KR101023876B1 - Electrospinning Device using multiheating chamber - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방사 재료를 공급하는 방사재료 공급부, 상기 방사재료 공급부로부터 공급된 방사재료를 압출하여 방사하는 압출부, 상기 압출부에서 방사되는 섬유를 일정한 온도 구배로 가열하는 다단의 히팅 유니트들을 구비하는 멀티히팅쳄버, 상기 압출부에 대향하여 위치되고 상기 압출부에서 방사되어 멀티히팅쳄버를 통과한 섬유를 집적하는 컬렉터 및 상기 압출부와 컬렉터 사이에 전압을 인가하는 고전압 발생기를 포함하는 전기방사장치에 관한 것이다. 본 발명의 전기방사장치에 의하면 방사 재료의 특성에 맞게 온도 구배를 주어 히팅함으로써 연신을 최대화하여 더 가는 나노섬유를 제작할 수 있다. The present invention comprises a spinning material supply unit for supplying spinning material, an extrusion unit for extruding the spinning material supplied from the spinning material supply unit to spin, multistage heating units for heating the fibers radiated from the extrusion unit at a constant temperature gradient An electrospinning apparatus comprising a multi-heating chamber, a collector positioned opposite the extruded portion and radiating from the extruded portion to accumulate fibers passing through the multi-heating chamber, and a high voltage generator for applying a voltage between the extruded portion and the collector. It is about. According to the electrospinning apparatus of the present invention, it is possible to manufacture thinner nanofibers by maximizing elongation by giving a temperature gradient according to the characteristics of the spinning material.

전기방사장치, 압출기, 콜렉터, 멀티히팅쳄버, 나노섬유 Electrospinning Device, Extruder, Collector, Multi Heating Chamber, Nanofiber

Description

멀티히팅쳄버를 이용한 전기방사장치{Electrospinning Device using multiheating chamber} Electrospinning device using multiheating chamber {Electrospinning Device using multiheating chamber}

본 발명은 멀티히팅쳄버를 이용한 전기방사장치에 관한 것으로서, 더욱 상사하게는 방사 재료를 압출기로 압출하여 전기방사하는 전기방사 장치에 있어서, 압출기 다음 단에 멀티히팅쳄버가 설치되어 방사재료에 따른 적당한 온도구배로 히팅하여 더욱 더 가는 나노섬유를 제조할 수 있는 멀티히팅쳄버를 이용한 전기방사장치에 관한 것이다. The present invention relates to an electrospinning apparatus using a multi-heating chamber, and more similarly, in an electrospinning apparatus for extruding an electrospinning material by extruding a spinning material with an extruder, a multi-heating chamber is installed at a stage next to the extruder, and accordingly suitable for the spinning material. The present invention relates to an electrospinning apparatus using a multi-heating chamber capable of producing even thinner nanofibers by heating at a temperature gradient.

전기방사(Electrospinning)는 섬유 원료 용액을 하전상태에서 방사하여 미세 직경의 섬유를 제조하는 기술로서 최근에는 나노미터급 섬유를 제조하기 위한 기술로 이용되어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전기방사에 의해 제조되는 섬유는 직경이 마이크로미터 두께에서 나노미터 두께가 되는데, 이와 같이 두께가 줄어들면 전혀 새로운 특성들이 나타낸다. 예들 들어, 체적에 대한 표면적 비율의 증가와 표면 기능성 향상, 장력을 비롯한 기계적 물성의 향상 등이 그것이다. 이러한 우수한 특성에 의해서 나노섬유는 많은 중요한 응용 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 나노섬유로 구성된 웹은 다공성을 갖는 분리막형 소재로서 각종 필터류, 상처치료용 드레싱, 인공지지체 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.Electrospinning (Electrospinning) is a technique for producing a fine diameter fiber by spinning the fiber raw material solution in a charged state, recently used as a technology for producing nanometer-class fibers, and the research on this is being actively conducted. Fibers produced by electrospinning have a diameter from nanometers to nanometers in thickness, and as the thickness decreases, completely new properties are exhibited. For example, an increase in the ratio of the surface area to the volume, an improvement in surface functionality, and an improvement in mechanical properties including tension. These superior properties allow nanofibers to be used in many important applications. For example, the web composed of such nanofibers is a membrane-type material having a porosity, and can be applied to various fields such as various filters, wound dressings, artificial supports, and the like.

전기방사장치는 통상적으로 방사용액을 보관하는 방사용액 주탱크, 방사용액의 정량 공급을 위한 계량펌프, 방사용액을 토출하는 다수개의 노즐이 배열된 노즐팩, 상기 노즐팩과 대향하여 위치하며 방사되는 섬유들을 집적하는 콜렉터 및 전압을 발생시키는 전압발생장치들로 구성된다. 이러한 전기방사장치를 이용하여 나노 섬유를 제조하는 경우, 나노 섬유의 특성을 결정하는 요인으로는 고분자 용액의 농도, 유전특성, 표면장력 등의 물질 특성과, 노즐과 콜렉터 사이의 거리, 노즐과 콜렉터 사이의 전압, 전기장 전하밀도, 노즐 내에서의 정전기적 압력, 고분자 용액의 주입속도와 같은 다양한 제어변수 등을 들 수 있다.The electrospinning device is typically a spinning liquid main tank for storing spinning solution, a metering pump for quantitative supply of spinning solution, a nozzle pack having a plurality of nozzles for discharging spinning solution, and located opposite to the nozzle pack. It consists of a collector for integrating the fibers and a voltage generator for generating a voltage. In manufacturing nanofibers using the electrospinning device, factors that determine the properties of the nanofibers include material properties such as polymer solution concentration, dielectric properties, and surface tension, the distance between the nozzle and the collector, and the nozzle and collector. And various control variables such as voltage between, electric field charge density, electrostatic pressure in the nozzle, injection speed of polymer solution, and the like.

