WO2016024721A1 - 온도조절 장치를 포함하는 전기방사장치, 이를 이용한 나노섬유 또는 나노 멤브레인의 제조방법과, 그 제조방법으로 제조된 나노섬유 또는 나노 멤브레인 - Google Patents

온도조절 장치를 포함하는 전기방사장치, 이를 이용한 나노섬유 또는 나노 멤브레인의 제조방법과, 그 제조방법으로 제조된 나노섬유 또는 나노 멤브레인 Download PDF

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박종철
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박종철
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Definitions

  • the present invention relates to an electrospinning apparatus comprising a temperature control device, a method for producing a nanofiber or nano-membrane using the same, and a nanofiber or nano-membrane prepared by the method, more specifically, the conventional electrospinning temperature
  • the present invention relates to a manufacturing apparatus and method for producing nanofibers or nanomembrane by electrospinning a spinning solution containing a high concentration of polymer at a temperature higher than room temperature, and to a nanofiber or membrane manufactured by the method.
  • an electrospinning device comprising a temperature control device, characterized in that a diluent is not used, nanofibers using the same Or it relates to a method for producing a nano-membrane, and a nanofiber or nano-membrane prepared by the method.
  • Electrospinning apparatus comprising a temperature control device for adjusting the basis weight of the nano-membrane laminated on the substrate by controlling the radiation amount of the polymer spinning solution electrospun, a method of manufacturing a nanofiber or nano-membrane using the same, and a method of manufacturing the same It relates to a nanofiber or nano-membrane prepared with.
  • nanofiber refers to a microfiber having a diameter of only tens to hundreds of nanometers, and the products such as nonwoven fabric, membrane, and braid composed of nanofibers are used for household goods, agriculture, clothing, and industrial use. Widely used.
  • Nanofibers as described above are produced by electric fields.
  • the nanofibers are subjected to a high voltage electric field to the polymer material as a raw material to generate an electric repulsive force inside the polymer material as a raw material, whereby the molecules are agglomerated into nano-sized yarns to produce and produce the nanofibers.
  • Spinning solution main tank filled with spinning solution, metering pump for quantitative supply of spinning solution, nozzle block in which a plurality of nozzles for discharging spinning solution are installed, collector collecting the spinning fibers located at the bottom of the nozzle And a voltage generator for generating a voltage.
  • Electrospinning device having the structure as described above is filled with the spinning solution
  • a unit including a collector spaced apart from the nozzle at a predetermined interval and a voltage generator for generating a high voltage at the collector in order to accumulate the polymer spinning solution sprayed on the top of the nozzle.
  • the spinning solution in the spinning solution filled with the spinning solution is quantitatively supplied to a plurality of nozzles to which a high voltage is applied through a metering pump, and the spinning solution is supplied to the nozzle.
  • the nanofiber is spun and focused through a nozzle on a collector where high voltage is applied to form a nanofiber web, and a nanofiber web is formed on a long sheet conveyed to the units of the electrospinning apparatus, and the nanofibers are laminated.
  • the elongated sheet is passed through each unit, and the nanofibers are repeatedly stacked and then laminated, embossed, heat and pressed, and needle punched to produce a nonwoven fabric.
  • the electrospinning device is divided into a bottom-up electrospinning device, a top-down electrospinning device, and a horizontal electrospinning device according to the direction of the position on the collector. That is, the electrospinning device is made of a configuration in which the collector is located at the top of the nozzle, a bottom-up electrospinning apparatus capable of producing uniform and relatively thin nanofibers, and the collector is configured in the bottom of the nozzle, It is possible to produce a thick nanofiber, it is divided into a top-down electrospinning device that can increase the production of nanofibers per unit time and a horizontal electrospinning device consisting of a collector and a nozzle arranged in a horizontal direction.
  • Upward electrospinning device is composed of a configuration in which the spinning solution is injected through the nozzle of the upward nozzle block, the spinning solution is sprayed is laminated on the lower surface of the support to form nanofibers.
  • the long sheet of nanofiber web is laminated by spraying the spinning solution through a nozzle in one unit of the bottom-up electrospinning apparatus is transferred into another unit, and transferred into another unit.
  • the nanofiber web is manufactured by repeatedly performing the above-described process, such as spraying the spinning solution through a nozzle on a long sheet, and stacking nanofibers again.
  • the spinning solution injected through the nozzle of the nozzle block comprises a polymer polymer and a solvent.
  • the polymer included in the spinning solution is laminated on the polymer long sheet to form nanofibers when spinning the spinning solution through the nozzle of the nozzle unit of the electrospinning apparatus, but the polymer polymer discharged to the end of the nozzle during the spinning process is not fibrous. If you do not fall into the nozzle block.
  • the polymer polymer that is spun through the nozzle but is not fibrous and overflows is 70 to 90% by weight of the total polymer of the electrospun, and is fed back to the storage tank through the overflow system and from the storage tank.
  • the prior literature related to electrospinning was carried out after fixing the concentration of the polymer solution for electrospinning.
  • devices for fixing the concentration and technical processes are required.
  • a diluent is used in the case of electrospinning including an overflow system that reuses a polymer solution that is not fibrous and falls into the nozzle block. This is necessary, and the addition of a diluent causes a decrease in production speed, a risk of explosion, and problems in production cost.
  • the concentration is maintained using a predetermined level of solvent.
  • the electrospinning is usually performed with a low concentration of polymer solution, and the productivity is low due to the relative reduction of the solid content accumulated in the collector due to the use of the electrospinning solvent, which requires a lot of time to achieve the target yield.
  • a problem caused by the use of a low concentration of the polymer solution is a relatively high level of the remaining solvent other than the polymer polymer in the nanofibrous layer integrated in the collector, causing a problem of poor quality of the nanofibers.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the production of nanofibers that can produce nanofibers of excellent quality by electrospinning a spinning solution containing a high concentration of polymer at a higher temperature than the conventional electrospinning temperature It is an object to provide a method.
  • the nanofiber diameter can be recovered by including a temperature control system and a viscosity control system, as well as recovering and reusing the polymer solution that is not nanofiberized and falling into the nozzle block.
  • a temperature control system and a viscosity control system as well as recovering and reusing the polymer solution that is not nanofiberized and falling into the nozzle block.
  • An object of the present invention is to provide an electrospinning apparatus and a method for producing nanofibers capable of producing nanofibers of excellent quality.
  • a main storage tank for storing a polymer solution, a nozzle block for discharging the polymer solution, a collector for integrating nanofibers, a high voltage between the collector and the nozzle block
  • an electrospinning device including a temperature control device capable of constantly adjusting the viscosity of a polymer solution to be emitted is provided.
  • the temperature control device includes a heating device, a cooling device, a concentration measuring device and a main control device capable of constantly adjusting the viscosity of the polymer solution recovered through the overflow system, wherein the temperature control device is manual or automatic.
  • a heating device a cooling device, a concentration measuring device and a main control device capable of constantly adjusting the viscosity of the polymer solution recovered through the overflow system, wherein the temperature control device is manual or automatic.
  • an electrospinning apparatus for producing nanofibers is provided.
  • the heating device is at least one selected from the group consisting of a heat transfer heater, a hot water circulation device and a hot air circulation device
  • the cooling device is a chilling device (Chilling) device
  • the concentration measuring device is installed in the intermediate tank, contact type Or characterized in that the non-contact
  • the temperature control device provides an electrospinning device, characterized in that installed in any one or more of the storage tank, nozzle block or overflow system.
  • a resupply step of resupplying the polymer solution from the intermediate tank to the nozzle block It provides a method for producing nanofibers comprising the.
  • the concentration of the polymer solution to be emitted is 20 to 40%
  • the viscosity is constantly adjusted to 1,000 cps to 3,000 cps
  • the polymer solution supplied to the block is electrospun to the collector at a temperature of 50 to 100 °C through a nozzle to provide a method for producing a nanofiber, characterized in that the nanofiber layer is laminated.
  • the present invention provides a nanofiber, characterized in that the residual amount of the solvent produced by the nanofiber manufacturing method is 100ppm or less.
  • a method for producing a nano-membrane using electrospinning comprising: supplying a spinning solution to a nozzle block from an intermediate tank in which a spinning solution having a polymer content of 20 to 40% by weight is stored; And preparing a nano-membrane by spinning the spinning solution supplied to the nozzle block to a collector at a temperature of 50 to 100 ° C. through a nozzle, and supplying a diluent to control the concentration of the spinning solution. It provides a method for producing a nano-membrane characterized in that not.
  • a recovery step of collecting and collecting the spinning solution that was not nanofiberized in the electrospinning step to the regeneration tank through an overflow system A storage step of introducing the spinning solution into the intermediate tank from the regeneration tank and the raw material tank; A resupply step of resupplying the spinning solution from the intermediate tank to the nozzle block; And an electrospinning step of stacking the nanomembrane layer by electrospinning the spinning solution supplied back to the nozzle block to the collector through the nozzle.
  • the nozzle block is provided with a temperature control device for constantly adjusting the viscosity of the spinning solution
  • the temperature control device is a heating device and a cooling device that can constantly adjust the viscosity of the spinning solution recovered through the overflow system
  • the heating device is any one selected from the group consisting of a heat transfer heater, a hot water circulation device and a warm air circulation device
  • the cooling device provides a method of manufacturing a nano-membrane characterized in that the chilling (Chilling) device.
  • a plurality of nozzle bodies provided with a plurality of pin-shaped nozzles are arranged in a plurality of transverse directions of the collector Nozzle block;
  • each nozzle tube is connected to the spinning solution main tank by a solution supply pipe, and the supply amount adjusting means is provided in the solution supply pipe to control the supply amount of the polymer spinning solution supplied from the spinning solution main tank to the nozzle pipe.
  • the nozzles are connected to the solution supply pipe of the nozzle pipe by a nozzle supply pipe, and the nozzle supply pipe is provided with a radiation amount adjusting means, and the amount of radiation of the polymer spinning solution radiated after being supplied to the nozzle from the nozzle pipe is controlled and controlled. It provides a nano-membrane electrospinning device characterized in that to form a stack of nano-membrane different in basis weight on the same plane in the transverse direction of the polymer spinning solution on the electrospinning.
  • the nozzle in the electrospinning apparatus for manufacturing a nano-membrane, is installed in the unit, the nozzle body is provided with a plurality of nozzles in the form of a plurality of nozzles arranged in the length direction of the substrate block;
  • a spinning solution main tank filled with a polymer spinning solution and connected to a nozzle tube of the nozzle block to supply a polymer spinning solution;
  • a collector spaced apart from the nozzle at a predetermined interval to accumulate the polymer spinning solution sprayed from the nozzle of each nozzle pipe;
  • a voltage generator for generating a voltage at the collector;
  • an auxiliary transport device for transporting the substrate.
  • each nozzle tube is connected to the spinning solution main tank by a solution supply pipe, and the supply amount adjusting means is provided in the solution supply pipe to control the supply amount of the polymer spinning solution supplied from the spinning solution main tank to the nozzle pipe.
  • Each nozzle is connected to the solution supply pipe of the nozzle pipe by a nozzle supply pipe, and the nozzle supply pipe is provided with a radiation amount adjusting means, and the amount of radiation of the polymer spinning solution radiated after being supplied to the nozzle from the nozzle pipe is controlled and controlled. It provides a nano-membrane electrospinning, characterized in that to form a nano-membrane different in basis weight on the same plane in the longitudinal direction of the substrate when electrospinning the polymer spinning solution.
  • the supply amount adjusting means provided in the solution supply pipe consists of a supply valve which is controlled to open and close, the specific nozzle of each nozzle pipe connected to the solution supply pipe to the spinning solution main tank by the opening and closing of the supply valve It is made to selectively supply the polymer spinning solution only to the tube, and the radiation amount adjusting means provided in the nozzle supply pipe is composed of a nozzle valve that is controlled to open and close, the nozzle supply pipe to the solution supply pipe by opening and closing the nozzle valve It is made to electrospin by selectively supplying the polymer spinning solution only at each of the nozzles connected to the nozzle, the supply amount adjusting means of the solution supply pipe is composed of a supply valve which is open and close, the opening of the supply valve, Only one of the nozzle pipes connected to the spinning solution main tank by the waste is connected to the solution supply pipe.
  • supplying the molecular spinning solution, and the radiation amount adjusting means of the nozzle supply pipe is made of a nozzle valve that is controlled to open and close, of each nozzle connected to the nozzle supply pipe to the solution supply pipe by opening and closing the nozzle valve It is made to electrospin by selectively supplying the polymer spinning solution only in a specific nozzle, it provides a nano-membrane electrospinning characterized in that the opening and closing of the supply valve and the nozzle valve to control individually or simultaneously.
  • the nano-direction in the CD direction or MD direction made of a bottom-up electrospinning device including a plurality of nozzle tubes in the bottom-up electrospinning device unit
  • the basis weight of the nanofibers is designed to operate a plurality of nozzle tube in the on-off system
  • the on-off system is designed to increase the gradient of basis weight in one direction of the CD direction or MD direction in which the nanofibers are integrated
  • the on-off system is designed to increase or decrease the basis weight in both directions of the CD direction or the MD direction in which the nanofibers are integrated
  • the on-off system alternates the basis weight in the CD direction or the MD direction in which the nanofibers are integrated.
  • the basis weight provides a method for producing a nano-membrane, characterized in that different in the CD direction or MD direction in the range of 1 to 12g / m2, and also prepared by any one of the above Provide a nano membrane.
  • the present invention provides an electrospinning apparatus for manufacturing nanofibers and a method for manufacturing nanofibers including a temperature control device and a viscosity control system, thereby simplifying a production process using a conventional diluent and reducing the risk of diluent explosion, and the diameter of the nanofibers. While maintaining a constant while increasing the concentration of the polymer solution can increase the productivity of the nanofiber production, it provides an effect of improving the quality of the nanofiber by lowering the amount of residual solvent of the prepared nanofibers.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an electrospinning device according to the prior art
  • FIG. 2 is a view of a nanofiber manufacturing method having an overflow system, a temperature control device, and a viscosity control system according to the present invention
  • FIG. 3 is a front sectional view showing a tubular body equipped with a coiled heating wire in an electrospinning apparatus having a temperature adjusting apparatus according to the present invention
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a front sectional view showing a tubular body equipped with a heating wire in a linear form in the electrospinning apparatus having a temperature adjusting device according to the present invention
  • FIG. 6 is a side cross-sectional view taken along line B-B 'of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a front sectional view showing a tubular body equipped with a U-shaped pipe in an electrospinning apparatus having a temperature regulating apparatus according to the present invention
  • FIG. 8 is a side cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG. 7;
  • 9 and 10 are graphs showing the viscosity value of the polyurethane and polyvinylidene fluoride for each temperature
  • FIG. 11 is a side view schematically showing the nano-membrane electrospinning device
  • FIG. 13 and 13 are a plan view schematically showing a nozzle body arranged in the nozzle block of the electrospinning apparatus according to the present invention
  • FIG. 14 and 15 are side views schematically showing a nozzle tube arranged in the nozzle block of the electrospinning apparatus according to the present invention.
  • FIG. 16 is a perspective view schematically showing a nozzle tube arranged in a nozzle block of the electrospinning apparatus according to the present invention.
  • FIG. 17 to 20 is an operation process of the electrospinning of the polymer spinning solution on the same plane of the substrate through the nozzle of each nozzle tube of the nano-membrane electrospinning apparatus according to the present invention (nozzle indicated by broken lines in FIGS. 17 and 18 A top view schematically illustrating a closed nozzle, and a nozzle indicated by broken lines in FIGS. 19 and 20 indicates that the nozzle is located under the substrate);
  • 21 to 23 is a plan view of the basis weight nano-membrane in the CD direction produced by the present invention.
  • 24 to 25 is a plan view of the nano-membrane different in basis weight in the MD prepared by the present invention.
  • Nanofiber manufacturing method is configured to include an overflow system (200) for recycling the spinning solution spun from the electrospinning apparatus (1) nozzle block 110, but not nanofiberized.
  • the electrospinning apparatus 1 includes a case 102, a nozzle block 110, a collector 150, a power supply device 160, an auxiliary belt device 170, and a unit 100, 100 ′ therein. ),
  • the main storage tank 210, the second transfer pipe 216, the second transfer control device 218 and the regeneration tank 230 and the overflow system 200 consisting of these.
  • the case 102 is preferably made of a conductor, but the case 102 may be made of an insulator, or the case 102 may be applied by mixing a conductor and an insulator, and made of various other materials. It is also possible.
  • the nozzle 42 of the nozzle block 110 can be a bottom-up, a top-down, and a horizontal type, and in particular, in the electrospinning apparatus to which the overflow system 200 is applied, bottom-up electrospinning is preferable.
  • a plurality of nozzles 42 are installed in a bottom-up, top-down or horizontal manner, and receives the spinning solution from the main storage tank 210 or the regeneration tank 230.
  • the invention will be described based on bottom-up electrospinning, and the following bottom-up radiation is not intended to limit the scope of the present invention, but is merely presented as an example, and various modifications may be made without departing from the technical scope of the present invention. .
  • the tip of the nozzle 42 of the bottom-up electrospinning is preferably formed in a shape cut along the plane that crosses the cylinder at an angle to the axis of the cylinder, but the tip of the nozzle 42 of the portion of the nozzle block 110 is shaped like a fallopian tube. It is also possible to have a shape.
  • the collector 150 is disposed above the nozzle block 110, is made of a conductor, and is attached to the case 102 through the insulating member 152. At this time, when the case 102 is made of an insulator, or the upper portion of the case 102 is used as an insulator, and the lower portion is used as a conductor, the insulating member 152 may be deleted.
  • the power supply device 160 applies a high voltage between the collector 42 and the nozzles 42 arranged in a plurality of nozzle blocks 110 upwardly.
  • 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 102.
  • the nanofibers produced through the nozzle 42 for discharging the nanofibers from the discharge port toward the collector 150 upward from the discharge port are deposited on the long sheet and move while maintaining a uniform thickness.
  • the electrospun nanofibers are fibers of an average diameter of 50 ⁇ 1000nm prepared by spinning the electrospun synthetic resin material
  • the synthetic resin material capable of electrospinning is not limited separately, for example, polypropylene (PP) , Polyethylene terephthalate (PET), polyvinylidene fluoride, nylon, polyvinylacetate, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile (PAN), polyurethane (PUR), polybutylene terephthalate (PBT), poly Vinyl butyral, polyvinyl chloride, polyethyleneimine, polyolefin, polylactic acid (PLA), polyvinyl acetate (PVAc), polyethylene naphthalate (PEN), polyamide (PA), polyvinyl alcohol (PVA), polyethyleneimide ( PEI), polycaprolactone (PCL), polylactic acid glycolic acid (PLGA), silk, cellulose, chitosan, etc.
  • PP polypropylene
  • PET Polyethylene terephthalate
  • PET
  • polypropylene (PP) material and heat-resistant polymer polyamide Aromatic polyesters such as polyimide, polyamideimide, poly (meth-phenylene isophthalamide), polysulfone, polyetherketone, polyetherimide, polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polyethylene naphthalate and the like
  • Polyphosphazenes such as tetrafluoroethylene, polydiphenoxyphosphazene, polybis [2- (2-methoxyethoxy) phosphazene], polyurethane copolymers including polyurethane and polyetherurethane, cellulose Groups of polymers such as acetate, cellulose acetate butyrate and cellulose acetate propionate are widely used commercially.
