WO2012077868A1 - 나노섬유 제조장치 및 나노섬유 제조방법 - Google Patents

나노섬유 제조장치 및 나노섬유 제조방법 Download PDF

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WO2012077868A1
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polymer solution
tank
nanofiber
transfer
upward
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이재환
김익수
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주식회사 톱텍
신슈 다이가쿠
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Definitions

  • a nanofiber consists of a polymer material, and means the fiber whose average diameter is several nm-several thousand nm.
  • a "polymer solution” means the solution which melt
  • nanofiber production apparatus capable of recovering a polymer solution that has overflowed from the discharge ports of a plurality of upward nozzles and reusing it as a raw material of nanofibers (see Japanese Patent No. 44389595).
  • 6 is a view for explaining a conventional nanofiber manufacturing apparatus 900.
  • the metering pump 950 for supplying the polymer solution stored in the tank 940 to the polymer solution supply path 914 of the nozzle block 910, and overflowed from the discharge ports of the plurality of upward nozzles 912.
  • a recovery pump 960 is provided to recover the polymer solution and return it to the tank 940.
  • the conventional nanofiber manufacturing apparatus 900 since the polymer fibers are discharged by electric field spinning by discharging the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles 912, the nanofiber manufacturing apparatus using the conventional downward nozzle is shown.
  • the droplet phenomenon (a phenomenon in which agglomerates of a polymer solution which did not radiate from the downward nozzle adheres to the long sheet as it is) does not occur, and it becomes possible to manufacture high quality nanofibers.
  • the nanofibers are subjected to electric field spinning while overflowing the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles 912, a sufficient amount of the polymer solution is always supplied to the upward nozzle. It becomes possible to manufacture nanofibers having a uniform quality.
  • the conventional nanofiber manufacturing apparatus 900 since it is possible to recover the polymer solution overflowed from the discharge ports of the plurality of upward nozzles 912 and reuse it as a raw material of the nanofiber, it is possible to reduce the fee for use of the raw material. As a result, it becomes possible to manufacture nanofibers at inexpensive manufacturing cost. This also follows the flow of resource saving.
  • the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention includes a nozzle block having a plurality of upward nozzles for discharging a polymer solution upward from a discharge port and a polymer solution supply path for supplying the polymer solution to the plurality of upward nozzles, and above the nozzle block. And a power supply device configured to apply a high voltage between the plurality of upward nozzles and the collector, the collector disposed at the upper side of the plurality of upward nozzles, from the discharge ports of the plurality of upward nozzles while overflowing the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles.
  • An apparatus for producing nanofibers wherein the polymer solution is discharged to electrospin the nanofibers, and the polymer solution overflowed from the discharge ports of the plurality of upward nozzles can be recovered and reused as a raw material of the nanofibers.
  • the nozzle block is discharged from the outlets of the plurality of upward nozzles.
  • the nanofiber manufacturing apparatus is a raw material tank for storing the polymer solution to be the raw material of the nanofibers, and for recycling the recovered polymer solution
  • a regeneration tank comprising: a regeneration tank for storing the regenerated polymer solution, an intermediate tank for storing the polymer solution supplied from the raw material tank or the regeneration tank, and the regeneration tank from the polymer solution recovery path of the nozzle block.
  • the "feeding device” includes a pipe through the polymer solution, a pump for transferring the polymer solution, and the like.
  • the "conveying control device” includes a valve for controlling the passage of the polymer solution and the amount of passage, a control device for controlling the operation of the valve or the pump.
  • the second transfer control device controls whether the polymer solution is transferred from one of the raw material tank and the regeneration tank to the intermediate tank.
  • the tank of any one of a raw material tank and a regeneration tank includes both the case of a tank of a raw material tank or a regeneration tank, and the case of both tanks of a raw material tank and a regeneration tank.
  • the regeneration tank includes a plurality of regeneration tanks, and the first transfer control device determines whether to transfer the polymer solution to one of the regeneration tanks. And the second transfer control device controls whether to transfer the polymer solution from one of the plurality of regeneration tanks when the polymer solution is transferred from the regeneration tank to the intermediate tank. It is desirable to.
  • the intermediate tank is a partition covering the supply portion to which the polymer solution is supplied, and a bubble removing filter disposed at the bottom of the partition, in which bubbles are removed by the bubble removing filter.
  • a first storage unit for storing the polymer solution before and a second storage unit for storing the polymer solution after the bubble is removed by the bubble removing filter, and the polymer solution stored in the second storage unit includes the nozzle It is preferably supplied to the polymer solution feed path of the block.
  • the intermediate tank has a first sensor for measuring the liquid level of the polymer solution in the second reservoir, and the second transfer control device is the first sensor. According to the measured liquid level, it is preferable to control the conveying operation of the second conveying apparatus.
  • the nozzle block further includes a second sensor for measuring the liquid level of the polymer solution in the polymer solution recovery path, and the first feed control device includes the first sensor. According to the liquid level of the polymer solution measured by the two sensors, it is preferable to control the transfer operation of the first transfer device.
  • the polymer solution recovery path includes a receiving portion receiving the polymer solution overflowed from the discharge ports of the plurality of upward nozzles, and a plurality of nozzles covering the receiving portions and passing through each upward nozzle. It is preferable that it is formed from the cover part which has a hole for opening, and the some jacket part which covers the side surface of each upward nozzle which protrudes from the said some nozzle hole.
  • the intermediate tank is preferably arranged such that the lower end of the intermediate tank is located above the upper end of each upward nozzle.
  • a metering pump is provided between the intermediate tank and the nozzle block to supply the polymer solution stored in the intermediate tank to the polymer supply path of the nozzle block.
  • the apparatus further comprises a conveying apparatus for conveying a long sheet, and at least provided with the nozzle block and the collector, and as an electric field radiating apparatus for depositing nanofibers on the surface of the long sheet.
  • the elongate sheet is provided with a plurality of field spinnerets arranged in series along the conveying direction.
  • the nanofiber manufacturing method of the present invention discharges the polymer solution from the discharge openings of the plurality of upward nozzles while radiating the polymer solution from the discharge openings of the plurality of upward nozzles to electrospin the nanofibers,
  • it is possible to reuse the polymer solution as a raw material of the nanofiber by measuring the content of the solvent in the recovered polymer solution and adding the required amount of solvent to the polymer solution based on the measurement result. It is characterized by having.
  • the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention since the polymer fibers are discharged by discharging the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles, the nanofiber production using the conventional downward nozzle The droplet phenomenon seen in the case of the device does not occur, and it becomes possible to manufacture high quality nanofibers.
  • the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention as in the case of the conventional nanofiber manufacturing apparatus, a sufficient amount of polymer solution is always provided since the field is spun as the nanofibers overflow the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles. It is supplied to this upward nozzle, and it becomes possible to manufacture the nanofiber which has uniform quality.
  • the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention since it is possible to recover the polymer solution that overflowed from the discharge ports of the plurality of upward nozzles and reuse it as a raw material of the nanofiber, as in the case of the conventional nanofiber manufacturing apparatus. As a result of reducing the fee for use of raw materials, it becomes possible to manufacture nanofibers at low manufacturing costs. This also follows the flow of resource saving.
  • the nanofiber production apparatus of the present invention by transferring the recovered polymer solution to the regeneration tank, by measuring the composition of the polymer solution, and adding the solvent and other necessary components to the polymer solution according to the measurement results, It is possible to regenerate the polymer solution into a polymer solution having a composition which is the same as that of the original polymer solution or which is extremely close. For this reason, according to the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention, the polymer solution overflows, but the polymer solution is recovered and reused as a raw material of the nanofiber, and the spinning condition (in this case, the composition of the polymer solution) in the field spinning process is extended over a long period of time. It becomes possible to keep constant, and it becomes possible to mass-produce nanofibers with uniform quality.
  • the nanofiber production apparatus of the present invention becomes a nanofiber production apparatus capable of mass-producing a nanofiber having a uniform quality at a low production cost.
  • the polymer solution when the recycled polymer solution is not stored in the regeneration tank or is not sufficiently stored, the polymer solution is transferred from the raw material tank to the intermediate tank, and the regenerated polymer solution is transferred to the regeneration tank.
  • the polymer solution When sufficiently stored in the container, the polymer solution is transferred from the regeneration tank to the intermediate tank, whereby the supply source of the polymer solution to be transferred to the intermediate tank can be appropriately controlled in accordance with the amount of the polymer solution stored in the regeneration tank.
  • a plurality of regeneration tanks are used sequentially (alternatively), so that the recovered polymer solution can be regenerated without stopping the production of the nanofibers.
  • the polymer solution in which bubbles are removed by the bubble removing filter is always supplied to each upward nozzle, it becomes possible to manufacture nanofibers having a more uniform quality.
  • the polymer solution can be supplied to the upward nozzle at a predetermined pressure at all times.
  • the nanofiber production apparatus of the present invention it is possible to transfer the polymer solution to the regeneration tank where the polymer solution is collected to some extent in the polymer solution recovery path, so that the transfer of the polymer solution to the regeneration tank can be carried out efficiently. It becomes possible.
  • the operation of the jacket portion makes it possible to efficiently recover the polymer solution while preventing the overflow of the overflowed polymer solution. Moreover, it becomes possible to prevent volatilization of the solvent from a polymer solution by the operation
  • the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention it is possible to stably supply the polymer solution to the upward nozzle using gravity.
  • the nanofiber production apparatus of the present invention it is possible to stably supply a polymer solution to an upward nozzle at a desired pressure at all times by using a metering pump.
  • nanofiber manufacturing apparatus of the present invention it is possible to mass-produce nanofibers with higher productivity. It is also possible to mass-produce a product in which nanofibers are thickly deposited, a product in which various kinds of nanofibers are deposited, and the like.
  • nanofiber production method of the present invention like the nanofiber production apparatus, it becomes possible to mass-produce nanofibers having a uniform quality at a low production cost.
  • the content rate of a substance (for example, a polymer, an additive, etc.) other than the solvent in the recovered polymer solution is measured, and, depending on the measurement result, It is good also as adding a substance (for example, a polymer, an additive, etc.).
  • medical products such as high-performance and highly sensitive textiles, beauty-related products such as healthcare, skin care, industrial materials such as wiping cloth, filters, and separators for secondary batteries , Medical separators such as capacitor separators, carriers of various catalysts, various sensor materials, electronic / mechanical materials, regenerative medical materials, biomedical materials, medical MEMS materials, biosensor materials, etc.
  • Usable nanofibers can be prepared.
  • FIG. 1 is a front view of a nanofiber production apparatus according to Example 1.
  • FIG. 1 is a front view of a nanofiber production apparatus according to Example 1.
  • Fig. 2 is a front view of the field radiating device in Example 1;
  • FIG 3 is a view for explaining a nozzle block in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a front view of the field emission device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a front view of the nanofiber production apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a front view of a conventional nanofiber production apparatus.
  • FIG. 1 is a front view of a nanofiber production apparatus according to Example 1.
  • FIG. 1 is a front view of a nanofiber production apparatus according to Example 1.
  • FIG. 2 is a front view of the field emission device in Example 1.
  • FIG. 1 and FIG. 2 the case 100, the nozzle block 110, the raw material tank 200, the intermediate tank 230, and the regeneration tank 270, 272 are shown as sectional drawing.
  • FIG. 3 is a view for explaining a nozzle block in the first embodiment.
  • Fig. 3A is a sectional view of the nozzle block
  • Fig. 3B is an enlarged view of the range A in Fig. 3A.
  • each figure is a schematic diagram, and the magnitude
  • the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on Example 1 is conveyed by the conveying apparatus 10 and the conveying apparatus 10 which convey the elongate sheet
  • Air permeability measuring device 40 for measuring the air permeability of the long sheet W in which the air is deposited, and a feed speed control device 50 for controlling the feed speed based on the air permeability measured by the air permeability measuring device 40 (shown in FIG.
  • VOC removal apparatus 70 which (not shown) and a.
  • an electric field radiating device two electric field radiating devices 20 arranged in series along a predetermined conveying direction in which the long sheet W is conveyed are provided. .
  • the conveying apparatus 10 is located between the feeding roller 11 for feeding the long sheet W and the winding roller 12 for winding the long sheet W, and the feeding roller 11 and the winding roller 12.
  • the auxiliary roller 13 is provided.
  • the feeding roller 11 and the winding roller 12 are comprised by the structure which is rotationally driven by the drive motor not shown.
  • the structure of the field emission device 20 will be described later.
  • the heating device 30 is disposed between the field radiator 20 and the air permeability measuring device 40 to heat the long sheet W in which the nanofibers are deposited.
  • the heating temperature varies depending on the type of the long sheet W or the nanofibers.
  • the long sheet W can be heated to a temperature of 50 degrees to 300 degrees.
  • the air permeability measuring device 40 a general air permeation measuring device can be used.
  • the electric field radiator 20 includes a case 100, a nozzle block 110, a collector 150, a power supply device 160, an auxiliary belt device 170, and a raw material tank. 200, the second transfer device 210, the second transfer control device 220, the intermediate tank 230, the supply device 240, the supply control window 242, the first transfer device 250, a first transfer control device 260, and regeneration tanks 270 and 272 are provided.
  • the case 100 is made of a conductor.
  • the nozzle block 110 has a plurality of upward nozzles 126, a polymer solution supply path 114, a polymer solution recovery path 120, and a second sensor 142.
  • nozzle blocks having various sizes and various shapes can be used.
  • the nozzle block 110 has, for example, a rectangle of 0.5m to 3m (including square) when viewed from an upper surface thereof. Has the size and shape shown.