특히 노즐팩과 콜렉터 사이의 거리 및 조건의 차이에 따라 수분 및 온도에 따른 외부환경에 의해 연신이 되는 정도가 불균일하며, 균일한 나노미터 굵기 조절이 어렵고, 더 낮은 나노미터 굵기의 섬유를 제작하는데 한계점이 있다. In particular, the degree of stretching due to the external environment according to the moisture and temperature is uneven, depending on the distance between the nozzle pack and the collector, it is difficult to control the uniform nanometer thickness, and to produce fibers of lower nanometer thickness. There are limitations.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 것으로서, 본 발명의 하나의 목적은 온도구배 조절이 가능하고, 압출기의 방사노즐과 콜렉터 사 이의 거리 조절이 가능하여 나노미터 섬유의 굵기 조절 및 균일한 굵기의 나노섬유를 제작할 수 있는 멀티히팅챔버를 이용한 전기방사 장치를 제공하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, one object of the present invention is to control the temperature gradient, the distance between the spinneret and the collector of the extruder is possible to control the thickness of the nanometer fibers and It is to provide an electrospinning apparatus using a multi-heating chamber that can produce a nanofiber of uniform thickness.

본 발명의 그 밖의 목적, 이점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 자명해질 것이다.Other objects, advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전기방사장치는 방사 재료를 공급하는 방사재료 공급부; 상기 방사재료 공급부로부터 공급된 방사재료를 압출하여 방사하는 압출부; 상기 압출부에서 방사되는 섬유를 일정한 온도 구배로 가열하는 다단의 히팅 유니트들을 구비하는 멀티히팅쳄버; 상기 압출부에 대향하여 위치되고 상기 압출부에서 방사되어 멀티히팅쳄버를 통과한 섬유를 집적하는 컬렉터; 및 상기 압출부와 컬렉터 사이에 전압을 인가하는 고전압 발생기를 포함하는 전기방사장치에 관한 것이다. In order to achieve the above object, the electrospinning device according to the present invention is a spinning material supply unit for supplying a spinning material; An extrusion unit for extruding the spinning material supplied from the spinning material supply unit; A multi-heating chamber having multiple stage heating units for heating the fibers radiated from the extrusion section at a constant temperature gradient; A collector located opposite the extruded portion and for collecting fibers which are spun from the extruded portion and pass through a multi-heating chamber; And it relates to an electrospinning apparatus comprising a high voltage generator for applying a voltage between the extruded portion and the collector.

본 발명의 전기방사장치를 이용하여 폴리머를 전기방사하는 경우에는 멀티히팅쳄버를 구성하는 각각의 히팅 유니트의 온도구배의 조절이 가능하고, 각각의 히팅 유니트의 조립에 의해 압출기의 방사노즐과 콜렉터 사이의 거리 조절이 가능하여 나노미터 섬유의 굵기 조절 및 균일한 굵기의 나노섬유를 제작할 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면 전기용융방사에 의하면서도 수십 ㎚ 내지 500 ㎚ 스케일로 나노 섬유의 굵기를 더욱더 가늘게 제조할 수 있다. In the case of electrospinning the polymer by using the electrospinning device of the present invention, it is possible to adjust the temperature gradient of each heating unit constituting the multi-heating chamber, and by assembling each heating unit, between the spinning nozzle and the collector of the extruder. The distance can be adjusted to control the thickness of the nanometer fibers and to produce a nanofiber of uniform thickness. That is, according to the present invention, the thickness of the nanofibers can be made even thinner on the scale of several tens of nm to 500 nm while using electrofusion spinning.

이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 구현예에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known general functions or configurations will be omitted.

본 발명의 일구현예에 의한 전기방사장치는 방사 재료를 공급하는 방사재료 공급부; 상기 방사재료 공급부로부터 공급된 방사재료를 압출하여 방사하는 압출부; 상기 압출부에서 방사되는 섬유를 일정한 온도 구배로 가열하는 다단의 히팅 유니트들을 구비하는 멀티히팅쳄버; 상기 압출부에 대향하여 위치되고 상기 압출부에서 방사되어 멀티히팅쳄버를 통과한 섬유를 집적하는 컬렉터; 및 상기 압출부와 컬렉터 사이에 전압을 인가하는 고전압 발생기를 포함한다. An electrospinning device according to one embodiment of the present invention is provided with a radiation material supply unit for supplying a radiation material; An extrusion unit for extruding the spinning material supplied from the spinning material supply unit; A multi-heating chamber having multiple stage heating units for heating the fibers radiated from the extrusion section at a constant temperature gradient; A collector located opposite the extruded portion and for collecting fibers which are spun from the extruded portion and pass through a multi-heating chamber; And a high voltage generator for applying a voltage between the extruder and the collector.

