개 이상의 노즐 팩을 길이방향으로 연결하여도 노즐 팩 간의 경계부분에서 분사노즐 간의 간격을 일정하게 유지할 수 있어 대면적 기재에 대한 섬유방사시 균일한 나노섬유를 대량 제조가능하다고 개시한다. 하지만, 특허문헌 1에 따르면, 2개 이상의 전기방사 노즐 팩을 길이방향으로 연결하여 사용할 때 용액 주입구 하부와 노즐 팩 간의 분사노즐 간의 간격은 모두 다르기 때문에 방사 필라멘트가 균일하게 집적되기 어려운 문제점이 있고, 방사노즐이 막히면 별도의 크리닝 수단들이 없기 때문에 공정을 중단하고 교체 내지 수리해야하는 문제점이 있다.
또한, 특허문헌 2(한국 등록특허공보 제 10-1943850호)는 분할헤더를 갖는 광폭의 대면적 전기방사장치에 관한 것으로, 노즐블록이 왕복운동으로 성형액이 끝단에 몰려 중앙부분에서 성형액이 비는 공동현상으로 성형액이 분사되지 않아 성형불량이 발생하는 것을 방지하기 위하여 노즐헤더의 내부공간을 복수개로 구획하는 관성방지부를 두어 관성발생을 최소화하여 성형불량을 방지할 수 있는 구성을 개시한다. 그러나, 특허문헌 2의 경우, 길이가 긴 방사노즐에 노즐막힘과 같은 문제가 발생하면, 노즐 전체를 교체하기 위해 공정을 중단해야하는 문제점이 있다.
한편, 전기방사공정은 공정을 잠시 중지할 때, 방사니들 끝부분(이하 팁(tip)이라고 칭함)에서 용매 휘발에 따른 용액고화로 방사노즐 팁이 막혀 후속공정을 진행하기 어렵다. 이러한 현상은 방사니들 팁으로부터 토출된 용액이 용매 휘발로 쉽게 고화되기 때문에 생기는 문제로 휘발성이 강한 용매를 포함하는 방사용액으로부터 나노섬유를 제조하는 공정에서 자주 발생한다. 예를들면, 전기방사 공정을 이용하여 폴리비닐리덴플루오라이드(Poly(vinylidene fluoride(PVDF)) 나노섬유를 제조하는 경우, PVDF 용액은 용매 휘발속도를 높이기 위하여 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide(DMAc))와 아세톤(acetone)의 혼합액을 용매로 사용한다. 이때, 아세톤의 비율을 50% 내지 90% 범위로 하여 나노섬유를 제조하지만, 아세톤의 비율을 증가시킬수록 용매 휘발도가 높아지면서 방사니들 팁에서 응집물이 생기는 빈도가 높아진다. 바이오용 고분자의 경우, 휘발성이 강한 용매를 사용하기 때문에 공정을 잠시 중단하는 경우 니들이 쉽게 막히는 문제점이 있다. 예를들면, 폴리카프로락톤(PCL:Poly(caprolactone))/초산(acetic acid)용액, 폴리락틱산(PLA:Poly(Lactic acid))/디클로로메탄(dichrolomethane) 용액, 실크/개미산(formic acid)용액, 나일론(Nylon)/개미산(formic acid) 용액은 용매의 빠른 휘발로 니들 팁에서 용액이 고화되어 자주 막힌다. 한편, 휘발성 용액을 사용하는 경우, 공정 진행 중에도 방사니들의 선단부 주변에서 방사중 용액 응집체 생성과 성장으로 공정 진행중 방사니들 팁이 막힐 수 있다. 방사 중 방사노즐로부터 토출되는 방사용액의 일부가 방사노즐 선단부의 외부에 침적되면서 생성되는 방사 응집물로 장시간 안정된 공정을 진행할 수 없어 공정 효율성이 저하되는 문제점이 있다.
특히, 한정된 공간에 방사니들을 고밀도로 집적시킨 전기방사 노즐의 경우, 방사니들간 거리가 좁기 때문에 다수개의 방사니들중 하나의 방사니들이 막히면, 인접한 방사니들까지 전기적 간섭 영향을 받아 인접한 방사니들이 추가적으로 막혀 방사공정이 중단될 수 있다. 또한, 방사공정중 방사니들의 선단부 주변에 생성되어 침적된 방사 응집물의 낙하로 인하여 결점이 없는 고품질의 나노섬유 웹을 제조할 수 없다. 따라서, 방사니들의 팁 끝부분이 막히거나, 방사니들의 외부에 침착되는 방사응집물이 없도록 크리닝(cleaning) 작업을 수행하여 방사니들을 깨끗하게 유지된 상태에서 방사공정을 진행할 필요가 있다.
특허문헌 3(대한민국 등록특허공보 제 10-2176015 호)은 방사니들보다 더 작은 직경을 갖고, 방사 니들의 내부에 동축으로 적어도 하나 이상 배치되는 피어싱 수단과, 상기 피어싱 수단과 방사 니들을 서로 상대적으로 왕복 이동시키는 왕복이동 메카니즘을 포함하는 노즐막힘 방지수단을 구비한 노즐블록을 사용하여 전기방사공정이 중간에 잠시 중단되더라도 방사노즐의 팁에서 용액이 고화되거나 외부 오염물질에 의해 방사 노즐이 막히는 것을 방지하고 있다. 다만, 광폭의 웹 제작을 위한 노즐막힘 방지수단이 구비된 고밀도 방사노즐의 경우, 방사중 노즐을 구성하는 방사니들이 막히면 길이가 긴 하나의 노즐을 전부 교환해야 한다.
한편, 전기방사 공정에 사용되는 방사노즐은 고전압을 인가하여 방사하기 때문에 방전에 따른 화재나 누전에 따른 전자기기 파손 등 예기치 못한 여러 가지 문제점을 발생시킨다. 방사공정 중 방전에 따른 화재의 위험성을 감소시키기 위해, 방사노즐 몸체의 재질을 비통전성 고분자 재료를 사용한다. 적어도 1m 이상인 광폭의 나노섬유 웹을 제조하고, 공정의 중단없이 고품질 웹을 제작하기 위해, 노즐의 길이방향으로 동일한 방사노즐을 연속적으로 배치시켜 길이가 긴 광폭의 노즐을 구성하는데 대응될 수 있는 크리닝 수단이 구비된 모듈형의 전기방사 노즐블록이 필요하다. 또한, 방사공정중 방사니들의 막힐 때 긴급하게 대응할 수 있는 탈부착이 용이한 모듈형 전기방사 노즐블록이 광폭의 웹을 제조하는데 필요하다.