  • the spinning solution supplied through the nozzle 42 in the unit 100, 100 ′ is a solution in which the polymer, which is the electrospinable synthetic resin material, is dissolved in a suitable solvent, and the kind of solvent may also dissolve the polymer.
  • a suitable solvent for example phenol, formic acid, sulfuric acid, m-cresol, thifluoroacetide & hydride / dichloromethane, water, N-methylmorpholine N-oxide, chloroform, tetrahydro Furan and aliphatic ketone groups methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, aliphatic hydroxyl group m-butyl alcohol, isobutyl alcohol, isopropyl alcohol, methyl alcohol, ethanol, aliphatic compounds hexane, tetrachloroethylene, acetone, propylene as glycol group In the glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, halogen compound group,
  • the outer side of the collector 150 is provided with an auxiliary belt device, the auxiliary belt device 170 is to rotate the auxiliary belt 172 and the auxiliary belt 172 to rotate in synchronization with the feed rate of the long sheet.
  • the auxiliary belt roller 174 and the auxiliary belt driving device for driving the auxiliary belt 172 are provided.
  • the auxiliary belt roller 174 preferably rotates the auxiliary belt 172 by the auxiliary belt driving device, but also by using a roller with a low coefficient of friction to assist the transfer of the long sheet without a separate driving device. It is possible.
  • the main storage tank 210 stores the spinning solution that is a raw material of the nanofibers.
  • the main storage tank 210 is provided with a stirring device 211 to prevent separation or solidification of the spinning solution therein.
  • the second transfer pipe 216 is composed of a pipe and a valve 233 connected to the main storage tank 210 or the regeneration tank 230, and intermediate from the main storage tank 210 or the regeneration tank 230.
  • the spinning solution is transferred to the tank 220.
  • the second transfer control device 218 controls the transfer operation of the second transfer pipe 216 by controlling the valves 212, 213, 214 of the second transfer pipe 216.
  • the valves 212, 213, 214 control the transfer of the spinning solution from the main storage tank 210 to the intermediate tank 220, and control the transfer of the spinning solution from the regeneration tank 230 to the intermediate tank 220.
  • the amount of the spinning solution flowing into the intermediate tank 220 from the main storage tank 210 and the regeneration tank 230 is controlled.
  • the control method as described above is controlled according to the liquid level of the spinning solution measured by the second sensor 222 of the intermediate tank 220 to be described later.
  • the intermediate tank 220 stores the spinning solution supplied from the main storage tank 210 or the regeneration tank 230, supplies the spinning solution to the nozzle block 110, and measures the liquid level of the supplied spinning solution.
  • the second sensor 222 is provided.
  • the second sensor 222 may be a sensor capable of measuring the liquid level, and is preferably made of, for example, an optical sensor or an infrared sensor.
  • the lower portion of the intermediate tank 220 is provided with a supply pipe 24 and a supply control valve 242 for supplying the spinning solution to the nozzle block 110, the supply control valve 242 is the supply pipe 240 Control the supply operation.
  • the regeneration tank 230 has a stirring device 231 for storing the spinning solution recovered due to overflow and preventing separation or coagulation of the spinning solution, and a first sensor for measuring the liquid level of the recovered spinning solution ( 232).
  • the first sensor 232 may be a sensor capable of measuring the liquid level, and for example, it is preferable that the first sensor 232 is formed of an optical sensor or an infrared sensor.
  • the spinning solution overflowed from the nozzle block 110 is recovered through the spinning solution recovery path 250 provided below the nozzle block 110.
  • the spinning solution recovery path 250 recovers spinning solution to the regeneration tank 230 through the first transfer pipe 251.
  • the first transfer pipe 251 is provided with a pipe and a pump connected to the regeneration tank 230, and transfers the spinning solution from the spinning solution recovery path 250 to the regeneration tank 230 by the power of the pump. .
  • the regeneration tank 230 is preferably at least one, in the case of two or more may be provided with a plurality of the first sensor 232 and the valve 233.
  • a plurality of valves 233 positioned above the regeneration tank 230 are also provided, so that a first transfer control device (not shown) is provided in the regeneration tank 230.
  • Two or more valves located above are controlled according to the liquid level of the first sensor 232 to control which one of the plurality of regeneration tanks 230 of the regeneration tank 230 is transferred.
  • Polymer solution is used for electrospinning.
  • existing inventions include diluents and concentration adjusting devices to maintain a constant concentration of the polymer solution.
  • a diluent MEK (methyl ether ketone), THF (tetra hydrofuran), and alcohol are used.
  • the concentration of the polymer solution recovered through the overflow system 200 is the concentration of the polymer solution initially supplied from the main storage tank 210. It will have a higher concentration.
  • a diluent was added to maintain a certain level of the polymer solution.
  • MEK or THF which is used as a diluent, has a low boiling point (b.p) (about 60 ° C.) and is easier to disperse nanofibers than the case of using DMAc alone as a solvent during electrospinning.
  • the present invention is to increase the efficiency of electrospinning by using a high concentration of the polymer solution to be reused after the overflow instead of maintaining a constant concentration, but by constantly adjusting the viscosity of the polymer solution using the temperature control controller 60 It provides a means and excellent scattering properties at high temperature conditions to control high viscosity without the use of diluents to facilitate nanofiber formation of polymer solutions.
  • Viscosity refers to the ratio of the skew stress and skew rate of the solute and solvent in the flowing liquid. It is usually expressed in terms of viscoelasticity per cut area and the unit is dynscm-2gcm-1s-1 or poise (P). The viscosity decreases in inverse proportion to the temperature rise. The viscosity of the solution is higher than that of the solvent because the flow of the liquid is skewed depending on the solute and the flow rate of the liquid is reduced by that amount.
  • K and a at this time are integers which depend on a kind of a solute or a solvent, and temperature. Therefore, the viscosity value is affected by temperature and the degree of change depends on the type of fluid. Therefore, when talking about viscosity, you must specify the values of temperature and viscosity.
  • the fiber diameter and radioactivity of the nanofibers in which the type of polymer and solvent used, the concentration of the polymer solution, the temperature and humidity of the spinning room, etc. are manufactured. It is known to affect. That is, the physical properties of the polymer (polymer solution) radiated by electrospinning is important. In general, the viscosity of the polymer during electrospinning has been considered necessary to maintain a certain viscosity or less. This is due to the characteristic that the higher the viscosity, the spinning of the nano-thickness fiber is not achieved through the nozzle 42, and the higher the viscosity is not suitable for fiberization through electrospinning.
  • the present invention is characterized in that it comprises a temperature control controller 60 for adjusting the viscosity with the temperature control controller 60 to maintain the fiber viscosity suitable for electrospinning as described above.
  • the thermostat control device 60 may include both a heating device capable of maintaining a low viscosity of a high viscosity polymer solution reused through an overflow and a cooling device capable of maintaining a high viscosity of a relatively low viscosity polymer solution. It can be provided.
  • the temperature of the electrospinning region In the temperature of the electrospinning region, the temperature of the region where electrospinning occurs (hereinafter referred to as the 'spinning region') changes the surface tension of the spinning solution by changing the viscosity of the spinning solution, so that the diameter of the nanofibers spun Will affect.
  • the concentration of the polymer solution re-supplied through the overflow tends to increase.
  • the temperature is controlled using a temperature-viscosity graph according to the corresponding concentration. The viscosity can be kept constant (see FIG. 9).
  • the concentration measuring device for measuring the concentration may be a contact type and a non-contact type directly contacting the solution, and the contact type may be a capillary concentration measuring device or a disc (DISC) concentration measuring device.
  • Concentration measuring apparatus or concentration measuring apparatus using infrared light can be used.
  • the heating apparatus of the present invention may be made of a heat transfer heater, a hot water circulation device or a warm air circulation device, etc., in addition to the devices that can increase the temperature in an equivalent range with the above devices can be borrowed.
  • the electric heating heater may be used in the form of a hot wire, and the coil wires 62a and 62b may be mounted inside the tubular body 43 of the nozzle block 110, which may be transformed into a jacket ( 3 to 8).
  • Such a heating apparatus includes a nozzle block 110 in which the polymer solution is radiated, a tank (main storage tank, an intermediate tank or a regeneration tank) in which the polymer solution is stored, and an overflow system 200, in particular, transferred from the recovery part to the regeneration tank. It may be provided in any one or more of the transfer piping).
  • a cooling means including a chilling device may be used, and a means for maintaining a constant viscosity of the polymer solution is generally applicable.
  • the cooling device may be provided in any one or more of the nozzle block 110, the tank, and the overflow system 200 in the same manner as the heating device, and is used to maintain a constant viscosity of the polymer solution.
  • the temperature control controller 60 of the present invention includes a sensor for measuring the concentration and thus a temperature control controller (not shown) for controlling the temperature.
  • the sensor is installed in the main storage tank 210, the intermediate tank 220, the regeneration tank 230, the nozzle block 110 or the overflow system 200 and the like to measure the concentration of the spinning solution in real time to control the temperature control In the device 60, the heating and / or cooling device is operated so that the viscosity is kept constant.
  • the concentration of the polymer solution re-supplied through the overflow system 200 of the present invention is 20 to 40%, which is a higher concentration of solution than the concentration of 10 to 18% of the polymer solution used in conventional electrospinning.
  • the temperature of the polymer solution according to the concentration of the polymer solution is characterized in that it is adjusted to 45 to 120 °C, not room temperature.
  • the polymer solution of the present invention preferably has a viscosity of 1,000 to 5,000 cps, more preferably 1,000 to 3,000 cps. If the viscosity is 1,000 cps or less, the quality of the nanofibers laminated by electrospinning is poor, and if the viscosity is 3,000 cps or more, the discharge of the polymer solution from the nozzle 42 is not easy during electrospinning, and thus the production speed is slowed.
  • the present invention as the electrospinning proceeds, the viscosity of the polymer solution is constant, so that it is excellent in the easiness of spinning during electrospinning and the concentration of the polymer solution is increased, thereby increasing productivity by increasing the amount of solids excluding the solvent in the nanofibers concentrated on the collector. This has the effect of increasing.
  • the amount of the remaining solvent of the nanofibers using the electrospinning is less than when using the conventional electrospinning it can be produced a nanofiber of excellent quality.
  • the temperature control control device 60 of the present invention to measure the concentration of the intermediate tank 220 by the operator offline to adjust the viscosity of the polymer solution through the temperature control of the nozzle block 110 or the main storage tank 210.
  • the automatic control system online includes automatic control of the temperature of the solution according to the concentration measurement.
  • Nanofiber manufacturing method includes a supply step of supplying the polymer solution to the nozzle block 110 from the main storage tank 210 in which the polymer solution is stored.
  • the polymer solution introduced into the main storage tank 210 may be variously used as described above.
  • the polymer solution supplied from the main storage tank 210 to the nozzle block 110 includes an electrospinning step of electrospinning the collector 150 through the nozzle 42 to stack the nanofiber layer.
  • the electrospinning step the distance between the nozzle block 110 and the collector 150 is adjusted to 20 to 50 cm on average, the applied voltage is adjusted to 10 to 40 kV, and the flow rate, temperature and humidity of the polymer solution It can be set in a normal range.
  • the electrospinning step only 30 to 10% of the polymer solution electrospun from the nozzle block 110 is nanofiberized, and the remaining 70 to 90% of the polymer solution is not nanofiberized.
  • the polymer solution that is not nanofiberized is subjected to a recovery step of collecting and collecting the regeneration tank 230 through the overflow system 200.
  • the polymer solution stored in the regeneration tank 230 may be directly supplied to the nozzle block 110.
  • the polymer solution may be introduced into the regeneration tank 230 from the main storage tank 210 to the regeneration tank 230. Through the storage step to be stored may be supplied back to the nozzle block (110).
  • the regeneration tank 230 undergoes a resupply step in which the polymer solution is resupplied to the nozzle block 110.
  • the temperature control controller 60 is provided in the nozzle block 110 to constantly adjust the viscosity of the polymer solution. Is installed.
  • the temperature control controller 60, as well as the nozzle block 110 may be installed in any one of the overflow system 200, the regeneration tank 230 or the main storage tank (210).
  • the electrospinning apparatus 100 is composed of a bottom-up electrospinning device, consisting of at least one unit (110, 110 ').
  • the electrospinning apparatus 100 is composed of a bottom-up electrospinning apparatus, it may be made of a top-down electrospinning apparatus.
  • the unit (110, 110 ') is a metering pump for supplying the quantitative supply of the polymer spinning solution filled in the spinning solution main tank 120 and the spinning solution main tank 120 filled with the polymer spinning solution (not shown) And a nozzle block for discharging the polymer spinning solution in the spinning solution main tank 120, wherein a plurality of nozzle pipes 112 having a plurality of nozzles 111a having a pin shape are arranged in a lateral direction of the collector ( In order to accumulate the 111 and the polymer spinning solution sprayed from the nozzle 111a, the collector 113 and the voltage generator 114 for generating a high voltage to the collector 113 are spaced apart at a predetermined interval from the nozzle 111a. It is configured to include).
  • the nano-membrane electrospinning apparatus 1 is quantitatively supplied to the nozzle block 111 to which a high-molecular-weight polymer spinning solution filled in the spinning solution main tank 120 is applied through a metering pump.
  • the polymer spinning solution supplied to the block 111 is radiated and focused on the collector transported in the electrospinning apparatus through the nozzle 111a on the collector 113 on which the high voltage is applied to form a nanomembrane.
  • the nozzle block 111 of the electrospinning apparatus 100 has a plurality of nozzle pipes 112 are arranged in the transverse direction, the spinning liquid main tank for supplying a polymer spinning solution to the nozzle pipe (112) ( 120 is provided with at least one connection.
  • the nozzle body (112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) is formed in a rectangular parallelepiped, a plurality of nozzles (111a) are provided linearly on the upper surface of the nozzle block 111 And a plurality of nozzle pipes 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i are arranged in the transverse direction of the collector in the spinneret main tank 120 The polymer spinning solution filled in the tank 120 is supplied.
  • each nozzle pipe (112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) is connected to the spinning solution main tank 120 as a solution supply pipe 121, the solution supply pipe 121 is A plurality of branching bodies are connected to connect the nozzle bodies 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i and the spinning solution main tank 120.
  • the supply amount adjusting means (not shown) to the solution supply pipe 121 that is addressed to each nozzle pipe (112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) in the spinning solution main tank 120 Is provided, the supply amount adjusting means is made of a supply valve (122).
  • the supply valve 122 is provided in each of the solution supply pipes 121 extending from the spinning solution main tank 120 to the nozzle pipes 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, and 112i.
  • the supply of the polymer spinning solution supplied from the spinning solution main tank 120 to each nozzle tube 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, and 112i by the respective supply valves 122 is controlled. And controlled.
  • the nozzle is opened and closed by the supply valve 122 provided in the solution supply pipe 121 extending the main tank 120 and the nozzle pipe bodies 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, and 112i.
  • nozzle pipes 112b, 112d, 112f, 112g, 112h, 112i at a specific position among the nozzle pipes 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, and 112i arranged in the block 111.
  • Each nozzle pipe 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i in the spinning solution main tank 120 by opening and closing the supply valve 122, etc.
  • the supply of the polymer spinning solution to be controlled is controlled.
  • the supply valve 122 is controllably connected to the control unit (not shown), it is preferable that the opening and closing of the supply valve 122 is automatically controlled by the control unit, according to the site situation and the needs of the operator It is also possible that the opening and closing of the supply valve 122 is controlled manually.
  • the supply amount adjusting means is composed of a supply valve 122, but in the spinning solution main tank 120, each nozzle pipe (112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) Control and control of the supply amount of the polymer spinning solution to be supplied to the) If available, the supply amount adjusting means may be made of various other structures and means, but is not limited thereto.
  • the solution supply pipe 121 is to branch, while the spinning solution main tank 120 and each nozzle pipe (112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) to be addressed
  • Each of the supply valves 122 is provided in each of the plurality of nozzles 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i from the spinning solution main tank 120 to supply a plurality of polymer spinning solutions.
  • the nozzle at a specific position among the nozzle pipes 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i, which is opened to the nozzle block 111 by opening a specific supply valve 122 among the supply valves 122.
  • nozzles 1 in the spinning solution main tank 120 by opening and closing the supply valve 122, for example, blocking the supply of the polymer spinning solution only to 112c and 112e.
  • the supply of the polymer spinning solution to 12a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) is regulated and controlled.
  • the polymer spinning solution supplied to each nozzle pipe (112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) through the solution supply pipe 121 in the spinning solution main tank 120 is the solution supply pipe It is supplied to each nozzle 111a provided in the nozzle pipe bodies 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i through the nozzle supply pipe 125 extended to 121. As shown in FIG.
  • each nozzle 111a provided in the solution supply pipe 121 and the nozzle pipes 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, and 112i is addressed to the nozzle supply pipe 125, and
  • the nozzle supply pipe 125 is branched to correspond to the number of nozzles 111a.
  • the nozzle supply pipe 125 is provided with a radiation dose adjusting means (not shown), the radiation dose adjusting means is composed of a nozzle valve (126).
  • the nozzle valve 126 is provided as the radiation amount adjusting means to individually control the supply of the polymer spinning solution supplied from the nozzle supply pipe 125 to each nozzle 111a by opening and closing the nozzle valve 126.
  • the nozzle valve 126 is controllably connected to a control unit (not shown), but the opening and closing of the nozzle valve 126 are preferably controlled automatically by the control unit. Opening and closing of the nozzle valve 126 may be controlled manually.
  • the radiation amount adjusting means is made of a nozzle valve 126
  • the radiation dose adjusting means may be made of various other structures and means, but is not limited thereto.
  • the solution supply pipe 121 and the nozzles 111a are connected and installed, and the nozzle valve 126 is provided in the nozzle supply pipe 125 which is branched, respectively, and the spinning solution main tank 120 is provided.
  • the nozzle valve 126 is provided in the nozzle supply pipe 125 which is branched, respectively, and the spinning solution main tank 120 is provided.
  • a specific nozzle valve 126 to close the nozzle body 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i of each of the nozzles (111a) provided in the nozzle 111a at a specific position Selectively block the electrospinning of the spinning solution, such as the nozzle valve 126 in the spinning solution main tank 120 in the nozzle pipe (112a, 1)
  • the supply of the polymer spinning solution supplied to each nozzle 111a through 12b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i is individually controlled and controlled.
  • the supply valve 122 is provided in the solution supply pipe 121 so that each nozzle pipe 112a, 112b, 112c, 112d, 112e of the nozzle block 111 in the spinning solution main tank 120 is provided.
  • the nano-membrane differs in basis weight in the width direction of the collector by the polymer spinning solution electrospun from the nozzles 111a of 112g, 112h, and 112i, but the nozzles 111a are formed on the nozzle block 111.
  • each nozzle 111a is directly adjusted and controlled individually.