본 발명의 전기방사장치는 용액방사 및 용융 방사에 모두 사용될 수 있다.The electrospinning device of the present invention can be used for both solution spinning and melt spinning.

전기방사에 있어서 방사노즐과 콜렉터 사이의 방사 구역에 단일 히팅 챔버를 이용하여 외부의 환경에서 오는 문제점을 해결하고자 하는 시도가 있었으나, 방사노즐과 콜렉터 사이의 거리의 제한으로 인해 다양한 나노미터 굵기의 섬유를 제작하는 어려움이 있으며, 또한 다양한 나노미터 굵기의 섬유를 제작하기 위해서는 다량의 히팅 챔버를 제작해야 경제적 단점이 있다. 또한 히팅 챔버의 가해지는 단일온도로 물질에 따라 특성에 맞게 온도 구배를 주어야 하는 필요성이 있는 물질의 사용에는 제한적이며, 다양한 온도 구배를 통해 연신을 최대화할 수 있는 방법에도 한계점이 있어 더 가는 나노미터 섬유를 제작하기 어려운 한계가 있다. In electrospinning, there have been attempts to solve the problem of the external environment by using a single heating chamber in the spinning zone between the spinning nozzle and the collector, but due to the limitation of the distance between the spinning nozzle and the collector, fibers of various nanometer thicknesses There is a difficulty in manufacturing the, and also in order to manufacture a variety of nanometer-thick fibers have to produce a large amount of heating chamber has an economic disadvantage. In addition, the use of a single temperature applied to the heating chamber is limited to the use of materials that require a temperature gradient appropriate to their properties, and there are limitations in how different temperature gradients can be used to maximize elongation. There are limitations in making fibers difficult.

본 발명의 전기방사장치에서는 방사구역에 서로 쉽게 연결 및 분리될 수 있는 다단의 히팅유니트들로 구성되는 멀티히팅쳄버가 설치되는데, 이러한 멀티히팅쳄버는 각 히팅 유니트 별로 온도를 조절할 수 있어 방사 재료에 맞게 온도 구배를 주어 연신할 수 있고, 또한 방사노즐과 콜렉터 사이의 거리를 용이하게 증감시킬 수 있어 설비의 유연성이 향상되는 이점을 제공할 수 있다. In the electrospinning apparatus of the present invention, a multi-heating chamber composed of multi-stage heating units that can be easily connected and disconnected from each other in a radiation zone is installed. Such a multi-heating chamber can control the temperature for each heating unit, so that It can be extended by giving a suitable temperature gradient, and can also easily increase or decrease the distance between the spinneret and the collector, which can provide the advantage of improved equipment flexibility.

본 발명의 일구현예의 전기방사장치에서 복수의 방사노즐들은 수평 방향 또는 수직 방향으로 배열될 수 있고, 더 나아가 상향으로 배열될 수도 있다. 즉, 본 발명의 전기방사장치는 하방식 방사장치 뿐만 아니라 상향식 또는 횡방향식 방사장치에 적용될 수 있다. In the electrospinning apparatus of one embodiment of the present invention, the plurality of radiation nozzles may be arranged in a horizontal direction or a vertical direction, and may further be arranged upward. In other words, the electrospinning device of the present invention can be applied to a bottom-up radiator as well as a bottom-up radiator.

먼저, 도 1은 본 발명의 일구현예에 의한 전기방사장치를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 일구현예의 전기방사장치는 방사 재료를 공급하는 방사재료 공급부(100); 방사재료를 압출하여 방사하는 압출부(200); 상기 압출부에서 방사되는 섬유를 일정한 온도 구배로 가열하는 다단의 히팅 유니트들을 구비하는 멀티히팅쳄버(300); 상기 압출부에 대향하여 위치되고 상기 압출부에서 방사되어 멀티히팅쳄버를 통과한 섬유를 집적하는 컬렉터(400); 및 상기 압출부와 컬렉터 사이에 전압을 인가하는 고전압 발생기(500)를 포함한다. First, Figure 1 schematically shows an electrospinning device according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 1, the electrospinning device of one embodiment of the present invention, the spinning material supply unit for supplying a spinning material; An extrusion unit 200 for extruding the spinning material; A multi-heating chamber having multiple heating units for heating the fibers radiated from the extruded part at a constant temperature gradient; A collector 400 positioned opposite the extruded portion and configured to accumulate fibers spun by the extruded portion and passed through a multi-heating chamber; And a high voltage generator 500 for applying a voltage between the extruder and the collector.