본 발명은 적어도 1m 이상인 광폭의 나노섬유 웹을 제조할 수 있도록 방사노즐의 길이방향으로 용이하게 확장할 수 있도록 모듈화된 방사노즐블록을 제공하는 것을 제 1의 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 전기방사공정중에 방사노즐의 팁에서 용액이 고화되거나 외부 오염물질에 의해 방사 노즐이 막히는 것을 방지할 수 있는 방사노즐블록을 제공하는 것을 제 2의 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 전기방사공정중에 방사노즐의 선단부 외부에 방사용액의 휘발로 인해 침적되는 방사응집물을 깨끗하게 청소할 수 있는 방사노즐블록을 제공하는 것을 제 3의 기술적 과제로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제 1 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록은, 용액저장조로부터 이송되어 주입되는 방사용액을 수용하는 내부공간이 구비된 노즐몸체에 용액을 방사하기 위한 복수개의 방사니들이 구비되는 방사노즐과; 상기 방사니들에 대해 동축으로 배치되어 상기 방사니들의 내경 보다 작은 외경을 갖는 복수개의 피어싱 니들이 크리닝 용매가 유입되는 내부공간이 구비된 크리닝 몸체에 구비되는 제 1 크리닝 수단과; 상기 방사니들에 일대일로 대응되도록 상기 방사니들을 관통시킬 수 있는 복수개의 크리닝 홀이 일정한 간격으로 형성되어 있는 베이스 판을 구비하는 제 2 크리닝 수단과; 상기 방사노즐을 상기 제 1 크리닝 수단과 상기 제 2 크리닝 수단에 대해 상대적으로 왕복 이동시키는 구동수단과; 상기 방사노즐, 상기 제 1 크리닝 수단, 상기 제 2 크리닝 수단 및 상기 구동수단을 탈,부착 가능하게 고정한 상태로 상기 구동수단에 의해 상기 방사노즐을 제 1 크리닝 수단과 제 2 크리닝 수단에 대하여 상대적으로 상,하로 이동가능하도록 가이드하는 모듈 플레이트를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 제 2 양태는, 상기 제 1 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 모듈 플레이트는, 장방형(長方形) 판(plate)의 적어도 중심부 일부분에 적어도 하나 이상의 세로 방향의 가이드 레일이 배치되고, 상기 가이드 레일의 상대적으로 높은 위치에 상기 제 1 크리닝 수단을 탈,부착하기 위한 제 1 홀더블록이 배치되고, 상기 가이드 레일의 상기 제 1 홀더블록 보다 낮은 위치에 상기 방사노즐을 탈,부착하기 위한 제 2 홀더블록이 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 3 양태는, 상기 제 2 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 제 1 크리닝 수단의 상기 크리닝 몸체에는 상기 제 1 홀더 블록에 탈,부착되기 위한 제 1 플러그 홀더가 형성되고, 상기 방사노즐의 상기 노즐몸체에는 상기 제 2 홀더 블록에 탈,부착되기 위한 제 2 플러그 홀더가 형성되고, 상기 베이스 판의 일단에는 상기 모듈 플레이트의 밑단에 탈,부착되기 위한 제 3 플러그 홀더가 형성되고, 상기 제 1 홀더 블록에는 상기 제 1 플러그 홀더와 맞물려 결합되는 제 1 소켓 홀더가 형성되고, 상기 제 2 홀더 블록에는 상기 제 2 플러그 홀더와 맞물려 결합되는 제 2 소켓 홀더가 형성되고, 상기 장방형(長方形) 판(plate)의 밑단(bottom end)에는 상기 제 3 플러그 홀더와 맞물려 결합되는 제 3 소켓 홀더가 형성되며; 상기 제 1 플러그 홀더와 상기 제 1 소켓 홀더가 서로 탈,부착 가능하게 맞물려 결합되고, 상기 제 2 플러그 홀더와 상기 제 2 소켓 홀더가 서로 탈,부착 가능하게 맞물려 결합되고, 상기 제 3 플러그 홀더와 상기 제 3 소켓 홀더가 서로 탈,부착 가능하게 맞물려 결합되는 것에 의해 상기 방사노즐, 상기 제 1 크리닝 수단 및 상기 제 2 크리닝 수단이 상기 모듈 플레이트에 탈,부착 가능하게 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 4 양태는, 상기 제 3 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 플러그 홀더는 그 단면이 "”자 형상인 브라켓으로 구성되고, 상기 제 1 내지 제 3 소켓 홀더는 그 단면이 ""자 형상인 브라켓으로 구성되어 서로 맞물려 클러칭(clutching)되는 것에 의해 탈,부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 5 양태는, 상기 제 3 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 방사노즐의 노즐몸체에 고정되는 방사니들간의 간격은 3mm ~ 10mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 6 양태는, 상기 제 5 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 방사노즐은, 복수개의 방사니들이 압입되어 있는 노즐 카트리지를 상기 노즐몸체에 결합하는 것에 의해 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 7 양태는, 상기 제 3 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 피어싱 니들이 상기 방사니들의 내부로 정확하게 진입할 수 있도록 가이드하기 위하여 상기 복수개의 방사니들과 일대일 대응되도록 상기 노즐몸체의 맞은편에 구비되는 가이드 니들을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 8 양태는, 상기 제 7 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 가이드 니들의 내경과 외경은 상기 방사니들의 내경과 외경과 동일하거나 방사니들의 내경과 외경 보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 9 양태는, 상기 제 7 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 방사니들과 상기 가이드 니들간의 길이방향의 이격거리는 1mm~10mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 10 양태는, 상기 제 3 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 피어싱 니들은 중공 니들 또는 금속 재질의 강성 와이어인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 11 양태는, 상기 제 10 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 피어싱 니들의 외경은 방사니들의 내경보다 0.005mm~1mm 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 12 양태는, 상기 제 3 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 피어싱 니들의 선단부가 방사니들의 선단부로부터 0mm ~ 50mm 안쪽 내부에 위치되도록 상기 피어싱 니들을 상기 방사니들의 내부에 동축으로 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 13 양태는, 상기 제 7 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 피어싱 니들은 상기 방사니들의 내부에 동축으로 배치되거나 상기 가이드 니들의 내부에 동축으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 14 양태는, 상기 제 13 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 피어싱 니들의 선단부는 상기 방사니들의 선단부로부터 0mm ~ 50mm 안쪽 내부에 위치되거나, 상기 가이드 니들의 선단부로부터 0mm ~ 5mm 안쪽 내부에 위치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 15 양태는, 상기 제 3 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 전기방사 공정중에 상기 베이스 판은 방사니들의 팁(tip)으로부터 0mm ~ 50mm 상단에 위치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 16 양태는, 상기 제 15 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 크리닝 홀을 관통하여 돌출되는 상기 방사니들의 돌출 길이는 3mm~30mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 17 양태는, 상기 제 3 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 크리닝 홀의 직경은 방사니들의 외경보다 0mm ~ 1mm 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 18 양태는, 상기 제 3 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 피어싱 니들이 상기 방사니들의 내부로 용이하게 진입하여 상,하로 이동하도록 가이드하기 위하여 전기전도성을 갖는 금속 막대에 상기 피어싱 니들과 일대일로 대응되는 복수의 가이드 홈이 형성되어 있는 통전 바를 더 포함하고; 상기 통전 바는 고전압 전원장치에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 19 양태는, 상기 제 3 양태에 따른 전기방사를 위한 모듈형 노즐블록에 있어서, 상기 노즐몸체의 내부공간에는 금속판 또는 금속봉이 설치되고, 상기 금속판 또는 금속봉은 고전압 전원장치에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 제 20 양태에 따른 전기방사장치는, 방사용액을 방사하여 나노섬유를 적층하기 위한 기재가 감겨진 롤을 푸는 권출부로서의 언와인더(unwinder)부와, 나노섬유가 적층되어 있는 기재를 감는 권취부로서의 와인더(winder)부와; 상기 제 1 양태 내지 제 19 양태중 어느 하나의 모듈형 전기방사 노즐블록이 적어도 하나 이상 상기 기재의 폭 방향으로 연결되어 형성되는 적어도 하나 이상의 노즐블록 어레이와, 상기 기재를 이송시키면서 상기 적어도 하나 이상의 노즐블록 어레이로부터 방사되는 나노섬유를 적층시키기 위한 컬렉터와; 방사용액을 저장하는 용액 저장조와; 상기 용액 저장조로부터 방사용액을 상기 모듈형 전기방사 노즐블록의 방사노즐로 이송하기 위한 용액이송기구; 및 상기 방사용액에 직류 고전압을 인가하기 위한 고전압 전원장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 21 양태는, 상기 제 20 양태에 따른 전기방사장치에 있어서, 상기 노즐블록 어레이를 상기 기재의 폭방향으로 왕복 구동시키기 위한 로봇구동부와; 상기 컬렉터와 상기 방사니들의 팁간의 거리를 조절하기 위하여 상기 노즐블록 어레이를 상,하로 이동시키는 방사거리 조절부와; 상기 기재가 이송되는 방향에서 상기 노즐블록 어레이의 좌,우에 배치되어 방사되는 나노섬유를 컬렉터의 한정된 영역으로 적층시키기 위한 컬렉션 가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제 22 양태는, 상기 제 20 양태에 따른 전기방사장치에 있어서, 상기 노즐블록 어래에의 방사니들로부터 방사되는 다량의 방사 필라멘트로부터 용매를 휘발시켜 미세 나노섬유를 만들기 위한 열풍발생장치와; 전기방사장치의 내부습도를 조절하여 용매휘발 속도를 제어하기 위한 습도조절장치; 및 상기 기재에 구성된 나노섬유의 결합상태를 조절하기 위한 라미네이션 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 노즐의 길이방향으로 모듈형 전기방사 노즐블록을 연속적으로 배치시키는 것에 의해 방사노즐의 방사폭을 용이하게 확장할 수 있다. 이로 인해, 1m 이상의 넓은 폭을 갖는 나노섬유 웹을 제조하는 공정의 중단없이 장시간 방사공정을 안정적으로 진행시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전기방사공정중에 높은 휘발성을 갖는 방사용액의 휘발로 인해 방사니들의 팁이 막히거나 방사니들의 선단부에 방사응집물이 침적된 경우 방사니들의 내,외부를 깨끗하게 크리닝하는 것이 가능하다. 이로 인해, 방사노즐이 항상 깨끗하게 유지됨으로써 방사중 낙하하는 방사응집체가 없이 고품질의 웹을 제조할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 크리닝 수단을 구비한 모듈형 전기방사 노즐블록의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 크리닝 수단을 구비한 모듈형 전기방사 노즐블록의 결합 사시도이다.