  • the some upward nozzle 126 is the nozzle base end 130 which is the base end of the upward nozzle 126, the nozzle intermediate part 128 which is an intermediate part of the upward nozzle 126, and an upward direction. It consists of the nozzle tip 132 which is the tip of the nozzle 126.
  • corresponds to the polymer fluid supply path side threaded part 118 (after-mentioned) to the base end part (base end side of the nozzle base end part 130) of the upward nozzle 126. It has an upward nozzle side threaded portion.
  • the interior of the upward nozzle 126 consists of a cave, which is in communication with the cave in the polymer solution supply path 114.
  • the upward nozzle 126 discharges a polymer solution upward from a discharge port.
  • the upward nozzle 126 is made of a conductor such as copper, stainless steel aluminum, or the like.
  • the plurality of upward nozzles 126 are arranged at a pitch of, for example, 1.5 cm to 6.0 cm.
  • the number of the plurality of upward nozzles 126 is, for example, 36 pieces (6 * 6 pieces when arranged in the same number in the vertical direction) to 21904 pieces (148 pieces * 148 pieces in the case where they are arranged in the portrait).
  • the nozzle tip 132 is formed by cutting a cylinder along a plane that crosses the cylinder at an angle.
  • the angle between the axis and plane of the cylinder is 50 °.
  • An inclined surface portion 133 is formed on the tip side of the nozzle tip portion 132, and the tip of the inclined surface portion 133 is located above the tip of the jacket 134. In addition, the base end of the inclined surface portion 133 is located below the tip of the jacket 134.
  • the nozzle intermediate part 128 is formed in a substantially cylindrical shape.
  • the nozzle proximal end 130 has a hexagonal cylindrical shape.
  • the polymer solution supply path 114 has a substantially rectangular parallelepiped shape, has a cave inside, and moves the polymer solution from the supply device 240 upward through a plurality of caves therein. Supply to the nozzle 126.
  • the polymer solution supply path 114 has a connection part 116 with a supply apparatus, and is connected with the supply apparatus 240 at the connection part 116 with this supply apparatus.
  • the polymer solution supply path 114 further has a polymer solution supply path side threaded portion 118.
  • the polymer solution supply path 114 and the upward nozzle 126 are coupled by fitting the polymer solution supply path side threaded portion 118 and the upward nozzle side threaded portion.
  • the polymer solution recovery path 120 is formed from the housing portion 121, the groove portion 124, the lid portion 123, and the plurality of jacket portions 134.
  • the polymer solution recovery path 120 recovers the polymer solution that has overflowed from the outlets of the plurality of upward nozzles 126.
  • the accommodating part 121 receives the polymer solution which overflowed from the discharge port of the some upward nozzle 126.
  • the receiving part 121 is disposed above the polymer solution supply path 114.
  • the accommodating part 121 is formed inclined slightly toward the groove part 124, and has a function which guides the accommodated polymer solution toward the groove part 124. As shown in FIG.
  • the groove part 124 is arrange
  • the groove part 124 has the connection part 125 with the 1st conveyance apparatus in the bottom face, and is connected with the 1st conveyance apparatus 250 in the connection part 125 with this 1st conveyance apparatus.
  • the cover portion 123 covers the housing portion 121 and has a plurality of nozzle holes for passing through the upward nozzles 126. Moreover, the cover part 123 has the cover part side threaded part 122 around the hole for nozzles.
  • the jacket 134 covers the side surface of each upward nozzle 126 which protrudes from the some hole for nozzles.
  • the jacket 134 has a jacket base end 138 that is the base end side of the jacket 134 and a jacket tip part 140 that is a tip end of the jacket 134.
  • the jacket tip portion 140 has a cylindrical shape with a constant thickness, and the jacket tip portion 140 extends from the connecting portion 136 of the jacket tip portion 140 and the jacket portion base portion 138 to the tip portion thereof. Gradually, specifically, it has a shape in which thickness decreases by a fixed ratio.
  • the jacket 134 has the jacket side screw part corresponding to the cover part side threaded part 122 on the base end side of the jacket base end part 138. As shown in FIG.
  • the cover part 123 and the jacket 134 are couple
  • the second sensor 142 measures the liquid level of the polymer solution in the polymer solution recovery path 120. Specifically, the second sensor 142 is disposed on the wall surface of the groove portion 124 and measures the liquid level of the polymer solution accumulated on the groove portion 124.
  • the second sensor 124 is made of, for example, an optical fiber sensor.
  • the collector 150 is disposed above the nozzle block 110.
  • the collector 150 is made of a conductor, and is attached to the case 100 via the insulating member 152 as shown in FIG. 2.
  • the electric field radiator 20 discharges the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles 126 while overflowing the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles 126 to electrospin the nanofibers.
  • the power supply unit 160 applies a high voltage between the plurality of upward nozzles 126 and the collector 150.
  • the positive electrode of the power supply device 160 is connected to the collector 150, and the negative electrode of the power supply device 160 is connected to the nozzle block 110 through the case 100.
  • the auxiliary belt device 170 includes an auxiliary belt 172 that rotates in synchronization with the feeding speed of the long seat W, and five rollers 174 for assisting the auxiliary belt 172.
  • One of the five auxiliary belt rollers 174 or rollers for two or more auxiliary belts is a drive roller, and the other auxiliary belt rollers are driven rollers. Since the auxiliary belt 172 is disposed between the collector 150 and the long sheet W, the long sheet W is smoothly conveyed without being pulled by the collector 150 to which a positive fixed pressure is applied. Is made possible.
  • the raw material tank 200 stores the polymer solution used as the raw material of a nanofiber.
  • the raw material tank 200 has a stirring device 201 therein for preventing separation or solidification of the polymer solution.
  • the pipe 212 of the second transfer device 210 is connected to the raw material tank 200.
  • the second transfer device 210 transfers the polymer solution from the raw material tank 200 or the regeneration tanks 270 and 272 to the intermediate tank 230.
  • the second transfer device 210 has a pipe 212 connecting the raw material tank 200 and the intermediate tank 230, and a pipe 214 connecting the regeneration tanks 270, 272 and the intermediate tank 230. .
  • the end of the pipe 212 is connected to the first storage unit 236 (described later), and the end of the pipe 214 is connected to the pipe 212.
  • the second transfer control device 220 controls the transfer operation of the second transfer device 210.
  • the second transfer control device 220 has valves 222, 224, 226, and 228.
  • the valve 222 controls the transfer of the polymer solution from the raw material tank 200.
  • the valve 224 controls the amount of polymer solution entering the intermediate tank 230 from the feed tank 200 and the regeneration tanks 270 and 272. Control by the valve 224 is performed according to the weak surface height measured by the 1st sensor 239 mentioned later.
  • Valve 226 controls the transfer of polymer solution from regeneration tank 270.
  • Valve 228 controls the transfer of polymer solution from regeneration tank 272.
  • the second transfer control device 220 uses the valves 222, 224, 226, and 228 to transfer the polymer solution from one of the raw material tank 200 and the regeneration tanks 270, 272 to an intermediate tank ( Control whether or not to transfer.
  • the second transfer control apparatus 220 controls the transfer operation of the second transfer apparatus 210 according to the liquid level height measured by the first sensor 239 by the valve 224.
  • the second transfer control device 220 transfers the polymer solution from the regeneration tanks 270 and 272 to the intermediate tank 230 by the valves 226 and 228, the second transfer control device 220 includes a plurality of regeneration tanks ( It also controls whether to transfer from any of the regeneration tanks 270 and 272.
  • the intermediate tank 230 stores the polymer solution supplied from the raw material tank 200 or the regeneration tanks 270 and 272.
  • the intermediate tank 230 is disposed such that the lower end of the tank 230 is located above the upper end of each upward nozzle 126.
  • the intermediate tank 230 includes a partition wall 232, a bubble removing filter 234, and a first sensor 239.
  • the partition wall 232 covers the supply site to which the polymer solution is supplied.
  • the bubble removing filter 234 is disposed at the bottom of the partition wall 232 and removes bubbles from the polymer solution passing therethrough.
  • the bubble removing filter 234 has a mesh-like structure having an eye of about 0.1 mm, for example.
  • the first storage unit 236 for storing the polymer solution before the bubble is removed by the bubble removing filter 234, and bubbles
  • the second storage unit 238 is configured to store the polymer solution after the bubbles are removed by the removal filter 234.
  • the second storage part 238 is connected to the polymer solution supply path 114 by the supply path 240. As a result, in the nanofiber manufacturing apparatus 1, the second storage part 238 is stored in the second storage part 238.
  • the polymer solution is supplied to the polymer solution supply path 114 of the nozzle block 110.
  • the first sensor 239 measures the liquid level of the polymer solution in the second storage unit 238.
  • the first sensor is made of, for example, an optical fiber sensor.
  • the supply device 240 is composed of one pipe and supplies the polymer solution stored in the second reservoir 238 of the intermediate tank 230 to the polymer solution supply path 114 of the nozzle block 110.
  • at least one supply apparatus may be used for one nozzle block.
  • the supply control device 242 is composed of one pipe installed in the supply device 240, and controls the supply operation of the supply device 240.
  • the first transfer device 250 has a pipe 252 and a pump 254, and transfers the polymer solution from the polymer solution recovery path 120 of the nozzle block 110 to the regeneration tanks 270 and 272.
  • the pump 254 generates power to transfer the polymer solution to the regeneration tanks 270 and 272 above the nozzle block 110.
  • the first transfer control device 260 controls the transfer operation of the first transfer device 250.
  • the first transfer control device 260 includes valves 264 and 266 and a control device (not shown) of the pump 254.
  • the valve 264 controls the transfer of the polymer solution from the polymer solution recovery path to the regeneration tank 270.
  • the valve 266 controls the transfer of the polymer solution from the polymer solution recovery path to the regeneration tank 272.
  • the first transfer control device 260 controls whether one of the plurality of regeneration tanks 270 and 272 is transferred to the regeneration tank by the valves 264 and 266.
  • the first transfer control device 260 according to the liquid level of the polymer solution measured by the second sensor 142 by the control device of the valves 264, 266 and the pump 254, the first transfer device ( 250 to control the transfer operation.
  • the plurality of regeneration tanks 270 and 272 are regeneration tanks for regenerating the recovered polymer solution and store the regenerated polymer solution.
  • the regeneration tanks 270 and 272 have stirring apparatuses 271 and 273 therein for preventing separation or solidification of the polymer solution, respectively.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 1 has a nanofiber manufacturing apparatus which makes it possible to recover the polymer solution overflowed from the discharge ports of the plurality of upward nozzles and reuse them as a raw material of the nanofibers. do.
  • Nanofibers manufacturing method using nanofibers manufacturing apparatus 1 according to Example 1 is described.
  • the nanofiber manufacturing method according to Example 1 discharges the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles 126 while overflowing the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles 126, thereby simultaneously radiating the nanofibers to the field. It is a nanofiber manufacturing method which makes it possible to collect the polymer solution which overflowed from the discharge port of the upward nozzle 126 of the, and to reuse it as a raw material of a nanofiber.
  • the polymer solution is transferred from the raw material tank 200 to the intermediate tank 230 using the pipe 212 of the second transfer device 210. Subsequently, the polymer solution moved from the first reservoir 232 to the second reservoir 234 through the bubble removing film 234 in the intermediate tank 230 is supplied through the polymer solution supply path through the feeder 240. 114).
  • the nanofiber manufacturing apparatus 1 discharges the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles 126 while overflowing the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles 126 supplied to the polymer solution supply path 114. Electrospinning the nanofibers.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 1 recovers the overflowed polymer solution in the polymer solution recovery path 120.
  • the polymer solution is transferred to the regeneration tank 270 using the first transfer device 250 at a place where the polymer solution is collected in the groove 124 of the polymer solution recovery path 120.
  • the transfer destination by the first transfer device 250 is converted into the regeneration tank 272 by the first transfer control device 260.
  • the overflowed polymer solution is recovered to the regeneration tank 272, and the polymer solution overflowed into the regeneration tank 270 enters the regeneration tank 270 when the subsequent step is performed in the regeneration tank 270. none.
  • the content rate of the solvent and the additive in the recovered polymer solution is measured.
  • the measurement can be performed by extracting a part of the polymer solution in the regeneration tank 270 as a sample and analyzing the sample. Analysis of the polymer solution can be performed by a known method.
  • the required amount of solvent, additives and other components are added to the polymer solvent.
  • the recovered polymer solution is regenerated.
  • the polymer solution in the regeneration tank 270 is transferred from the raw material tank 200 to the intermediate tank 230 using the pipe 212 of the second transfer device 210.
  • the polymer solution in the regeneration tank 270 is used for electric field radiation in place of the polymer material in the raw material tank 200 and together with the polymer material in the raw material tank 200, whereby the polymer solution in the regeneration tank 270 is used for nanofibers. It can be reused as a raw material.
  • the polymer solution in the regeneration tank 272 is nanofibers by a method similar to that after the predetermined amount of the polymer solution remains in the regeneration tank 270. It can be reused as a raw material of.
  • a nonwoven fabric, a woven fabric, a knitted fabric, etc. made of various materials can be used.
  • the thickness of a long sheet the thing of 5um-500um can be used, for example.
  • the length of a long sheet the thing of 10 m-10 km can be used, for example.
  • polylactic acid polypropylene
  • PVAc polyvinyl acetate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polyethylene na Phthalate
  • PA Polyamide
  • PUR Polyurethane
  • PVA Polyvinyl Alcohol
  • PAN Polyacrylonitrile
  • PEI Polyethylimide
  • PCL Polycaprolactone
  • PLGA Polylactic acid glyc Rollic acid
  • a solvent used for a polymer solution dichloromethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, methyl ethyl ketone, chloroform, acetone, water, formic acid, acetic acid, cyclohexane, THF, etc. can be used, for example. You may mix and use multiple types of solvent.