일반적인 전기방사장치는 방사되는 부분이 시린지로 구성되어 있는데, 본 발명의 전기방사장치는 종래와 같이 압출부로 구성된다. 압출기를 이용하면 방사액의 유량을 시린지 보다 더 정확하게 조절하여 토출량에 따른 나노 섬유 굵기 제어 및 균일한 섬유 굵기를 얻을 수 있다. 이러한 방사재료공급부(100)는 폴리머 방사재료를 공급하는 호퍼(130) 및 폴리머 방사재료를 일정하게 압출기에 공급하는 정량펌프(150)를 포함할 수 있다. 상기 압출부(200)는 상기 호퍼와 연결되고 히터(미도시)와 스크류(미도시)를 포함하는 압출기(210) 및 상기 방사재료 공급부(100) 및 압출기(210)와 연결되어 이들의 동작을 제어하는 제어부(230); 및 상기 압출기(210)로부터 용융된 방사 재료를 공급받아서 다수 개의 노즐을 통해서 방사하는 방사노즐부(250)를 포함할 수 있다.In general, the electrospinning part is composed of a syringe to be radiated, but the electrospinning device of the present invention is composed of an extrusion part as in the prior art. By using an extruder, the flow rate of the spinning solution can be adjusted more precisely than a syringe to obtain nanofiber thickness control and uniform fiber thickness according to the discharge amount. The spinning material supply unit 100 may include a hopper 130 for supplying the polymer spinning material and a metering pump 150 for constantly supplying the polymer spinning material to the extruder. The extruder 200 is connected to the hopper and connected to the extruder 210 and the radiator material supply unit 100 and the extruder 210 including a heater (not shown) and a screw (not shown) to operate their A control unit 230 for controlling; And a spinning nozzle unit 250 that receives the spinning material melted from the extruder 210 and spins through a plurality of nozzles.

상기 호퍼(130)는 압출기에 공급할 폴리머를 저장하는 구성요소이고, 정량펌프(150)는 저장된 폴리머를 시간당 일정한 양으로 압출기에 공급해주는 조절장치인 컨트롤 벨브에 해당한다. 압출부(200)는 폴리머를 녹이는 압출기(210)로 3 내지 6개로 온도를 설정할 수 있는 히터(미도시)와 폴리머를 이송할 수 있도록 투윈 스크류 또는 싱글 스크류(미도시) 및 이러한 히터 온도 및 스크류의 속도 등을 조절할 수 있는 제어부(230)를 포함할 수 있다. 방사노즐부(250)는 압출기(210)로부터 용융된 방사 재료를 받아서 방사액을 토출하는 다수개의 노즐이 배열된 방사노즐부이다. 방사노즐부(250)는 절연노즐로 전압를 직접 인가할 수 있도록 절연체를 이용하여 구성될 수 있다. The hopper 130 is a component for storing the polymer to be supplied to the extruder, the metering pump 150 corresponds to a control valve that is a control device for supplying the stored polymer to the extruder in a fixed amount per hour. Extruder 200 is a heater (not shown) that can set the temperature to 3 to 6 to the extruder 210 for melting the polymer and a twin screw or a single screw (not shown) to transfer the polymer and such a heater temperature and screw It may include a control unit 230 for adjusting the speed and the like. The spinning nozzle unit 250 is a spinning nozzle unit in which a plurality of nozzles for receiving the molten spinning material from the extruder 210 and discharging the spinning liquid are arranged. The radiation nozzle unit 250 may be configured using an insulator to directly apply a voltage to the insulation nozzle.

본 발명에서 상기 멀티히팅쳄버(300)는 다수 개의 히팅 유니트(310, 320, 330)로 구성될 수 있다. 이러한 각각의 히팅 유니트들은 손쉽게 체결하여 길이를 연장하거나 일부 히팅 유니트를 분리하여 길이를 줄일 수 있도록 구성된다. 또한 각각의 히팅유니트(310, 320)에는 히터(340, 350)가 설치되고 이러한 히팅 유니트 들에 대하여 이들의 온도를 조절하는 온도 제어부(360)가 부착되어, 전체 멀티히팅쳄버(300)는 방사노즐에서부터 콜렉터에 이르는 방향으로 일정한 온도 구배를 갖도록 세팅될 수 있다. 방사되는 재료에 따라서 요구되는 방사구역의 조건 및 온도 구배 조건이 상이한데, 본 발명의 멀티히팅쳄버는 길이 및 온도를 자유자재로 조절할 수 있어 각각의 방사재료의 최적의 연신을 위한 조건을 설정할 수 있다. 방사노즐부(250)의 하단부와 콜렉터(400) 간의 거리는, 필라멘트의 연신을 위한 적정 전기장이 형성되도록 약10cm 내지 약100cm 범위로 조절될 수 있는데, 히팅 유니트의 조립에 의해서 조절할 수 있다. In the present invention, the multi-heating chamber 300 may be composed of a plurality of heating units 310, 320, 330. Each of these heating units are configured to be easily fastened to extend the length or to separate the heating units to reduce the length. In addition, each heating unit (310, 320) is provided with a heater 340, 350 and a temperature control unit 360 for adjusting their temperature for these heating units are attached, the entire multi-heating chamber 300 is radiated It can be set to have a constant temperature gradient in the direction from the nozzle to the collector. Depending on the material to be radiated, the conditions of the spinning zone and the temperature gradient conditions are different. The multi-heating chamber of the present invention can freely adjust the length and temperature to set conditions for optimal stretching of each spinning material. have. The distance between the lower end of the spinning nozzle unit 250 and the collector 400 may be adjusted in a range of about 10 cm to about 100 cm so as to form a suitable electric field for stretching of the filament, it can be adjusted by the assembly of the heating unit.