도 3은 크리닝 작업 전의 방사니들과 크리닝 수단의 상호 배치관계를 나타내는 니들 배치도이다.
도 4는 크리닝 작업 후의 방사니들과 크리닝 수단의 상호 배치관계를 나타내는 니들 배치도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 모듈형 전기방사 노즐블록이 연속적으로 배치된 하향식 롤투롤 전기방사장치를 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 크리닝 수단을 구비한 모듈형 전기방사 노즐블록의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 크리닝 수단을 구비한 모듈형 전기방사 노즐블록의 결합 사시도이다.
도 3은 크리닝 작업 전의 방사니들과 크리닝 수단의 상호 배치관계를 나타내는 니들 배치도이다.
도 4는 크리닝 작업 후의 방사니들과 크리닝 수단의 상호 배치관계를 나타내는 니들 배치도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 모듈형 전기방사 노즐블록이 연속적으로 배치된 하향식 롤투롤 전기방사장치를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 크리닝 수단을 구비한 모듈형 전기방사 노즐블록의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 크리닝 수단을 구비한 모듈형 전기방사 노즐블록의 결합 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 크리닝 수단을 구비한 모듈형 전기방사 노즐블록(100)은 용액저장조(미도시)로부터 이송되어 주입되는 방사용액을 수용하는 내부공간이 구비된 노즐몸체(111a)에 용액을 방사하기 위한 복수개의 방사니들(111b)이 구비된 방사노즐(110)과, 상기 방사니들(111b) 내부에 일대일로 동축 배치되어 방사니들(111b) 내부를 통하여 상,하로 왕복이동하는 피어싱니들(121b)이 구비된 제 1 크리닝 수단(120)과, 상기 방사니들(111b)들이 일대일로 관통하는 크리닝 홀(hole)(131a)이 구비되어 있고, 상기 방사노즐(110)이 상대적으로 이동함에 따라 방사니들(111b)의 팁(tip) 외부에 침적되는 방사응집물을 크리닝 홀(131a)을 통해 밀어내어 크리닝하기 위한 제 2 크리닝 수단(130)과, 상기 방사노즐(110)을 제 1 크리닝 수단(120)과 제 2 크리닝 수단(130)에 대하여 상대적으로 상,하로 왕복이동시키기 위한 구동수단(150)과, 상기 방사노즐(110), 제 1 크리닝 수단(120) 및 제 2 크리닝 수단(130)들을 탈,부착 가능하게 고정한 상태로 상기 구동수단(150)에 의해 상기 방사노즐(110)을 제 1 크리닝 수단(120)과 제 2 크리닝 수단(130)에 대하여 상대적으로 상,하로 이동가능하도록 가이드하는 모듈 플레이트(170)를 포함한다.
상기 모듈 플레이트(170)는 장방형(長方形) 판(plate)의 적어도 중심부 일부분에 적어도 하나 이상의 세로 방향의 가이드 레일(180)이 배치되고, 이 가이드 레일(180)에는 상기 방사노즐(110)과 제 1 크리닝 수단(120)을 탈,부착하기 위한 제 1 및 제 2 홀더블록(181,182)이 배치되고, 상기 장방형(長方形) 판(plate)의 밑단(bottom end)에는 상기 제 2 크리닝 수단(130)이 탈,부착되는 제 3 소켓 홀더(183)가 구성된다.
도 1과 같이, 상기 가이드 레일(180)은 장방형(長方形) 판(plate)의 적어도 중심부 일부분에 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치되는 한쌍의 가이드 레일(180)로 구성되는 것이 상기 방사노즐(110)의 상,하 왕복이동의 안정성을 위해 바람직하다.
또한, 상기 제 1 크리닝 수단(120)의 크리닝 몸체(121a)에는 상기 제 1 홀더 블록(181)에 탈,부착되기 위한 제 1 플러그 홀더(141a)가 형성되고, 상기 방사노즐(110)의 노즐몸체(111a)에는 상기 제 2 홀더 블록(182)에 탈,부착되기 위한 제 2 플러그 홀더(141b)가 형성된다. 또한, 상기 제 1 홀더블록(181)에는 상기 제 1 플러그 홀더(141a)와 서로 맞물려 결합되는 제 1 소켓 홀더(181a)가 형성되고, 상기 제 2 홀더 블록(182)에는 상기 제 2 플러그 홀더(141b)와 맞물려 결합되는 제 2 소켓 홀더(182b)가 형성된다. 또한, 상기 제 3 크리닝 수단(130)의 베이스 판(131)의 일단에는 상기 제 3 소켓 홀더(183)에 탈,부착 가능하게 맞물려 결합되는 제 3 플러그 홀더(141c)가 형성된다.
따라서, 상기 제 1 크리닝 수단(120)의 제 1 플러그 홀더(141a)가 상기 제 1 홀더블록(181)에 고정되어 있는 제 1 소켓 홀더(181a)와 서로 맞물려 결합되고, 상기 방사노즐(110)의 제 2 플러그 홀더(141b)가 상기 제 2 홀더블록(182)에 고정되어 있는 제 2 소켓 홀더(182b)와 맞물려 결합되며, 상기 제 2 크리닝 수단(130)의 제 3 플러그 홀더(141c)가 상기 제 3 소켓 홀더(183)에 결합됨에 따라 하나의 장방형 판내에 복수개의 방사니들(111a)과 이에 대응하는 복수개의 피어싱 니들(121b) 및 복수개의 크리닝 홀(131a)들이 배치되어 하나의 방사노즐블록으로 모듈화된다. 또한, 상기 구동수단(150)은 상기 모듈 플레이트(170)의 하단부에 탈,부착 가능하게 설치되어 상기 모듈 플레이트(170)와 함께 본 발명에 따른 모듈형 전기방사 노즐블록(100)을 구성한다.
이렇게 모듈화된 전기방사 노즐블록(100)을 길이방향으로 여러개 연속적으로 배치하는 것에 의해 광폭의 나노섬유 웹을 제조하기에 적합하도록 방사노즐을 원하는 정도로 손쉽게 길이방향으로 확장하는 것이 가능해진다.
또한, 특정한 방사니들(111a)의 팁이 막히거나 손상된 경우, 해당하는 모듈 플레이트(170)로부터 해당하는 방사노즐(110)을 분리하여 상기 특정한 방사니들(111a)만을 교체하거나 해당하는 방사노즐(100)을 교체하는 것이 용이하다. 또한, 상기 방사노즐(100)과 마찬가지로 상기 제 1 크리닝 수단(120)과 제 2 크리닝 수단(130) 역시 손쉽게 교체할 수 있다.
또한, 상기 모듈 플레이트(170)에 분리 가능하도록 고정된 상기 방사노즐(110)은 상기 구동수단(150)의 구동력에 의해 상기 가이드 레일(180)을 따라 상,하로 왕복 이동할 수 있고, 이에 따라, 상기 제 1 크리닝 수단(120)과 제 2 크리닝 수단(130)을 통해 방사니들 팁의 내부 막힘을 방지하고, 방사니들 팁의 외부의 방사응집물을 손쉽게 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 전기방사 노즐블록(100)은 상기 제 2 크리닝 수단(130)의 크리닝 홀(131a)의 하단부로 밀려나와 부착되거나 침적되는 방사 응집물을 제거하기 위한 또 다른 제 3 크리닝 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 방사노즐(110)의 노즐몸체(111a)는 용액저장조(미도시)로부터 유입되는 방사용액을 수용하기 위한 내부공간을 형성하기 위하여 원통형 파이프나 사각형 파이프 또는 상부공간과 하부공간이 결합되는 사각용기로 구성될 수 있다. 상기 내부공간은 주입되는 용액이 복수개의 방사니들(111b)로 토출되는 동안 잠시 체류하거나 혹은 공정중단 중 용액이 저장되는 공간이다. 상기 내부공간의 높이는 체류공간으로 사용될 때 1mm 내지 30mm, 보다 바람직하게는 3mm ~ 10mm로 구성되고, 저장공간으로 사용될 때 20mm 내지 500mm로 구성될 수 있다. 상기 노즐몸체(111a)는 PEEK 혹은 불소계 고분자(테프론)와 같은 절연성 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 방사니들(111b)은 상기 노즐몸체(111a)에 압입되어 고정되거나 노즐몸체(111a)에 결합되는 노즐 어댑터(112)를 통하여 탈부착이 가능하게 고정될 수 있다. 즉, 방사니들(111b)은 노즐몸체(111a)에 결합되는 테이퍼 구조의 노즐 어댑터(112)를 통해 노즐몸체(111a)에 고정될 수 있다. 이때, 방사니들(111b)은 테이퍼 구조의 노즐 어댑터(112)에 끼워지는 소켓부를 가지는 허브(hub)형 니들로 구성될 수 있다.