  • the polymer solution may contain additives such as conductivity improvers.
  • Air permeability of the nanofiber nonwoven fabric produced can be set to 0.15cm 3 / cm 2 / s ⁇ 200cm 3 / cm 2 / s.
  • the feed speed can be set to, for example, 0.2 m / min to 100 m / min.
  • the voltage applied to the nozzle block 110 and the collector 150 can be set to 10 kV-80 kV, and it is preferable to set it near 50 kV.
  • the temperature of a spinning zone can be set to 25 degreeC, for example.
  • the humidity of the spinning zone can be set to 30%, for example.
  • the conventional nanofiber manufacturing apparatus 1 As in the case of the conventional nanofiber manufacturing apparatus, since the polymer solution is discharged by discharging the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles 126, the conventional nanofibers are discharged.
  • the droplet phenomenon seen in the diameter of the nanofiber manufacturing apparatus using the downward nozzle of does not occur, and it becomes possible to manufacture high quality nanofibers.
  • nanofiber manufacturing apparatus 1 as in the case of the conventional nanofiber manufacturing apparatus, electric field spinning of the nanofibers while overflowing the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles 126
  • a sufficient amount of polymer solution is always supplied to the upward nozzle, making it possible to produce nanofibers of uniform quality.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 1 similarly to the case of the conventional nanofiber manufacturing apparatus, the polymer solution which overflowed the polymer solution from the discharge ports of the plurality of upward nozzles 126 is recovered, and the nano Since it becomes possible to recycle
  • the recovered polymer solution is transferred to the regeneration tanks 270 and 272, and then the composition of the polymer solution is measured.
  • the composition of the polymer solution is measured.
  • the polymer solution which overflowed was collect
  • the nanofiber manufacturing apparatus 1 according to Example 1 becomes a nanofiber production apparatus capable of mass-producing nanofibers having a uniform quality at a low production cost.
  • the 2nd transfer control apparatus 210 intermediate moves a polymer solution from the tank of any one of the raw material tank 200 and the regeneration tank 270,272. Since it controls whether to transfer to the tank 230, it becomes possible to appropriately control the supply source of the polymer solution to be transferred to the intermediate tank 230 in accordance with the amount of the polymer solution stored in the regeneration tanks 270 and 272.
  • the regeneration tank includes a plurality of regeneration tanks 270 and 272, and the first transfer control device 260 stores the polymer solution in a plurality of regeneration tanks.
  • the second transfer control device 220 transfers the polymer solution from the regeneration tanks (270, 272) to the intermediate tank (230)
  • the plurality of regeneration tanks 270 and 272 are sequentially arranged as a tank for regenerating the recovered polymer solution.
  • the recovered polymer solution can be regenerated without stopping the production of the nanofibers.
  • the intermediate tank 230 includes a partition wall 232 covering the supply site to which the polymer solution is supplied, and bubbles removed from the bottom of the partition wall 232.
  • the film 234 stores a first storage unit 236 for storing the polymer solution before bubbles are removed by the bubble removing film 234 and a polymer solution after bubbles are removed by the bubble removing film 234. Since the second storage unit 238 is configured, and the polymer solution stored in the second storage unit 238 is supplied to the polymer solution supply path 114 of the nozzle block 110, the bubble removing film 234 Since the bubble-free polymer solution is always supplied to each upward nozzle 126, it becomes possible to manufacture nanofibers having a more uniform quality.
  • the intermediate tank 230 has the 1st sensor 239 which measures the liquid level of the polymer solution in the 2nd storage part 238, Since the second transfer control device 220 controls the transfer operation of the second transfer device 210 according to the liquid level measured by the first sensor 239, the raw material tank 200 and the regeneration tank 270, Regardless of the amount of the polymer solution stored in 272), it is always possible to supply the polymer solution to the upward nozzle stably at a desired pressure.
  • the nozzle block 110 further includes a second sensor 142 for measuring the liquid level of the polymer solution in the polymer solution recovery path 120.
  • the first transfer control device 260 controls the transfer operation of the first transfer device 250 in accordance with the liquid level of the polymer solution measured by the second sensor 142, the polymer solution is the polymer solution recovery path It is possible to transfer the polymer solution to the regeneration tanks 270 and 272 at a place remaining to some extent at 120, and it is possible to efficiently transfer the polymer solution to the regeneration tank.
  • route 120 is the accommodating part 121 which receives the polymer solution which overflowed from the discharge port of the some upward nozzle 126, and accommodating A cover portion 123 having a plurality of nozzle holes for covering the portion 121 and passing through each upward nozzle, and a plurality of jackets 134 covering the side surfaces of the upward nozzle 126 protruding from the plurality of nozzle holes. Since it is formed from, the operation of the jacket 134 makes it possible to efficiently recover the polymer solution while preventing the scattering of the overflowed polymer solution. In addition, by the operation of the lid 123 described above, volatilization of the solvent from the polymer solution can be prevented.
  • the intermediate tank 230 is arrange
  • the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on Example 1, it is further equipped with the conveying apparatus 10 which conveys the long sheet W, and the conveyance direction of the long sheet W as an electric field radiation apparatus. Since the plurality of electric field radiators 20 arranged in series are provided along this, it becomes possible to mass-produce nanofibers with higher productivity. It is also possible to mass-produce a product in which nanofibers are thickly deposited, a product in which various kinds of nanofibers are deposited, and the like.
  • nanofiber manufacturing method according to Example 1 As in the case of the nanofiber manufacturing apparatus 1 according to Example 1, it becomes possible to mass-produce nanofibers having a uniform quality at a low production cost. .
  • the polymer solution is discharged from the discharge holes of the plurality of upward nozzles 126 while overflowing the polymer solution from the discharge holes of the plurality of upward nozzles 126, thereby causing the nanofibers to be electric fields.
  • the polymer solution which overflowed from the discharge port of the some upward nozzle 126 was collect
  • the collected polymer solution is transferred to the regeneration tanks 270 and 272, and then the composition of the polymer solution is measured, and the polymer solution is added to the polymer solution according to the measurement result. Played.
  • Table 1 is a table
  • Table 2 is a table which shows the composition of the recovered polymer solution.
  • Table 3 is a table which shows the composition of the recycled polymer solution.
  • "relative weight” in Tables 1-3 has shown the relative weight of each substance at the time of making the weight of polyurethane into 100.
  • the polymer solution could be regenerated into a polymer solution having a composition that was the same as or very close to that of the original polymer solution.
  • the polymer solution was regenerated by adding 40.8 g of dimethyl formamide and 74.6 g of methyl ethyl ketone per 100 g of polyurethane to the recovered polymer solution.
  • FIG. 4 is a front view of the field radiating device 22 in Example 2.
  • FIG. 4 the nozzle block 110, the raw material tank 200, the intermediate tank 230, the regeneration tank 270, and the storage tank 280 are shown as sectional drawing.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 2 (not shown in the drawings) according to the second embodiment basically has the same configuration as the nanofiber manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment, but the number and the number of regeneration tanks are the same.
  • the structure of the 1st conveying apparatus is different from the case of the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on Example 1.
  • FIG. the structure of a 1st conveyance control apparatus, a 2nd conveyance apparatus, and a 2nd conveyance control apparatus is also different with it.
  • nanofiber manufacturing apparatus 2 which concerns on Example 2
  • symbol as the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on Example 1 is the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on Example 1 Since it has basically the same structure as that of, description is abbreviate
  • the nanofiber manufacturing apparatus 2 which concerns on Example 2 is equipped with one regeneration tank 270 with respect to one electric field radiation apparatus 22.
  • the 1st conveying apparatus 251 in Example 2 is a storage tank (between the polymer solution collection
  • the storage tank 256 has a function of temporarily storing the overflowed solution while regenerating the polymer solution in the regeneration tank 270.
  • the first transfer control device 266 includes a valve (not shown) of one valve and a pump 254, and controls a transfer operation of the first transfer device 251.
  • the second transfer device 211 transfers the polymer solution from the raw material tank 200 or the regeneration tank 270 to the intermediate tank 230.
  • the 2nd conveying apparatus 210 has the pipe 212 which connects the raw material tank 200 and the intermediate tank 230, and the pipe 213 which connects the regeneration tank 270 and the intermediate tank 230. As shown in FIG.
  • the second transfer device 221 controls the transfer operation of the second transfer device 211.
  • the second transfer control device 221 has valves 222, 224, and 226.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 2 which concerns on Example 2 is different from the case of the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on Example 1, although the number of the regeneration tanks and the structure of a 1st conveying apparatus are different.
  • the recovered polymer solution is transferred to the regeneration tank 270, and then the composition of the polymer solution is measured, and according to the measurement result.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 2 according to Example 2 also recovers the polymer solution that has overflowed and makes it reusable as a raw material of the nanofibers, while spinning conditions in the field spinning process (in this case, Composition can be kept constant for a long time, and mass production of nanofibers having a uniform quality becomes possible.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 2 which concerns on Example 2 also becomes a nanofiber manufacturing apparatus which can mass-produce the nanofiber which has uniform quality at low manufacturing cost.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 2 which concerns on Example 2 has a structure similar to the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on Example 1 except the number of the regeneration tank and the structure of a 1st conveying apparatus, It has the corresponding effect as it is among the effects which the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on Example 1 has.
  • FIG. 5 is a front view of the nanofiber manufacturing apparatus 3 according to the third embodiment. 5, the nozzle block 110, the raw material tank 200, the intermediate tank 230 (not shown), the regeneration tanks 270 and 272, and the storage tank 280 are shown as sectional views. It is displaying.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 3 according to the third embodiment basically has the same structure as the nanofiber manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment, except that the raw material tank and the regeneration tank are outside the field emission device. It differs from the case of the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on Example 1. That is, in the nanofiber manufacturing apparatus 3 according to the third embodiment, as shown in Fig. 5, the raw material tank 200 and the regeneration tanks 270 and 272 are outside the electric field radiating device 24, and one Two field radiating devices 24 share a raw material tank, 270, and two regeneration tanks 270, 272.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 3 according to the third embodiment differs from the case of the nanofiber manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment in that the raw material tank and the regeneration tank are outside the electric field radiating device. Since it has one structure, similarly to the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on Example 1, after conveying the collect
  • the nanofiber manufacturing apparatus 3 according to Example 3 also recovers the overflowed polymer solution and makes it reusable as a raw material of the nanofibers, while spinning conditions in the field spinning process (in this case, Composition can be kept constant for a long time, and mass production of nanofibers having a uniform quality becomes possible.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 3 which concerns on Example 3 also becomes a nanofiber manufacturing apparatus which can mass-produce the nanofiber which has uniform quality at low manufacturing cost.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 3 which concerns on Example 3 has a structure similar to the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on Example 1 except the raw material tank and the regeneration tank being outside the electric field radiating apparatus. Therefore, it has the corresponding effect as it is among the effects which the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on Example 1 has.
  • Example 2 Although the nanofiber manufacturing apparatus of this invention was demonstrated using the electric field radiating apparatus 22 which has the storage tank 256 in the 1st conveying apparatus 251, this invention does this. It is not limited to. For example, it is also possible to apply this invention to the nanofiber manufacturing apparatus provided with the field emission value which has a storage tank in another place (for example, the rear end of a regeneration tank). The present invention may also be applied to a nanofiber production apparatus having a capacity sufficient for the polymer solution recovery means to store the polymer solution and having a field emission value having no storage tank.
  • positioned so that the lower end may be located above the upper end of each upward nozzle 126 was used, this invention is not limited to this.
  • a metering pump is provided between the intermediate tank and the nozzle block to supply the polymer solution stored in the intermediate tank to the polymer supply path of the nozzle block. With such a configuration, it is possible to stably supply the polymer solution to the nozzle at a desired pressure at all times using a metering pump.
  • nanofiber manufacturing method which concerns on the said Example 1 was performed using the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on Example 1, this invention is not limited to this.
  • the nanofiber manufacturing method of this invention can be implemented using various types of "nanofiber manufacturing apparatus provided with several upward nozzle and regeneration tank.”
  • the nanofiber production method of the present invention has been described with an example of a nanofiber production apparatus having two field emission devices as the field radiator, but the present invention is not limited thereto.
  • the present invention can also be applied to a nanofiber production apparatus having one or three or more field emission values.
  • the present invention uses the field emission value in which the positive electrode of the power supply device 160 is connected to the collector 150 and the negative electrode of the power supply device 160 is connected to the nozzle block 110.
  • the nanofiber manufacturing apparatus of this invention was demonstrated, this invention is not limited to this.
  • the present invention can be applied to an apparatus for producing nanofibers having field emission values.
  • the nozzle tip portion covers an upward nozzle 126 having a shape cut along a plane intersecting the cylinder at an angle with the axis of the cylinder and a side surface of each upward nozzle 126.
  • the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention has been described with an example of a nanofiber manufacturing apparatus having a polymer solution recovery path 120 in which a plurality of jackets 134 are formed, the present invention is not limited thereto.
  • the present invention may be applied to a nanofiber manufacturing apparatus having an upward nozzle having a shape in which the nozzle tip is cut along a plane that intersects the cylinder horizontally with the axis of the cylinder, and the jacket is not formed.
  • the present invention can also be applied to a nanofiber production apparatus having a polymer solution recovery path, and the present invention can also be applied to a nanofiber production device having both the upward nozzle and the polymer solution recovery path.