도 1에 도시한 바와 같이, 하나의 구현예에서 멀티히팅쳄버는 두 개 이상의 히팅 유니트(310, 320, 330)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1, in one embodiment the multi-heating chamber may include two or more heating units 310, 320, 330.

다양한 폴리머 재료 가운데 폴리아미드의 경우 2개의 히팅 유니트로 구성될 수 있고, 하나의 챔버의 온도는 약 200도 내지 약220도 범위로 온도를 설정하고, 다른 하나의 챔버는 약 180도 내지 약 190도의 온도로 설정할 수 있고, 전체 멀티히팅쳄버의 길이는 약 60cm 내지 약70cm로 설정할 수 있다. 한편, 폴리에틸렌테레프탈레이트의 경우 3개의 히팅 유니트로 멀티히팅쳄버를 구성하고, 제1 히팅유니트의 온도는 약230도 내지 약250도로 하고, 제 2 히팅유니트는 약 200도 내지 약220도 범위로 하고, 제 3 히팅유니트는 약150도 내지 약170도 범위로 설정할 수 있고, 멀티히팅쳄버의 길이는 약90cm 내지 약100cm로 설정할 수 있다. 폴리에틸렌나프탈레이트의 경우에는 3개의 히팅 유니트로 멀티히팅쳄버를 구성하고, 제 1 히팅유니트는 약240도 내지 약260도로 하고, 제 2 히팅유니트는 약210도 내지 약230도로 하고, 제 3 히팅유니트는 약150도 내지 약170도로 온도 구배를 갖도록 조정하고, 멀티히팅쳄버의 길이는 약 90cm 내지 100cm 범위로 조절할 수 있다. Among the various polymer materials, polyamide can be composed of two heating units, the temperature of one chamber is set in the range of about 200 degrees to about 220 degrees, and the other chamber of about 180 degrees to about 190 degrees It can be set to a temperature, the length of the entire multi-heating chamber can be set to about 60cm to about 70cm. Meanwhile, in the case of polyethylene terephthalate, three heating units constitute a multi-heating chamber, the temperature of the first heating unit is about 230 degrees to about 250 degrees, and the second heating unit is about 200 degrees to about 220 degrees. The third heating unit may be set in a range of about 150 degrees to about 170 degrees, and the length of the multi heating chamber may be set to about 90 cm to about 100 cm. In the case of polyethylene naphthalate, three heating units constitute a multi-heating chamber, the first heating unit is about 240 degrees to about 260 degrees, the second heating unit is about 210 degrees to about 230 degrees, and the third heating unit Is adjusted to have a temperature gradient of about 150 degrees to about 170 degrees, the length of the multi-heating chamber can be adjusted in the range of about 90cm to 100cm.

상기 멀티히팅쳄버(300)의 각각의 히팅 유니트(310, 320, 330) 사이에 열전달을 차단하는 가스켓(330)이 배치된다. 도 2를 참고하면, 이러한 가스켓(330)은 각각의 히팅 유니트(310, 320) 사이에 배치되고, 각각의 히팅 유니트간 열전달을 차단할 수 있는 단열재로 구성될 수 있다. 이러한 가스켓(330)은 각각의 히팅 유니트 사이의 열이동을 차단하고 실링 효과를 제공하여 히팅 유니트로부터 외부로 열이 손실되는 것을 방지하며, 또한 일반적으로 유리 재질로 구성되는 히팅 유니트들 사이에 놓여서 충격을 완충하는 역할을 한다. 일례로 테프론 또는 에폭시 수지 재질로 구성될 수 있다. 각각의 히팅 유니트들(310, 320)은 그 사이에 가스켓(330)을 두고 클램프부(370)에 의해서 체결된다. A gasket 330 is disposed between the heating units 310, 320, and 330 of the multi-heating chamber 300 to block heat transfer. Referring to FIG. 2, the gasket 330 may be disposed between the heating units 310 and 320, and may be made of a heat insulating material capable of blocking heat transfer between the heating units. The gasket 330 blocks heat movement between each heating unit and provides a sealing effect to prevent heat loss from the heating unit to the outside, and is also placed between the heating units, which are generally made of glass, to impact It acts as a buffer. For example, it may be made of Teflon or epoxy resin material. Each of the heating units 310 and 320 is fastened by the clamp unit 370 with a gasket 330 therebetween.

도 3은 히팅 유니트의 일례를 도시한 모식도이다. 하나의 히팅 유니트의 규격은 특별히 제한되지 않으나, 일례로 W는 500mm~1500mm이고, d는 30mm~50mm이며, L은 200~500mm일 수 있다. 3 is a schematic diagram showing an example of a heating unit. The size of one heating unit is not particularly limited, but as an example, W may be 500 mm to 1500 mm, d may be 30 mm to 50 mm, and L may be 200 to 500 mm.