또한, 상기 노즐 어댑터(112)에는 방사니들(111b)의 허브를 밀어올리는 캡(113)이 마련되어 캡(113)을 조이는 것에 의해 방사니들(111b)은 노즐 어댑터(112)에 강하게 밀착되면서 고정된다. 즉, 상기 캡(113)에는 방사니들(111b)의 허브가 통과되는 반원의 홈이 구성되어 방사니들(111b)의 허브부분을 캡(113)의 홈에 넣어 안착시키고, 캡(113)을 돌려서 조이면 허브의 소켓부가 노즐 어댑터(112)의 테이퍼 상단으로 밀려 올라가면서 맞닿아 결합된다.
상기 방사노즐(110)의 노즐몸체(111a)에 고정되는 이웃하는 방사니들(111b)간의 간격은 2mm ~ 100mm로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 상기 이웃하는 방사니들(111b)간의 간격은 4mm ~ 50mm이다. 특히, 나노섬유를 대량 제조하기 위해 서로 고밀도로 집적되는 상기 이웃하는 방사니들(111b)간의 간격은 3 ~ 10mm인 것이 바람직하다. 상기 방사니들(111b)은 내경 0.1mm ~ 2.5mm, 외경 0.2mm ~ 3mm인 중공니들로 구성되거나 또는 튜빙으로 구성될 수 있다. 상기 방사니들(111b)의 길이는 2mm ~ 150mm이다.
상기 방사니들(111b)의 재질은 스테인레스스틸(SUS), 혹은 구리계로 구성되거나, 혹은 석영관, 실리카 재질, 폴리에테르에테르케톤[PEEK (poly(etheretherketone))]의 절연성 재질로 이루어질 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 방사니들(111b)은 SUS계 금속으로 이루어진 중공니들인 것이 선호된다. 또한, 상기 방사니들(111b)이 SUS계 금속으로 이루어지는 경우, 금속 니들간의 전기장 간섭을 최소화하기 위하여 금속 니들 외부에 절연성 재질이 코팅되거나, 튜빙을 끼울 수 있다. 이때, 코팅재나 튜빙의 재료로는 폴리에틸렌 혹은 불소계 혹은 PEEK가 바람직하다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 방사니들(111b)이 노즐몸체(111a)에 압입되어 결합되는 경우, 방사니들(111b)을 노즐몸체(111a)로부터 결합이나 교체를 용이하도록 하기 위해 방사니들(111b)의 말단에 슬리브를 결합시켜 구성하는 것이 바람직하다. 이때, 슬리브는 중공형의 튜브이거나, 외부에 나사선을 갖는 중공 나사일 수 있다. 상기 슬리브의 소재는 연성과 탄성을 지닌 고분자계이거나, 구리(Cu)계가 바람직하다. 고분자계 슬리브는 플루오르네이티드에틸렌프로필렌[FEP(fluorinated ethylene propylene)], 퍼플루오르알콕시알칸(PFA), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)의 내화학성을 지닌 연성재질의 중공형 튜브인 것이 바람직하다. 또한, 구리계 슬리브인 경우, 노즐몸체에 압입을 용이하게 하고, 압입 후 용액이 새는 것을 방지하기 위해 테이퍼(taper) 구조로 형성하거나 또는 2~3단으로 가공되는 것이 바람직하다. 상기 중공형 튜브의 내경은 방사니들(111b)과의 밀착성을 좋게하기 위해 방사니들(111b)의 외경과 같거나 작은 것이 바람직하다. 상기 중공형 튜브의 내경은 0.05 ~ 4mm, 외경은 1 ~ 5mm가 바람직하다.
상기 방사니들(111b)의 슬리브(sleeve)는 노즐몸체(111a)의 가공된 홀(구멍)에 압입되거나, 나사산으로 가공된 탭 부분에 결합된다. 상기 노즐몸체(111a)의 홀의 직경은 압입 후에는 누액이 발생되지 않도록 슬리브의 외경보다 다소 작게 가공하는 것이 바람직하다. 상기 홀의 입구는 슬리브의 삽입이 용이하도록 약간의 홈 가공(R 가공)을 하는 것이 바람직하다. 슬리브의 외부가 나사선을 갖는 경우, 상기 홀 역시 나사선으로 가공된다. 이때, 방사니들(111b)에 결합된 슬리브의 나사선에서 누액이 발생되지 않도록 유니파이 가는나사(UNF:unified national fine), M2~M5, 바람직하게는 M3 나사로 가공되는 것이 바람직하다.
또한, 방사니들(111b)의 교환을 용이하게 위해 복수개의 방사니들(111b)이 압입되어 있는 노즐 카트리지를 구성하고, 이 노즐 카트리지를 노즐몸체(111a)에 복수개 결합하는 것에 의해 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는, 상기 방사니들(111b)과 일대일 대응되도록 상기 노즐몸체(111a)의 맞은편에 복수개의 가이드 니들(미도시)을 더 배치할 수 있다. 이 가이드 니들은 방사니들(111b)의 막힌 선단부를 뚫기위해 배치되는 피어싱 니들(121b)이 방사니들(111b) 내부로 어긋나지 않고 정확하게 진입할 수 있도록 상기 방사니들(111b)을 가이드하기 위한 것이다.
상기 방사니들(111b)과 상기 가이드 니들간의 길이방향의 이격거리는 1mm~10mm인 것이 바람직하다. 상기 가이드 니들은 방사니들(111b)과 마찬가지로 금속의 중공형 니들로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 가이드 니들의 내경, 외경은 상기 방사니들(111b)의 내경, 외경과 동일하거나, 방사니들(111b)의 내경, 외경 보다 크게 하는 것이 바람직하다.
또한, 가이드 니들의 상단에 판형 실리콘 실링재 혹은 오링을 구성시켜 가이드 니들과 피어싱 니들(121b) 사이에서 새어나오는 용액의 누액을 방지한다. 상기 오링의 내경은 피어싱 니들(121b)의 외경보다 같거나 약간 크게 하고, 조임나사(114)를 조여 오링을 눌러 고정시킨다. 오링 대신 실링재가 사용되는 경우, 두께가 얇은 실리콘 판이 바람직하다. 이 실리콘 판의 두께가 너무 두꺼우면 상기 피어싱 니들(121b)의 상,하 이동이 어려울 수 있다. 이 실링콘 판이 고정되도록 노즐몸체(111a)의 상부에 실링덮개를 배치할 수도 있다.
상기 제 1 크리닝 수단(120)의 피어싱 니들(121b)은 상기 방사니들(111b)과 1:1로 대응되도록 배치될 수 있다. 즉, 크리닝 몸체(121a)에 복수개의 피어싱 니들(121b)이 압입되어 구성되거나, 크리닝 몸체(121a)에 크리닝 어댑터(122)가 구성되고, 이 크리닝 어댑터(122)에 허브형 피어싱 니들(121b)이 탈,부착 가능하게 구성될 수 있다. 상기 크리닝 몸체(121a)는 크리닝 용매가 유입되는 내부공간을 갖는 원통 파이프 혹은 판상의 사각형 봉 혹은 원형 봉으로 구성될 수 있다. 상기 크리닝 몸체(121a)의 재질은 PEEK계 혹은 SUS 금속계 혹은 PTFE 불소계가 바람직하다. 상기 피어싱 니들(121b)은 중공형 니들이나 금속 재질의 강성 와이어 또는 봉 니들과 같은 통전성 재료로 구성될 수 있다.