  • the nano membranes having different basis weights in the width direction of the collector may be laminated, but are not limited thereto.
  • the nano-membrane 115b which is 150 to 300 nm, is laminated, and the basis weight is 300 to 500 nm on the other transverse plane of the collector.
  • the nano-membrane (115a, 115b, 115c) having a different basis weight on the same plane in the longitudinal or transverse direction of the collector, such as laminating the phosphorus nano-membrane (115c) can be variously laminated.
  • the length of the collector is controlled by controlling the nozzle body of the nozzle block 111 and the nozzle 111a of the nozzle body 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i.
  • a nanomembrane having three kinds of basis weights having different basis weights on the same plane in the transverse direction is laminated.
  • nano-membrane having three kinds of different basis weights is formed on the same plane in the longitudinal or transverse direction of the collector, but the nozzle bodies 112a and 112b of the nozzle block 111 are formed. , 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) and the length of the collector by controlling each nozzle 111a of the nozzle body 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i.
  • nozzle pipe bodies 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, and 112g of the nozzle block 111 can be formed at the same time.
  • 112h and 112i and the nozzles 111a of the nozzle bodies 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h and 112i to control four types on the same plane in the longitudinal or transverse direction of the collector.
  • nanomembranes having different basis weights as described above. It is not limited to.
  • the material of the polymer spinning solution to be filled in the spinning solution main tank 120 is not limited, for example, polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyvinylidene fluoride, nylon, poly Vinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile (PAN), polyurethane (PUR), polybutylene terephthalate (PBT), polyvinyl butyral, polyvinyl chloride, polyethyleneimine, polyolefin, polylactic acid (PLA) ), Polyvinyl acetate (PVAc), polyethylene naphthalate (PEN), polyamide (PA), polyvinyl alcohol (PVA), polyethyleneimide (PEI), polycaprolactone (PCL), polylactic acid glycolic acid (PLGA) , Silk, cellulose, chitosan, etc.
  • PP polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PET polyvinylidene fluoride
  • nylon poly Vinyl acetate
  • the collector is introduced and supplied into the units 110 and 110 'of the electrospinning apparatus 100 through a supply roller (not shown) provided at the tip of the electrospinning apparatus 100 according to the present invention.
  • the polymer spinning solution is electrospun within (110, 110 ') to form a nanomembrane.
  • the collector is conveyed by the conveying belt 116a is rotated between the conveying rollers (116b).
  • the high voltage of the voltage generator 114 is generated on the collector 113 through the nozzle 111a provided in each nozzle tube of the nozzle block 111, and the spinning solution main on the collector 113 where the high voltage is generated. Electrospinning the polymer spinning solution supplied from the tank 120.
  • the polymer spinning solution supplied from the spinning solution main tank 120 to the nozzle block 111 may be formed in each nozzle tube 112a, 112b, 112c, of the spinning solution main tank 120 and the nozzle block 111.
  • the spinning solution main tank 120 supplied to the nozzle pipe (112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) is a nozzle supply pipe to the solution supply pipe 121
  • the electrospinning is performed through the nozzle 111a to form a nanomembrane on the collector.
  • the supply amount of the polymer spinning solution to be supplied is controlled by the opening and closing of the supply valve 122 respectively provided in the solution supply pipe 121 branched from the spinning solution main tank 120, and the nozzle pipes 112a and 112b.
  • the amount of radiation of the polymer spinning solution electrospun through the nozzles 111a is the nozzle tube 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, It is controlled by the opening and closing of the nozzle valve 126 provided in the nozzle supply pipe 125 branched from the solution supply pipe 121 of 112i), respectively.
  • the radiation amount of the polymer spinning solution to be electrospun through is controlled, thereby allowing the stacking of nanomembrane having different basis weights on the same plane in the longitudinal or transverse direction of the collector.
  • nozzle bodies 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i which are arranged in a plurality in the longitudinal direction or the transverse direction of the collector, in one longitudinal direction or the transverse direction of the collector.
  • the solution supply pipe 121 connected to the nozzle pipe bodies 112a and 112c provided at both sides of the supply valve 122 provided in the solution supply pipe 121 of the three nozzle pipes 112a, 112b and 112c located at one side.
  • Each nozzle valve of the nozzle supply pipe 125 is branched to the solution supply pipe 121 for supplying the polymer spinning solution to be supplied to one nozzle pipe 112b, and to supply the polymer spinning solution to the one nozzle pipe 112b ( 126) to open the polymer spinning solution supplied to the one nozzle body 121b all nozzles
  • the polymer spinning solution is electrospun onto the collector to form a nanomembrane 115a having a low basis weight of 50 to 150 nm.
  • the supply valve 122 of the solution supply pipe 121 connected to the nozzle pipe 112e provided at the center of the supply valve 122 provided in the solution supply pipe 121 of the pipe bodies 112d, 112e, and 112f is closed.
  • the polymer spinning solution supplied from the spinning solution main tank 120 was opened by opening the supply valve 122 of the solution supply pipe 121 connected to the two nozzle pipes 112d and 112f respectively provided at both sides thereof.
  • Each nozzle valve 126 of the nozzle supply pipe 125 which is supplied to the nozzle pipes 112d and 112f and is branched to the solution supply pipe 121 that supplies the polymer spinning solution to the two nozzle pipes 112d and 112f. Open the polymer spinning solution supplied to the two nozzle bodies (112d, 112f) to all the nozzles (111a) To form a laminated electrospinning to 150 nm membrane (115b) having a basis weight of 300nm to the polymer spinning solution onto a collector after.
  • nozzle tubes 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, and 112i arranged in plural in the longitudinal direction or the transverse direction of the collector, located on the other side in the longitudinal or transverse direction of the collector. All of the supply valves 122 provided in the solution supply pipes 121 of the two nozzle pipes 112g, 112h, and 112i are opened to supply the polymer spinning solution supplied from the spinning solution main tank 120 to the three nozzle pipes 112g and 112h.
  • the supply valve 122 is controlled to stack the nanomembrane 115a, 115b, 115c having different basis weights on the same plane in the longitudinal or transverse direction of the collector, but the nozzle supply pipe is branched to the solution supply pipe 121. It is also possible to stack the nanomembrane 115a, 115b, 115c having different basis weights on the same plane in the longitudinal or transverse direction of the collector by controlling the nozzle valve 126 of 125.
  • one of the nozzle tubes 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, and 112i arranged in a plurality in the longitudinal or transverse direction of the collector is located on one side in the longitudinal or transverse direction of the collector.
  • All of the nozzle valves 126 of the nozzle supply pipe 125 is branched to the solution supply pipe 121 of the nozzle pipe 112e provided in the center of the three nozzle pipe (112d, 112e, 112f) to supply all And the nozzle valve 126 of the nozzle supply pipe 125 branched to the solution supply pipe 121 of the two nozzle pipe bodies 112d and 112f respectively provided on both sides thereof to open the two nozzle pipe bodies ( After supplying the polymer spinning solution to each of the nozzles 111a provided at 112d and 112f, the polymer spinning on the collector To form a nano-membrane (115b) to a solution electrospinning having a basis weight of 150 to 300nm laminated.
  • nozzle tubes 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, and 112i which are arranged in plural in the longitudinal or transverse direction of the collector, located at one side of the collector in the longitudinal or transverse direction. All of the supply valves 122 provided in the solution supply pipes 121 of the two nozzle pipes 112g, 112h, and 112i are opened to supply the polymer spinning solution supplied from the spinning solution main tank 120 to the three nozzle pipes 112g and 112h.
  • the nozzle valve 126 of the nozzle supply pipe 125 branched to the solution supply pipe 121 is controlled to control the collector in the longitudinal or transverse coplanar direction.
  • the nanomembrane 115a, 115b, 115c having different basis weights may be stacked on the layer.
  • the collector in the longitudinal or transverse direction
  • the nano-membrane (115a, 115b, 115c) having a different basis weight on the same plane is laminated or the nozzle valve 126 of the nozzle supply pipe 125 branched to the solution supply pipe 121 to control the longitudinal direction of the collector Or stacking nano membranes 115a, 115b, and 115c having different basis weights on the same plane in the transverse direction, but supplying a polymer spinning solution from the spinning solution main tank 120 to the nozzle tube 112.
  • the nozzle valve 126 of the nozzle supply pipe 125 which is branched to the solution supply pipe 121 is controlled at the same time by controlling the angular supply valve 122 of the solution supply pipe 121 to be different from the same plane in the longitudinal or transverse direction of the collector.
  • nanomembrane 115a, 115b, 115c
  • nano-membrane 115a, 115b, 115c
  • each of the supply valve 122 of the solution supply pipe 121 or the nozzle valve 126 of the nozzle supply pipe 125 is individually controlled, or each of the supply valve 122 of the solution supply pipe 121 and By simultaneously controlling the nozzle valve 126 of the nozzle supply pipe 125 it is possible to manufacture a nano-membrane having a variety of different basis weight.
  • the nozzle pipes 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, and 112f arranged in the longitudinal or transverse direction of the collector by individually controlling the opening and closing of the nozzle valve 126 of the nozzle supply pipe 125.
  • the polymer spinning solution is supplied to only one of the nozzles 111a of the plurality of nozzles 111a provided in the 112g, 112h, and 112i, and the polymer spinning solution is blocked to the other specific nozzles 111a, thereby preventing the supply of the polymer spinning solution. It is also possible to stack nanomembranes with different basis weights on the same coplanar direction.
  • the polymer spinning solution is supplied among the nozzles 111a provided in the nozzle tubes 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, and 112i arranged in the longitudinal direction or the transverse direction of the collector.
  • the number and shape of the specific nozzles (111a) and the specific nozzles (111a) for blocking the supply of the polymer spinning solution can be changed in various ways, it is made variable and controllable.
  • the nozzle body 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i arranged in the longitudinal or transverse direction of the collector is controlled by one group of three It is possible to connect and stack the nano-membrane having three kinds of basis weights different on the same plane in the longitudinal or transverse direction of the collector, but the nozzle body (112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f) , 112g, 112h, 112i are controllably connected in groups of two, or the nozzle pipes 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i are controlled in groups of four It is also possible to have a structure in which the nano-membrane having the different basis weights are laminated on the same plane in the longitudinal or transverse direction of the collector so as to be possible, but is
  • the number can be changed in various ways, but is not limited thereto.
  • the nozzle block is controlled by controlling the opening and closing of the supply valve 122 of the solution supply pipe 121 or by controlling the opening and closing of the nozzle valve 126 of the nozzle supply pipe 125.
  • the nozzle By controlling the opening and closing of the tubes 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i and the nozzle 111a, it is preferable to variably control the width of the nanomembrane having different basis weights, It is not limited.
  • the supply amount of the polymer spinning solution supplied to the nozzle bodies 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, and 112i and the radiation amount of the polymer spinning solution electrospun from the nozzle 111a are controlled and controlled.
  • the width of the nano-membrane having different basis weights in the longitudinal direction or the transverse direction of the collector through the nozzle 111a, or the radiation region and the radiating portion of the nano-membrane having the different basis weights can be variably adjusted.
  • the electrospinning apparatus 100 shows an example in which it is applied to a bottom-up electrospinning apparatus.
  • the electrospinning apparatus 100 according to the present invention may be applied to a top-down electrospinning apparatus. It is also possible to be applied to the electrospinning apparatus in the up and down composite.
  • Nano membranes having different basis weights can be stacked to facilitate the fabrication of various nanomembrane membranes.
  • the MD direction used in the present invention means Machine Direction, which means the longitudinal direction corresponding to the advancing direction in the case of continuous production of fibers such as film or nonwoven fabric, and the CD direction means the cross direction perpendicular to the MD direction.
  • MD may also be referred to as machine direction / longitudinal direction, and CD as width direction / lateral direction.
  • Basis Weight or Grammage is defined as mass per unit area, ie grams per square meter (often referred to as gsm rather than g / m 2) as preferred units.
  • the average diameter of the fibers constituting the nano-nonwoven fabric of Examples and Comparative Examples was electroscanned.
  • Measurements were made using a microscope (Scanning Electron microscope, HITACHI S-4300) and an image analyzer (JVC Digital Camera KY-F70B in the software of Image-Pro Plus). At this time, 10 or more measurement samples were collected and measured and averaged.
  • the concentration of the spinning solution in the raw material tank was changed to 25% in the course of being provided with a raw material tank that was not spun and overflowed through the spinning process again as one of the storage tanks, and thus the viscosity was changed to 2000 cps.
  • the temperature of the nozzle block was raised to 65 ° C. in order to lower the viscosity to 1000 cps by a sensor of a thermostat, followed by electrospinning to obtain nanofibers.
  • a spinning solution having a weight average molecular weight (Mw) of 50,000, a polyvinylidene fluoride having a melting point of 160 ° C., 16% by weight, and an NN-dimethylacetamide (DMAc) solvent, 84% by weight, having a concentration of 16% and a viscosity of 1000 cps. was prepared and provided in the raw material tank. Thereafter, the spinning solution was moved from the raw material tank to the nozzle block, and the distance between the nozzle block and the collector was 40 cm, an applied voltage of 15 kV, the spinning solution flow rate was 0.1 mL / h, a temperature of 25 ° C., and a humidity of 20%. After the spinning process, the solids that could not be spun and overflowed were returned to the raw material tank, and the concentration of the spinning solution in the raw material tank was changed to 20%, and DMAc was added to maintain the concentration at 16%. Spinning.
  • Mw weight average molecular weight
  • DMAc NN
  • the diameter, solvent residual amount, and nanofiber yield of the nanofibers prepared according to Examples and Comparative Examples were measured at a spinning winding speed of 0.2 g / m 2 .
  • Example 1 Example 2 Example 3 Comparative Example 1 Concentration of spinning solution in raw material tank with overflowed solids 25% 30% 35% 10% Viscosity Schedule (1,000 cps) Schedule (1,000 cps) Schedule (1,000 cps) Schedule (1,000 cps) Nano fiber diameter (nm) 122 125 128 110 Solvent Residue (ppm) 70 52 43 204 Winding speed (m / min) 25 30 35 10
  • the concentration of the spinning solution of the Example is higher than that of the comparative example, but the viscosity was constant, it was shown that the diameter of the nanofibers does not differ significantly.
  • the Examples with increased temperature conditions showed that the amount of solvent remaining in the nanofibers after electrospinning was significantly reduced compared to the Comparative Example spun at room temperature. This is due to the high solid content concentration during electrospinning, the amount of remaining solvent decreases as the amount of solids spun off and stacked on the collector increases, thereby increasing the winding speed and increasing the yield. .
  • the manufacturing method according to the embodiment was able to secure more efficient spinning and increased production compared to the comparative example, it was found that a high quality nanofibers can be obtained.
  • Polyvinylidene fluoride 20 having a weight average molecular weight (Mw) of 50,000 and a melting point of 160 ° C
  • the weight% was dissolved using 80% by weight of N-N-dimethylacetamide (DMAc) solvent to prepare a spinning solution having a concentration of 20% and a viscosity of 1000 cps, which was provided in the raw material tank. Thereafter, the spinning solution was moved from the raw material tank to the nozzle block, and the distance between the nozzle block and the collector was electrospun at 20 cm, an applied voltage of 15 kV, and a temperature of 50 ° C. Then, the concentration of the spinning solution in the raw material tank was changed to 25% in the process of being provided as a raw material tank, which was not spun and overflowed through the spinning process again as one of the storage tanks, and the viscosity was changed to 2000 cps.
  • DMAc N-N-dimethylacetamide
  • the temperature of the raw material tank was raised to 65 ° C. in order to lower the viscosity to 1000 cps by the sensor of the viscosity control system, followed by electrospinning to obtain a nano-membrane having a basis weight of 5 g / m 2.
  • the viscosity is increased, except that the temperature of the raw material tank is increased to 80 ° C. by the viscosity control system to maintain the viscosity at 1000 cps.
  • the viscosity control system was electrospun in the same process as in Example 3.
  • a weight average molecular weight (Mw) of 50,000, a polyvinylidene fluoride having a melting point of 160 ° C, 16% by weight, and 25% by weight of methyl ethyl ketone as a diluent were dissolved by using 59% by weight of a NN-dimethylacetamide (DMAc) solvent.
  • DMAc NN-dimethylacetamide
  • the concentration of the spinning solution in the raw material tank was changed to 20% while the solids that were not spun and overflowed through the spinning process were again provided as raw material tanks, and DMAc was added to maintain the concentration at 16%.
  • Example 3 Example 4
  • Example 5 Comparative Example 2 Concentration of spinning solution in raw material tank with overflowed solids 25% 30% 35% 10% Viscosity Schedule (1,000 cps) Schedule (1,000 cps) Schedule (1,000 cps) Schedule (1,000 cps) Nano membrane diameter (nm) 122 125 128 110 Winding speed (m / min) 25 30 35 10
  • the embodiment of the present invention simplifies the production process using the conventional diluent
  • Increasing the concentration of the spinning solution at the time can increase the productivity of the nano-membrane manufacturing, it can provide an effect of improving the quality of the prepared nano-membrane.
  • a polyurethane solution is prepared by dissolving a polyurethane having a weight average molecular weight of 157,000 in dimethylformamide (DMF).
  • the polyurethane solution was introduced into each of the main liquid spinning tanks, and the applied voltage was applied to the nozzle block including the on-off system designed to be separated into two parts in the CD direction and connected to the independent main tanks, respectively. It was electrospun on a substrate that was 3 g / m 2. On the electrospun collector, 1 m in one direction of the CD direction is 2 g / m 2 of polyurethane nanofibers, and 1 m in the other direction is 2 m of polyurethane nano fiber having a CD width of 5 g / m 2 of nanofibers.
  • Polyurethane nanomembrane was prepared. At this time, the bottom-up electrospinning was performed under conditions of 40 cm and a temperature of 22 ° C. between the electrode and the collector.
  • a polyurethane solution is prepared by dissolving a polyurethane having a weight average molecular weight of 157,000 in dimethylformamide (DMF).
  • the polyurethane solution was introduced into each of the main liquid spinning tanks, and an applied voltage of 20 kV was applied to a nozzle block including an on-off system designed to separate the nozzle block into three parts in one direction of the CD direction.
  • Electrospun on the phosphor substrate On the electrospun collector, 1m of the middle part of the CD direction is a polyurethane nanofiber having a basis weight of 5g / m 2, and the remaining 50cm is a polyurethane nanofiber having a basis weight of 2g / m 2 and a CD width of 2m.
  • Membranes were prepared.
  • the bottom-up electrospinning was performed under a condition of 40 cm at a temperature of 22 ° C. between the electrode and the collector.
  • a polyurethane solution is prepared by dissolving a polyurethane having a weight average molecular weight of 157,000 in dimethylformamide (DMF). Applying the polyurethane solution to the spinning liquid main tank and applying an applied voltage of 20 kV to a nozzle block including an on-off system designed to separate the nozzle block into 9 parts in one direction of the CD direction, the basis weight is 3g / m2 Electrospun onto the substrate. Polyurethane nanofibers having a CD width of 2 m having a basis weight of 2 g / m 2 and a basis weight of 5 g / m 2 in an alternating direction in the CD direction were formed on the electrospun cellulose substrate to form a polyurethane nano membrane. Prepared. At this time, the bottom-up electrospinning was performed under the condition that the distance between the electrode and the collector was 40 cm and the temperature was 22 ° C.