  • the present invention has been described using a nanofiber production apparatus in which one nozzle block is disposed in one field radiating device, but the present invention is not limited thereto.
  • the present invention may be applied to a nanofiber production apparatus in which two nozzle blocks are disposed in one field radiator, or the present invention may be applied to a nanofiber production apparatus in which two or more nozzle blocks are disposed. .
  • the nozzle arrangement pitch may be the same for all nozzle blocks, or the nozzle arrangement pitch may be different for each nozzle block.
  • the height position of the nozzle block may be the same for all the nozzle blocks, or the height position of the nozzle block may be different for each nozzle block.
  • a mechanism for reciprocating the nozzle block at a predetermined reciprocating cycle along the width direction of the long sheet may be provided.
  • the mechanism electric field spinning is performed while the nozzle block is reciprocated at a predetermined reciprocating cycle, so that the amount of polymer fibers deposited along the width direction of the long city can be made uniform.
  • the reciprocating cycle and the reciprocating distance of the nozzle block may be controlled independently for each field radiating device or for each nozzle block. With such a configuration, it is possible to reciprocate all the nozzle blocks at the same period, and it is also possible to reciprocate each nozzle block at different periods. It is also possible to make the reciprocating distance of the reciprocating motion the same with all the nozzle blocks, and it is also possible to vary the reciprocating distance of the reciprocating motion with each nozzle block.

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Abstract

균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 염가의 제조비용으로 대량생산하는 것이 가능한 나노섬유 제조장치를 제공한다. 복수의 상향 노즐 및 폴리머 용액 공급 경로를 가지는 노즐 블록(110)을 구비하고, 복수의 상향 노즐로부터 폴리머 용액을 오버플로우시키면서 나노 섬유를 전계방사하는 동시에, 오버플로우한 폴리머 용액을 회수하여 재이용하는 것을 가능하게 한 나노섬유 제조장치로서, 원료 탱크(200)와, 재생 탱크(270, 272)와, 중간 탱크(230)와, 재생 탱크(270, 272)로 폴리머 용액을 이송하는 제1 이송장치(250)와, 중간 탱크(230)로 폴리머 용액을 이송하는 제2 이송장치(210)와, 제1 및 제2 이송장치의 이송동작을 제어하는 제1 및 제2 이송제어장치(260, 220)를 추가로 구비하는 나노섬유 제조장치.

Description

나노섬유 제조장치 및 나노섬유 제조방법
본 발명은, 나노섬유 제조장치 및 나노섬유 제조방법 에 관한 것이다. 그리고, 본 발명에 있어서, 「나노 섬유」란, 폴리머 재료로 이루어지고, 평균 직경이 수nm~수천nm인 섬유를 말한다. 또한, 「폴리머 용액」이란, 폴리머를 용매에 용해시킨 용액을 말한다.
복수의 상향 노즐의 토출구로부터 오버플로우한 폴리머 용액을 회수하여 나노 섬유의 원료로서 재이용하는 것을 가능하게 한 나노섬유 제조장치가 알려져 있다(일본국 특허 제4402695호 공보 참조). 도 6은, 종래의 나노섬유 제조장치(900)를 설명하기 위한 도면이다.
종래의 나노섬유 제조장치(900)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 폴리머 용액을 토출구로부터 상향으로 토출하는 복수의 상향 노즐(912) 및 해당 복수의 상향 노즐(912)에 폴리머 용액을 공급하는 폴리머 용액 공급 경로(914)를 가지는 노즐 블록(910)과, 노즐 블록(910)과 컬렉터(920)사이에 고전압을 인가하는 전원장치(930)와, 나노 섬유의 원료가 되는 폴리머 용액을 저장하는 탱크(940)와, 탱크(940)에 저장된 폴리머 용액을 노즐 블록(910)의 폴리머 용액 공급 경로(914)에 공급하는 계량 펌프(950)와, 복수의 상향 노즐(912)의 토출구로부터 오버플로우한 폴리머 용액을 회수하여 탱크(940)에 되돌리는 회수 펌프(960)를 구비한다.
종래의 나노섬유 제조장치(900)에 의하면, 복수의 상향 노즐(912)의 토출구로부터 폴리머 용액을 토출하여 나노 섬유를 전계 방사 하기 때문에, 종래의 하향 노즐을 이용한 나노섬유 제조장치의 경우에 보여지는 드롭 렛 현상(하향 노즐로부터 방사 되지 않았던 폴리머 용액의 덩어리가 그대로 장척시트에 부착하는 현상)이 발생하는 일이 없고, 고품질의 나노 섬유를 제조하는 것이 가능해진다.　
또한, 종래의 나노섬유 제조장치(900)에 의하면, 복수의 상향 노즐(912)의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우시키면서 나노 섬유를 전계 방사 하기 때문에, 항상 충분한 양의 폴리머 용액이 상향 노즐에 공급되고, 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 제조하는 것이 가능해진다.　
또한, 종래의 나노섬유 제조장치(900)에 의하면, 복수의 상향 노즐(912)의 토출구로부터 오버플로우한 폴리머 용액을 회수하여 나노 섬유의 원료로서 재이용하는 것이 가능하기 때문에, 원료의 사용료를 줄이는 것이 가능해지는 결과, 염가의 제조비용으로 나노 섬유를 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 이것은 자원 절약화의 흐름에도 따르는 것이 된다.
그러나, 본 발명의 발명자의 연구 결과, 종래의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 실제적으로는 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 대량생산 하는 것이 곤란하다라는 문제가 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 종래의 나노 섬유 제조장치에 있어서는, 회수한 폴리머 용액을 직접 탱크에 되돌리는 구성을 갖기 때문에, 그 과정에서 용매가 휘발하는 일 등으로 인하여 회수한 폴리머 용액의 조성이 원래의 폴리머 용액과는 다른 것이 된다. 그 결과, 전계방사과정에 있어서의 방사조건(이 경우, 폴리며 용액의 조성)을 장시간에 결쳐서 일정하게 유지할 수 없게 되고, 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 대량 생산하는 것이 곤란해지게 되는 것이다.
그러므로, 본 발명은, 상기한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 염가의 제조비용으로 대량생산하는 것이 가능한 나노섬유 제조장치 및 나노섬유 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 나노섬유 제조장치는, 폴리머 용액을 토출구로부터 상향으로 토출하는 복수의 상향 노즐 및 해당 복수의 상향 노즐에 상기 폴리머 용액을 공급하는 폴리머 용액 공급 경로를 가지는 노즐 블록과, 상기 노즐 블록보다 윗쪽에 배치된 컬렉터와, 상기 복수의 상향 노즐과 상기 컬렉터와의 사이에 고전압을 인가하는 전원 장치를 구비하고, 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우 시키면서 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 상기 폴리머 용액을 토출하여 나노 섬유를 전계방사하는 동시에, 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 오버플로우한 상기 폴리머 용액을 회수하여 상기 나노 섬유의 원료로서 재이용하는 것을 가능하게 한 나노섬유 제조장치로서, 상기 노즐 블록은 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 오버플로우한 상기 폴리머 용액을 회수하는 폴리머 회수 경로를 추가로 갖고, 상기 나노섬유 제조장치는, 상기 나노 섬유의 원료가 되는 상기 폴리머 용액을 저장하는 원료 탱크와, 회수된 상기 폴리머 용액을 재상하기 위한 재생탱크로서, 재생된 상기 폴리머 용액을 저장하는 재생탱크와, 상기 원료 탱크 또는 상기 재생 탱크로부터 공급된 상기 폴리머 용액을 저장하는 중간탱크와, 상기 노즐 블록의 상기 폴리머 용액 회수 경로로부터 상기 재생 탱크로 상기 폴리머용액을 이송하는 제1 이송장치와, 상기 제1 이송장치의 이송동작을 제어하는 제1 이송제어장치와, 상기 원료 탱크 및 상기 재생 탱크로부터 상기 중간 탱크로 상기 폴리머 용액을 이송하는 제2 이송장치와, 상기 제2 이송장치의 이송동작을 제어하는 제2 이송제어장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 「이송장치」에는, 폴리머 용액을 통하는 파이프, 폴리머 용액을 이송하는 펌프 등이 포함된다. 또한, 「이송제어장치」에는, 폴리머 용액의 통과여부 및 통과 량을 제어하는 밸브, 해당 밸브나 상기 한 펌프의 동작을 제어하는 제어장치 등이 포함된다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 제2이송제어장치는, 상기 폴리머 용액을 상기 원료탱크 및 상기 재생탱크 중 어느 하나의 탱크로부터 상기 중간탱크로 이송할지에 대하여 제어하는 것이 바람직하다.
그리고, 「원료탱크 및 재생탱크 중 어느 하나의 탱크」란, 원료탱크 또는 재생탱크 중 한 쪽의 탱크인 경우와, 원료탱크 및 재생탱크의 양 쪽의 탱크인 경우의 양 쪽을 포함한다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 재생탱크로서, 복수의 재생탱크를 구비하고, 상기 제1이송제어장치는, 상기 폴리머 용액을 상기 복수의 재생탱크 중 어느 하나의 재생탱크로 이송할지에 대하여 제어하고, 상기 제2이송제어장치는, 상기 폴리머 용액을 상기 재생탱크로부터 상기 중간탱크로 이송할 경우에는, 상기 폴리머 용액을 상기 복수의 재생탱크 중 어느 하나의 재생탱크로부터 이송할지에 대해서도 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 중간탱크는, 상기 폴리머 용액이 공급되는 공급부위를 덮는 격벽과, 해당 격벽의 저부에 배설된 기포제거필터로, 상기 기포제거필터에 의해 기포가 제거되기 전의 상기 폴리머 용액을 저장하는 제1저장부와, 상기 기포제거필터에 의해 기포가 제거된 후의 상기 폴리머 용액을 저장하는 제2저장부가 구성되고, 상기 제2저장부에 저장된 상기 폴리머 용액이 상기 노즐블록의 폴리머 용액 공급 경로에 공급되는 것이 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 중간탱크는, 상기 제2 저장부에 있어서의 상기 폴리머 용액의 액면높이를 측정하는 제1 센서를 갖고, 상기 제2 이송제어장치는 상기 제1센서로 계측된 액면높이에 따라서, 상기 제2 이송장치의 이송동작을 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 노즐블록은, 상기 폴리머 용액 회수 경로에 있어서의 상기 폴리머 용액의 액면높이를 측정하는 제2센서를 추가로 갖고, 상기 제1이송제어장치는, 상기 제2센서로 측정된 상기 폴리머 용액의 액면높이에 따라서, 상기 제1이송장치의 이송동작을 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 폴리머 용액 회수 경로는, 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 오버플로우한 상기 폴리머 용액을 받는 수용부와, 상기 수용부를 덮는 동시에 각 상향 노즐을 통하는 복수의 노즐용 구멍을 갖는 덮개부와, 상기 복수의 노즐용 구멍으로부터 돌출하는 각 상향 노즐의 측면을 덮는 복수의 재킷부로부터 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 중간탱크는 해당 중간탱크의 하단이 각 상향 노즐의 상단보다 위쪽에 위치하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 중간탱크와 상기 노즐 블록과의 사이에는, 상기 중간탱크에 저장된 상기 폴리머 용액을 상기 노즐 블록의 폴리머 공급경로에 공급하는 계량펌프가 배설되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 장척시트를 이송하는 이송장치를 추가로 구비하는 동시에, 상기 노즐 블록과 상기 컬렉터를 적어도 구비하고, 상기 장척시트의 표면에 나노섬유를 퇴적시키는 전계방사장치로서, 상기 장척시트이 이송방향을 따라서 직렬로 배치된 복수의 전계방사장치를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조방법은, 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우시키면서 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 상기 폴리머 용액을 토출하여 나노섬유를 전계방사하는 동시에, 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 오버플로우한 상기 폴리머 용액을 회수하여 상기 나노섬유의 원료로서 재이용하는 것을 가능하게 하는 나노섬유 제조방법으로서, 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 오버플로우한 상기 폴리머 용액을 재생탱크에 일단 회수하는 동시에, 회수한 상기 폴리머 용액에 있어서의 용매의 함유율을 측정하고, 해당 측정결과를 기초로 하여, 상기 폴리머 용액에 필요한 양의 용매를 첨가함으로써, 상기 폴리머 용액을 나노섬유의 원료로서 재이용하는 것을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 의하면, 종래의 나노섬유 제조장치의 경우와 마찬가지로, 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 폴리머 용액을 토출하여 나노 섬유를 전계 방사 하기 때문에, 종래의 하향 노즐을 이용한 나노섬유 제조장치의 경우에 보여지는 드롭 렛 현상이 발생하는 일이 없고, 고품질의 나노 섬유를 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 나노섬유 제조장치에 의하면, 종래의 나노섬유 제조장치의 경우와 마찬가지로, 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우시키면서 나노 섬유를 전계 방사 하기 때문에, 항상 충분한 양의 폴리머 용액이 상향 노즐에 공급되고, 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 제조하는 것이 가능해진다.　
또한, 본 발명의 나노섬유 제조장치에 의하면, 종래의 나노섬유 제조장치의 경우와 마찬가지로, 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 오버플로우한 폴리머 용액을 회수하여 나노 섬유의 원료로서 재이용하는 것이 가능하기 때문에, 원료의 사용료를 줄이는 것이 가능해지는 결과, 염가의 제조비용으로 나노 섬유를 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 이것은 자원 절약화의 흐름에도 따르는 것이 된다.　