상기 히팅 유니트(310, 320, 330)의 형태는 특별히 제한되지 않으나, 일례로 방사 방향으로 긴 원통형의 유니트로 구성되고, 전기적인 방식으로 가열하여 방사노즐로부터 섬유가 방사될 때 방사 구역의 온도를 일정하게 유지하고 섬유를 연신한다. 히팅 유니트(310, 320, 330)는 예를 들어, 세라믹, 강화유리, 또는 기타 전기절연 무기재 하우징 내에 열선이 설치되거나, 전기적인 방식 이외에 열풍으로 가열하는 방식도 채용될 수 있다. The type of the heating unit 310, 320, 330 is not particularly limited, but for example, it is composed of a cylindrical unit that is elongated in the radial direction, and heated in an electrical manner to control the temperature of the spinning zone when the fiber is spun from the spinning nozzle. Keep constant and stretch the fibers. The heating units 310, 320, and 330 may be provided with, for example, a heating wire installed in a ceramic, tempered glass, or other electrically insulating inorganic housing, or a method of heating with hot air in addition to the electrical method.

상기 방사노즐부(250)의 재료로는 폴리프로필렌[poly(propylene); PP], 폴리에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 불소계 폴리머, 폴리에테르에테르케톤, 나일론과 같은 폴리아미드계 폴리머 등 내화학성을 갖는 엔지니어링 플라스틱계가 채용되며 대안으로는 스테인레스스틸(SUS)과 같은 내부식성의 금속이 채용된다. 상기 방사노즐부(250)은 긴 원뿔형 또는 막대형의 노즐일 수 있다. 본 발명의 섬유의 지름은 상기 방사노즐부(250)에 형성된 미세구멍의 크기를 포함하는 다양한 상태를 조절하여 조정하는 것이 가능하다. Examples of the material of the spinning nozzle part 250 include poly (propylene); PP], polyethylene, polyvinylidene fluoride, fluorine-based polymers such as polytetrafluoroethylene, polyether ether ketone, polyamide-based polymers such as nylon, and the like, and engineering plastics having chemical resistance are employed. Corrosion-resistant metal such as) is adopted. The spinning nozzle unit 250 may be a long cone-shaped or rod-shaped nozzle. The diameter of the fiber of the present invention can be adjusted by adjusting a variety of states including the size of the micropores formed in the spinning nozzle unit 250.

상기 화합물 및 혼합물은 용해된 피치(pitch), 폴리머 용액, 폴리머 용해물, 세라믹이 되기 전의 폴리머, 용해된 유리 물질, 그리고 그것에 알맞은 혼합물을 포함하며, 이에 한정하는 것은 아니다. 몇몇 대표적인 폴리머에는 불소 중합체, 폴리올레핀, 폴리이미드, 폴리락타이드, 폴리에스테르, 폴리카프로락톤 , 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에틸렌 옥사이드 등 용매에 용해가능한 모든 폴리머 물질이 사용될 수 있으며, 단일 혹은 둘 이상이 혼합된 상태로 사용될 수도 있다. 또한 본 발명에서 폴리머 용액 또는 용융 폴리머에는 물성의 향상을 위하여 기타 첨가제가 첨가될 수 있다. The compounds and mixtures include, but are not limited to, dissolved pitch, polymer solution, polymer melt, polymer before becoming ceramic, dissolved glass material, and mixtures suitable for it. Some representative polymers include fluoropolymers, polyolefins, polyimides, Any polymer material soluble in a solvent such as polylactide, polyester, polycaprolactone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polysulfone, polyimide, polyethylene oxide can be used, and a single or two or more mixed Can also be used as a state. In the present invention, other additives may be added to the polymer solution or the molten polymer to improve physical properties.

본 발명에서 고전압발생기(500)는 방사 용액에 잠기도록 설치되어 전압인가시 용액을 하전시킨다. 바람직하게 상기 고전압발생기에 인가되는 전압은 10 ~ 100kV의 범위 내에 해당하도록 하는 것이 나노미터급의 방사를 위해 적합하다. In the present invention, the high voltage generator 500 is installed to be immersed in the spinning solution to charge the solution when voltage is applied. Preferably, the voltage applied to the high voltage generator is in the range of 10 ~ 100kV is suitable for nanometer-class radiation.

방사노즐부(250)으로부터 토출된 섬유는 하전된 콜렉터(400) 상에 수집된다. 콜렉터(400)는 접지되거나, 방사노즐부(250) 측에 인가한 전압의 극성과 반대극성 의 전압이 인가되고, 예컨대 롤러와 같은 이송수단을 통해 컨베이어 벨트방식 등의 방식으로 방사노즐부(250)의 하측으로 연속적으로 공급되도록 구성하는 것이 바람직하다. 상기 콜렉터(400)의 소재로는 전도성이 우수한 금속판이 바람직하게 사용되며, 그밖에 양한 종류의 전도성 재료가 채용될 수 있다. The fibers discharged from the spinning nozzle unit 250 are collected on the charged collector 400. The collector 400 is grounded or a voltage having a polarity opposite to that of the voltage applied to the spinning nozzle unit 250 is applied, and for example, the spinning nozzle unit 250 is operated by a conveyor belt method through a transfer means such as a roller. It is preferable to comprise so that it may supply continuously below. As a material of the collector 400, a metal plate having excellent conductivity is preferably used. In addition, various kinds of conductive materials may be employed.