  • DMF dimethylformamide
  • a spinning solution having a concentration of 15% by weight was prepared by dissolving polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight (Mw) of 50,000 in dimethylacetamide (N, N-Dimethylacetamide, DMAc). Injecting the polyvinylidene fluoride solution into the spinning solution main tank and applying an applied voltage of 20kV to a nozzle block including an on-off system designed to separate the nozzle block in the MD direction, polyvinylidene fluorine having a basis weight of 3g / m2 Ride nanofibers were electrospun onto the collector.
  • Mw weight average molecular weight
  • the nanofiber cloth electrospun on the collector has a vertical width of 180 cm in the MD direction, alternatively 20 cm is the basis weight of the polyvinylidene fluoride nanofibers, 2 g / m2, 5 cm of the polyvinylidene fluoride nanofibers
  • Polyvinylidene fluoride nanofibers including a structure having a basis weight repeated at 7 g / m 2 were formed to prepare a polyvinylidene fluoride nanomembrane having a different basis weight of nanofibers in the MD direction.
  • the bottom-up electrospinning was performed under the condition that the distance between the electrode and the collector was 40 cm and the temperature was 22 ° C.
  • a spinning solution having a concentration of 15% by weight was prepared by dissolving polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight (Mw) of 50,000 in dimethylacetamide (N, N-Dimethylacetamide, DMAc). Injecting the polyvinylidene fluoride solution into the spinning solution main tank and applying an applied voltage of 20kV to a nozzle block including an on-off system designed to separate the nozzle block in the MD direction, polyvinylidene fluorine having a basis weight of 3g / m2 Ride nanofibers were electrospun onto the collector. The nanofibers electrospun on the collector have a vertical width of 180 cm with respect to the MD direction.
  • 20 cm has a basis weight of polyvinylidene fluoride nanofibers, and 5 cm of polyvinylidene fluoride nanofibers.
  • Polyvinylidene fluoride nanofibers including a structure having a basis weight repeated at 8 g / m 2 were formed to prepare a polyvinylidene fluoride nanomembrane having a different basis weight of nanofibers in the MD direction.
  • the bottom-up electrospinning was performed under the condition that the distance between the electrode and the collector was 40 cm and the temperature was 22 ° C.
  • a spinning solution having a concentration of 15% by weight was prepared by dissolving polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight (Mw) of 50,000 in dimethylacetamide (N, N-Dimethylacetamide, DMAc). Injecting the polyvinylidene fluoride solution into the spinning solution main tank and applying an applied voltage of 20kV to a nozzle block including an on-off system designed to separate the nozzle block in the MD direction, polyvinylidene fluorine having a basis weight of 3g / m2 Ride nanofibers were electrospun onto the collector. The nanofibers electrospun on the collector have a vertical width of 180 cm with respect to the MD direction.
  • 20 cm has a basis weight of polyvinylidene fluoride nanofibers of 3 g / m 2, and 5 cm of polyvinylidene fluoride nanofibers.
  • Polyvinylidene fluoride nanofibers including a structure having a basis weight repeated at 6 g / m 2 were formed to prepare a polyvinylidene fluoride nanomembrane having a different basis weight of nanofibers in the MD direction.
  • the bottom-up electrospinning was performed under the condition that the distance between the electrode and the collector was 40 cm and the temperature was 22 ° C.
  • Example 9 electrospinning was carried out under the same conditions except that the nylon solution was dissolved in a dimethylacetamide (DMAc) solvent instead of the polyvinylidene fluoride solution.
  • DMAc dimethylacetamide
  • Example 10 electrospinning was carried out under the same conditions except that the nylon was dissolved in a dimethylacetamide (DMAc) solvent instead of the polyvinylidene fluoride solution.
  • DMAc dimethylacetamide
  • Example 11 electrospinning was carried out under the same conditions except that the nylon was dissolved in a dimethylacetamide (DMAc) solvent instead of the polyvinylidene fluoride solution.
  • DMAc dimethylacetamide

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Abstract

본 발명은 온도조절 장치를 포함하는 전기방사장치, 이를 이용한 나노섬유 또는 나노 멤브레인의 제조방법과, 그 제조방법으로 제조된 나노섬유 또는 나노 멤브레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 전기방사 온도인 상온보다 고온인 온도에서 고농도의 폴리머를 포함하는 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 또는 나노 멤브레인을 제조하는 제조장치 및 제조방법, 그 제조방법으로 제조된 나노섬유 또는 멤브레인에 관한 것이다. 또한, 나노섬유화 되지 못한 방사용액을 재사용하는 오버플로우 시스템을 구비하고 전기방사되는 방사용액의 농도를 유지하는 대신 방사용액의 점도를 유지하는 온도조절 장치를 포함함으로써, 희석제를 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 온도조절 장치를 포함하는 전기방사장치, 이를 이용한 나노섬유 또는 나노 멤브레인의 제조방법과, 그 제조방법으로 제조된 나노섬유 또는 나노 멤브레인에 관한 것이다. 이에 더해, 전기방사장치의 유닛 내에 구비되는 기재 상의 MD방향 또는 CD방향으로 핀 형태의 노즐이 다수개 구비되는 노즐 관체를 배열설치하고, 각 노즐관체 및 노즐을 제어하여 기재의 MD방향 또는 CD방향으로 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절함으로써 기재 상에 적층형성되는 나노 멤브레인의 평량을 조절하는 온도조절 장치를 포함하는 전기방사장치, 이를 이용한 나노섬유 또는 나노 멤브레인의 제조방법과, 그 제조방법으로 제조된 나노섬유 또는 나노 멤브레인에 관한 관한 것이다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 24.07.2015]　온도조절 장치를 포함하는 전기방사장치, 이를 이용한 나노섬유 또는 나노 멤브레인의 제조방법과, 그 제조방법으로 제조된 나노섬유 또는 나노 멤브레인
본 발명은 온도조절 장치를 포함하는 전기방사장치, 이를 이용한 나노섬유 또는 나노 멤브레인의 제조방법과, 그 제조방법으로 제조된 나노섬유 또는 나노 멤브레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 전기방사 온도인 상온보다 고온인 온도에서 고농도의 폴리머를 포함하는 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 또는 나노 멤브레인을 제조하는 제조장치 및 제조방법, 그 제조방법으로 제조된 나노섬유 또는 멤브레인에 관한 것이다.
또한, 나노섬유화 되지 못한 방사용액을 재사용하는 오버플로우 시스템을 구
비하고 전기방사되는 방사용액의 농도를 유지하는 대신 방사용액의 점도를 유지하는 온도조절 장치를 포함함으로써, 희석제를 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 온도조절 장치를 포함하는 전기방사장치, 이를 이용한 나노섬유 또는 나노 멤브레인의 제조방법과, 그 제조방법으로 제조된 나노섬유 또는 나노 멤브레인에 관한 것이다.
이에 더해, 전기방사장치의 유닛 내에 구비되는 기재 상의 MD방향 또는 CD방향으로 핀 형태의 노즐이 다수개 구비되는 노즐 관체를 배열설치하고, 각 노즐관체 및 노즐을 제어하여 기재의 MD방향 또는 CD방향으로 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절함으로써 기재 상에 적층형성되는 나노 멤브레인의 평량을 조절하는 온도조절 장치를 포함하는 전기방사장치, 이를 이용한 나노섬유 또는 나노 멤브레인의 제조방법과, 그 제조방법으로 제조된 나노섬유 또는 나노 멤브레인에 관한 관한 것이다.
일반적으로, 나노섬유(Nano Fiber)란, 지름이 수십에서 수백 나노미터에 불과한 초극세사를 지칭하는 것으로서, 나노섬유로 구성된 부직포, 멤브레인 및 브레 이드 등의 제품은 생활용품, 농업용, 의류용 및 산업용 등으로 널리 사용된다.
뿐만 아니라, 인조 피혁, 인조 스웨이드, 생리대, 의복, 기저귀, 포장재, 잡화용 소재, 각종 필터 소재, 유전자 전달체의 의료용 소재 및 방탄 조끼 등 국방용 소재에 적용되는 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
상술한 바와 같은 나노섬유는 전기장에 의해 생산된다. 즉, 나노섬유는 원료인 고분자 물질에 고전압의 전기장을 걸어서 원료인 고분자 물질 내부에 전기적인반발력을 발생시키고, 이로 인해 분자들이 뭉쳐 나노 크기의 실 형태로 갈라짐으로써 나노섬유가 제조 및 생산된다.
이때, 전기장이 강할수록 원료인 고분자 물질이 가늘게 찢어지기 때문에 10 내지 1000nm의 가늘기를 갖는 나노섬유를 얻을 수 있다.
이러한 가늘기를 갖는 나노섬유를 제조 및 생산하기 위한 전기방사장치는
방사용액이 내부에 충진되는 방사용액 주탱크, 방사용액의 정량 공급을 위한 계량 펌프, 방사용액을 토출하기 위한 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐블록, 노즐 하단에 위치하여 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터 및 전압을 발생시키는 전압 발생장치 를 포함하여 구성된다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어지는 전기방사장치는 방사용액이 충진되는
방사용액 주탱크와 상기 방사용액 주탱크 내에 충진된 고분자 방사용액의 정량 공급을 위한 계량 펌프와 상기 방사용액 주탱크 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐 블록과 상기 노즐의 상단에 위치하여 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐에서 일정간격 이격되는 컬렉터 및 상기 컬렉터에 고전압을 발생시키는 전압 발생장치를 포함하는 유닛으로 구성된다.
이러한 전기방사장치를 통한 나노섬유의 제조방법은 방사용액이 충진되는 방사용액 주탱크 내의 방사용액이 계량 펌프를 통해 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐 내에 연속적으로 정량 공급되고, 노즐로 공급되는 방사용액은 높은 전압이 걸려있는 컬렉터상에 노즐을 통하여 방사, 집속되어 나노섬유 웹이 형성되되, 상기 전기방사장치의 유닛들로 이송되는 장척시트상에 나노섬유 웹을 형성하고, 상기 나노섬유가 적층형성되는 장척시트가 각 유닛을 통과하여 반복적으로 나노섬유가 적층된 후 라미네이팅, 엠보싱 또는 heat and pressing, 니들펀칭하여 부직포로 제조한다.
여기서, 전기방사장치는 컬렉터 상의 위치하는 방향에 따라 상향식 전기방사장치, 하향식 전기방사장치 및 수평식 전기방사장치로 나뉜다. 즉, 전기방사장치는 컬렉터가 노즐의 상단에 위치하는 구성으로 이루어지고, 균일하고 상대적으로 가는 나노섬유를 제조할 수 있는 상향식 전기방사장치, 컬렉터가 노즐의 하단에 위치하는 구성으로 이루어지고, 상대적으로 굵은 나노섬유를 제조할 수 있으며, 단위시간당 나노섬유의 생산량을 증대시킬 수 있는 하향식 전기방사장치 및 컬렉터와 노즐이 수평방향으로 배열되는 구성으로 이루어지는 수평식 전기방사장치로 나뉜다.
상향식 전기방사장치는 상향 노즐 블록의 노즐을 통하여 방사용액이 분사되고, 분사되는 방사용액이 지지체의 하부면에 적층되면서 나노섬유를 형성하는 구성 으로 이루어진다.
상술한 바와 같은 구성에 의하여 상기 상향식 전기방사장치의 어느 한 유닛내부에서 노즐을 통하여 방사용액을 분사하여 나노섬유 웹이 적층형성되는 장척시트는 다른 한 유닛 내부로 이송되고, 다른 한 유닛 내부로 이송되는 장척시트에 노즐을 통하여 방사용액을 분사하여 또 다시 나노섬유를 적층형성하는 등 상기한 공 정을 반복적으로 수행하면서 나노섬유 웹을 제조한다.
여기서, 노즐 블록의 노즐을 통하여 분사되는 방사용액은 고분자 폴리머 및용매를 포함하여 이루어진다.
이때, 전기방사장치 노즐 블록의 노즐을 통하여 방사용액의 방사 시 방사용액에 포함되는 고분자는 폴리머 장척시트 상에 적층형성되어 나노섬유를 형성하나, 방사 과정에서 노즐 끝으로 토출된 고분자 폴리머가 섬유화되지 못하고 노즐블록으로 떨어지는 경우가 발생한다. 통상의 전기방사에 있어서 노즐을 통하여 방사되었으나 섬유화되지 못하고 오버플로우되는 고분자 폴리머는 전체 전기방사되는 폴리머 고분자 중 70 내지 90중량%이며, 오버플로우 시스템을 통해 다시 저장탱크로 공급되고, 저장탱크로 부터 다시 노즐블록으로 전기방사를 위해 공급되는 구성을 가지는 바 오버플로우된 방사용액을 회수하여 나노섬유의 원료로 재사용이 가능하기때문에, 원료를 절약하게 되고 원료 사용료를 줄일 수 있어 나노섬유 제조비용을절감할 수 있다.
한편, 기존의 전기방사와 관련된 선행문헌들에는 전기방사를 위한 폴리머 용액의 농도를 고정시킨후 전기방사를 실시하였다. 그러나 폴러머 용액의 농도를 고정시키기 위해서는 농도고정을 위한 장치들과 기술적 공정들이 필요하며, 특히 섬유화되지 못하고 노즐블록으로 떨어지는 폴리머 용액을 재사용하는 오버플로우 시스템을 포함하는 전기방사의 경우 희석제등의 사용이 필요하고, 희석제를 추가함으로 인해 발생하는 생산속도의 저하, 폭발의 위험성 및 생산단가의 문제등이 발생한다.
또한, 용융방사가 아닌 전기방사의 특성상 기존 전기방사 기술을 사용하여 나노섬유를 제조하는 분야에서는 일정수준의 용매를 사용하여 농도를 유지하게 된다. 이 때 통상적으로 저농도의 폴리머 용액으로 전기방사를 수행하고, 전기방사시용매의 사용으로 인해 컬렉터에 집적되는 고형분의 상대적 감소로 생산성이 낮아 목표하는 생산량을 달성하는데 있어 많은 시간을 필요로 한다.
이에 더해, 저농도의 폴리머 용액의 사용으로 인해 발생하는 문제로 컬렉터에 집적되는 나노섬유층에 폴리머 고분자가 아닌 잔존 용매가 비교적 높은 수준으로 남아있어, 나노섬유의 품질이 떨어지는 문제가 발생한다.
이에 본발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 고농도의 폴리머를 포함하는 방사용액을 종래의 전기방사 온도보다 고온에서 전기방사함으로써, 우수한 품질의 나노섬유를 제조할 수 있는 나노섬유의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 오버플로우 시스템이 포함된 전기방사장치에 있어서 나노섬유화 되지 못하고 노즐블럭으로 떨어지는 폴리머 용액을 회수하여 전기방사로 재사용함은 물론, 온도 조절 시스템 및 점도 조절 시스템을 포함함으로써 나노섬유직경의 굵기가 기존 전기방사를 통한 나노섬유의 직경에 비해 커지지 않으면서도, 오버플로우 시스템을 통해 재사용되는 고농도의 폴리머 용액으로 인해 컬렉터에 집적되는 나노섬유의 생산성이 높고, 컬렉터에 집적되는 나노섬유층의 잔존 용매량 감소로 인해 우수한 품질의 나노섬유를 제조할 수 있는 전기방사 장치 및 나노섬유의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로한다.
이에 더해, 휘발성이 높고 끓는점이 낮은 희석제를 사용하지 않음으로써, 전기방사를 이용한 나노섬유 제조에 있어 쾌적한 작업환경을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 폴리머 용액을 저장하는 주저장 탱크, 폴리머 용액이 토출되는 노즐블록, 나노섬유를 집적하는 컬렉터, 상기 컬렉터와 노즐블록 사이에 고전압을 부여하는 전원장치 및 오버플로우 시스템을 포함하는 나노섬유 제조용 전기방사장치에 있어서, 방사되는 폴리머 용액의 점도를 일정하게 조절할 수 있는 온도조절 장치를 포함하는 전기방사장치 제공한다.
여기서, 상기 온도조절 장치는 오버플로우 시스템을 통해 회수되는 폴리머 용액의 점도를 일정하게 조절할 수 있는 가열장치, 냉각장치, 농도측정장치 및 주제어 장치를 포함하며, 상기 온도조절 장치는 수동식 또는 자동식인 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사 장치를 제공한다.
그리고, 상기 가열 장치는 전열히터, 온수순환장치 및 온풍순환장치로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 상기 냉각 장치는 칠링(Chilling) 장치이며, 상기 농도측정장치는 중간탱크에 설치되며, 접촉식 또는 비접촉식인 것을 특징으로 하고, 상기 온도조절 장치는 저장탱크, 노즐블록 또는 오버플로우 시스템 중 어느 하나 이상에 설치되는 것을 특징으로 하는 전기방사 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 폴리머 용액이 저장된 원료 탱크로부터 폴리머 용액이 노즐블록으로 공급되는 공급단계; 노즐블록에 공급된 폴리머 용액이 노즐을 통해 컬렉터에 전기방사하여 나노섬유층을 적층하는 전기방사단계; 상기 전기방사단계에서 나노섬유화 되지 못한 폴리머 용액을 오버플로우 시스템을 통해 재생탱크로 수거 및 수집하는 회수단계; 재생탱크와 원료 탱크로부터 중간탱크로 폴리머 용액이 유입되는 저장단계; 및 중간탱크로부터 폴리머 용액이 노즐블록으로 재공급되는 재공급단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 방사되는 폴리머 용액의 농도는 20 내지 40%이며, 점도는 1,000 cps 내지 3,000 cps로 일정하게 조절되고, 상기 폴리머 용액의 농도를 조절하기 위해 희석제를 공급하는 공정을 포함하지 않으며, 상기 노즐블록에 공급된 폴리머 용액이 노즐을 통해 50 내지 100℃의 온도에서 컬렉터에 전기방사하여 나노섬유층을 적층하는 것을 특징으로 하는 나노섬유의 제조방법을 제공한다.
이에 더해, 본 발명은 나노섬유 제조방법에 의해 제조된 용매의 잔존량이 100ppm 이하인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 전기방사를 이용한 나노 멤브레인 제조방법에 있어서, 폴리머 함량이 20 내지 40중량%인 방사용액이 저장된 중간 탱크로부터 방사용액이 노즐블록으로 공급되는 공급단계; 및 노즐블록에 공급된 방사용액이 노즐을 통해 50 내지 100℃의 온도에서 컬렉터에 전기방사하여 나노 멤브레인을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 방사용액의 농도를 조절하기 위해 희석제를 공급하는 공정을 포함하지않는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 전기방사단계 후, 상기 전기방사단계에서 나노섬유화 되지 못한 방사용액을 오버플로우 시스템을 통해 재생탱크로 수거 및 수집하는 회수단계; 재생탱크와 원료탱크로부터 중간탱크로 방사용액이 유입되는 저장단계; 중간탱크로부터 방사용액이 노즐블록으로 재공급되는 재공급단계; 및 노즐블록에 재공급된 방사용액이 노즐을 통해 컬렉터에 전기방사하여 나노 멤브레인층을 적층하는 전기방사단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 멤브 레인의 제조방법을 제공한다.