또한, 본 발명의 나노섬유 제조장치에 의하면, 회수한 폴리머 용액을 재생탱크에 이송한 후, 해당 폴리머 용액의 조성을 측정하는 동시에, 해당 측정결과에 따라서 폴리머 용액에 용매 그 외의 필요한 성분을 첨가함으로써, 해당 폴리머 용액을 원래의 폴리머 용액의 조성과 같든지, 극히 가까운 조성을 갖는 폴리머 용액으로 재생하는 것이 가능해진다. 이 때문에,　본 발명의 나노섬유 제조장치에 의하면, 오버플로우하나 폴리머 용액을 회수하여 나노 섬유의 원료로서 재이용 가능해지면서, 전계방사과정에 있어서의 방사조건(이 경우 폴리머 용액의 조성)을 장시간에 걸쳐서 일정하게 유지하는 것이 가능해지며, 균일한 품질을 갖는 나노 섬유를 대량생산하는 것이 가능해진다.
그 결과, 본 발명의 나노섬유 제조장치는 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 염가의 제조비용으로 대량생산하는 것이 가능한 나노 섬유 제조장치가 된다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 재생된 폴리머 용액이 재생탱크내에 저장되어 있지 않을 때 또는 충분히 저장되어 있지 않을 때에는, 원료탱크로부터 중간탱크로 폴리머 용액을 이송하고, 재생된 폴리머 용액이 재생탱크 내에 충분히 저장되어 있을 때에는, 재생탱크로부터 중간탱크로 폴리머 용액을 이송함으로써, 재생탱크내에 저장되는 폴리머용액의 양에 따라서 중간탱크로 이송하는 폴리머용액의 공급원을 적절히 제어하는 것이 가능해진다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 복수의 재생탱크를 순차적으로(교대로) 사용하게 되고, 나노섬유의 제조를 멈추는 일 없이 회수한 폴리머 용액의 재생을 실시하는 것이 가능해진다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 기포제거필터에 의해 기포가 제거된 폴리머 용액이 항상 각 상향 노즐에 공급되기 때문에, 보다 한층 균일한 품질을 갖는 나노섬유를 제조하는 것이 가능해진다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 원료탱크 및 재생탱크에 저장되어 있는 폴리머 용액의 양에 관계없이, 항상 소정의 압력으로 안정되게 폴리머 용액을 상향 노즐로 공급하는 것이 가능해진다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 폴리머 용액이 폴리머 용액 회수 경로에 어느 정도 모인 곳에서 해당 폴리머 용액을 재생탱크로 이송하는 것이 가능해지기 때문에, 폴리머 용액의 재생탱크로의 이송을 효율 좋게 실시하는 것이 가능해진다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 재킷부의 동작에 의해, 오버플로우한 폴리머 용액의 비산을 방지하면서 해당 폴리머 용액을 효율적으로 회수하는 것이 가능해진다. 또한, 상기한 덮개부의 동작에 의해 폴리머 용액으로부터의 용매의 휘발을 방지하는 것이 가능해진다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 중력을 이용하여, 폴리머 용액을 상향 노즐로 안정적으로 공급하는 것이 가능해진다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 계량펌프를 이용하여, 항상 원하는 압력으로 폴리머 용액을 상향 노즐로 안정적으로 공급하는 것이 가능해진다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 나노섬유를 보다 한층 높은 생산성으로 대량생산하는 것이 가능해진다. 또한, 나노섬유를 두껍게 퇴적시킨 제품이나, 여러 종류의 나노섬유를 퇴적시킨 제품 등을 대량생산하는 것도 가능해진다.
본 발명의 나노섬유 제조방법은, 나노섬유 제조장치와 마찬가지로, 균일한 품질을 갖는 나노섬유를 염가의 제조비용으로 대량생산하는 것이 가능해진다.
그리고, 본 발명의 나노섬유 제조방법에 있어서는, 회수한 폴리머 용액에 있어서의 용매 이외의 물질(예를 들면, 폴리머, 첨가제 등)의 함유율을 측정하는 동시에, 해당 측정결과에 따라서, 상기 용매 이외의 물질(예를 들면, 폴리머, 첨가제 등)을 첨가하는 것으로 해도 좋다.
본 발명의 전계방사장치 또는 나노섬유 제조장치에 의하면, 고기능.고감성 텍스타일 등의 의료(衣料)품, 헬스케어, 스킨케어 등 미용관련용품, 와이핑 클로스, 필터 등 산업재료, 이차전지의 세퍼레이터, 콘덴서의 세퍼레이터, 각종 촉매의 담체(擔體), 각종 센서재료 등의 전자.기계재료, 재생의료재료, 바이오 메디칼 재료, 의료용 MEMS재료, 바이오센서 재료 등의 의료재료, 그 밖의 폭넓은 용도로 사용가능한 나노섬유를 제조할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치의 정면도이다.
도 2는 실시예 1에 있어서의 전계방사장치의 정면도이다.
도 3은 실시예 1에 있어서의 노즐 블록을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 실시예 2에 있어서의 전계방사장치의 정면도이다.
도 5는 실시예 3에 관한 나노섬유 제조장치의 정면도이다.
도 6은 종래의 나노섬유 제조장치의 정면도이다.
이하, 본 발명의 나노섬유 제조장치 및 나노섬유 제조방법을 실시예를 기초로 하여 더욱 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
1은, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치의 정면도이다.
2는, 실시예 1에 있어서의 전계방사장치의 정면도이다. 그리고, 도 1 및 도 2에 있어서는, 케이스(100), 노즐 블록(110), 원료 탱크(200), 중간 탱크(230) 및 재생 탱크(270, 272)에 대해서는 단면도로서 표시하고 있다.
도 3은, 실시예 1에 있어서의 노즐 블록을 설명하기 위한 도면이다. 도 3(a)는 노즐 블록의 단면도이고, 도 3(b)는 도 3(a)에 있어서의 A의 범위를 확대해서 나타내는 도면이다.
그리고, 각 도면은 모식도이고, 각 구성요소의 크기는, 반드시 현실에 맞는 것은 아니다.
1. 실시예 1에 관한 나노 섬유 제조장치(1)의 구성
실시예 1에 관한 나노 섬유 제조장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 장척시트(W)를 소정의 이송속도로 이송하는 이송장치(10)와, 이송장치(10)에 의해 이송되고 있는 장척시트(W)에 나노 섬유를 퇴적시키는 전계방사장치(20)와, 나노섬유를 퇴적시킨 장척시트(W)를 가열하는 가열장치(30)와, 전계방사장치(20)에 의해 나노섬유를 퇴적시킨 장척시트(W)의 통기도를 계측하는 통기도 계측장치(40)와, 통기도 계측장치(40)에 의해 계측된 통기도를 기초로 하여 이송속도를 제어하는 이송속도 제어장치(50)(도시하지 않음.)와, 「이송장치(10), 전계방사장치(20), 가열장치(30), 통기도 계측장치(40), 이송속도 제어장치(50), 수술하는 VOC처리장치(70)」를 제어하는 주제어장치(60)(도시하지 않음.)와, 장척시트(W)에 나노 섬유를 퇴적시킬 때에 발생하는 휘발성 성분을 연소하여 제거하는 VOC 처리장치(70)(도시하지 않음.)를 구비한다.
실시예 1에 관한 나노 섬유 제조장치(1)에 있어서는, 전계방사장치로서, 장척시트(W)가 이송되어 가는 소정의 이송방향을 따라서 직렬로 배치된 2대의 전계방사장치(20)를 구비한다.
이송장치(10)는 장척시트(W)를 투입하는 투입 롤러(11) 및 장척시트(W)를 권취하는 권취 롤러(12) 및 투입 롤러(11)와 권취 롤러(12)와의 사이에 위치하는 보조 롤러(13)를 구비한다. 투입 롤러(11) 및 권취 롤러(12)는, 도시하지 않는 구동 모터에 의해 회전구동되는 구조로 이루어져 있다.
전계방사장치(20)의 구성에 대해서는 후술한다.
가열장치(30)는 전계방사장치(20)와 통기도 계측장치(40)와의 사이에 배치되고, 나노 섬유를 퇴적시킨 장척시트(W)를 가열한다. 가열온도는, 장척시트(W)나 나노 섬유의 종류에 따라서 다르지만, 예를 들면, 장척시트(W)를 50도~300도의 온도로 가열할 수 있다.
통기도 계측장치(40)로서는, 일반적인 통기도 계측장치를 사용할 수 있다.
이하, 전계방사장치(20)의 구성에 대해서 상세하게 설명한다.
전계방사장치(20)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 케이스(100)와, 노즐 블록(110)과, 컬렉터(150)와, 전원장치(160)와, 보조 벨트장치(170)와, 원료 탱크(200)와, 제2 이송장치(210)와, 제2 이송제어장치(220)와, 중간 탱크(230)와, 공급장치(240)와, 공급제어창지(242)와, 제1 이송장치(250)와, 제1 이송제어장치(260)와, 재생 탱크(270, 272)를 구비한다.
케이스(100)는 도전체로 이루어진다.
노즐 블록(110)은 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 복수의 상향 노즐(126), 폴리머 용액 공급 경로(114), 폴리머 용액 회수 경로(120) 및 제2센서(142)를 갖는다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에는 다양한 크기 및 다양한 형상을 갖는 노즐블록을 이용할 수 있지만, 노즐블록(110)은, 예를 들면, 상면으로부터 보았을 때에 일변이 0.5m~3m의 장방형(정방형을 포함)으로 보이는 크기 및 형상을 갖는다.
복수의 상향 노즐(126)은, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 상향 노즐의(126)의 기단부인 노즐 기단부(130), 상향노즐(126)의 중간부인 노즐 중간부(128) 및 상향 노즐(126)의 선단부인 노즐 선단부(132)로 이루어진다. 상향 노즐(126)은, 도면 표시에 의해 상세한 설명을 생략했지만, 상향 노즐(126)의 기단부(노즐기단부(130)의 기단측)에 폴리머 용액 공급경로측 나사부(118)(후술)와 대응하는 상향 노즐측 나사부를 갖는다. 상향 노즐(126)의 내부는 동굴로 이루어져 있고, 해당 동굴은 폴리머 용액 공급 경로(114)내의 동굴과 연통하고 있다. 상향 노즐(126)은, 폴리머 용액을 토출구로부터 상향으로 토출한다. 상향 노즐(126)은 도전체, 예를 들면, 동, 스텐레스강 알루미늄 등으로 이루어진다.
복수의 상향노즐(126)은, 예를 들면, 1.5cm~6.0cm의 피치로 배열되어 있다.
복수의 상향노즐(126)의 수는, 예를 들면, 36개(가로세로 같은 수로 배열한 경우 6개*6개)~21904개(가로세로로 배열한 경우, 148개*148개)이다.
노즐 선단부(132)는 원통을 해당 원통의 축과 비스듬히 교차하는 평면을 따라서 절단한 형상으로 이루어진다. 원통의 축과 평면이 이루는 각도는 50°이다.
노즐선단부(132)의 선단측에는 경사면부(133)가 형성되고, 해당 경사면부(133)의 선단은, 재킷(134)의 선단보다 위쪽에 위치한다. 또한, 경사면부(133)의 기단은, 재킷(134)의 선단보다 아래에 위치한다.
노즐 중간부(128)는, 대략 원통형상으로 이루어진다.
노즐 기단부(130)는 육각형의 원통형상으로 이루어진다.
폴리머 용액 공급 경로(114)는, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 대략 직방체형상을 갖고, 내부에동굴을 갖고, 이 내부의 동굴을 통하여 공급장치(240)로부터의 폴리머 용액을 복수의 상향노즐(126)로 공급한다. 폴리머 용액 공급 경로(114)는, 공급장치와의 접속부(116)를 갖고, 해당 공급장치와의 접속부(116)의 곳에서 공급장치(240)와 접속되어 있다. 또한, 폴리머 용액 공급 경로(114)는 폴리머 용액공급경로측 나사부(118)을 추가로 갖는다. 나노섬유 제조장치(1)에 있어서는, 폴리머 용액공급경로측 나사부(118)와 상향 노즐측나사부와의 감합에 의해 폴리머 용액공급경로(114)와 상향 노즐(126)이 결합되어 있다.
폴리머 용액 회수 경로(120)는, 수용부(121), 홈부(124), 덮개부(123) 및 복수의 재킷부(134)로부터 형성되어 이루어진다. 폴리머 용액 회수 경로(120)는 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 오버플로우한 폴리머 용액을 회수한다.
수용부(121)는, 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 오버플로우한 폴리머 용액을 받는다. 수용부(121)는 폴리머 용액 공급 경로(114)의 상부에 배치되어 있다. 수용부(121)에는, 홈부(124)를 향하여 약간 경사지게 형성되어 있고, 수용된 폴리머 용액을 홈부(124)를 향하여 인도하는 기능을 갖는다.
홈부(124)는, 수용부(121)의 측방에 배치되어 있다. 홈부(124)는, 저면에 있어서 제1 이송장치와의 접속부(125)를 갖고, 해당 제1 이송장치와의 접속부(125)에서 제1 이송장치(250)와 접속되어 있다.
덮개부(123)는, 수용부(121)를 덮는 동시에 각 상향 노즐(126)을 통하는 복수의 노즐용 구멍을 갖는다. 또한, 덮개부(123)는 노즐용 구멍의 주위에 덮개부측 나사부(122)를 갖는다.