상기 피어싱 니들(121b)의 외경은 방사니들(111b)의 내경보다 0.005mm~1mm 작은 것이 바람직하다. 만약, 피어싱 니들(121b)의 외경과 방사니들(111b)의 내경이 거의 동일하게 되면, 피어싱 니들(121b)과 방사니들(111b)간의 간극이 너무 작게되어 방사니들(111b)이 상,하 이동할 때, 피어싱 니들(121b)이 방사니들(111b)의 내부에 끼이는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 피어싱 니들(121b)과 방사니들(111b)간의 간극이 지나치게 크면, 방사니들(111b)의 선단부 내부에 고화된 응집체를 완전히 뚫지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 방사니들(111b)과 피어싱 니들(121b)의 크기에 대한 조합은 아래의 [표 1]과 같이 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 아래 [표 1]은 방사니들(111b)과 크리닝 홀(131a)의 크기에 대한 조합도 포함하고 있다.
| 방사 니들 | 피어싱 니들 | 크리닝 홀 | ||
| 게이지 | 내경[mm] | 외경[mm] | 직경[mm] | 크리닝 홀의 내경[mm] |
| 13G | 1.90 | 2.41 | 1.60~1.88 | 2.41~3.41 |
| 14G | 1.60 | 2.10 | 1.30~1.58 | 2.10~3.10 |
| 16G | 1.26 | 1.65 | 0.90~1.24 | 1.65~2.65 |
| 17G | 1.07 | 1.50 | 0.70~1.21 | 1.50~2.50 |
| 18G | 0.86 | 1.26 | 0.60~0.84 | 1.26~2.26 |
| 19G | 0.68 | 1.07 | 0.40~0.66 | 1.07~2.07 |
| 20G | 0.60 | 0.90 | 0.30~0.58 | 0.90~1.90 |
| 21G | 0.50 | 0.80 | 0.20~0.48 | 0.80~1.80 |
| 22G | 0.41 | 0.70 | 0.20~0.39 | 0.70~1.70 |
| 23G | 0.33 | 0.63 | 0.15~0.31 | 0.63~1.63 |
| 24G | 0.31 | 0.54 | 0.15~0.29 | 0.54~1.54 |
| 25G | 0.26 | 0.50 | 0.15~0.24 | 0.50~1.50 |
상기 피어싱 니들(121b)은 방사니들(111b)의 내부에 동축으로 배치되거나 또는 가이드 니들이 존재하는 경우, 이 가이드 니들의 내부에 동축으로 배치될 수 있다. 이때, 상기 피어싱 니들(121b)의 선단부는 방사니들(111b)의 선단부로부터0mm ~ 50mm 안쪽 내부에 위치하거나, 가이드 니들의 선단부로부터 0mm ~ 5mm 안쪽 내부에 위치될 수 있다. 상기 피어싱 니들(121b)이 방사니들(111b)에 대해 상대적으로 상,하로 왕복이동할 때, 가이드 니들의 내부에서 용액이 새어나오는 것을 방지하기 위해 피어싱 니들(121b)의 직경에 맞는 실링재가 크리닝 몸체(121a)에 구성될 수 있다.
상기 제 1 크리닝 수단(120)은 상기 제 1 플러그 홀더(141a)가 상기 모듈 플레이트(170)의 제 1 홀더블록(181)의 제 1 소켓 홀더(181a)에 맞물려 클러칭(clutching)되는 것에 의해 모듈 플레이트(170)에 고정된다.
상기 제 2 크리닝 수단(130)은 방사니들(111b)을 관통시킬 수 있도록 상기 방사니들(111b)에 대해 일대일로 대응되게 형성되는 복수개의 크리닝 홀(cleaning hole)(131a)과 이 크리닝 홀(131a)이 일정한 간격으로 복수개 형성되어 있는 베이스 판(131) 및 상기 모듈 플레이트(170)의 제 3 소켓 홀더(183)와 결합되기 위해 상기 베이스 판(131)의 일단에 형성되는 제 3 플러그 홀더(140c)로 구성된다.
전기방사공정을 위해 상기 방사니들(111b)이 상기 베이스 판(131)의 크리닝 홀(131a)을 관통하여 돌출됨에 따라 상기 베이스 판(131)은 방사니들(111b)의 팁(tip)으로부터 0mm ~ 50mm 상단에 위치된다. 이때, 상기 크리닝 홀 (131a)을 관통하여 돌출되는 상기 방사니들(111b)의 돌출 길이는 3mm~30mm가 바람직하다.
상기 크리닝 홀(131a)의 직경은 방사니들(111b)의 외경보다 0mm ~ 1mm 크게 설정된다. 이는 크리닝 홀(131a)의 직경을 방사니들(111b)의 외경과 유사하게 구성하는 것에 의해 방사니들(111b)의 선단부의 외부에 침적되는 방사응집체를 깨끗하게 밀어서 제거하기 위함이다.
상기 베이스 판(131)은 PTFE계의 불소계 고분자 혹은 에테르에테르케톤[PEEK (poly(etheretherketone)], 폴리에틸렌[poly(ethylene)]계, 폴리프로필렌[poly(propylene)]계 등 비통전성 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 방사니들(111b)의 팁에서 방사되는 방사 용액의 테일러 콘을 안정적으로 유지하기 위해서 상기 크리닝 홀(131a)을 방사니들(111b)의 외경보다 큰 금속 재질의 중공형 니들인 크리닝 니들로 대체할 수도 있다. 이 크리닝 니들의 내경은 방사니들(111b)의 외경보다 0.05mm~ 30mm 크게 구성되거나 또는 1mm~10mm 크게 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 크리닝 니들의 하단 위치는 정상상태에서 방사니들(111b)의 팁보다 0mm~5mm 상단에 위치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 다른 일 변형예로서, 상기 제 2 크리닝 수단(130)은 크리닝 홀(131a)을 구비한 베이스 판(131) 대신에 크리닝 용매를 수용하는 내부공간을 가지고, 방사니들(111b)을 수용하는 복수개의 홀이 형성되어 있는 판상 구조의 사각봉이나 사각용기, 혹은 원형의 중공 파이프로 구성될 수 있다. 즉, 방사노즐(110)이 아래로 이동함에 따라 방사니들(111b)의 선단부 팁 끝이 크리닝 용매를 수용하는 상기 내부공간에 위치하고, 크리닝 용매에 의해 크리닝이 이루어질 수 있다.
상기 방사노즐(110), 제 1 크리닝 수단(120), 제 2 크리닝 수단(130)은 상기 제 1 내지 제 3 플러그 홀더(141a,141b,141c)를 상기 제 1 내지 제 3 소켓 홀더(181a,182b,183)에 맞물려 클러칭시키는 것에 의해 상기 모듈 플레이트(170)에 고정됨으로써 하나의 단위 전기방사 노즐블록(100)을 구성하게 된다. 이때, 상기 제 1 내지 제 3 플러그 홀더(141a,141b,141c)는 상기 제 1 내지 제 3 소켓 홀더(181a,182b,183)에 탈,부착이 용이하도록 클러칭된다.
상기 제 1 플러그 홀더 내지 제 3 플러그 홀더(141a,141b,141c)는 그 단면이 "”자 형상인 브라켓으로 구성되고, 상기 제 1 소켓 홀더 내지 제 3 소켓 홀더(181a,182b,183)는 그 단면이 대응하는 ""자 형상인 브라켓으로 구성되어 도 2와 같이 서로 맞물려 클러칭(clutching : 齒合)되는 것에 의해 탈,부착 가능하게 결합된다. 상기 제 1 플러그 홀더 내지 제 3 플러그 홀더(141a,141b,141c) 및 상기 제 1 소켓 홀더 내지 제 3 소켓 홀더(181a,182b,183)는 그 단면이 "∪”자 형상인 고리나 “┚”자 형상인 고리로 구성될 수도 있다.
상기 제 1 내지 제 3 플러그 홀더(141a,141b,141c)가 상기 제 1 내지 제 3 소켓 홀더(181a,182b,183)에 맞물려 클러칭됨에 따라 상기 방사노즐(110), 제 1 크리닝 수단(120) 및 제 2 크리닝 수단(130)이 모듈 플레이트(170)에 탈,부착 가능하게 고정된다.