여기서 상기 노즐블록에 방사용액의 점도를 일정하게 조절하기 위한 온도조절 장치가 설치되며, 상기 온도조절 장치는 오버플로우 시스템을 통해 회수되는 방사용액의 점도를 일정하게 조절할 수 있는 가열장치 및 냉각장치를 포함하며, 상기 가열장치는 전열히터, 온수순환장치 및 온풍순환장치로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 냉각장치는 칠링(Chilling) 장치인 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 나노 멤브레인을 제조하기 위한 전기방사장치에 있어서, 유닛 내에 설치되되, 핀 형태의 노즐이 다수개 구비되는 노즐관체가 컬렉터의 횡방향에 다수개로 배열설치되는 노즐블록; 고분자 방사용액이 충진되되, 상기 노즐블록의 노즐관체에 연결되어 고분자방사용액을 공급하는 방사용액 주탱크; 상기 각 노즐관체의 노즐에서 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여상기 노즐에서 일정간격 이격되는 컬렉터; 및 상기 컬렉터에 전압을 발생시키는 전압 발생장치; 를 포함하여 구성되고, 상기 각 노즐관체는 방사용액 주탱크에 용액공급관으로 연결되되, 상기 용액공급관에 공급량 조절수단이 구비되어 방사용액 주탱크에서 노즐관체로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량이 조절 및 제어되고, 상기 각 노즐은 노즐관체의 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되되, 상기 노즐공급관에 방사량 조절수단이 구비되어 노즐관체에서 노즐로 공급된 후 방사되는 고분자 방사용액의방사량이 조절 및 제어되어 컬렉터 상에 고분자 방사용액을 전기방사 시 컬렉터의횡방향 동일 평면상에 평량이 상이한 나노 멤브레인을 적층형성시키는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인 전기방사장치를 제공한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 나노 멤브레인을 제조하기 위한 전기방사장치에 있어서, 유닛 내에 설치되되, 핀 형태의 노즐이 다수개 구비되는 노즐관체가 기재의길이방향에 다수개로 배열설치되는 노즐블록; 고분자 방사용액이 충진되되, 상기 노즐블록의 노즐관체에 연결되어 고분자방사용액을 공급하는 방사용액 주탱크; 상기 각 노즐관체의 노즐에서 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여상기 노즐에서 일정간격 이격되는 컬렉터; 상기 컬렉터에 전압을 발생시키는 전압 발생장치; 및 상기 기재를 이송시키기 위한 보조 이송장치; 를 포함하여 구성되고, 상기 각 노즐관체는 방사용액 주탱크에 용액공급관으로 연결되되, 상기 용액공급관에 공급량 조절수단이 구비되어 방사용액 주탱크에서 노즐관체로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량이 조절 및 제어되고, 상기 각 노즐은 노즐관체의 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되되, 상기 노즐공급관에 방사량 조절수단이 구비되어 노즐관체에서 노즐로 공급된 후 방사되는 고분자 방사용액의방사량이 조절 및 제어되어 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사 시 기재의 길이 방향 동일 평면상에 평량이 상이한 나노 멤브레인을 적층형성시키는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인 전기방사장치를 제공한다.
여기서, 상기 용액공급관에 구비되는 공급량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 공급밸브로 이루어지되, 상기 공급밸브의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크에 용액공급관으로 연결되는 각 노즐관체 중 특정 노즐관체에만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하도록 이루어지며, 상기 노즐공급관에 구비되는 방사량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 노즐밸브로 이루어지되, 상기 노즐밸브의 개, 폐에 의해 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되는 각 노즐 중 특정 노즐에서만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하여 전기방사하도록 이루어지고, 상기 용액공급관의 공급량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 공급밸브로 이루어지되, 상기 공급밸브의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크에 용액공급관으로 연결되는 각 노즐관체 중 특정 노즐관체에만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하고, 상기 노즐공급관의 방사량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 노즐밸브로 이루어지되, 상기 노즐밸브의 개, 폐에 의해 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되는 각 노즐 중 특정 노즐에서만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하여 전기방사하도록 이루어지며, 상기 공급밸브 및 노즐밸브의 개, 폐를 개별 또는 동시에 제어하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인 전기방사장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상향식 전기방사를 이용한 나노 멤브레인의 제조방법에 있어서, 상향식 전기방사 장치유닛내에 복수의 노즐관체를 포함한 상향식 전기방사 장치로 제조되는 CD 방향 또는 MD 방향으로 나노섬유의 평량이 상이한 나노 멤브레인의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 나노섬유의 평량은 복수의 노즐관체를 on-off 시스템으로 조작하며, 상기 on-off 시스템은 나노섬유가 집적되는 CD 방향 또는 MD 방향 중 일방향으로 평량의 구배가 증가하게 설계되고, 상기 on-off 시스템은 나노섬유가 집적되는 CD 방향 또는 MD 방향중 양방향으로 평량의 구배가 증가 또는 감소하게 설계되며, 상기 on-off 시스템은 나노섬유가 집적되는 CD 방향 또는 MD 방향으로 교호적으로 평량이 상이하게 설계되고, 상기 평량은 1 내지 12g/㎡의 범위에서 CD 방향 또는 MD 방향으로 상이한 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인의 제조방법을 제공하며, 또한, 상기의 제조방법 중 어느 하나에 의해 제조된 나노 멤브레인을 제공한다.
본 발명은 온도조절장치 및 점도조절시스템을 포함한 나노섬유 제조용 전기방사장치 및 나노섬유 제조방법을 제공함으로써, 기존의 희석제를 사용하던 생산공정을 간소화하고 희석제의 폭발의 위험성을 줄이며, 나노섬유의 직경은 일정하게 유지함과 동시에 폴리머 용액 농도를 증가시켜 나노섬유 제조의 생산성을 높일 수 있고, 제조된 나노섬유의 잔존 용매량을 낮추어 나노섬유의 품질을 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 의한 오버플로우 시스템과 온도조절 장치 및 점도 조절 시스템을 구비한 나노 섬유 제조방법에 관한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 온도조절장치를 구비한 전기방사장치에 있어서, 코일형태의 열선을 장착한 관체를 도시한 정단면도,
도 4는 상기 도 3의 A-A'선 측단면도,
도 5는 본 발명에 따른 온도조절장치를 구비한 전기방사장치에 있어서, 선형형태의 열선을 장착한 관체를 도시한 정단면도,
도 6은 상기 도 5의 B-B'선 측단면도,
도 7은 본 발명에 따른 온도조절장치를 구비한 전기방사장치에 있어서, U자형태의 파이프를 장착한 관체를 도시한 정단면도,
도 8은 상기 도 7의 C-C'선 측단면도,
도 9 및 도 10은 폴리우레탄과 폴리비닐리덴 플루오라이드의 온도별 점도값을 나타낸 그래프,
도 11은 도 1은 나노 멤브레인 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 측면도,
도 13 및 도 13는 본 발명에 의한 전기방사장치의 노즐블록에 배열설치되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 평면도,
도 14 및 도 15는 본 발명에 의한 전기방사장치의 노즐블록에 배열되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 측면도,
도 16는 본 발명에 의한 전기방사장치의 노즐블록에 배열설치되는 노즐관체를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 17 내지 도 20는 본 발명에 의한 나노 멤브레인 전기방사장치의 각 노즐관체의 노즐을 통하여 고분자 방사용액이 기재의 동일 평면 상에 전기방사되는 동작과정(도 17 및 도 18에서 파선으로 표시된 노즐이 폐쇄된 노즐을 나타내고, 도 19 및 도 20에서 파선으로 표시된 노즐은 기재 하부에 위치하는 것을 나타냄)을 개략적으로 나타내는 평면도,
도 21 내지 도 23는 본 발명에 의해 제조된 CD 방향으로 평량이 나노 멤브레인 의 평면도,
도 24 내지 도 25는 본발명에 의해 제조되는 MD방항으로 평량이 상이한 나노 멤브레인의 평면도.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
1. 오버플로우 시스템이 구비된 전기방사방법
본 발명에 의한 나노섬유 제조방법은 전기방사장치(1) 노즐블럭(110)에서 방사되었으나 나노섬유화되지 못한 방사용액을 재사용하는 오버플로우 시스템(200)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 전기방사장치(1)는 케이스(102), 노즐블록(110), 컬렉터(150),전원장치(160)와 보조 벨트장치(170)와 이들을 내부에 수용하는 유닛(100, 100')과, 주저장탱크(210), 제2 이송배관(216), 제2 이송제어장치(218)와 재생탱크(230) 와 이들로 이루어진 오버플로우 시스템(200)으로 구성되어 있다.
이때 상기 케이스(102)는 도전체로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 케이스(102)가 절연체로 이루어지거나, 상기 케이스(102)가 도전체 및 절연체가 혼용되 어 적용되는 것도 가능하고, 기타 다양한 재질로 이루어지는 것도 가능하다.
노즐블록(110)의 노즐(42)은 상향식과 하향식 그리고 수평식이 모두 가능하며, 특히 오버플로우 시스템(200)이 적용된 전기방사 장치에 있어서는 상향식 전기방사가 바람직하다. 노즐(42)은 상향식, 하향식 또는 수평식으로 다수개 배열설치되며, 주저장탱크(210) 또는 재생탱크(230)로부터 방사용액을 공급받는다. 이하 상향식 전기방사를 기본으로 발명을 설명하며, 하기 상향식 방사는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈 하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
상향식 전기방사의 노즐(42)의 선단부는 원통을 해당원통의 축과 비스듬히교차하는 평면을 따라서 절단한 형상으로 이루어지는 것이 바람직하나, 노즐블 록(110) 일부분의 노즐(42) 선단부가 나팔관 모양의 형상을 가지는 것도 가능하다.
컬렉터(150)는 노즐블록(110) 보다 위쪽에 배치되어 있으며, 도전체로 이루어지고, 절연부재(152)를 통하여 케이스(102)에 취부되어 있다. 이때 상기 케이스(102)가 절연체로 이루어지거나, 케이스(102)의 상부는 절연체로, 하부는 도전체로 혼용되어 적용되는 경우에는 절연부재(152)를 삭제하는 것도 가능하다.
전원장치(160)는 노즐블록(110)에 상향식으로 다수개 배열설치된 노즐(42)과 컬렉터(150)와의 사이에 고전압을 인가한다. 전원장치(160)의 정극은 컬렉터(150) 에 접속되고, 전원장치(160)의 부극은 케이스(102)를 통하여 노즐블록(110)에 접속되어 있다.
상기 노즐블록(110)의 방사용액을 토출구로부터 상향의 컬렉터(150)를 향하여 나노섬유를 토출하는 노즐(42)을 통해 제작된 나노섬유는 장척시트에 퇴적되어균일한 두께를 유지하면서 이동한다.
이때, 전기방사 나노섬유는 전기방사가 가능한 합성수지 재질을 방사하여 제조된 평균직경이 50~1000nm의 섬유로, 상기 전기방사가 가능한 합성수지 재질은 별도로 제한받지 아니하나, 예를 들면 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루라이드, 나일론, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄(PUR), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리올레핀, 폴리유산(PLA), 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리유산글리롤산(PLGA), 실크, 셀룰로오스, 키토산 등이 있으며, 그 중 폴리프로필렌(PP)재질의소재와 내열성 고분자 물질인 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리 비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]과 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등의 폴 리머로 이루어진 군이 상용적으로 널리 사용되고 있다.
또한, 상기 유닛(100, 100') 내에서 노즐(42)을 통하여 공급되는 방사용액은상기 전기방사가 가능한 합성수지 재질인 폴리머를 적당한 용매에 용해시킨 용액으로, 용매의 종류 또한 폴리머를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않으며, 예를든다면 페놀, 포름산, 황산, m-크레솔, 티플루오르아세트앤하이드라이드/다이클로로메테인, 물, N-메틸모폴린 N-옥시드, 클로로폼, 테트라히드로푸란과 지방족 케톤군인 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 지방족 수산기 군인 m-부틸알콜, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜, 메틸알콜, 에탄올, 지방족 화합물인 헥산, 테트라클로로에틸렌, 아세톤, 글리콜군으로서 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 할로겐 화합물군으로 트리크롤로에틸렌, 다이클로로메테인, 방향족 화합물 군인 톨루엔, 자일렌, 지방족 고리 화합물군으로서 사이클로헥사논, 시클로헥산과 에스테르군으로 n-부틸초산염, 초산에틸, 지방족에테르군으로 부틸셀로살브, 아세트산2-에톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 아미드로 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등을 사용할 수 있으며, 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용할 수 있다. 방사용액에는 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유하여도 좋다.
한편, 상기 컬렉터(150)의 외측에는 보조 벨트장치가 구비되며, 상기 보조벨트장치(170)는 장척시트의 이송속도에 동기하여 회전하는 보조벨트(172)와, 보조벨트(172)의 회전을 돕는 보조벨트용 롤러(174)와 보조벨트(172)의 구동을 위한 보조 벨트 구동장치로 구성된다.
이때, 보조벨트용 롤러(174)는 보조벨트 구동장치에 의하여 보조벨트(172)를 회전시키는 것이 바람직하나, 마찰계수가 낮은 롤러를 사용하여 별도의 구동장치가 없이 장척시트의 이송을 보조하는 것도 가능하다.
주저장 탱크(210)는 나노섬유의 원료가 되는 방사용액을 저장한다. 주저장탱크(210)내에는 방사용액의 분리나 응고를 방지하기 위한 교반장치(211)를 내부에 구비한다.
제2 이송배관(216)은 상기 주저장 탱크(210) 또는 재생탱크(230)에 접속된파이프와 밸브(233)로 구성되어 있고, 상기 주저장 탱크(210) 또는 재생탱크(230) 로부터 중간탱크(220)에 방사용액을 이송한다.
제2 이송제어장치(218)는 상기 제2 이송배관(216)의 밸브(212, 213, 214)를 제어함으로써, 제2 이송배관(216)의 이송동작을 제어한다. 밸브(212, 213, 214)는 주저장 탱크(210)로부터 중간탱크(220)로의 방사용액의 이송을 제어하며, 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)로의 방사용액의 이송을 제어하고, 주저장 탱크(210) 및 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)에 유입하는 방사용액의 양을 제어한다.
상기와 같은 제어방법은 후술하는 중간탱크(220)의 구비된 제2 센서(222)로계측된 방사용액의 액면높이에 따라서 제어된다.
중간탱크(220)는 주저장 탱크(210) 또는 재생탱크(230)로부터 공급된 방사용액을 저장하고, 노즐블록(110)으로 상기 방사용액을 공급하며, 공급된 방사용액의 액면높이를 측정하는 제2 센서(222)를 구비하고 있다.
상기 제2 센서(222)는, 액면높이 측정이 가능한 센서면 가능하고, 예를 들면광센서 혹은 적외선 센서 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 중간탱크(220)의 하부에는 노즐블록(110)으로 방사용액을 공급하는 공급배관(24)과 공급제어밸브(242)가 구비되어 있는데, 상기 공급제어밸브(242)는 상기 공급배관(240)의 공급동작을 제어한다.
재생탱크(230)는 오버플로우되어 회수된 방사용액을 저장하고 방사용액의 분리나 응고를 방지하기 위한 교반장치(231)를 내부에 갖고, 회수된 방사용액의 액면 높이를 측정하는 제1 센서(232)를 구비하고 있다.
상기 제1 센서(232)는, 액면높이 측정이 가능한 센서면 가능하고, 예를 들면광센서 혹은 적외선 센서 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 노즐블록(110)에서 오버플로우된 방사용액은 노즐블록(110) 하부에 구비된 방사용액 회수 경로(250)를 통하여 회수된다. 상기 방사용액 회수 경로(250) 는 제1 이송배관(251)을 통해 재생탱크(230)로 방사용액을 회수한다.
한편, 제1 이송배관(251)은 상기 재생탱크(230)에 접속되는 파이프와 펌프를 구비하고, 상기 펌프의 동력으로 방사용액을 방사용액 회수경로(250)로부터 재생탱크(230)로 이송한다.
이때, 재생탱크(230)는 적어도 하나 이상인 것이 바람직하며, 2개 이상인 경우에는 상기 제1 센서(232)와 밸브(233)가 복수개로 구비되는 것도 가능하다.
이어서, 재생탱크(230)가 2개 이상인 경우, 재생탱크(230) 상부에 위치한 밸브(233)도 복수로 구비됨에 따라 제1 이송제어장치(미도시)는 상기 재생탱크(230)에 구비된 상기 제1 센서(232)의 액면높이에 따라서 상부에 위치한 2개 이상의 밸브를 제어하여 방사용액을 복수의 재생탱크(230) 중 어느 하나의 재생탱크(230)로이송할지에 대하여 제어한다.
2. 폴리머 용액(고분자)의 온도조절 시스템
전기방사를 위해 폴리머 용액을 사용한다. 일반적으로 기존의 발명들은 폴리머 용액의 농도를 일정하게 유지하기 위해 희석제, 농도 조절 장치들을 구비한다. 이러한 희석제로는 MEK(methyl ether ketone), THF(tetra hydro furan), Alcohol등이 사용된다. 노즐블록(110)을 통해 전기방사되어 컬렉터(150)에 집적되는 폴리머 용액이외에 오버플로우 시스템(200)을 통해 회수되는 폴리머 용액의 농도는 주저장 탱크(210)로부터 최초에 공급되는 폴리머 용액의 농도보다 높은 농도를 가지게 되는데, 기존 전기방사시에는 이러한 폴리머 용액의 농도를 일정수준으로 유지하기 위하여 희석제를 첨가하였다. 또한 희석제로 사용되는 MEK 또는 THF 등은 끓는점(b.p)이 낮아(약 60℃) 전기방사시에 용매인 DMAc 단독으로 사용하는 경우보다 비산성이 좋아 나노섬유형성이 용이하다.
그러나 본원발명은 농도를 일정하게 유지하는 대신, 재사용되는 고농도의 폴리머 용액을 오버플로우 후에 다시 사용하되 폴리머 용액의 점도를 온도조절 제어장치(60)를 이용하여 일정하게 조절함으로써 전기방사의 효율을 높이는 수단을 제공하며 희석제의 사용이 없이도 높은 점도를 조절하기 위한 높은 온도조건에서 비산성이 우수하여 폴리머 용액의 나노섬유형성을 용히하게 할수 있다.
점도란 흐르는 액체 내에서 용질과 용매의 비뚤어짐 응력과 비뚤어짐 속도의비율을 의미한다. 일반적으로 절단면적당 점탄율로 표시하며 단위는 dynscm-2gcm-1s-1또는 푸아즈(poise, P)이다. 점도는 온도 상승에 반비례하여 저하된다. 용해액의 점도가 용매의 점도보다 높은 것은 용질에 따라 액체의 흐름에 비뚤어짐이 생기며 그 양만큼 액체의 유속이 저하되기 때문이다.