재킷(134)은, 복수의 노즐용 구멍으로부터 돌출하는 각 상향 노즐(126)의 측면을 덮는다. 재킷(134)은, 재킷(134)의 기단측인 재킷 기단부(138)와, 재킷(134)의 선단부인 재킷 선단부(140)를 갖는다. 재킷(134)에 있어서는, 재킷 선단부(140)는 굵기가 일정한 원통형의 형상을 갖고, 재킷 선단부(140)는 해당 재킷 선단부(140)와 재킷부 기단부(138)와의 접속부(136)로부터 선단에 걸쳐서 서서히, 구체적으로는 일정 비율로 굵기가 감소하는 형상을 갖는다.
재킷(134)은, 도면 표시에 의한 상세한 설명을 생략했지만, 재킷 기단부(138)의 기단측에 덮개부측 나사부(122)와 대응하는 재킷측 나사부를 갖는다.
나노섬유 제조장치(1)에 있어서는, 덮개부측 나사부(122)와 재킷측 나사부와의 감합에 의해 덮개부(123)와 재킷(134)이 결합되어 있다.
제2센서(142)는, 폴리머 용액 회수 경로(120)에 있어서의 폴리머 용액의 액면높이를 측정한다. 구체적으로는, 제2센서(142)는 홈부(124)의 벽면에 배치되어 있고, 홈부(124)에 고인 폴리머 용액의 액면높이를 측정한다. 제2센서(124)는 예를 들면 광화이버 센서로 이루어진다.
컬렉터(150)는, 노즐 블록(110)보다 윗쪽에 배치되어 있다. 컬렉터(150)는 도전체로 이루어지고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 절연부재(152)를 통하여 케이스(100)에 취부되어 있다.
전계방사장치(20)는 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우시키면서 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 폴리머 용액을 토출하여 나노 섬유를 전계방사한다.
전원장치(160)는 복수의 상향 노즐(126)과 컬렉터(150)와의 사이에 고전압을 인가한다. 전원장치(160)의 정극은, 컬렉터(150)에 접속되고, 전원장치(160)의 부극은, 케이스(100)를 통하여 노즐 블록(110)에 접속되어 있다.
보조 벨트 장치(170)는 장척시트(W)의 이송속도에 동기하여 회전하는 보조벨트(172)와, 보조벨트(172)의 회전을 돕는 5개의 보조벨트용 롤러(174)를 갖는다. 5개의 보조 벨트용 롤러(174) 중 하나 또는 2개 이상의 보조벨트용 롤러가 구동 롤러이고, 나머지 보조벨트용 롤러가 종동롤러이다. 컬렉터(150)와 장척시트(W)와의 사이에 보조벨트(172)가 배설되어 있기 때문에, 장척시트(W)는 정의 고정압이 인가되어 있는 컬렉터(150)에 끌어 당겨지는 일이 없이 부드럽게 이송되도록 이루어진다.
원료 탱크(200)는, 나노 섬유의 원료가 되는 폴리머 용액을 저장한다. 원료 탱크(200)는 폴리머 용액의 분리나 응고를 방지하기 위한 교반장치(201)를 내부에 갖는다. 원료 탱크(200)에는 제2 이송장치(210)의 파이프(212)가 접속되어 있다.
제2 이송장치(210)는, 원료 탱크(200) 또는 재생 탱크(270, 272)로부터 중간 탱크(230)로 폴리머 용액을 이송한다. 제2 이송장치(210)는 원료 탱크(200)와 중간 탱크(230)를 접속하는 파이프(212)와, 재생 탱크(270, 272)와 중간 탱크(230)를 접속하는 파이프(214)를 갖는다. 그리고, 파이프(212)의 발단은 제1 저장부(236)(후술)에 접속되어 있고, 파이프(214)의 말단은 파이프(212)에 접속되어 있다.
제2 이송제어장치(220)는 제2 이송장치(210)의 이송동작을 제어한다. 제2 이송제어장치(220)는, 밸브(222, 224, 226, 228)를 갖는다.
밸브(222)는 원료 탱크(200)로부터의 폴리머 용액의 이송을 제어한다.
밸브(224)는 원료 탱크(200) 및 재생탱크(270, 272)로부터 중간 탱크(230)에 유입하는 폴리머 용액의 양을 제어한다. 밸브(224)에 의한 제어는, 후술하는 제1센서(239)로 계측된 약면높이에 따라서 실시한다.
밸브(226)는 재생 탱크(270)로부터의 폴리머 용액의 이송을 제어한다.
밸브(228)은 재생 탱크(272)로부터의 폴리머 용액의 이송을 제어한다.
제2 이송제어장치(220)는 상기한 밸브(222, 224, 226, 228)에 의해, 폴리머 용액을, 원료 탱크(200) 및 재생 탱크(270, 272) 중 어느 하나의 탱크로부터 중간 탱크(230)로 이송할지에 대하여 제어한다. 또한, 제2 이송제어장치(220)는 밸브(224)에 의해 제1센서(239)로 계측된 액면높이에 따라서, 제2 이송장치(210)의 이송동작을 제어한다. 또한 제2 이송제어장치(220)는, 밸브(226, 228)에 의해, 폴리머 용액을 재생 탱크(270, 272)로부터 중간 탱크(230)로 이송할 경우에는, 폴리머 용액을 복수의 재생 탱크(270, 272) 중 어느 하나의 재생 탱크로부터 이송할지에 대해서도 제어한다.
중간 탱크(230)는 원료 탱크(200) 또는 재생 탱크(270, 272)로부터 공급된 폴리머 용액을 저장한다. 중간 탱크(230)는 해당 탱크(230)의 하단이 각 상향 노즐(126)의 상단보다 윗쪽에 위치하도록 배치되어 있다.
중간 탱크(230)는 격벽(232)과, 기포제거필터(234)와, 제1센서(239)를 갖는다.
격벽(232)은, 폴리머 용액이 공급되는 공급부위를 덮는다.
기포제거필터(234)는 격벽(232)의 저부에 배치되고, 통과하는 폴리머 용액으로부터 기포를 제거한다. 기포제거필터(234)는 예를 들면, 0.1mm 정도의 눈을 갖는 그물 형상의 구조를 갖는다.
중간 탱크(230)에 있어서는, 격벽(232) 및 기포제거필터(234)에 의해, 기포제거필터(234)에 의해서 기포가 제거되기 전의 폴리머 용액을 저장하는 제1저장부(236)와, 기포제거필터(234)에 의해서 기포가 제거된 후의 폴리머 용액을 저장하는 제2저장부(238)이 구성되어 있다.
제2저장부(238)는, 공급 경로(240)에 의해 폴리머 용액 공급 경로(114)와 접속되어 있고, 이에 따라, 나노 섬유 제조장치(1)에 있어서는, 제2저장부(238)에 저장된 폴리머 용액이 노즐 블록(110)의 폴리머 용액 공급 경로(114)에 공급된다.
제1센서(239)는 제2저장부(238)에 있어서의 폴리머 용액의 액면높이를 측정한다. 제1센서는 예를 들면, 광섬유 센서로 이루어진다.
공급장치(240)는 1대의 파이프로 이루어지고, 중간 탱크(230)의 제2저장부(238)에 저장된 폴리머 용액을 노즐 블록(110)의 폴리머 용액 공급 경로(114)에 공급한다. 그리고, 공급장치는 하나의 노즐블록에 대해서 최저 1개이면 좋다.
공급제어장치(242)는 공급장치(240)에 설치된 1개의 파이프로 이루어지고, 공급장치(240)의 공급동작을 제어한다.
제1 이송장치(250)는 파이프(252) 및 펌프(254)를 갖고, 노즐 블록(110)의 폴리머 용액 회수 경로(120)로부터 재생 탱크(270, 272)로 폴리머 용액을 이송한다.
펌프(254)는 노즐 블록(110) 근방보다 윗쪽에 있는 재생 탱크(270, 272)로 폴리머 용액을 이송하는 동력을 발생시킨다.
제1 이송제어장치(260)는 제1 이송장치(250)의 이송동작을 제어한다. 제1 이송제어장치(260)는 밸브(264, 266) 및 펌프(254)의 제어장치(도시하지 않음.)를 구비한다.
밸브(264)는 폴리머 용액 회수 경로로부터 재생 탱크(270)로의 폴리머 용액의 이송동작을 제어한다.
밸브(266)는 폴리머 용액 회수 경로로부터 재생 탱크(272)로의 폴리머 용액의 이송동작을 제어한다.
제1 이송제어장치(260)는 상기 밸브(264, 266)에 의해, 폴리머 용액을 복수의 재생 탱크(270, 272) 중 어느 하나의 재생 탱크로 이송할지에 대하여 제어한다.
또한, 제1 이송제어장치(260)는 상기 밸브(264, 266) 및 펌프(254)의 제어장치에 의해 제2센서(142)로 측정된 폴리머 용액의 액면높이에 따라서, 제1 이송장치(250)의 이송동작을 제어한다.
복수의 재생 탱크(270, 272)는, 회수된 폴리머 용액을 재생하기 위한 재생 탱크로서, 재생된 폴리머 용액을 저장한다. 재생 탱크(270, 272)는, 폴리머 용액의 분리나 응고를 방지하기 위한 교반장치(271, 273)를 각각 내부에 갖는다.
상기 구성요소에 의해, 실시예 1에 관한 나노 섬유제조장치(1)는 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 오버플로우한 폴리머 용액을 회수하여 나노 섬유의 원료로서 재이용하는 것을 가능하게 한 나노섬유 제조장치가 된다.
2. 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)를 이용한 나노섬유 제조방법
실시예 1에 관한 나노 섬유 제조방법은, 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우시키면서 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 폴리머 용액을 토출하여 나노 섬유를 전계방사하는 동시에 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 오버플로우한 폴리머 용액을 회수하여 나노 섬유의 원료로서 재이용하는 것을 가능하게 하는 나노섬유 제조방법이다.
우선, 폴리머 용액을 제2 이송장치(210)의 파이프(212)를 이용하여, 원료 탱크(200)로부터 중간 탱크(230)로 이송한다. 이어서, 중간 탱크(230)내에서 기포제거필름(234)를 통하여 제1 저장부(232)로부터 제2저장부(234)에 이동한 폴리머 용액을 공급장치(240)을 통하여 폴리머 용액 공급 경로(114)에 공급한다. 나노섬유 제조장치(1)는 해당 폴리머 용액 공급경로(114)에 공급된 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우시키면서 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 폴리머 용액을 토출하여 나노 섬유를 전계방사한다.
또한, 나노섬유 제조장치(1)는 오버플로우한 폴리머 용액을 폴리머 용액 회수 경로(120)에서 회수한다. 폴리머 용액이 폴리머 용액 회수 경로(120)의 홈부(124)에 어느 정도 모인 곳에서 제1 이송장치(250)를 이용하여 재생 탱크(270)로 이송하고, 회수한다.
재생 탱크(270)에 소정 량의 폴리머 용액이 모인 후에, 제1 이송제어장치(260)에 의해 제1 이송장치(250)에 의한 이송처를 재생 탱크(272)로 변환시킨다. 이에 따라, 오버플로우한 폴리머 용액은 재생 탱크(272)에 회수되게 되고, 재생 탱크(270)에서 뒤의 공정을 실시하고 있을 때에, 재생 탱크(270)에 오버플로우한 폴리머 용액이 들어가 버리는 일이 없다.
이어서, 회수한 폴리머 용액에 있어서의 용매 및 첨가제의 함유율을 측정한다. 해당 측정은, 재생 탱크(270) 중의 폴리머 용액의 일부를 샘플로하여 추출하고, 해당 샘플을 분석함으로써 실시할 수 있다. 폴리머 용액의 분석은 이미 알려진 방법으로 행할 수 있다.
이어서, 해당 측정결과를 기초로 하여, 필요한 양의 용매 및 첨가제 그 밖의 성분을 폴리머 용약에 첨가한다. 이에 따라, 회수된 폴리머 용액이 재생된다. 그 후에, 해당 재생 탱크(270)내의 폴리머 용액을 제2 이송장치(210)의 파이프(212)를 이용하여, 원료 탱크(200)로부터 중간 탱크(230)로 이송한다. 재생 탱크(270)내의 폴리머 용액을 원료 탱크(200)내의 폴리머 재료를 대신하여, 또한 원료 탱크(200)내의 폴리머 재료와 함께 전계방사에 이용함으로써, 재생 탱크(270)내의 폴리머 용액을 나노 섬유의 원료로서 재이용할 수 있다.
그리고, 재생 탱크(272)에 소정량의 폴리머 용액이 모인 후에는, 재생 탱크(270)에 소정량의 폴리머 용액이 남은 후에 한 것과 마찬가지의 방법에 의해 재생 탱크(272)내의 폴리머 용액을 나노 섬유의 원료로서 재이용할 수 있다.
이하에, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조방법에 있어서의 방사조건을 예시적으로 나타낸다.
장척시트로서는, 각종 재료로 이루어지는 부직포, 직물, 편물 등을 이용할 수 있다. 장척시트의 두께는, 예를 들면 5um~500um의 것을 이용할 수 있다. 장척시트의 길이는, 예를 들면 10m~10km의 것을 이용할 수 있다.
나노 섬유의 원료가 되는 폴리머로서는, 예를 들면, 폴리유산(PLA), 폴리프로필렌(PP), 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET), 폴리에틸린 텔레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리우레탄(PUR), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에틸이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리유산 글리롤산(PLGA), 실크, 셀룰로오스, 키토산 등을 이용할 수 있다.
폴리머 용액에 이용하는 용매로서는, 예를 들면, 디클로로메탄, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드, 메틸에틸케톤, 클로로포름, 아세톤, 물, 포름산, 초산, 시클로헥산, THF 등을 이용할 수 있다. 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용해도 좋다. 폴리머 용액에는, 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유시켜도 좋다.