그리고, 상기 모듈 플레이트(170)의 하단에 결합되는 상기 구동수단(150)의 구동력에 의해 상기 방사노즐(110)이 고정된 제 2 홀더블록(182)이 상기 가이드 레일(180)을 따라 위로 상승함에 따라 상기 피어싱 니들(121b)이 상기 방사니들(111b)의 내부를 관통하면서 방사니들(111b)의 막힘을 뚫게 된다.
또한, 상기 구동수단(150)의 구동력에 의해 상기 방사노즐(110)이 고정된 제 2 홀더블록(182)이 상기 가이드 레일(180)을 따라 위로 상승함에 따라 상기 크리닝 홀(131a)을 관통하여 돌출되어 있던 방사니들(111b)이 크리닝 홀(131a)의 내부로 진입하면서 방사니들(111b)의 팁 외부에 침적된 방사응집물이 클리닝 홀(131a)에 의해 하부로 밀려나면서 크리닝된다.
이와같이, 본 발명에 따른 방사니들(111b)의 내,외부의 크리닝 작업은 제 1 크리닝 수단(120)과 제 2 크리닝 수단(130)이 고정된 상태에서 구동수단(150)에 의해 방사노즐(110)이 가이드 레일(180)을 따라 상,하로 왕복하면서 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 모듈형 전기방사 노즐블록(100)에서, 방사용액에 대한 고전압의 인가는 상기 피어싱 니들(111b)을 통해 인가시키는 것이 바람직하다. 즉, 피어싱 니들(111b)과 접촉되는 통전 바(160)를 고전압 전원장치와 연결시켜 구성한다. 이때, 상기 통전 바(160)에는 피어싱 니들(121b)과 일대일로 대응되는 가이드 홈(161)이 형성되고, 이 가이드 홈(161)은 피어싱 니들(121b)이 방사니들(111b)의 내부로 용이하게 진입하여 상,하로 이동하도록 가이드한다. 여기서, 상기 통전 바(160)은 복수의 가이드 홈(161)이 형성되어 있는 전기 전도성 재질의 금속 막대인 것이 바람직하다.
또한, 고전압의 인가는 방사노즐(110)의 외부로 누전을 방지하기 위하여 노즐몸체(111a)의 내부공간에 설치되는 금속판 혹은 금속봉을 통하여 인가될 수도 있다.
상기 방사노즐(110)은 상기 구동수단(150)에 의해 제 1 크리닝 수단(120)과 제 2 크리닝 수단(130)에 대해 상대적으로 상,하 왕복 이동된다. 상기 구동수단(150)은 고전압 환경하에서도 작동될 수 있는 복동식의 에어슬라이더 실린더 혹은 복동식 또는 단독식 공압 실린더로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 구동수단(150)은 수동핸들과 같은 수동식 상,하 왕복기구나 모터와 같은 전기식 상,하 왕복기구로 구성될 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 방사니들(111b)의 내,외부에 대한 크리닝 작업을 상세하게 설명한다.
도 3은 크리닝 작업 전의 방사니들과 크리닝 수단의 상호 배치관계를 나타내는 니들 배치도이고, 도 4는 크리닝 작업 후의 방사니들과 크리닝 수단의 상호 배치관계를 나타내는 니들 배치도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 크리닝 작업 전의 전기방사공정중인 경우, 방사니들(111b)은 베이스 판(131)의 크리닝 홀(131a)을 관통하여 돌출되어 있고, 피어싱 니들(121b)은 방사니들(111b)의 내부에 동축으로 배치되어 있다. 이 상태에서 노즐몸체(111a)에 방사용액이 공급되고, 이 방사용액은 방사니들(111b)을 통해 고전압하에서 외부로 전기방사되어 나노섬유 웹을 형성한다.
이러한 전기방사공정이 지속됨에 따라 방사용액의 휘발에 의해 방사니들(111b)의 팁의 내부가 막히거나 방사니들(111b)의 팁의 외부에 방사응집물이 침적될 수 있다.
이렇게 방사니들(111b)의 팁이 막히거나 방사니들(111b)의 팁 외부에 이물질이 침적되면, 도 4와 같은 크리닝 공정이 진행되어야 한다.
도 4를 참조하면, 구동수단(150)의 구동력에 의해 방사노즐(110)이 가이드 레일(180)을 따라 위로 이동함에 따라 제 1 크리닝 수단(120)의 피어싱 니들(121b)이 방사니들(111b)을 관통하여 돌출되고, 방사니들(111b)이 위로 상승하면서 베이스 판(131)의 크리닝 홀(131a)의 내부로 진입하게 된다.
이에 따라, 피어싱 니들(121b)이 방사니들(111b)을 관통하여 돌출되면서 방사니들(111b)의 내부의 막힘이 뚫리게 된다. 또한, 방사니들(111b)이 크리닝 홀(131a)의 내부로 진입하면서 방사니들(111b)의 외부에 침적된 방사응집물이 클리닝 홀(131a)에 의해 긁혀서 밀리면서 베이스 판(131) 하부로 떨어져 나가 크리닝된다.
이때, 피어싱 니들(121b)은 방사니들(111b) 선단부로부터 0mm~20mm, 보다 바람직하게는 0.5mm 내지 5mm 돌출되고, 베이스 판(131)은 방사니들(111b)의 팁 끝으로부터 0mm~50mm 아래에 위치되는 것이 바람직하다.
상기 피어싱 니들(121b)은 방사니들(111b)의 팁 내부가 완전히 뚫릴 때까지 수회 반복적으로 상,하 왕복 구동작업이 진행될 수 있다. 이렇게 방사니들(111b)의 내,외부에 대한 크리닝 작업이 완료되면, 구동수단(150)에 의해 방사노즐(110)이 다시 아래로 이동하여 도 3과 같이 원위치로 복귀하게 된다.
또한, 도 3에서 피어싱 니들(121b)이 방사니들(111b)의 내부에 위치되는 것이 아니라 가이드 니들의 내부에 위치하고 있었다면, 크리닝 작업의 완료 후에는 피어싱 니들(121b)은 가이드 니들의 내부 위치로 복귀한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 모듈형 전기방사 노즐블록(100)은 상기 베이스 판(131)의 크리닝 홀(131a)에 의해 밀려 내려온 방사응집물이 베이스 판(131)의 하단부에 부착되는 경우, 이를 제거하기 위하여 부가적인 크리닝 도구를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 크리닝 도구로서 고무줄과 같은 탄성기구나 회전 브러쉬 또는 와이퍼가 설치될 수 있다.
또한, 상기 크리닝 도구로서의 고무줄과 같은 탄성기구는 방사니들(111b)이 크리닝 홀(131a)로부터 돌출된 상태에서 베이스 판(131)의 한쪽편에서 탄성적으로 작용하여 방사니들(111b)에 손상을 주지 않으면서 방사니들(111b)의 외부에 부착된 방사응집물을 용이하게 털어내는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 방사노즐(110)을 고정시키고, 구동수단(150)에 의해 상기 제 1 크리닝 수단 및/또는 제 2 크리닝 수단을 가이드 레일(180)을 따라 상,하로 이동시키는 것에 의해 도 4와 동일하게 크리닝 작업을 수행할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 모듈형 전기방사 노즐블록(100)이 연속적으로 배치된 하향식 롤투롤 전기방사장치(500)를 도시한 도면이다.
예를 들어, 도 5의 하향식 롤투롤 전기방사장치(500)는 폭 넓이가 적어도 1,000mm인 광폭의 나노섬유 웹을 제조하기 위하여 단위길이가 500mm인 모듈형 전기방사 노즐블록(100) 4개를 기재의 폭 방향(화살표 A)으로 연속적으로 배치시켜 구성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 하향식 롤투롤 전기방사장치(500)는 방사용액을 방사하여 나노섬유를 적층하기 위한 기재가 감겨진 롤을 푸는 권출부로서의 언와인더(unwinder)부(501)와, 나노섬유가 적층되어 있는 기재를 감는 권취부로서의 와인더(winder)부(502)와, 복수의(예를 들어, 4개) 모듈형 방사노즐블록(100)이 상기 기재의 폭 방향(화살표 A 방향)으로 연속적으로 연결되어 형성되는 적어도 하나 이상(예를 들어, 3개)의 노즐블록 어레이(506)와, 상기 기재를 이송시키면서 상기 적어도 하나 이상의 노즐블록 어레이(506)로부터 방사되는 나노섬유를 적층시키기 위한 컬렉터(collector)(503)와, 방사용액을 저장하는 용액 저장조(미도시)와, 를 포함한다.