용액의 점도를 각종 용액농도로 측정하여 그것을 농도 0에 외삽한 값, 고유점도(η)와 물질의 분자량M의 관계는 (η)=KMa로 표시할 수 있다. 이때의 K, a는용질또는 용매의 종류, 온도에 의존하는 정수이다. 따라서, 점도값은 온도에 영향을 받으며 그 변화정도는 유체의 종류에 따라 다르다. 따라서, 점도를 이야기할 때 에는 온도 및 점도의 값을 명시해야 한다.
전기방사장치(1)로 나노섬유를 제조할 때에, 사용되는 고분자와 용매(Solvent)의 종류, 고분자 용액의 농도, 방사실(Spinningroom)의 온도 및 습도 등이 제조되는 나노섬유의 섬유직경과 방사성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 즉, 전기방사에서 방사되는 고분자(폴리머 용액)의 물성이 중요하다. 통상적으로 전기방사시에 고분자의 점도는 일정 점도이하를 유지하는 것이 필요한 것으로 여겨져 왔다. 이는 점도가 높을수록 노즐(42)을 통해 나노 굵기의 섬유의 방사가원활이 이루어지지 않는 특성에서 기인하며 점도가 높으면 전기방사를 통해 섬유화 하기에 부적당하다.
본원발명은 상기에서 설명한 바와 같이 전기방사에 적합한 섬유점도를 유지하기 위하여 온도조절 제어장치(60)로 점도를 조절하기 위한 온도조절 제어장치(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 온도조절 제어장치(60)로는 오버플로우를 통해 재사용되는 높은 점도의폴리머 용액의 점도를 낮게 유지할 수 있는 가열장치와 상대적으로 낮은 점도의 폴리머 용액의 점도를 높게 유지할 수 있는 냉각장치 모두 또는 어느 하나를 구비할수 있다.
전기방사 영역에서의 온도에 있어서, 전기방사가 일어나는 영역(이하, '방사영역'이라 한다)의 온도는 방사용액의 점도를 변화시킴으로써 방사 용액의 표면장력을 변화시키므로, 결국 방사된 나노섬유의 직경에 영향을 미치게 된다.
즉, 방사영역의 온도가 상대적으로 높아서 용액의 점도가 낮으면 섬유직경이상대적으로 가는 나노섬유가 만들어지고, 온도가 상대적으로 낮아서 용액의 점도가 높으면 섬유직경이 상대적으로 굵은 나노섬유가 만들어진다.
특히 폴리머 용액의 경우 오버플로우를 통해 재공급되는 폴리머 용액의 농도가 증가하는 경향을 보이는데 중간탱크(220)에서 폴리머 용액의 농도를 측정함으로써 해당농도에 따른 온도-점도 그래프를 이용하여 온도를 조절함으로써 점도를 일 정하게 유지할 수 있다(도 9 참고).
농도를 측정하기 위한 농도측정장치는 용액에 직접 접촉하는 접촉식과 비접촉식이 있으며, 접촉식으로는 캐필리러식 농도측정장치, 디스크(DISC)식 농도측정장치 등이 사용될 수 있으며, 비접촉식으로는 자외선을 이용한 농도측정장치 또는 적외석을 이용한 농도측정장치 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 가열장치는 전열히터, 온수순환장치 또는 온풍 순환 장치등으로이루어 질 수 있으며, 이외에 상기 장치들과 균등한 범위에서 온도를 높일수 있는장치들을 차용할 수 있다.
가열장치의 일예로 전열히터는 열선형태로 사용될 수 있으며, 노즐블록(110)의 관체(43)내부에 코일형태의 열선(62a, 62b)을 장착할 수 있으며, 이는 자킷형태 로도 변형가능하다(도 3 내지 도 8 참고).
또한, 선형형태의 열선(62a, 62b) 및 U자 형태의 파이프(63)의 구성을 지닌것도 가능하다.
상기와 같은 가열장치는 폴리머 용액이 방사되는 노즐블록(110), 폴리머 용액이 저장되는 탱크(주저장 탱크, 중간탱크 또는 재생탱크) 및 오버플로우 시스템(200 : 특히 회수부로부터 재생탱크로 이송되는 이송배관)중 어느 하나 이상에 구비될 수 있다.
본 발명의 냉각장치는 칠링장치를 포함한 냉각수단등이 사용될 수 있으며, 폴리머 용액의 일정점도를 유지하기 위한 수단은 통상적으로 적용이 가능하다. 냉각장치는 가열장치와 동일하게 노즐블록(110), 탱크 및 오버플로우 시스템(200) 중어느 하나 이상에 구비될 수 있으며, 폴리머 용액의 일정점도를 유지하기 위해 사용된다.
또한, 본 발명의 온도조절 제어장치(60)는 농도를 측정하는 센서와 이에 따라 온도를 제어하는 온도조절 제어부(미도시)를 포함한다.
상기 센서는 주저장 탱크(210), 중간탱크(220), 재생탱크(230), 노즐블록(110) 또는 오버플로우 시스템(200) 등에 설치되어 방사용액의 농도를 실시간으로 측정하여 이를 온도조절 제어장치(60)에서 점도가 일정하게 유지되도록 가열장치 및/또는 냉각장치를 작동한다.
본 발명의 오버플로우 시스템(200)을 통해 재공급 되는 폴리머 용액의 농도는 20 내지 40%이며, 이는 통상적인 전기방사에서 사용되는 폴리머 용액의 농도인10 내지 18%에 비해 고농도의 용액이다.
또한, 본 발명의 재공급 되는 폴리머 용액의 점도를 일정하게 하기 위해, 폴리머 용액의 농도에 따른 폴리머 용액의 온도는 상온이 아닌, 45 내지 120 ℃로 조 절되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 폴리머 용액은 점도는 1,000 내지 5,000 cps가 바람직하며,더욱 바람직하게는 1,000 내지 3,000 cps 의 점도가 좋다. 점도가 1,000 cps 이하일 경우 전기방사되어 적층되는 나노섬유의 품질이 불량하며, 점도가 3,000 cps 이상일 경우 전기방사시 노즐(42)로부터 폴리머 용액의 토출이 용이하게 되지 않아 생산속도가 느려진다.
또한, 본원발명은 전기방사를 진행할수록 폴리머용액의 점도는 일정하여 전기방사시의 방사용이성이 우수함과 동시에 폴리머용액의 농도가 증가하여 콜렉터에집적되는 나노섬유 중 용매를 제외한 고형분 양의 증가로 생산성이 증대되는 효과가 있다.
이에 더해, 전기방사를 이용한 나노섬유의 잔존 용매량이 기존의 전기방사를이용한 경우 보다 적어 우수한 품질의 나노섬유를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 온도조절 제어장치(60)는 오프라인 상으로 작업자가 중간탱크(220)의 농도를 측정하여 노즐블록(110)이나 주저장탱크(210)의 온도조절을 통해폴리머 용액의 점도를 제어할 수 있는 수동식이 가능함과 동시에, 온라인상으로 자동제어 시스템을 통해 농도측정에 따라 해당 용액의 온도를 조절할 수 있는 자동식인 것을 포함한다.
이하에서는 온도조절 제어장치(60)를 구비하여 점도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 전기방사전기방사를 이용한 나노섬유 제조방법에 대해 설명한다.
그러나 하기 제조방법은 본 발명의 일 제조방법에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이 에 한정되는 것은 아니다.
나노섬유 제조방법은 폴리머 용액이 저장된 주저장 탱크(210)로부터 폴리머용액이 노즐블록(110)으로 공급되는 공급단계를 포함한다. 이때 주저장 탱크(210)에 유입되는 폴리머 용액의 종류는 상기에서 설명한 폴리머 용액이 다양하게 사용될 수 있다.
주저장 탱크(210)로부터 노즐블록(110)으로 공급된 폴리머 용액은 노즐(42)을 통해 컬렉터(150)에 전기방사되어 나노섬유층을 적층하는 전기방사단계를 포함한다. 전기방사단계에서는 노즐블록(110)과 컬렉터(150) 간의 거리를 평균적으로 20 내지 50 cm로 조절하고, 인가전압을 10 내지 40kV로 조절하고, 폴리머 용액의유량, 온도 및 습도는 전기방사에 있어서 통상의 범위로 설정할 수 있다.
전기방사단계에서 노즐블록(110)에서 전기방사되는 폴리머 용액의 30 내지10%만이 나노섬유화 되며 나머지 70 내지 90%의 폴러머 용액은 나노섬유화 되지 못한다. 이렇게 나노섬유화 되지 못한 폴리머 용액은 오버플로우 시스템(200)을 통해 재생탱크(230)로 수거 및 수집되는 회수단계를 거친다.
이후 재생탱크(230)에 저장된 폴리머 용액은 바로 노즐블록(110)으로 재공급 될 수 있으며, 이에 더해 주저장 탱크(210)로부터 재생탱크(230)로 폴리머 용액이 유입되어 재생탱크(230)에 저장되는 저장단계를 거쳐 노즐블록(110)으로 재공급될수 있다.
이후 재생탱크(230)로부터 폴리머 용액이 노즐블록(110)으로 재공급되는 재공급단계를 거치게 되며 이때 폴리머 용액의 점도를 일정하게 조절하기 위해 노즐블록(110)에 온도조절 제어장치(60)가 설치된다. 또한, 온도조절 제어장치(60)는, 노즐블록(110) 뿐만 아니라 오버플로우 시스템(200)과, 재생탱크(230) 또는 주저장탱크(210) 어느 하나에 설치 될 수 있다.
3. 폴리머 용액(고분자)의 방사량 조절 방법.
도 11을 참조하여 설명하면, 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 전기방사장치(100)는 상향식 전기방사장치로 이루어지되, 적어도 하나 이상의유닛(110, 110')으로 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 전기방사장치(100)가 상향식 전기방사장치로 이루어져 있으나, 하향식 전기방사장치로 이루어지는 것도 가능하다.
여기서, 상기 유닛(110, 110')은 고분자 방사용액이 충진되는 방사용액 주탱크(120)와 상기 방사용액 주탱크(120) 내에 충진된 고분자 방사용액을 정량으로 공급하기 위한 계량 펌프(미도시)와 상기 방사용액 주탱크(120) 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(111a)이 다수개로 구비되는 노즐관체(112)가 컬렉터의 횡방향으로 다수개 배열설치되는 노즐블록(111)과 상기 노즐(111a)에서 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(111a)에서 일정간격 이격격되게 설치되는 컬렉터(113) 및 상기 컬렉터(113)에 고전압을 발생시키는전압 발생장치(114)를 포함하여 구성된다.
상기한 바와 같은, 나노 멤브레인 전기방사장치(1)는 방사용액 주탱크(120)내에 충진되는 고분자 방사용액이 계량 펌프를 통해 높은 전압이 부여되는 노즐블록(111)으로 연속적으로 정량 공급되고, 노즐블록(111)으로 공급되는 고분자 방사용액은 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(113) 상에 노즐(111a)을통하여 전기방사장치 내에서 이송되는 컬렉터 상에 방사 및 집속되어 나노 멤브레인이 적층형성된다.
이때, 상기 나노 멤브레인 전기방사장치(1)에 구비되는 적어도 하나 이상의유닛(110, 110')은 일정간격 이격되어 순차적으로 구비되되, 각 유닛(110, 110')을 통하여 고분자 방사용액이 전기방사되어 나노 멤브레인을 제조한다.
한편, 상기 전기방사장치(100)의 노즐블록(111)은 그 횡방향으로 다수개의노즐관체(112)가 배열설치되고, 상기 노즐관체(112)에 고분자 방사용액을 공급하는방사용액 주탱크(120)가 적어도 하나 이상 연결구비된다.
즉, 직육면체형상으로 형성되되, 그 상부면에 다수개의 노즐(111a)이 선형으로 구비되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)가노즐블록(111)에 컬렉터의 횡방향으로 다수개 배열설치되고, 상기 각 노즐관체(112a,112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)는 방사용액 주탱크(120)에 연결되어 상기 방사용액 주탱크(120) 내에 충진된 고분자 방사용액이 공 급된다.
여기서, 상기 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g,112h, 112i)는 방사용액 주탱크(120)에 용액공급관(121)으로 연결되되, 상기 용액공급관(121)은 다수개의 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)와 방사용액 주탱크(120)를 연결하기 위하여 다수개로 분기형성된다.
이때, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 연설되는 용액공급관(121)에는 공급량 조절수단(도번 미도시)이 구비되되, 상기 공급량 조절수단은 공급밸브(122)로 이루어진다.
이렇게 상기 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c,112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 연설되는 용액공급관(121)에 공급밸브(122)가 각각 구비되고, 상기 각 공급밸브(122)에 의하여 방사용액 주탱크(120) 에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급 되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어된다.
즉, 상기 용액공급관(121)을 통하여 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액의공급 시 상기 방사용액 주탱크(120)와 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 연설하는 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122)의개, 폐에 의해 노즐블록(111)에 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 특정위치의 노즐관체(112b, 112d, 112f, 112g, 112h, 112i)에만 선택적으로 고분자 방사용액을 공급하는 등 상기 공급밸브(122)의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어된다.
이를 위하여 상기 공급밸브(122)는 제어부(미도시)에 제어가능하게 연결되되, 상기 공급밸브(122)의 개, 폐가 제어부에 의해 자동으로 제어되는 것이 바람직하나, 현장상황 및 작업자의 요구에 따라 상기 공급밸브(122)의 개, 폐가 수동으로제어되도록 이루어지는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 공급량 조절수단이 공급밸브(122)로 이루어져 있으나, 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량의 조절 및 제어가용이하다면 상기 공급량 조절수단은 기타 다양한 구조 및 수단으로 이루어지는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 방사용액 주탱크(120)와 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 연설하되, 분기형성되는 용액공급관(121)에 공급밸브(122)가 각각 구비되어 방사용액 주탱크(120)에서각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액의 공급 시 다수개의 공급밸브(122) 중 특정 공급밸브(122)를 개방하여 노즐블록(111)에 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h,112i)중 특정위치의 노즐관체(112b, 112d, 112f, 112g, 112h, 112i)에만 고분자 방사용액을 공급하거나, 특정 공급밸브(122)를 폐쇄하여 노즐블록(111)에 배열설치되는 노즐관체 중 특정위치의 노즐관체(112a,112c, 112e)에만 고분자 방사용액의 공급을 차단하는 등 상기 공급밸브(122)의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어된다.
한편, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 용액공급관(121)을 통하여 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액은 상기 용액공급관(121)에 연설되는 노즐공급관(125)을 통하여 노즐관체(112a,112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노 즐(111a)로 공급된다.
즉, 상기 용액공급관(121)과 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f,112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a)은 노즐공급관(125)으로 연설되되, 상 기 노즐공급관(125)은 노즐(111a)의 갯수와 대응되게 분기형성된다.
여기서도, 상기 노즐공급관(125)에는 방사량 조절수단(도번 미도시)이 구비 되되, 상기 방사량 조절수단은 노즐밸브(126)로 이루어진다.
이렇게, 상기 방사량 조절수단으로 노즐밸브(126)가 구비됨으로써 상기 노즐밸브(126)의 개, 폐에 의하여 노즐공급관(125)에서 각 노즐(111a)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 개별적으로 제어되고, 상기 노즐밸브(126)는 제어부(미도시) 에 제어가능하게 연결되되, 상기 노즐밸브(126)의 개, 폐가 제어부에 의해 자동으로 제어되는 것이 바람직하나, 현장상황 및 작업자의 요구에 따라 상기 노즐밸브(126)의 개, 폐가 수동으로 제어되도록 이루어지는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 방사량 조절수단이 노즐밸브(126)로 이루어
져 있으나, 노즐관체에서 노즐(111a)로 공급된 후 방사되는 고분자 방사용액의 방사량의 조절 및 제어가 용이하다면 상기 방사량조절수단은 기타 다양한 구조 및수단으로 이루어지는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 용액공급관(121)과 각 노즐(111a)이연결설치되되, 분기형성되는 노즐공급관(125)에 노즐밸브(126)가 각각 구비되어 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a,112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 통하여 각 노즐(111a)로 고분자 방사용액의 공급 시 다수개의 노즐밸브(126) 중 특정 노즐밸브(126)를 개방하여 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a) 중 특정위치의 노즐(111a)에서만 선택적으로 고분자 방사용액이 전기방사되거나, 특정 노즐밸브(126)를 폐쇄하여 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a) 중 특정위치의 노즐(111a)에서 고분자 방사용액의 전기방사를 선택적으로 차단하는 등 상기 노즐밸브(126)에 의해 방사용액 주탱크(120)에서 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 통하여 각 노즐(111a)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 개별적으로 조절 및 제어된다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 용액공급관(121)에 공급밸브(122)가 구비되어 상기 방사용액 주탱크(120)에서 노즐블록(111)의 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량을 조절 및 제어함과 동시에 상기 노즐공급관(125)에 노즐밸브(126)가 구비되어 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에서 공급되어 각 노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절 및 제어함으로써 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g,112h, 112i)의 각 노즐(111a)에서 전기방사되는 고분자 방사용액에 의해 컬렉터의 폭 방향에 평량이 상이한나노 멤브레인을 적층형성하도록 이루어져 있으나, 상기 노즐블록(111)에 노즐(111a)을 배열설치한 후 각 노즐(111a)이 개별적으로 직접 조절 및 제어되어 상기 각 노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절 및 제어함으로써 컬렉터의 폭 방향에 평량이 상이한 나노 멤브레인을 적층 형성하도록 이루어지는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
이렇게 상기 용액공급관(121)의 공급밸브(122) 및 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 통하여 방사용액 주탱크(120)에서 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량 및 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절 및 제어함으로써 컬렉터의 횡방향 일측에 구비되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 및 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 의 노즐(111a)을 제어하여 컬렉터의 횡방향 일측 평면상에 평량이 50 내지 150nm인나노 멤브레인(115a)을 적층형성하고, 컬렉터의 횡방향 중심측 평면상에 평량이 150 내지 300nm인인 나노 멤브레인(115b)을 적층형성하며, 컬렉터의 횡방향 타측 평면상에 평량이 300 내지 500nm인 나노 멤브레인(115c)을 적층형성하는 등 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인(115a, 115b, 115c)을 다양하게 적층형성할 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 노즐블록(111)의 노즐관체 및 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 노즐(111a)을 제어함으로써 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 평량이 각기 상이한 3종류의 평량을 갖는 나노 멤브레인이 적층형성된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 3종류의 각기 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인이 적층형성되어 있으나, 상기 노즐블록(111)의 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 및상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 각 노즐(111a)을 제어하여 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 2종류의 각기 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인을 동시에 적층형성하는 것도 가능하고, 상기 노즐블록(111)의노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 및 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 각 노즐(111a)을 제어하여 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 4종류 이상의 각기 상이한 평량을갖는 나노 멤브레인을 동시에 적층형성하는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
여기서, 상기 방사용액 주탱크(120)에 충진되는 고분자 방사용액의 재질은한정하지 아니하나, 예를 들면, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루라이드, 나일론, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄(PUR), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리올레핀, 폴리유산(PLA), 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA),폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리유산글리롤산(PLGA), 실크, 셀룰로오스, 키토산 등이 있으며, 그 중 폴리프로필렌(PP)재질의소재와 내열성 고분자 물질인 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드,폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리 비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]과 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등의 폴 리머로 이루어진 군이 상용적으로 사용되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 나노 멤브레인 전기방사장치의 동작과정을 도 17 내지도 20을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명에 의한 전기방사장치(100)의 선단에 구비되는 공급롤러(도번미도시)를 통하여 컬렉터가 전기방사장치(100)의 유닛(110, 110') 내로 유입 및 공급되고, 상기 유닛(110, 110') 내에서 고분자방사용액이 전기방사되어 나노 멤브레인이 적층형성된다.