제조하는 나노섬유 부직포의 통기도는, 예를 들면, 0.15cm3/cm2/s∼200cm3/cm2/s로 설정할 수 있다. 이송속도는, 예를 들면, 0.2m/분~100m/분으로 설정할 수 있다. 노즐 블록(110)과 컬렉터(150)에 인가하는 전압은, 10kV~80kV로 설정할 수 있고, 50kV 부근으로 설정하는 것이 바람직하다.
방사구역의 온도는, 예를 들면 25℃로 설정할 수 있다. 방사구역의 습도는 예를 들면 30％로 설정할 수 있다.
3. 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1) 및 나노섬유 제조방법의 효과
실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 종래의 나노섬유 제조장치의 경우와 마찬가지로, 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 폴리머 용액을 토출하여 나노 섬유를 전계방사하기 때문에, 종래의 하향 노즐을 이용한 나노섬유 제조장치의 경에 보여지는 드롭 렛 현상이 발생하는 일이 없고, 고품질의 나노 섬유를 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 종래의 나노섬유 제조장치의 경우와 마찬가지로, 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우시키면서 나노 섬유를 전계방사하기 때문에, 항상 충분한 양의 폴리머 용액이 상향 노즐에 공급되고, 균일한 품질을 갖는 나노 섬유를 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 종래의 나노섬유 제조장치의 경우와 마찬가지로, 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우한 폴리머 용액을 회수하여 나노 섬유의 원료로서 재이용하는 것이 가능해지기 때문에, 원료의 사용료를 줄이는 것이 가능해지는 결과, 염가의 제조비용으로 나노 섬유를 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 이것은 자원 절약화의 흐름에도 따르는 것이 된다.
또한, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 상기한 구성을 구비하기 때문에, 회수한 폴리머 용액을 재생 탱크(270, 272)에 이송한 후, 해당 폴리머 용액의 조성을 측정하는 동시에, 해당 측정결과에 따라서 폴리머 용액에 용매 그 밖의 필요한 성분을 첨가함으로써, 해당 폴리머 용액을 원래의 폴리머 용액의 조성과 동일하던지 극히 가까운 조성을 갖는 폴리머 용액으로 재생하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 오버플로우한 폴리머 용액을 회수하여 나노 섬유의 원료로서 재이용가능해지면서, 전계방사과정에 있어서의 방사조건(이 경우 폴리머 용액의 조성)을 장시간에 걸쳐서 일정하게 유지하는 것이 가능해지고, 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 대량생산하는 것이 가능해진다.
그 결과, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)는 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 염가의 제조비용으로 대량생산하는 것이 가능한 나노섬유 제조장치가 된다.
또한, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 제2 이송제어장치(210)는, 폴리머 용액을 원료 탱크(200) 및 재생 탱크(270, 272) 중 어느 하나의 탱크로부터 중간 탱크(230)로 이송할지에 대하여 제어하기 때문에, 재생 탱크(270, 272)내에 저장되는 폴리머 용액의 양에 따라서 중간 탱크(230)로 이송하는 폴리머 용액의 공급원을 적절히 제어하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 재생 탱크로서, 복수의 재생 탱크(270, 272)를 구비하고, 제1 이송제어장치(260)는 폴리머 용액을 복수의 재생 탱크(270, 272) 중 어느 하나의 재생 탱크로 이송할지에 대하여 제어하고, 제2 이송제어장치(220)는 폴리머 용액을 재생 탱크(270, 272)로부터 중간 탱크(230)로 이송할 경우에는, 폴리머 용액을 복수의 재생 탱크(270, 272) 중 어느 하나의 재생 탱크로부터 이송할지에 대해서도 제어하기 때문에, 회수한 폴리머 용액을 재생하는 탱크로서, 복수의 재생 탱크(270, 272)를 순서대로(교대로) 사용함으로써, 나노 섬유의 제조를 멈추는 일 없이 회수한 폴리머 용액의 재생을 실시하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 중간 탱크(230)는 폴리머 용액이 공급되는 공급부위를 덮는 격벽(232)과, 해당 격벽(232)의 저부에 배설된 기포제거필름(234)으로, 기포제거필름(234)에 의해 기포가 제거되기 전의 폴리머 용액을 저장하는 제1저장부(236)와, 기포제거필름(234)에 의해 기포가 제거된 후의 폴리머 용액을 저장하는 제2저장부(238)가 구성되고, 제2저장부(238)에 저장된 폴리머 용액이 노즐 블록(110)의 폴리머 용액 공급경로(114)에 공급되기 때문에, 기포제거필름(234)에 의해 기포가 제거된 폴리머 용액이 항상 각 상향 노즐(126)에 공급되기 때문에, 보다 한층 더 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 중간 탱크(230)는 제2저장부(238)에 있어서의 폴리머 용액의 액면높이를 측정하는 제1센서(239)를 갖고, 제2 이송제어장치(220)는, 제1센서(239)로 측정된 액면높이에 따라서, 제2 이송장치(210)의 이송동작을 제어하기 때문에, 원료탱크(200) 및 재생 탱크(270, 272)에 저장되어 있는 폴리머 용액의 양에 관계없이, 항상 원하는 압력으로 안정되게 폴리머 용액을 상향 노즐에 공급하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 노즐 블록(110)은 폴리머 용액 회수 경로(120)에 있어서의 폴리머 용액의 액면높이를 측정하는 제2센서(142)를 추가로 갖고, 제1 이송제어장치(260)는 제2센서(142)로 측정된 폴리머 용액의 액면높이에 따라서, 제1 이송장치(250)의 이송동작을 제어하기 때문에, 폴리머 용액이 폴리머 용액 회수 경로(120)에 어느 정도 남은 곳에서 해당 폴리머 용액을 재생 탱크(270, 272)에 이송하는 것이 가능해지고, 폴리머 용액의 재생 탱크로의 이송을 효율 좋게 실시하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 폴리머 용액 회수 경로(120)는 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 오버플로우한 폴리머 용액을 받는 수용부(121)와, 수용부(121)를 덮는 동시에 각 상향 노즐을 통하는 복수의 노즐용 구멍을 갖는 덮개부(123)와, 복수의 노즐용 구멍으로부터 돌출하는 각 상향 노즐(126)의 측면을 덮는 복수의 재킷(134)로부터 형성되어 이루어지기 때문에, 재킷(134)의 동작에 의해, 오버플로우한 폴리머 용액의 비산을 방지하면서 해당 폴리머 용액을 효율적으로 회수하는 것이 가능해진다. 또한, 상기한 덮개부(123)의 동작에 의해, 폴리머 용액으로부터의 용매의 휘발을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 중간 탱크(230)는 해당 중간 탱크(230)의 하단이 각 상향 노즐(126)의 상단보다도 윗쪽으로 위치하도록 배치되어 있기 때문에, 중력을 이용하여, 폴리머 용액을 상향 노즐에 안정공급하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 장척시트(W)를 이송하는 이송장치(10)를 추가로 구비하는 동시에, 전계방사장치로서, 장척시트(W)의 이송방향을 따라서 직렬로 배치된 복수의 전계방사장치(20)를 구비하기 때문에, 나노 섬유를 보다 한층 더 높은 생산성으로 대량생산하는 것이 가능해진다. 또한, 나노 섬유를 두껍게 퇴적시킨 제품이나, 여러 종류의 나노 섬유를 퇴적시킨 제품 등을 대량생산하는 것도 가능해진다.
또한, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조방법에 의하면, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)의 경우와 마찬가지로, 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 염가의 제조비용으로 대량생산하는 것이 가능해진다.
［실험예］　
실시예에 관한 나노섬유 제조장치(1)을 이용하여, 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우 시키면서 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 폴리머 용액을 토출하여 나노섬유를 전계 방사 하는 동시에, 복수의 상향 노즐(126)의 토출구로부터 오버플로우한 폴리머 용액을 회수하여 나노섬유의 원료로서 재이용했다. 구체적으로는, 회수한 폴리머 용액을 재생 탱크(270, 272)에 이송한 후, 해당 폴리머 용액의 조성을 측정하는 동시에, 해당 측정 결과에 따라 폴리머 용액에 용매 그 밖의 필요한 성분을 첨가하는 것으로써 폴리머 용액을 재생했다.
표 1은, 원료가 되는 폴리머 용액의 조성을 나타내는 표이다. 표 2는, 회수한 폴리머 용액의 조성을 나타내는 표이다. 표 3은, 재생한 폴리머 용액의 조성을 나타내는 표이다. 그리고, 표 1 내지 표 3에 있어서의 「상대 중량」은, 폴리우레탄의 중량을 100으로 했을 때에 있어서의 각 물질의 상대 중량을 나타내고 있다.
[표 1]
물질명 상대 중량
폴리우레탄(폴리머) 100.0
디메틸 포름 아미드(용매) 240.0
디메틸 에틸 케톤(용매) 160.0
[표 2]
물질명 상대 중량
폴리우레탄(폴리머) 100.0
디메틸 포름 아미드(용매) 199.2
디메틸 에틸 케톤(용매) 85.4
[표 3]
물질명 상대 중량
폴리우레탄(폴리머) 100.0
디메틸 포름 아미드(용매) 240.0
디메틸 에틸 케톤(용매) 160.0
표 1~표 3에 나타내는 바와 같이, 실험예에 의하면, 해당 폴리머 용액을 원래의 폴리머 용액의 조성과 같든지 극히 가까운 조성을 가지는 폴리머 용액으로 재생할 수 있었다.
그리고, 실험예에 있어서는, 회수한 폴리머 용액에, 폴리우레탄 100g 당 40.8g의 디메틸 폼 아미드 및 74.6g의 메틸 에틸 케톤을 첨가함으로써, 폴리머 용액을 재생했다.
[실시예 2]
도 4는, 실시예 2에 있어서의 전계방사장치(22)의 정면도이다. 그리고, 도 4에 있어서는, 노즐 블록(110), 원료 탱크(200), 중간 탱크(230), 재생 탱크(270) 및 저장 탱크(280)에 대해서는 단면도로서 표시하고 있다.
실시예 2에 관한 나노섬유 제조장치(2)(부호는 도면 표시하지 않음)는, 기본적으로는 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)와 마찬가지의 구성을 갖지만, 재생 탱크의 수 및 제1 이송장치의 구성이 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)의 경우와는 다르다. 또한, 그것에 수반하여 제1 이송제어장치, 제2 이송장치 및 제2 이송제어장치의 구성도 다르다. 이하, 실시예 2에 관한 나노섬유 제조장치(2)에 대하여 설명하지만, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)와 동일한 부호를 붙인 것은, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)의 것과 기본적으로 동일한 구성을 갖기 때문에, 설명을 생략한다.
실시예 2에 관한 나노섬유 제조장치(2)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 하나의 전계방사장치(22)에 대하여 하나의 재생 탱크(270)를 구비한다. 또한, 실시예 2에 있어서의 제1 이송장치(251)는, 노즐 블록(110)의 폴리머 용액 회수 경로(120)(부호를 도시하지 않음.)와 펌프(252)와의 사이에, 저장 탱크(256)를 구비한다. 저장 탱크(256)는, 재생 탱크(270)에 있어서 폴리머 용액을 재생하는 사이, 오버플로우한 용액을 일시적으로 저장하는 기능을 갖는다.
제1 이송제어장치(266)는 하나의 밸브 및 펌프(254)의 제어장치(도시하지 않음.)를 구비하고, 제1 이송장치(251)의 이송동작을 제어한다.
제2 이송장치(211)는, 원료 탱크(200) 또는 재생 탱크(270)로부터 중간 탱크(230)로 폴리머 용액을 이송한다. 제2 이송장치(210)는, 원료 탱크(200)와 중간 탱크(230)를 접속하는 파이프(212)와, 재생 탱크(270)와 중간 탱크(230)을 접속하는 파이프(213)를 갖는다.
제2 이송장치(221)는, 제2 이송장치(211)의 이송동작을 제어한다. 제2 이송제어장치(221)는, 밸브(222, 224, 226)를 갖는다.
상기와 같이, 실시예 2에 관한 나노섬유 제조장치(2)는, 재생 탱크의 수 및 제1 이송장치의 구성이 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)의 경우와는 다르지만, 상기한 구성을 구비하기 때문에, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)와 마찬가지로, 회수한 폴리머 용액을 재생 탱크(270)에 이송한 후, 해당 폴리머 용액의 조성을 측정하는 동시에, 해당 측정결과에 따라서 폴리머 용액에 용매 그 밖의 필요한 성분을 첨가함으로써, 해당 폴리머 용액을 원래의 폴리머 용액의 조성과 같든지 극히 가까운 조성을 가지는 폴리머 용액으로 재생하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 실시예 2에 관한 나노섬유 제조장치(2)에 의해서도, 오버플로우한 폴리머 용액을 회수하여 나노 섬유의 원료로서 재이용가능하게 하면서, 전계방사과정에 있어서의 방사조건(이 경우 폴리머 용액의 조성)을 장시간에 걸쳐서 일정하게 유지하는 것이 가능해지고, 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 대량생산하는 것이 가능해진다. 그 결과, 실시예 2에 관한 나노섬유 제조장치(2)도, 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 염가의 제조비용으로 대량생산하는 것이 가능한 나노섬유 제조장치가 된다.
그리고, 실시예 2에 관한 나노섬유 제조장치(2)는, 재생 탱크의 수 및 제1 이송장치의 구성이외는, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)와 마찬가지의 구성을 갖기 때문에, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)가 갖는 효과 중 해당하는 효과를 그대로 갖는다.