또한, 본 발명의 하향식 롤투롤 전기방사장치(500)는 상기 용액 저장조의 용액을 밀어주는 플런저와, 이 플런저를 작동시켜 방사 용액을 방사노즐(110)로 정밀하게 이송하기 위한 용액이송펌프를 포함하는 용액이송기구와, 상기 모듈형 방사노즐블록(100)의 방사니들(111b)에서 토출되는 방사용액을 나노미터(nm) 혹은 마이크로미터(um)의 직경을 갖는 미세섬유로 만들기 위하여 방사용액에 고전압을 인가함으로써 방사용액에 (+) 혹은 (-) 극성의 전하를 부여하는 고전압 전원장치(507)와, 상기 노즐블록 어레이(506)를 상기 기재의 폭방향으로 왕복 구동시키기 위한 로봇구동부(508)와, 상기 컬렉터(503)와 상기 방사니들(111b)의 팁간의 거리를 조절하기 위하여 상기 노즐블록 어레이(506)를 상,하로 이동시키는 방사거리 조절부(509)와, 기재가 이송되는 방향에서 상기 노즐블록 어레이(506)의 좌,우에 배치되어 방사되는 나노섬유를 컬렉터(503)의 한정된 영역으로 적층시키기 위한 컬렉션 가이드부를 더 포함한다.
상기 컬렉션 가이드부는 방사노즐 양단에서 방사되는 나노섬유가 외부로 밀려서 퍼져 나가지 않도록 제어하여 컬렉터(503)의 한정된 내부 영역으로 집적되도록 한다. 이를 위해, 상기 컬렉션 가이드부에는 방사용액에 인가되는 고전압과 동일한 극성의 고전압을 인가하거나 공압의 기류를 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 하향식 롤투롤 전기방사장치(400)는 상기 노즐블록 어래에(406)의 방사니들(111b)들로부터 방사되는 다량의 방사 필라멘트로부터 용매를 휘발시켜 미세 나노섬유를 만들기 위한 열풍발생장치와, 전기방사장치(500)의 내부습도를 조절하여 용매휘발 속도를 제어하기 위한 습도조절장치 및 상기 기재에 구성된 나노섬유의 결합상태를 조절하기 위한 라미네이션 장치를 더 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 하향식 롤투롤 전기방사장치(500)는 방사 니들의 선단부에 구성된 방사용액의 고화상태 혹은 막힘상태 또는 방사 니들의 팁에 형성되는 테일러 콘의 액적 상태를 실시간으로 모니터링하여 동영상 혹은 이미지로 저장할 수 있는 영상 카메라를 더 포함할 수 있다. 이 영상 카메라는 노즐블록 어레이(506)의 측면부 하단에 구성되어 전후로 이동하면서 방사 니들의 선단부 상태를 실시간으로 확인하거나, 이미지를 촬영한다.
본 발명에 따른 용액 저장조 및 용액이송펌프는 용액 저장조의 용액을 밀어주기 위해 서로 하나로 결합되어 구성될 수 있다. 용액저장조는 내부가 SUS계 금속이고, SUS 금속의 외부에 불소계 고분자 혹은 폴리에틸렌(PE) 혹은 폴리프로필렌(PP)가 외장재로 코팅된 이중구조인 것이 바람직하다. 용액저장조는 내전압성이 우수한 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), MC 나일론(Nylon), 아세탈 등의 절연성 재질로 구성될 수 있다. 시린지형 용액저장조의 용량은 10ml~3,000ml이 바람직하다. 한편, 플런저는 선단부에 테프론 커버를 구성시키거나 옴니씰(omni seal)과 같은 테프론 씰을 구성시켜 플런저로 용액을 밀 때 플런저 후면으로 용액이 새어나오는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
용액이송펌프는 모터부와, 모터의 축과 연결된 스크류, 스크류에 체결되어 저장조 내부에 위치한 플런저를 미는 푸셔, 플런저와 푸셔를 연결하는 가이드 봉, 푸셔를 직선운동으로 원활히 이동시키기 위한 선형모션(이하, LM)가이드부, 용액저장조를 체결하여 고정시키기 위한 지지부로 구성된다. 스크류의 리드는 0.5 내지 2mm이다. 바람직하게는 1mm이다. 스크류 회전에 따른 푸셔의 이동속도는 최소속도가 1㎛/시간 ~ 100㎛/시간이고, 최고속도가 1cm/분 ~ 20cm/분인 것이 바람직하다. 플런저는 외부에서 모터 작동으로 배럴부 내부에서 전진 이동되면서 용액을 압출시킨다. 용액이송펌프의 플런저는 외부의 모터 작동없이 공기압력으로 용액을 밀어낼수 있다.
상기 용액 저장조의 용량이 부족하면 용액이송펌프를 병렬로 2조 두고, 3방향 밸브를 구성시켜 용액을 이송시킬 수 있다. 밸브의 유량방향은 제 1 용액펌프에서 방사노즐로 열리고, 제 2 용액펌프는 닫힌 상태로 유지한다. 제 1 이송펌프의 용액 저장조의 용액이 모두 소진되면, 밸브의 방향은 제 1 이송펌프는 닫히고, 제 2 이송펌프에서 방사노즐로 열린상태로 전환되도록 구성된다. 이때 모두 소진된 용액이송펌프는 별도로 충진시킨다.
방사공정은 용액 토출량을 방사니들당 0.5㎕/분 ~ 1,000㎕/분으로 하는 것이 나노섬유를 제작하는데 바람직하다. 바람직한 용액의 토출량은 5㎕/분 ~ 300㎕/분이다. 인가되는 고전압의 세기는 방사니들(111b)의 팁과 커렉터(503) 간의 거리(cm)를 기준으로 0.01kV/cm ~ 10kV/cm로 인가한다. 보다 바람직한 고전압의 세기는 0.5kV/cm ~ 25kV/cm이다.
나노섬유 집적부인 컬렉터(503)는 기재가 이동할 때 함께 회전할 수 있고, 표면이 통전되는 복수개의 봉 롤, 혹은 다중 와이어 롤, 혹은 컨베이어형 롤로 구성되고, 롤은 접지되거나, 하전용액의 극성과 반대극성을 갖는 직류전원이 인가될 수 있다. 이때, 용액의 극성과 반대 극성인 인가전압의 세기는 1kV ~ 20kV이다. 기재의 이송속도는 분당 10cm 내지 분당 50m이 바람직하다.