이때, 상기 컬렉터는 이송롤러(116b) 사이에서 회전되는 이송벨트(116a)에의해 컬렉터가 이송된다.
이렇게 전압발생장치(114)의 고전압이 노즐블록(111)의 각 노즐관체에 구비되는 노즐(111a)을 통해 컬렉터(113) 상에 발생되며, 고전압이 발생되는 컬렉터(113)상에 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 전기방사한다.
상기한 바와 같이, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 노즐블록(111)으로 공급되는 고분자 방사용액은 방사용액 주탱크(120)와 노즐블록(111)의 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 연설되는 용액공급관(121)을 통하여 방사용액 주탱크(120)에서 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되고, 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급된 방사용액 주탱크(120)는 상기 용액공급관(121)에 연설되는 노즐공급관(125)을 통하여 노즐(111a)로 공급된 후 상기 노즐(111a)을 통하여 전기방사되어 컬렉터 상에 나노 멤브레인이 적층형성된다.
여기서, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 용액공급관(121)을 통하여 컬렉터의길이방향 또는 횡방향으로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량은 방사용액 주탱크(120)에서 분기형성되는 용액공급관(121)에 각각 구비되는 공급밸브(122)의 개, 폐에 의해 제어되고, 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에서노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량은 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 용액공급관(121)에서 분기형성되는 노즐공급관(125)에 각각 구비되는 노즐밸브(126)의 개, 폐에 의해 제어된다.
이렇게 상기 공급밸브(122) 및 노즐밸브(126)에 의하여 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의공급량 및 노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량이 제어되고, 이로 인해 상기 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 평량이 상이한 나노 멤브레인의 적층형성이 가능하다.
예를 들면, 또한, 상기 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향에 다수개로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 컬렉터의 길이방향일측 또는 횡방향일측에 위치하는 3개의 노즐관체(112a, 112b, 112c)의 용액공급관(121)에 구비되는공급밸브(122) 중 양 측에 구비되는 노즐관체(112a, 112c)에 연결되는 용액공급관(121)의 공급밸브(122)를 폐쇄하고, 그 중심측에 구비되는 1개의 노즐관체(112b) 에 연결되는 용액공급관(121)의 공급밸브(122)를 개방하여 상기 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 1개의 노즐관체(112b)로 공급하며, 상기 1개의 노즐관체(112b)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 각 노즐밸브(126)를 개방하여 상기 1개의 노즐관체(121b)로 공급되는 고분자 방사용액을 모든 노즐(111a)로 공급한 후 컬렉터 상에 고분자방사용액을 전기방사하여 50 내지 150nm의 낮은 평량을 갖는 나노 멤브레인(115a)을 적층형성한다.
그리고, 상기 컬렉터의 길이방향 또는횡방향에 다수개로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 컬렉터의 횡방향 중심측에위치하는 3개의 노즐관체(112d, 112e, 112f)의 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122) 중 중심부에 구비되는 노즐관체(112e)에 연결되는 용액공급관(121)의 공급밸브(122)를 폐쇄하고, 그 양 측에 각각 구비되는 2개 노즐관체(112d, 112f)에 연결되는 용액공급관(121)의 공급밸브(122)를 개방하여 상기 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 2개의 노즐관체(112d, 112f)로 공급하며, 상기 2개의 노즐관체(112d, 112f)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 각 노즐밸브(126)를 개방하여 상기 2개의 노즐관체(112d, 112f)로 공급되는 고분자 방사용액을 모든 노즐(111a)로 공급한 후 컬렉터 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 150 내지 300nm의 평량을 갖는 나노 멤브 레인(115b)을 적층형성한다.
또한, 상기 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향에 다수개로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 타측에 위치하는3개의 노즐관체(112g, 112h, 112i)의 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122)를모두 개방하여 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 3개의 노즐관체(112g, 112h, 112i)로 모두 공급하고, 상기 3개의 노즐관체(112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)에서 분기형성되는 노즐공급관(125)의 각 노즐밸브(126)를 개방하여 상기 각 노즐관체(112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액을 모든 노즐(111a)로 공급한 후 컬렉터 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 300 내지 500nm의 높은 평량을 갖는 나노 멤브레인(115c)을 적층형성한다.
본 발명의 일 실시예에서는 방사용액 주탱크(120)에서 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)의 각 공급밸브(122)를 제어하여 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인(115a, 115b, 115c)을 적층형성하고 있으나, 상기 용액 공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 제어하여 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인(115a,115b, 115c)을적층형성하는 것도 가능하다.
예를 들면, 상기 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향에 다수개로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 일측에 위치하는 3개의 노즐관체(112a, 112b, 112c)의 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122)를 모두 개방하여 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 3개의 노즐관체(112a, 112b, 112c)로 공급하되, 상기 3개의 노즐관체(112a, 112b, 112c) 중 양 측에 구비되는 노즐관체(112a, 112c)의 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 모두 폐쇄하고, 그 중심측에 구비되는 1개의 노즐관체(112b)의 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 개방하여 상기 1개의 노즐관체(112b)에 구비되는 각 노즐(111a)로 고분자 방사용액을 공급한 컬렉터 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 50 내지 150nm의 낮은 평량을 갖는 나노 멤브레인(115a)을 적층형성한다.
그리고, 상기 컬렉터의 길이방향 또는횡방향에 다수개로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 컬렉터의 횡방향 중심측에위치하는 3개의 노즐관체(112d, 112e, 112f)의 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122)를 모두 개방하여 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 3개의 노즐관체(112d, 112e, 112f)로 모두 공급하되, 상기 3개의 노즐관체(112d, 112e, 112f) 중 중심부에 구비되는 노즐관체(112e)의 용액공급관(121)에 분기형성 되는 노즐공급관(125)의 모든 노즐밸브(126)를 폐쇄하고, 그 양 측에 각각 구비되는 2개의 노즐관체(112d, 112f)의 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 개방하여 상기 2개의 노즐관체(112d, 112f)에 구비되는각 노즐(111a)로 고분자 방사용액을 공급한 후 컬렉터 상에 고분자 방사용액을 전기방사하여 150 내지 300nm의 평량을 갖는 나노 멤브레인(115b)을 적층형성한다.
또한, 상기 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향에 다수개로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 일측에 위치하는3개의 노즐관체(112g, 112h, 112i)의 용액공급관(121)에 구비되는 공급밸브(122)를모두 개방하여 방사용액 주탱크(120)에서 공급되는 고분자 방사용액을 3개의 노즐관체(112g, 112h, 112i)로 모두 공급하고, 상기 3개의 노즐관체(112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)에서 분기형성되는 노즐공급관(125)의 각 노즐밸브(126)를 개방하여 상기 각 노즐관체(112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액을 모든 노즐(111a)로 공급한 후 컬렉터 상에 고분자 방사 용액을 전기방사하여 300 내지 500nm의 높은 평량을 갖는 나노 멤브레인(115c)을 적층형성한다.
상기한 바와 같이, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 노즐관체(112)로 고분자방사용액을 공급하는 용액공급관(121)의 각 공급밸브(122)를 제어하여 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인을 적층형성할 수 있을 뿐만아니라, 상기 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를제어하여 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인(115a, 115b, 115c)을 적층형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 방사용액 주탱크(120)에서 노즐관체(112)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)의 각 공급밸브(122)를 제어하여 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인(115a, 115b,115c) 을 적층형성하거나, 상기 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 제어하여 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인(115a, 115b, 115c)을 적층하도록 이루어져 있으나, 상기 방사용액 주탱크(120)에서 노즐관체(112)로 고분자 방사용액을 공급하는 용액공급관(121)의 각공급밸브(122)를 제어함과 동시에 상기 용액공급관(121)에 분기형성되는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 제어하여 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인(115a, 115b, 115c)을 적층형성하도록 이루어지는 것도 바람직하고, 상기 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상의 특정영역 및 특정부분에 평량을 달리하는 나노 멤브레인(115a, 115b, 115c)을 적층형성하거나, 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 특정형상 및 특정형태로 평량을 달리하는 나노 멤브레인(115a, 115b, 115c)을 적층형성하는 것도 가능하나, 이에 한정하지 아니한다.
상기한 바와 같이, 상기 용액공급관(121)의 각 공급밸브(122) 또는 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 개별적으로 제어하거나, 상기 용액공급관(121)의 각 공급밸브(122)과 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)를 동시에 제어하여 다양하고 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인의 제조가 가능하다.
또한, 상기 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)의 개, 폐를 개별적으로 제어하여 상기 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향으로 배열설치되는 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 다수개의 노즐(111a) 중 특정 노즐(111a)에만 고분자 방사용액을 공급하고, 다른 특정 노즐(111a)에는 고분자 방사용액의 공급을 차단함으로써 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인을 적층형성하는 것도 가능하다.
이때, 상기 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향으로 배열설치되는 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(111a) 중 고분자방사용액을 공급하는 특정 노즐(111a)들과 고분자 방사용액의 공급을 차단하는 특정 노즐(111a)들의 갯수 및 형태는 다양하게 변경가능하며, 가변적으로 조절 및 제어가능하게 이루어진다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향으로 배열설치되는 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)가 3개씩 하나의군으로 제어가능하게 연결되어 상기 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 각기 상이한 3종류의 평량을 갖는 나노 멤브레인을 적층형성하는 구조로 이루어져 있으나, 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)가 2개씩 하나의군으로 제어가능하게 연결되거나, 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)가 4개씩 하나의 군으로 제어가능하게 연결되어 컬렉터의 길이방향 또는 횡방향 동일 평면상에 각기 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인을 적층형성하는 구조로 이루어지는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 노즐블록(111)에 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h,112i)가 9개로 배열설치되어 있으나, 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 갯수 및 상기노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 노즐(111a)의 갯수는 다양하게 변경실시가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 용액공급관(121)의 공급밸브(122)의 개, 폐를 제어하거나, 상기 노즐공급관(125)의 노즐밸브(126)의 개, 폐를 제어하여노즐블록(111)의 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)및 각 노즐(111a)의 동작을 제어함으로써 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량 및 노즐(111a)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절하여 각기 상이한 평량의 나노 멤브레인을 동시에 적층형성하고 있으나, 상기 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 및 노즐(111a)의 개, 폐를 제어 함으로써 각기 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인의 폭도 가변적으로 조절하는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
이렇게 상기 각 노즐관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량 및 노즐(111a)에서 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절 및 제어함으로써 상기 노즐(111a)을 통하여 컬렉터의 동일 평면상의 길이방향 또는 횡방향으로 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인의 폭이나, 상이한 평량을 갖는 나노 멤브레인의 방사영역 및 방사부분을 가변적으로 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 전기방사장치(100)가 상향식 전기방사장치에 적용되는 일 예를 나타내고 있으나, 본 발명에 의한 전기방사장치(100)가 하향식 전기방사장치에 적용되는 것도 가능하고, 상, 하향 복합시 전기방사장치에 적용 되는 것도 가능하다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 본 발명에 의한 전기방사장치(100)를 통하여 컬렉터상에 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절 및 제어하여 컬렉터의 동일 평면상의 횡방향의 특정영역 및 특정부분에 상이한 평량을 갖는 나노 멤브 레인을 적층형성할 수 있어 다양한 나노 멤브레인을 제조하기 용이하다.
본 발명에 사용되는 MD방향이란 Machine Direction을 의미하며, 필름이나 부직포 등의 섬유를 연속제조하는 경우에 진행방향에 해당하는 길이 방향을 의미하며 CD방향은 Cross Direction로서 MD방향의 직각 방향을 의미한다. MD는 기계방향/종방향, CD는 폭방향/횡방향으로 지칭하기도 한다.
평량(Basis Weight or Grammage)은 단위 면적당 질량, 즉 바람직한 단위로서제곱미터당 그램(종종 g/㎡보다는 gsm으로 불림)으로 정의된다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니 다.
-섬유의 평균 직경-
실시예 및 비교예들의 나노 부직포를 구성하는 섬유의 평균 직경은 전기주사
현미경(Scanning Electron microscope, HITACHI S-4300) 및 이미지 분석기 (Image-Pro Plus의 소프트웨어에 JVC Digital Camera KY-F70B)를 이용하여 측정하였다. 이 때, 10개 이상의 측정시료를 채취한 후 측정하여 이를 평균화하였다.
- 폴리머 용액의 농도측정-
실시예 및 비교예들의 폴리머 용액의 점도 측정을 위한 점도계로 LVDV-I+ (Brook field) 을 이용하여 측정하였다.
- 나노섬유층의 잔존 용매량 측정-
전기방사된 나노섬유에서 샘플을 채취하여 나노섬유 상의 잔존 용매양(ppm) 을 가스크로마토그래피(Konik, HRGC 5000B)로 측정하였다.
[실시예 1]
중량평균분자량(Mw)이 50,000, 융점이 160℃인 폴리비닐리덴플루오라이드 20 중량%를 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 80중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 20%, 점도 1000cps인 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 상기 원료탱크로부터 방사용액을 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 50℃, 습도 50%로 전기방사 하였다. 이후, 방사공정을 거치며 방사되지 못하고 오버플로우된 고형분이 다시 저장탱크의 하나인 원료탱크로 구비되는 과정에서 원료탱크 내 방사용액의 농도가25%로 변경되었고, 이에 따라 점도는 2000cps로 변경되었다. 이후 온도조절 장치의 센서에 의해 점도를 1000cps로 낮추기 위해 노즐블록의 온도를 65℃로 상승시킨 후전기방사하여 나노섬유를 얻었다.
[실시예 2]
오버플로우된 고형분에 의해 원료탱크 내 방사용액의 농도가 30%로 변경되어 점도가 올라감에 따라, 점도를 1000cps로 유지하기 위해 온도조절 장치에 의해 노즐블록의 온도를 80℃로 상승시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 공정으로 전기방사를 실시하였다.
[실시예 3]
오버플로우된 고형분에 의해 원료탱크 내 방사용액의 농도가 35%로 변경되어 점도가 올라감에 따라, 점도를 1000cps로 유지하기 위해 온도조절 장치에 의해 노즐블록의 온도를 95℃로 상승시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 공정으로 전기방사를 실시하였다.
[비교예 1]
중량평균분자량(Mw)이 50,000, 융점이 160℃인 폴리비닐리덴플루오라이드 16 중량%, N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 84중량%를 사용하여 용해시켜 농도가16%, 점도 1000cps인 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 상기 원료 탱크로부터 방사용액을 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를40cm, 인가전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 25℃, 습도 20%로 전기방사 하였다. 이후 방사공정을 거치며 방사되지 못하고 오버플로우된 고형분이 다시 원료 탱크로 구비되는 과정에서 원료탱크 내 방사용액의 농도가 20%로 변경되었고, 이에 농도를 다시 16%으로 유지하기 위해 DMAc를 첨가하여 전기방사를 하였다.
이하, 상기 실시예와 비교예를 다음 시험예를 통해 비교한다.
[시험예 1]
실시예와 비교예에 의해 제조된 나노섬유의 직경, 용매 잔존량 및 나노섬유 생산량이 0.2g/m2일때의 방사 권취속도을 측정하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
오버플로우된 고형분이 구비된 원료탱트 내 방사용액의 농도 25% 30% 35% 10%
점도 일정(1,000 cps) 일정(1,000 cps) 일정(1,000 cps) 일정(1,000 cps)
나노섬유 직경(nm) 122 125 128 110
용매 잔존량(ppm) 70 52 43 204
권취속도(m/min) 25 30 35 10
상기 표 1에 따르면, 비교예에 비하여 실시예의 방사용액의 농도가 높지만, 점도가 일정하여 나노섬유의 직경이 크게 차이가 없는 것으로 나타났다. 또한, 온도 조건을 높인 실시예는 상온에서 방사한 비교예에 비하여 전기방사 후 나노섬유에 존재하는 용매 잔존량이 확연히 감소한 것으로 나타났다. 이는 전기방사 시 고형분 농도가 높음에 따라, 컬렉터 상에 방사, 적층되는 고형분 량이 많아짐에 따라 용매 잔존량은 줄어드는 데에 기인하며, 이로 인해, 권취속도도 빨리지게 되어 생산량이 증가하는 것을 알 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 제조방법은 비교예에 비하여 더 효율적인 방사 및 증대된 생산량을 확보할 수 있으며, 고품질의 나노섬유를 얻을수 있는 것으로 나타났다.
[실시예 3]
중량평균분자량(Mw)이 50,000, 융점이 160℃인 폴리비닐리덴플루오라이 20
중량%를 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 80중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 20%, 점도 1000cps인 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 상기 원료탱크로부터 방사용액을 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV, 온도 50℃로 전기방사하였다. 이후, 방사공정을 거치며 방사되지 못하고 오버플로우된 고형분이 다시 저장탱크의 하나인 원료탱크로 구비되는 과정에서 원료탱크 내 방사용액의 농도가 25%로 변경되었고, 이에 따라 점도는 2000cps로 변경되었다. 이후 점도조절시스템의 센서에 의해 점도를 1000cps로 낮추기 위해 원료탱크의 온도를 65℃로 상승시킨 후 전기방사하여 평량 5g/㎡인 나노 멤브레인을 얻었다.
[실시예 4]
오버플로우된 고형분에 의해 원료탱크 내 방사용액의 농도가 30%로 변경되어 점도가 올라감에 따라, 점도를 1000cps로 유지하기 위해 점도조절시스템에 의해 원료탱크의 온도를 80℃로 상승시키는 것을 제외하고는 실시예 3과 같은 공정으로 전기방사를 실시하였다.
[실시예 5]
오버플로우된 고형분에 의해 원료탱크 내 방사용액의 농도가 35%로 변경되어 점도가 올라감에 따라, 점도를 1000cps로 유지하기 위해 점도조절시스템에 의해 원료탱크의 온도를 95℃로 상승시키는 것을 제외하고는 실시예 3과 같은 공정으로 전기방사를 실시하였다.
[비교예 2]
중량평균분자량(Mw)이 50,000, 융점이 160℃인 폴리비닐리덴플루오라이드 16중량%, 희석제인 메틸에틸케톤 25중량%를 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 59 중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 16%, 점도 1000cps인 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 상기 원료탱크로부터 방사용액을 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가전압 15kV, 온도 25℃로 전기방사 하였다. 이후, 방사공정을 거치며 방사되지 못하고 오버플로우된 고형분이 다시 원료탱크로 구비되는 과정에서 원료탱크 내 방사용액의 농도가 20%로 변경되었고, 이에 농도를 다시 16%으로 유지하기 위해 DMAc를 첨가하고, 희석제인 메틸에틸케톤을 첨 가하여 전기방사를 하였다.