본 발명의 전기방사장치를 이용하면 직경이 수십나노 내지 수마이크로에 해당하는 나노급 섬유를 수득할 수 있고, 이러한 나노섬유를 콜렉터에 집적하여 두께 10 ~ 3000㎛의 웹을 제조할 수 있다. By using the electrospinning device of the present invention, it is possible to obtain nanoscale fibers having a diameter of several tens of nanometers to several micrometers, and the nanofibers may be integrated in a collector to prepare a web having a thickness of 10 to 3000 μm.

그러면 이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 전기방사장치의 동작에 대하여 설명하기로 한다. 먼저, 방사재료 공급부(100)로부터 압출부(200) 측으로 원료 용액이 정량공급되면, 압출기(210) 내의 히터 및 스크류에 의해 폴리머 재료가 용융되면서 방사노즐부(250)를 통해서 압출되고, 이 때 제어부에 의해 온도가 조절될 수 있다. 압출부(200) 선단의 방사노즐부(250)에 연결된 고전압발생기(500)를 통해 방사액이 하전된다. 상기 방사재료 공급부(100)의 폴리머 방사액은 절연되고 고전압이 인가된 방사노즐(250)을 통해 토출된다. 상기 방사노즐부(250) 하단에 설치된 멀티히팅쳄버(300)의 각 히팅 유니트(310, 320, 330)를 거치면서 미세 필라멘트 형태로 연신되어 대향하는 콜렉터(400) 측으로 토출된다. 이때 콜렉터(400)와 하전 필라멘트 간에 형성되는 강력한 전기장으로 인해 필라멘트가 나노급의 직경이 되도록 연신되며 방사된다. Then, the operation of the electrospinning apparatus according to the present invention configured as described above will be described. First, when the raw material solution is quantitatively supplied from the spinning material supply unit 100 to the extrusion unit 200, the polymer material is melted by the heater and the screw in the extruder 210 and extruded through the spinning nozzle unit 250. The temperature may be adjusted by the controller. The spinning liquid is charged through the high voltage generator 500 connected to the spinning nozzle unit 250 at the tip of the extrusion unit 200. The polymer spinning liquid of the spinning material supply unit 100 is discharged through the spinning nozzle 250 is insulated and applied with a high voltage. Through the heating units 310, 320, 330 of the multi-heating chamber 300 installed at the bottom of the spinning nozzle unit 250, the filament is elongated in the form of fine filaments and discharged to the opposite collector 400. At this time, due to the strong electric field formed between the collector 400 and the charged filament, the filament is stretched and radiated to a nano-grade diameter.

본 발명의 전기방사장치에 의해서는 수십나노 내지 수마이크로 미터 굵기의 극미세 섬유를 제조할 수 있는데, 이러한 극미세 섬유는 필터소재, 광화학 센서소 재, 카본 나노튜브 등 탄소 소재, 전자소자용 소재, 생체 의학용 소재, 조직 공학용 소재, 약물 전달용 소재, DNA 제조용 기초소재 및 미용소재 등으로 광범위하게 응용될 수 있다. 예를 들어, 나노섬유는 부피에 비해 표면적이 매우 크기 때문에 필터용으로 응용시 탁월한 효과를 나타내며, 전기전도성을 지닌 고분자를 나노 섬유로 제조해 유리에 코팅하면 햇빛의 양을 감지해 창문의 색을 변하게 할 수 있다. 전도성 나노섬유를 리튬이온전지의 전해질로 사용할 경우, 전해액의 누출을 막으면서 도전지의 크기와 무게를 크게 줄일 수 있다. 또한 생체조직과 흡사하게 만든 인공단백질로 나노섬유를 만들면 상처가 아물면서 바로 몸속으로 흡수되는 붕대나 인조피부 제조에도 이용될 수 있다.By the electrospinning apparatus of the present invention, it is possible to produce ultrafine fibers of several tens of nanometers to several micrometers in thickness. Such microfine fibers are made of filter materials, photochemical sensor materials, carbon materials such as carbon nanotubes, and materials for electronic devices. , Biomedical materials, tissue engineering materials, drug delivery materials, DNA manufacturing basic materials and cosmetic materials and the like can be widely applied. For example, nanofibers have a very large surface area compared to their volume, so they have an excellent effect when applied to filters. When nanofibers made of electrically conductive nanofiber are coated on glass, the color of the window can be detected by detecting the amount of sunlight. Can change. When the conductive nanofiber is used as an electrolyte of a lithium ion battery, the size and weight of the conductive paper can be greatly reduced while preventing leakage of the electrolyte. In addition, if nanofibers are made from artificial proteins made similar to biological tissues, they can be used for the manufacture of bandages or artificial skins that are immediately absorbed into the body as the wound heals.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 예로 들어 상세하게 설명하였으나, 이러한 설명은 단순히 본 발명의 예시적인 실시예를 설명 및 개시하는 것이다. 당업자는 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어남이 없이 상기 설명 및 첨부 도면으로부터 다양한 변경, 수정 및 변형예가 가능함을 용이하게 인식할 것이다. 따라서 본 발명의 이러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다. Although the above has been described in detail with reference to a preferred embodiment of the present invention, this description is merely to describe and disclose an exemplary embodiment of the present invention. Those skilled in the art will readily recognize that various changes, modifications and variations can be made from the above description and the accompanying drawings without departing from the scope and spirit of the invention. Therefore, such modifications and variations of the present invention should be construed as falling within the claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일구현예에 의한 전기방사장치의 개략단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일구현예에 의한 전기방사장치의 멀티히팅쳄버의 확대단면도이다.Figure 2 is an enlarged cross-sectional view of a multi-heating chamber of the electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 멀티히팅쳄버 중 하나의 히팅 유니트의 개략단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of one heating unit of the multi-heating chamber of FIG. 2.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