또한, 방사중 토출되는 방사필라멘트에서 용매를 대기중으로 휘발시키도록 열풍을 주입하는 공정이 병행되는 것이 바람직하다. 이때, 열풍발생장치로부터 나오는 열풍은 0.1m/초 ~ 10m/초의 풍속과 20℃ ~ 150℃의 온도 범위내로 설정한다. 열풍온도는 30℃ ~ 80℃가 바람직하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 모듈형 방사노즐블록, 110 : 방사노즐, 111a: 노즐몸체, 111b : 방사니들, 112 : 노즐 어댑터, 113 : 캡, 114 : 조임나사, 120 : 제 1 크리닝 수단, 121a : 크리닝 몸체, 121b : 피어싱 니들, 122 : 크리닝 어댑터, 130 : 제 2 크리닝 수단, 131 : 베이스 판, 131a : 크리닝 홀, 141a : 제 1 플러그 홀더, 141b : 제 2 플러그 홀더, 141c : 제 3 플러그 홀더, 150 : 구동수단, 160 : 통전 바, 161 : 통전 홈, 170 : 모듈 플레이트, 180 : 가이드 레일, 181 : 제 1 홀더 블록, 181a : 제 1 소켓 홀더, 182 : 제 2 홀더 블록, 182b : 제 2 소켓 홀더, 183 : 제 3 소켓 홀더, 500 : 전기방사장치, 501 : 언와인더부, 502 : 와인더부, 503 : 컬렉터, 506 : 노즐블록 어레이, 507 : 고전압 전원장치, 508 : 로봇구동부, 509 : 방사거리 조절부
Claims (22)
- 전기방사를 위한 노즐블록으로서,
용액저장조로부터 이송되어 주입되는 방사용액을 수용하는 내부공간이 구비된 노즐몸체에 용액을 방사하기 위한 복수개의 방사니들이 구비되는 방사노즐과;
상기 방사니들에 대해 동축으로 배치되어 상기 방사니들의 내경 보다 작은 외경을 갖는 복수개의 피어싱 니들이 크리닝 용매가 유입되는 내부공간이 구비된 크리닝 몸체에 구비되는 제 1 크리닝 수단과;
상기 방사니들에 일대일로 대응되도록 상기 방사니들을 관통시킬 수 있는 복수개의 크리닝 홀이 일정한 간격으로 형성되어 있는 베이스 판을 구비하는 제 2 크리닝 수단과;
상기 방사노즐을 상기 제 1 크리닝 수단과 상기 제 2 크리닝 수단에 대해 상대적으로 왕복 이동시키는 구동수단과;
상기 방사노즐, 상기 제 1 크리닝 수단, 상기 제 2 크리닝 수단 및 상기 구동수단을 탈,부착 가능하게 고정한 상태로 상기 구동수단에 의해 상기 방사노즐을 제 1 크리닝 수단과 제 2 크리닝 수단에 대하여 상대적으로 상,하로 이동가능하도록 가이드하는 모듈 플레이트를 포함하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 1 항에 있어서,
상기 모듈 플레이트는, 장방형(長方形) 판(plate)의 적어도 중심부 일부분에 적어도 하나 이상의 세로 방향의 가이드 레일이 배치되고,
상기 가이드 레일의 상대적으로 높은 위치에 상기 제 1 크리닝 수단을 탈,부착하기 위한 제 1 홀더블록이 배치되고,
상기 가이드 레일의 상기 제 1 홀더블록 보다 낮은 위치에 상기 방사노즐을 탈,부착하기 위한 제 2 홀더블록이 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 크리닝 수단의 상기 크리닝 몸체에는 상기 제 1 홀더 블록에 탈,부착되기 위한 제 1 플러그 홀더가 형성되고, 상기 방사노즐의 상기 노즐몸체에는 상기 제 2 홀더 블록에 탈,부착되기 위한 제 2 플러그 홀더가 형성되고, 상기 베이스 판의 일단에는 상기 모듈 플레이트의 밑단에 탈,부착되기 위한 제 3 플러그 홀더가 형성되고,
상기 제 1 홀더 블록에는 상기 제 1 플러그 홀더와 맞물려 결합되는 제 1 소켓 홀더가 형성되고, 상기 제 2 홀더 블록에는 상기 제 2 플러그 홀더와 맞물려 결합되는 제 2 소켓 홀더가 형성되고, 상기 장방형(長方形) 판(plate)의 밑단(bottom end)에는 상기 제 3 플러그 홀더와 맞물려 결합되는 제 3 소켓 홀더가 형성되며;
상기 제 1 플러그 홀더와 상기 제 1 소켓 홀더가 서로 탈,부착 가능하게 맞물려 결합되고, 상기 제 2 플러그 홀더와 상기 제 2 소켓 홀더가 서로 탈,부착 가능하게 맞물려 결합되고, 상기 제 3 플러그 홀더와 상기 제 3 소켓 홀더가 서로 탈,부착 가능하게 맞물려 결합되는 것에 의해 상기 방사노즐, 상기 제 1 크리닝 수단 및 상기 제 2 크리닝 수단이 상기 모듈 플레이트에 탈,부착 가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 내지 제 3 플러그 홀더는 그 단면이 "”자 형상인 브라켓으로 구성되고, 상기 제 1 내지 제 3 소켓 홀더는 그 단면이 ""자 형상인 브라켓으로 구성되어 서로 맞물려 클러칭(clutching)되는 것에 의해 탈,부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 3 항에 있어서,
상기 방사노즐의 노즐몸체에 고정되는 방사니들간의 간격은 3mm ~ 10mm인 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 5 항에 있어서,
상기 방사노즐은, 복수개의 방사니들이 압입되어 있는 노즐 카트리지를 상기 노즐몸체에 결합하는 것에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 3 항에 있어서,
상기 피어싱 니들이 상기 방사니들의 내부로 정확하게 진입할 수 있도록 가이드하기 위하여 상기 복수개의 방사니들과 일대일 대응되도록 상기 노즐몸체의 맞은편에 구비되는 가이드 니들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 7 항에 있어서,
상기 가이드 니들의 내경과 외경은 상기 방사니들의 내경과 외경과 동일하거나 방사니들의 내경과 외경 보다 큰 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 7 항에 있어서,
상기 방사니들과 상기 가이드 니들간의 길이방향의 이격거리는 1mm~10mm인 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 3 항에 있어서,
상기 피어싱 니들은 중공 니들 또는 금속 재질의 강성 와이어인 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 10 항에 있어서,
상기 피어싱 니들의 외경은 방사니들의 내경보다 0.005mm~1mm 작은 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 3 항에 있어서,
상기 피어싱 니들의 선단부가 방사니들의 선단부로부터 0mm ~ 50mm 안쪽 내부에 위치되도록 상기 피어싱 니들을 상기 방사니들의 내부에 동축으로 배치하는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 7 항에 있어서,
상기 피어싱 니들은 상기 방사니들의 내부에 동축으로 배치되거나 상기 가이드 니들의 내부에 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 13 항에 있어서,
상기 피어싱 니들의 선단부는 상기 방사니들의 선단부로부터 0mm ~ 50mm 안쪽 내부에 위치되거나, 상기 가이드 니들의 선단부로부터 0mm ~ 5mm 안쪽 내부에 위치되는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 3 항에 있어서,
전기방사 공정중에 상기 베이스 판은 방사니들의 팁(tip)으로부터 0mm ~ 50mm 상단에 위치되는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 15 항에 있어서,
상기 크리닝 홀을 관통하여 돌출되는 상기 방사니들의 돌출 길이는 3mm~30mm인 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 3 항에 있어서,
상기 크리닝 홀의 직경은 방사니들의 외경보다 0mm ~ 1mm 큰 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 3 항에 있어서,
상기 피어싱 니들이 상기 방사니들의 내부로 용이하게 진입하여 상,하로 이동하도록 가이드하기 위하여 전기전도성을 갖는 금속 막대에 상기 피어싱 니들과 일대일로 대응되는 복수의 가이드 홈이 형성되어 있는 통전 바를 더 포함하고;
상기 통전 바는 고전압 전원장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 제 3 항에 있어서,
상기 노즐몸체의 내부공간에는 금속판 또는 금속봉이 설치되고,
상기 금속판 또는 금속봉은 고전압 전원장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기방사 노즐블록. - 방사용액을 방사하여 나노섬유를 적층하기 위한 기재가 감겨진 롤을 푸는 권출부로서의 언와인더(unwinder)부와,
나노섬유가 적층되어 있는 기재를 감는 권취부로서의 와인더(winder)부와;
상기 제 1 항 내지 제 19항중 어느 한 항의 모듈형 전기방사 노즐블록이 적어도 하나 이상 상기 기재의 폭 방향으로 연결되어 형성되는 적어도 하나 이상의 노즐블록 어레이와,
상기 기재를 이송시키면서 상기 적어도 하나 이상의 노즐블록 어레이로부터 방사되는 나노섬유를 적층시키기 위한 컬렉터와;
방사용액을 저장하는 용액 저장조와;
상기 용액 저장조로부터 방사용액을 상기 모듈형 전기방사 노즐블록의 방사노즐로 이송하기 위한 용액이송기구; 및
상기 방사용액에 직류 고전압을 인가하기 위한 고전압 전원장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치. - 제 20 항에 있어서,
상기 노즐블록 어레이를 상기 기재의 폭방향으로 왕복 구동시키기 위한 로봇구동부와;
상기 컬렉터와 상기 방사니들의 팁간의 거리를 조절하기 위하여 상기 노즐블록 어레이를 상,하로 이동시키는 방사거리 조절부와;
상기 기재가 이송되는 방향에서 상기 노즐블록 어레이의 좌,우에 배치되어 방사되는 나노섬유를 컬렉터의 한정된 영역으로 적층시키기 위한 컬렉션 가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치. - 제 20 항에 있어서,
상기 노즐블록 어래에의 방사니들로부터 방사되는 다량의 방사 필라멘트로부터 용매를 휘발시켜 미세 나노섬유를 만들기 위한 열풍발생장치와;
전기방사장치의 내부습도를 조절하여 용매휘발 속도를 제어하기 위한 습도조절장치; 및
상기 기재에 구성된 나노섬유의 결합상태를 조절하기 위한 라미네이션 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치.
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-
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- 2023-09-05 KR KR1020230117983A patent/KR20240054169A/ko unknown
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