[시험예 2]
실시예와 비교예에 의해 제조된 나노 멤브레인의 직경 및 나노 멤브레인 생산량이 0.2g/㎡일 때의 방사 권취속도를 측정하였다
상기 표 2에 따르면 비교예에 비해 실시예의 농도가 높고, 점도는 일정함에
실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 2
오버플로우된 고형분이 구비된 원료탱트 내 방사용액의농도 25% 30% 35% 10%
점도 일정(1,000 cps) 일정(1,000 cps) 일정(1,000 cps) 일정(1,000 cps)
나노 멤브레인 직경(nm) 122 125 128 110
권취속도(m/min) 25 30 35 10
따라 방사 시, 실제 컬렉터 상에 적층되는 고형분 량이 많아짐에 따라 권취속도도빨라지게 되어 생산량이 증가하는 것을 알 수 있으며, 나노 멤브레인 직경의 경우에도 실시예와 비교예에서 모두 크게 차이가 없는 것으로 나타났다.
이에, 본 발명의 실시예는 기존의 희석제를 사용하던 생산공정을 간소화하고
희석제의 폭발의 위험성을 줄이며, 나노 멤브레인의 직경은일정하게 유지함과 동
시에 방사용액 농도를 증가시켜 나노 멤브레인 제조의 생산성을 높일 수 있고, 제조된 나노 멤브레인의 품질을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
실시예6
중량평균 분자량이 157,000인 폴리우레탄을 디메틸포름아마이드(DMF)에 용해시켜 폴리우레탄 용액을 제조한다. 상기 폴리우레탄 용액을방사용액 주탱크 각각에 투입하고 CD방향으로 노즐블럭이 2부분으로 분리되고 각각 독립된 주탱크에 연결되게 설계된 on-off시스템을 포함한 노즐블록에 인가전압을 20kV로 부여하고, 평량 3g/㎡ 인 기재 상에 전기방사하였다. 전기방사된 컬렉터 상에 CD방향 중 일방향으로 1m는 폴리우레탄 나노섬유의 평량이2g/㎡이고 나머지 일방향으로 1m는 나노섬유의 평량이 5g/㎡ 인 CD 폭이 2m인 폴리우레탄 나노섬유가 형성되어 폴리우레탄나노 멤브레인을 제조하였다. 이때, 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 온도 22℃의조건으로 상향식 전기방사를 실시하였다.
실시예7
중량평균 분자량이 157,000인 폴리우레탄을 디메틸포름아마이드(DMF)에 용해시켜 폴리우레탄 용액을 제조한다. 상기 폴리우레탄 용액을방사용액 주탱크 각각에 투입하고 CD방향 중 한 방향으로 노즐블럭이 3부분으로 분리되어 있게 설계된on-off시스템을 포함한 노즐블록에 인가전압을 20kV로 부여하고, 평량 3g/m2인 기재 상에 전기방사하였다. 전기방사된 컬렉터 상에 CD방향 중 중간부분 1m는 평량이5g/㎡의 폴리우레탄 나노섬유가, 나머지가장자리 50cm은 평량이 2g/㎡으로CD 폭이 2m인 폴리우레탄 나노섬유가 형성되어 폴리우레탄 나노 멤브레인을 제조하였다.
이 때 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 온도 22℃의 조건으로 상향식 전기방사를실시하였다.
실시예8
중량평균 분자량이 157,000인 폴리우레탄을 디메틸포름아마이드(DMF)에 용해시켜 폴리우레탄 용액을 제조한다. 상기 폴리우레탄 용액을방사용액 주탱크에 투입하고 CD방향 중 한 방향으로 노즐블럭이 9부분으로 분리되어 있게 설계된 on-off 시스템을 포함한 노즐블록에 인가전압을 20kV로 부여하고, 평량 3g/m2인 기재 상에 전기방사하였다. 전기방사된 셀룰로오스 기재 상에 CD방향으로 교호적으로 폴리우레탄 나노섬유의 평량이 2g/㎡이고 나머지 부분의 평량이 5g/㎡인 CD 폭이 2m인 폴리우레탄 나노섬유가 형성되어 폴리우레탄 나노 멤브레인을 제조하였다. 이 때 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 온도 22℃의 조건으로 상향식 전기방사를 실시하였다.
실시예 9
중량평균 분자량(Mw)이 50,000인 폴리비닐리덴 플루오라이드를 디메틸아세트아미드(N,N-Dimethylacetamide, DMAc)에 용해시켜 제조한 농도가 15중량%인 방사용액을 제조한다. 상기 폴리비닐리덴플루오라이드 용액을 방사용액 주탱크에 투입하고 MD방향으로 노즐블록이 분리되게 설계된 on-off시스템을 포함한 노즐블록에 인가전압을 20kV로 부여하고, 평량 3g/㎡인 폴리비닐리덴플루오라이드 나노섬유를 컬렉터 상에 전기방사하였다. 상기 컬렉터 상에 전기방사된 나노섬유포는 MD방향에 대한 수직폭 180cm에 있어서, 교호적으로 20cm는 폴리비닐리덴플루오라이드 나노섬유의 평량이 2g/㎡이고, 5cm는 폴리비닐리덴플루오라이드 나노섬유의 평량이 7g/㎡으로 반복되는 구조를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드 나노섬유가 형성되어 MD 방향으로 나노섬유의 평량이 상이한 폴리비닐리덴플루오라이드 나노 멤브레인을 제조하였다. 이 때 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 온도 22℃의조건으로 상향식전기방사를 실시하였다.
실시예10
중량평균 분자량(Mw)이 50,000인 폴리비닐리덴 플루오라이드를 디메틸아세트아미드(N,N-Dimethylacetamide, DMAc)에 용해시켜 제조한 농도가 15중량%인 방사용액을 제조한다. 상기 폴리비닐리덴플루오라이드 용액을 방사용액 주탱크에 투입하고 MD방향으로 노즐블록이 분리되게 설계된 on-off시스템을 포함한 노즐블록에 인가전압을 20kV로 부여하고, 평량 3g/㎡인 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유를 컬렉터 상에 전기방사하였다. 상기 컬렉터 상에 전기방사된 나노섬유는 MD방향에 대한 수직폭 180cm에 있어서, 교호적으로 20cm는 폴리비닐리덴플루오라이드 나노섬유의 평량이 1g/㎡이고, 5cm는 폴리비닐리덴플루오라이드 나노섬유의 평량이 8g/㎡으로 반복되는 구조를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드 나노섬유가 형성되어 MD 방향으로 나노섬유의 평량이 상이한 폴리비닐리덴플루오라이드 나노 멤브레인을 제조하였다. 이 때 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 온도 22℃의조건으로 상향식전기방사를 실시하였다.
실시예11
중량평균 분자량(Mw)이 50,000인 폴리비닐리덴 플루오라이드를 디메틸아세트아미드(N,N-Dimethylacetamide, DMAc)에 용해시켜 제조한 농도가 15중량%인 방사용액을 제조한다. 상기 폴리비닐리덴플루오라이드 용액을 방사용액 주탱크에 투입하고 MD방향으로 노즐블록이 분리되게 설계된 on-off시스템을 포함한 노즐블록에 인가전압을 20kV로 부여하고, 평량 3g/㎡인 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유를 컬렉터 상에 전기방사하였다. 상기 컬렉터 상에 전기방사된 나노섬유는 MD방향에 대한 수직폭 180cm에 있어서, 교호적으로 20cm는 폴리비닐리덴플루오라이드 나노섬유의 평량이 3g/㎡이고, 5cm는 폴리비닐리덴플루오라이드 나노섬유의 평량이 6g/㎡으로 반복되는 구조를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드 나노섬유가 형성되어 MD방향으로 나노섬유의 평량이 상이한 폴리비닐리덴플루오라이드 나노 멤브레인을 제조하였다. 이 때 전극과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 온도 22℃의조건으로 상향식전기방사를 실시하였다.
실시예 12
실시예 9에서 폴리비닐리덴플루오라이드 용액 대신에 나일론을 디메틸아세트아미드(DMAc) 용매에 용해시킨 나일론용액으로 변경하는 것 외에는 동일한 조건으로 전기방사를 실시하였다.
실시예 13
실시예 10에서 폴리비닐리덴플루오라이드 용액 대신에 나일론을 디메틸아세트아미드(DMAc) 용매에 용해시킨 나일론 용액으로 변경하는 것 외에는 동일한 조건으로 전기방사를 실시하였다.
실시예 14
실시예 11에서 폴리비닐리덴플루오라이드 용액 대신에 나일론을 디메틸아세트아미드(DMAc) 용매에 용해시킨 나일론 용액으로 변경하는 것 외에는 동일한 조건으로 전기방사를 실시하였다.

Claims (31)

  1. 폴리머 용액을 저장하는 주저장 탱크, 폴리머 용액이 토출되는 노즐블록, 나노섬유를 집적하는 컬렉터, 상기 컬렉터와 노즐블록 사이에 고전압을 부여하는 전원장치 및 오버플로우 시스템을 포함하는 전기방사장치에 있어서,
    방사되는 폴리머 용액의 점도를 일정하게 조절할 수 있는 온도조절 장치를 포함하는 전기방사 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 온도조절 장치는 오버플로우 시스템을 통해 회수되는 폴리머 용액의 점도를 일정하게 조절할 수 있는 가열장치, 냉각장치, 농도측정장치 및 주제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 온도조절 장치는 수동식 또는 자동식인 것을 특징으로 하는 전기방사 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 가열 장치는 전열히터, 온수순환장치 및 온풍순환장치로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전기방사 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 냉각 장치는 칠링(Chilling) 장치인 것을 특징으로 하는 전기방사 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 농도측정장치는 중간탱크에 설치되며, 접촉식 또는 비접촉식인 것을 특징으로 하는 전기방사 장치.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도조절 장치는 저장탱크, 노즐블록 또는 오버플로우 시스템 중 어느 하나 이상에 설치되는 것을 특징으로 하는 전기방사 장치.
  8. 폴리머 용액이 저장된 원료 탱크로부터 폴리머 용액이 노즐블록으로 공급되는 공급단계;
    노즐블록에 공급된 폴리머 용액이 노즐을 통해 컬렉터에 전기방사하여 나노섬유층을 적층하는 전기방사단계;
    상기 전기방사단계에서 나노섬유화 되지 못한 폴리머 용액을 오버플로우 시스템을 통해 재생탱크로 수거 및 수집하는 회수단계;
    재생탱크와 원료 탱크로부터 중간탱크로 폴리머 용액이 유입되는 저장단계; 및 중간탱크로부터 폴리머 용액이 노즐블록으로 재공급되는 재공급단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 방사되는 폴리머 용액의 농도는 20 내지 40%이며, 점도는 1,000 cps 내지 3,000 cps로 일정하게 조절되는 것을 특징으로 하는 나노섬유의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 폴리머 용액의 농도를 조절하기 위해 희석제를 공급하는 공정을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 나노섬유의 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 노즐블록에 공급된 폴리머 용액이 노즐을 통해 50 내지 100℃의 온도에서 컬렉터에 전기방사하여 나노섬유층을 적층하는 것을 특징으로 하는 나노섬유의 제조방법.
  12. 제 8항의 나노섬유 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 나노섬유.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 나노섬유는 용매의 잔존량이 100ppm 이하인 것을 특징으로 하는 나노섬유.
  14. 전기방사를 이용한 나노 멤브레인 제조방법에 있어서,
    폴리머 함량이 20 내지 40중량%인 방사용액이 저장된 중간 탱크로부터 방사용액이 노즐블록으로 공급되는 공급단계; 및
    노즐블록에 공급된 방사용액이 노즐을 통해 50 내지 100℃의 온도에서 컬렉터에 전기방사하여 나노 멤브레인을 제조하는 단계를 포함하며,
    상기 방사용액의 농도를 조절하기 위해 희석제를 공급하는 공정을 포함하지않는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 전기방사단계 후,
    상기 전기방사단계에서 나노섬유화 되지 못한 방사용액을 오버플로우 시스템을 통해 재생탱크로 수거 및 수집하는 회수단계;
    재생탱크와 원료탱크로부터 중간탱크로 방사용액이 유입되는 저장단계; 중간탱크로부터 방사용액이 노즐블록으로 재공급되는 재공급단계; 및
    노즐블록에 재공급된 방사용액이 노즐을 통해 컬렉터에 전기방사하여 나노
    멤브레인층을 적층하는 전기방사단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 멤브 레인의 제조방법.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
    상기 노즐블록에 방사용액의 점도를 일정하게 조절하기 위한 온도조절 장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 온도조절 장치는 오버플로우 시스템을 통해 회수되는 방사용액의 점도
    를 일정하게 조절할 수 있는 가열장치 및 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인의 제조방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 가열장치는 전열히터, 온수순환장치 및 온풍순환장치로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인의 제조방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 냉각장치는 칠링(Chilling) 장치인 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인의 제조방법.
  20. 나노 멤브레인을 제조하기 위한 전기방사장치에 있어서,
    유닛 내에 설치되되, 핀 형태의 노즐이 다수개 구비되는 노즐관체가 컬렉터의 횡방향에 다수개로 배열설치되는 노즐블록;
    고분자 방사용액이 충진되되, 상기 노즐블록의 노즐관체에 연결되어 고분자방사용액을 공급하는 방사용액 주탱크;
    상기 각 노즐관체의 노즐에서 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여상기 노즐에서 일정간격 이격되는 컬렉터; 및
    상기 컬렉터에 전압을 발생시키는 전압 발생장치;
    를 포함하여 구성되고, 상기 각 노즐관체는 방사용액 주탱크에 용액공급관으
    로 연결되되, 상기 용액공급관에 공급량 조절수단이 구비되어 방사용액 주탱크에서
    노즐관체로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량이 조절 및 제어되고, 상기 각 노즐은 노즐관체의 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되되, 상기 노즐공급관에 방사량
    조절수단이 구비되어 노즐관체에서 노즐로 공급된 후 방사되는 고분자 방사용액의방사량이 조절 및 제어되어 컬렉터 상에 고분자 방사용액을 전기방사 시 컬렉터의횡방향 동일 평면상에 평량이 상이한 나노 멤브레인을 적층형성시키는 것을 특징으 로 하는 나노 멤브레인 전기방사장치.
  21. 나노 멤브레인을 제조하기 위한 전기방사장치에 있어서,
    유닛 내에 설치되되, 핀 형태의 노즐이 다수개 구비되는 노즐관체가 기재의길이방향에 다수개로 배열설치되는 노즐블록;
    고분자 방사용액이 충진되되, 상기 노즐블록의 노즐관체에 연결되어 고분자방사용액을 공급하는 방사용액 주탱크;
    상기 각 노즐관체의 노즐에서 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여상기 노즐에서 일정간격 이격되는 컬렉터;
    상기 컬렉터에 전압을 발생시키는 전압 발생장치; 및
    상기 기재를 이송시키기 위한 보조 이송장치;
    를 포함하여 구성되고, 상기 각 노즐관체는 방사용액 주탱크에 용액공급관으
    로 연결되되, 상기 용액공급관에 공급량 조절수단이 구비되어 방사용액 주탱크에서
    노즐관체로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량이 조절 및 제어되고, 상기 각 노즐은 노즐관체의 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되되, 상기 노즐공급관에 방사량
    조절수단이 구비되어 노즐관체에서 노즐로 공급된 후 방사되는 고분자 방사용액의방사량이 조절 및 제어되어 기재 상에 고분자 방사용액을 전기방사 시 기재의 길이 방향 동일 평면상에 평량이 상이한 나노 멤브레인을 적층형성시키는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인 전기방사장치.
  22. 제 20항 또는 제 21항에 있어서,
    상기 용액공급관에 구비되는 공급량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 공
    급밸브로 이루어지되, 상기 공급밸브의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크에 용액공급
    관으로 연결되는 각 노즐관체 중 특정 노즐관체에만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인 전기방사장치.
  23. 제 20항 또는 제 21항에 있어서,
    상기 노즐공급관에 구비되는 방사량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 노
    즐밸브로 이루어지되, 상기 노즐밸브의 개, 폐에 의해 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되는 각 노즐 중 특정 노즐에서만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하여전기방사하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인 전기방사장치.
  24. 제 20항 또는 제 21항에 있어서,
    상기 용액공급관의 공급량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 공급밸브로
    이루어지되, 상기 공급밸브의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크에 용액공급관으로 연
    결되는 각 노즐관체 중 특정 노즐관체에만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하
    고, 상기 노즐공급관의 방사량 조절수단은 개, 폐가능하게 제어되는 노즐밸브로 이
    루어지되, 상기 노즐밸브의 개, 폐에 의해 용액공급관에 노즐공급관으로 연결되는
    각 노즐 중 특정 노즐에서만 고분자 방사용액을 선택적으로 공급하여 전기방사하도
    록 이루어지며, 상기 공급밸브 및 노즐밸브의 개, 폐를 개별 또는 동시에 제어하도 록 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인 전기방사장치.
  25. 상향식 전기방사를 이용한 나노 멤브레인의 제조방법에 있어서, 상향식 전기방사 장치유닛내에 복수의 노즐관체를 포함한 상향식 전기방사 장치로 제조되는 CD 방향 또는 MD 방향으로 나노섬유의 평량이 상이한 나노 멤브레인의 제조방법.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 나노섬유의 평량은 복수의 노즐관체를 on-off 시스템으로 조작하는 것
    을 특징으로 하는 CD 방향 또는 MD 방향으로 나노섬유의 평량이 상이한 나노 멤브레인의 제조방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 on-off 시스템은 나노섬유가 집적되는 CD 방향 또는 MD 방향중 일방향으로 평량의 구배가 증가하게 설계된 것을 특징으로 하는 CD 방향 또는 MD 방향으로 나노섬유의 평량이 상이한 나노 멤브레인의 제조방법.
  28. 제 26항에 있어서,
    상기 on-off 시스템은 나노섬유가 집적되는 CD 방향 또는 MD 방향중 양방향으로 평량의 구배가 증가 또는 감소하게 설계된 것을 특징으로 하는 CD 방향 또는 MD 방향으로 나노섬유의 평량 이 상이한 나노 멤브레인의 제조방법
  29. 제 26항에 있어서,
    상기 on-off 시스템은 나노섬유가 집적되는 CD 방향 또는 MD 방향으로 교호적으로 평량이 상이하게 설계된 것을 특징으로 하는 CD 방향 또는 MD 방향으로 나노섬유의 평량이 상이한 나노멤브레인의 제조방법.
  30. 제 26항에 있어서,
    상기 평량은 1 내지 12g/㎡의 범위에서 CD 방향 또는 MD 방향으로 상이한 것을 특징으로 하는 CD 방향 또는 MD 방향으로 나노섬유의 평량이 상이한 나노 멤브레인의 제조방법.
  31. 제 25항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 나노 멤브레인.
PCT/KR2015/007137 2014-08-13 2015-07-09 온도조절 장치를 포함하는 전기방사장치, 이를 이용한 나노섬유 또는 나노 멤브레인의 제조방법과, 그 제조방법으로 제조된 나노섬유 또는 나노 멤브레인 WO2016024721A1 (ko)

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