130: 호퍼 150: 정량펌프130: hopper 150: metering pump

100: 방사재료 공급부 200: 압출부100: spinning material supply unit 200: extrusion unit

210: 압출기 230: 제어부 210: extruder 230: control unit

250: 방사노즐부250: spinning nozzle

300: 멀티히팅쳄버 310, 320, 330: 히팅유니트300: multi-heating chamber 310, 320, 330: heating unit

330: 가스켓 340, 350: 히터 330: gasket 340, 350: heater

360: 온도제어부 370: 클램프부360: temperature control unit 370: clamp unit

400: 콜렉터 500: 고전압 발생장치 400: collector 500: high voltage generator

Claims (6)

방사 재료를 공급하는 방사재료 공급부;A spinning material supply unit for supplying spinning material; 상기 방사재료 공급부로부터 공급된 방사재료를 압출하여 방사하는 압출부;An extrusion unit for extruding the spinning material supplied from the spinning material supply unit; 상기 압출부에서 방사되는 섬유를 일정한 온도 구배로 가열하는 다단의 히팅 유니트들을 구비하는 멀티히팅쳄버;A multi-heating chamber having multiple stage heating units for heating the fibers radiated from the extrusion section at a constant temperature gradient; 상기 압출부에 대향하여 위치되고 상기 압출부에서 방사되어 멀티히팅쳄버를 통과한 섬유를 집적하는 컬렉터; 및 A collector located opposite the extruded portion and for collecting fibers which are spun from the extruded portion and pass through a multi-heating chamber; And 상기 압출부와 컬렉터 사이에 전압을 인가하는 고전압 발생기를 포함하는 전기방사장치. Electrospinning apparatus comprising a high voltage generator for applying a voltage between the extruded portion and the collector. 제 1항에 있어서, 상기 압출부는 The method of claim 1, wherein the extrusion portion 폴리머 방사재료를 공급하는 호퍼;A hopper for supplying a polymer spinning material; 상기 호퍼와 연결되고 히터와 스크류를 포함하는 압출기;An extruder connected to the hopper and including a heater and a screw; 상기 방사재료공급부 및 압출기와 연결되어 이들의 동작을 제어하는 제어부; 및 A control unit connected to the spinning material supply unit and the extruder to control their operation; And 상기 압출기로부터 용융된 방사 재료를 받아서 방사노즐을 통해서 방사하는 방사노즐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치. Electrospinning apparatus characterized in that it comprises a spinning nozzle unit for receiving the molten spinning material from the extruder and spinning through the spinning nozzle. 제 1항에 있어서, 상기 멀티히팅쳄버는 The method of claim 1, wherein the multi-heating chamber 두 개 이상의 조립식 히팅 유니트들;Two or more prefabricated heating units; 각각의 히팅 유니트 내에 포함된 히터들; Heaters included in each heating unit; 상기 히팅 유니트들의 온도를 제어하는 온도제어부; A temperature control unit controlling a temperature of the heating units; 각각의 히팅 유니트 사이에 배치되는 가스켓; 및 A gasket disposed between each heating unit; And 이웃하는 히팅 유니트들을 연결하는 클램프부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치. Electrospinning apparatus comprising a clamp unit for connecting the neighboring heating units. 제 3항에 있어서, 상기 히팅 유니트는 압출부에서 방사되어 나오는 극미세 섬유를 전기적인 방식 또는 열풍에 의해 가열하는 것임을 특징으로 하는 전기방사장치. The electrospinning apparatus according to claim 3, wherein the heating unit heats the ultrafine fibers radiated from the extrusion unit by an electric method or hot air. 제 3항에 있어서, 상기 온도 제어부는 상기 복수의 히팅 유니트들에 연결되어, 각각의 히팅 유니트가 일정한 온도 구배를 갖도록 독립적으로 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기방사장치. The electrospinning apparatus of claim 3, wherein the temperature control unit is connected to the plurality of heating units, and is configured to independently adjust each heating unit to have a constant temperature gradient. 제 3항에 있어서, 상기 가스켓은 테플론 또는 에폭시 수지로 구성된 것을 특징으로 하는 전기방사장치. 4. The electrospinning apparatus of claim 3, wherein the gasket is made of Teflon or epoxy resin.
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