도 5는, 실시예 3에 관한 나노섬유 제조장치(3)의 정면도이다. 그리고, 도 5에 있어서는, 노즐블록(110), 원료탱크(200), 중간탱크(230)(부호를 도시하지 않음.), 재생탱크(270, 272) 및 저장탱크(280)에 대해서는 단면도로서 표시하고 있다.
실시예 3에 관한 나노섬유 제조장치(3)는, 기본적으로는 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)와 마찬가지의 구성을 갖지만, 원료탱크 및 재생탱크가 전계방사장치의 밖에 있는 점이 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)의 경우와는 다르다. 즉, 실시예 3에 관한 나노섬유 제조장치(3)에 있어서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 원료탱크(200) 및 재생탱크(270, 272)가 전계방사장치(24)의 밖에 있고, 하나의 원료탱크와 270과 2개의 재생탱크(270, 272)를, 2개의 전계방사장치(24)가 공유한다.
상기와 같이, 실시예 3에 관한 나노섬유 제조장치(3)는, 원료탱크 및 재생탱크가 전계방사장치의 밖에 있는 점이 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)의 경우와는 다르지만, 상기한 구성을 구비하기 때문에, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)와 마찬가지로, 회수한 폴리머 용액을 재생 탱크(270)에 이송한 후, 해당 폴리머 용액의 조성을 측정하는 동시에, 해당 측정결과에 따라서 폴리머 용액에 용매 그 밖의 필요한 성분을 첨가함으로써, 해당 폴리머 용액을 원래의 폴리머 용액의 조성과 같든지 극히 가까운 조성을 가지는 폴리머 용액으로 재생하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 실시예 3에 관한 나노섬유 제조장치(3)에 의해서도, 오버플로우한 폴리머 용액을 회수하여 나노 섬유의 원료로서 재이용가능하게 하면서, 전계방사과정에 있어서의 방사조건(이 경우 폴리머 용액의 조성)을 장시간에 걸쳐서 일정하게 유지하는 것이 가능해지고, 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 대량생산하는 것이 가능해진다. 그 결과, 실시예 3에 관한 나노섬유 제조장치(3)도, 균일한 품질을 가지는 나노 섬유를 염가의 제조비용으로 대량생산하는 것이 가능한 나노섬유 제조장치가 된다.
그리고, 실시예 3에 관한 나노섬유 제조장치(3)는, 원료탱크 및 재생탱크가 전계방사장치의 밖에 있는 점 이외는, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)와 마찬가지의 구성을 갖기 때문에, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)가 갖는 효과 중 해당하는 효과를 그대로 갖는다.
이상, 본 발명을 상기의 실시예를 기초로 하여 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러가지 형태에 있어서 실시하는 것이 가능하고, 예를 들면, 다음과 같은 변형도 가능하다.
(1) 상기 각 실시예에 있어서의 각 구성요소의 수, 위치관계, 크기는 예시이고, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
(2) 상기 실시예 2에 있어서는, 제1 이송장치(251)에 있어서 저장 탱크(256)를 가지는 전계방사장치(22)를 이용하여 본 발명의 나노섬유 제조장치를 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 다른 장소(예를 들면, 재생 탱크의 후단)에 저장 탱크를 갖는 전계방사장치를 구비하는 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 또한, 폴리머 용액 회수 수단이 폴리머 용액을 저장하기에는 충분한 용량을 갖고, 저장 탱크를 갖지 않는 전계방사장치를 구비하는 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.
(3) 상기 각 실시예에 있어서는, 하단이 각 상향 노즐(126)의 상단보다 윗쪽에 위치하도록 배치되어 있는 중간 탱크(230)를 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 하단이 각 상향 노즐의 상단보다 아래쪽에 위치하도록 배치되어 있는 중간 탱크를 이용해도 좋다. 이 경우에는, 중간 탱크와 노즐 블록과의 사이에는 중간 탱크에 저장된 폴리머 용액을 노즐 블록의 폴리머 공급 경로에 공급하는 계량 펌프가 배설되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 계량펌프를 이용하여, 항상 원하는 압력으로 폴리머 용액을 노즐에 안정공급하는 것이 가능해진다.
(4) 상기 각 실시예에 있어서는, 재생 탱크와 접속하고 있는 파이프의 말단이 파이프(212)에 접속되어 있는 제2 이송장치를 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 재생 탱크와 접속되어 있는 파이프의 말단이 제1저장부에 접속되어 있는 제2 이송장치를 이용해도 좋다.
(5) 상기 실시예 1에 관한 나노섬유 제조방법은, 실시예 1에 관한 나노섬유 제조장치(1)를 이용하여 실시하는 것으로 했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 나노섬유 제조방법은, 여러 종류의 「복수의 상향 노즐 및 재생 탱크를 구비하는 나노섬유 제조장치」를 이용하여 실시할 수 있다.
(6) 상기 각 실시예에 있어서는, 전계방사장치로서 2대의 전계방사장치를 구비하는 나노섬유 제조장치를 예로써 본 발명의 나노섬유 제조방법을 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 1대 또는 3대 이상의 전계방사장치를 구비하는 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.
(7) 상기 각 실시예에 있어서는, 전원장치(160)의 정극이 컬렉터(150)에 접속되고, 전원장치(160)의 부극이 노즐 블록(110)에 접속된 전계방사장치를 이용하여 본 발명의 나노섬유 제조장치를 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 전계방사장치를 구비하는 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용할 수 있다.
(8) 상기 각 실시예에 있어서는, 노즐 선단부가, 원통을 해당 원통의 축과 비스듬하게 교차하는 평면을 따라서 절단한 형상을 갖는 상향 노즐(126)과, 각 상향 노즐(126)의 측면을 덮는 복수의 재킷(134)이 형성되어 이루어지는 폴리머 용액 회수경로(120)를 구비하는 나노섬유 제조장치를 예로써 본 발명의 나노섬유 제조장치를 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 노즐 선단부가 원통을 해당 원통의 축과 수평으로 교차하는 평면을 따라서 절단한 형상을 갖는 상향 노즐을 구비하는 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용할 수도 있고, 재킷이 형성되어 있지 않은 폴리머 용액 회수경로를 구비하는 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하며, 상기한 상향 노즐과 폴리머 용액 회수경로를 양쪽 다 구비하는 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.
(9) 상기 각 실시예에 있어서는, 하나의 전계방사장치에 하나의 노즐블록이 배설된 나노섬유 제조장치를 이용하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 하나의 전계방사장치에 2개의 노즐블록이 배설된 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용할 수도 있고, 2개 이상의 노즐블록이 배설된 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.
이 경우, 모든 노즐블록으로 노즐배열 피치를 동일하게 할 수도 있고, 각 노즐블록으로 노즐배열 피치를 다르게 할 수도 있다. 또한, 모든 노즐블록으로 노즐블록의 높이위치를 동일하게 할 수도 있고, 각 노즐블록으로 노즐블록의 높이위치를 다르게 할 수도 있다.
(10) 본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 장척시트의 폭방향을 따라서 노즐블록을 소정의 왕복운동주기로 왕복운동시키는 기구를 구비해도 좋다. 해당 기구를 이용하여 노즐블록을 소정의 왕복운동주기로 왕복운동시키면서 전계방사를 실시함으로써, 장척시티의 폭방향을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량을 균일화 할 수 있다. 이 경우, 노즐블록의 왕복운동주기나 왕복거리를 전계방사장치마다 또는 노즐블록마다 독립하여 제어가능하게 해도 좋다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 모든 노즐블록을 동일 주기로 왕복운동시키는 것이 가능하고, 각 노즐블록을 다른 주기로 왕복운동시키는 것도 가능하다. 또한, 모든 노즐블록으로 왕복운동의 왕복거리를 동일하게 하는 것이 가능하고, 각 노즐블록으로 왕복운동의 왕복거리를 다르게 하는 것도 가능하다.

Claims (11)

  1. 폴리머 용액을 토출구로부터 상향으로 토출하는 복수의 상향 노즐 및 해당 복수의 상향 노즐에 상기 폴리머 용액을 공급하는 폴리머 용액 공급 경로를 갖는 노즐 블록과,
    상기 노즐 블록보다 윗쪽에 배치된 컬렉터와,
    상기 복수의 상향 노즐과 상기 컬렉터와의 사이에 고전압을 인가하는 전원장치를 구비하고,
    상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우시키면서 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 상기 폴리머 용액을 토출하여 나노 섬유를 전계방사하는 동시에, 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 오버플로우한 상기 폴리머 용액을 회수하여 상기 나노 섬유의 원료로서 재이용하는 것을 가능하기 한 나노섬유 제조장치에 있어서,
    상기 노즐 블록은, 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 오버플로우한 상기 폴리머 용액을 회수하는 폴리머 용액 회수 경로를 추가로 갖고,
    상기 나노섬유 제조장치는,
    상기 나노 섬유의 원료가 되는 상기 폴리머 용액을 저장하는 원료 탱크와,
    회수된 상기 폴리머 용액을 재생하기 위한 재생 탱크에 있어서, 재생된 상기 폴리머 용액을 저장하는 재생 탱크와,
    상기 원료 탱크 또는 상기 재생 탱크로부터 공급된 상기 폴리머 용액을 저장하는 중간 탱크와,
    상기 노즐 블록의 상기 폴리머 용액 회수 경로로부터 상기 재생 탱크로 상기 폴리머용액을 이송하는 제1 이송장치와,
    상기 제1 이송장치의 이송동작을 제어하는 제1 이송제어장치와,
    상기 원료 탱크 및 상기 재생 탱크로부터 상기 중간 탱크로 상기 폴리머 용액을 이송하는 제2 이송장치와,
    상기 제2 이송장치의 이송동작을 제어하는 제2 이송제어장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 이송제어장치는, 상기 폴리머 용액을, 상기 원료 탱크 및 상리 재생 탱크 중 어느 하나의 탱크로부터 상기 중간 탱크로 이송할지에 대하여 제어하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 재생 탱크로서, 복수의 재생 탱크를 구비하고,
    상기 제1 이송제어장치는 상기 폴리머 용액을 상기 복수의 재생 탱크 중 어느 하나의 재생 탱크로 이송할지에 대하여 제어하고,
    상기 제2 이송제어장치는 상기 폴리머 용액을 상기 재생 탱크로부터 상기 중간 탱크로 이송할 경우에는, 상기 폴리머 용액을 상기 복수의 재생 탱크 중 어느 하나의 재생 탱크로부터 이송할지에 대해서도 제어하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  4. 제 1 내지 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 중간 탱크는 상기 폴리머 용액이 공급되는 공급부위를 덮는 격벽과, 해당 격벽의 저부에 배정된 기포제거필터로, 상기 기포제거필터에 의해 기포가 제거되기 전의 상기 폴리머 용액을 저장하는 제1저장부와, 상기 기포제거필터에 의해 기포가 제거된 후의 상기 폴리머 용액을 저장하는 제2저장부가 구성되고,
    상기 제2저장부에 저장된 상기 폴리머 용액이 상기 노즐 블록의 폴리머 용액 공급 경로에 공급되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 중간 탱크는 상기 제2저장부에 있어서의 상기 폴리머 용액의 액면높이를 측정하는 제1센서를 갖고,
    상기 제2 이송제어장치는 상기 제1센서로 계측된 액면높이에 따라서, 상기 제2 이송장치의 이송동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  6. 제 1 내지 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 노즐 블록은, 상기 폴리머 용액 회수 경로에 있어서의 상기 폴리머 용액의 액면높이를 측정하는 제2센서를 추가로 갖고,
    상기 제1 이송제어장치는, 상기 제2센서로 측정된 상기 폴리머 용액의 액면높이에 따라서, 상기 제1 이송장치의 이송동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  7. 제 1 내지 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 폴리머 용액 회수 경로는 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 오버플로우한 상기 폴리머 용액을 받는 수용부와, 상기 수용부를 덮는 동시에 각 상향 노즐을 통하는 복수의 노즐용 구멍을 갖는 덮개부와, 상기 복수의 노즐용 구멍으로부터 돌출하는 각 상향 노즐의 측면을 덮는 복수의 재킷으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  8. 제 1 내지 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 중간 탱크는 해당 중간 탱크의 하단이 각 상향 노즐의 상단보다 윗쪽에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  9. 제 1 내지 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 중간 탱크와 상기 노즐 블록과의 사이에는 상기 중간 탱크에 저장된 상기 폴리머 용액을 상기 노즐 블록의 폴리머 공급 경로에 공급하는 계량펌프가 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  10. 제 1 내지 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    장척시트를 이송하는 이송장치를 추가로 구비하는 동시에,
    상기 노즐 블록과 상기 컬렉터를 적어도 구비하고, 상기 장척시트의 표면에 나노 섬유를 퇴적시키는 전계방사장치로서, 상기 장척시트의 이송방향을 따라서 직렬로 배치된 복수의 전계방사장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  11. 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우시키면서 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 상기 폴리머 용액을 토출하여 나노 섬유를 전계방사하는 동시에, 상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 오버플로우한 상기 폴리머 용액을 회수하여 상기 나노 섬유의 원료로서 재이용하는 것을 가능하게 하는 나노섬유 제조방법으로서,
    상기 복수의 상향 노즐의 토출구로부터 오버플로우한 상기 폴리머 용액을 재생 탱크에 일단 회수하는 동시에, 회수한 상기 폴리머 용액에 있어서의 용매의 함유율을 측정하고, 해당 측정결과를 기초로 하여, 상기 폴리머 용액에 필요한 양의 용매를 첨가함으로써, 상기 폴리머 용액을 나노 섬유의 원료로서 재이용하는 것을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조방법.
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