KR101030824B1 - Insulated nozzle pack for electrospinning and electrospinning device comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기방사용 절연 노즐팩 및 이를 포함하는 전기방사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노즐팩의 몸체 내주면과 몸체 내부에 수용되는 각 구성부품의 외주면 사이에 절연재로 이루어진 절연판을 삽입 형성하여 노즐팩 자체를 전기방사장치의 다른 구성부품과 전기적으로 절연시킴으로써, 노즐과 콜렉터 사이에 더욱 효과적인 전기장 형성을 가능하게 하는 전기방사용 절연 노즐팩 및 이를 포함하는 전기방사장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electrospinning insulated nozzle pack and an electrospinning apparatus including the same. More specifically, an insulating plate made of an insulating material is inserted between an inner circumferential surface of a nozzle pack and an outer circumferential surface of each component accommodated in the body. The present invention relates to an electrospinning insulated nozzle pack and an electrospinning apparatus including the same, which electrically insulate the nozzle pack itself from other components of the electrospinning apparatus, thereby enabling a more effective electric field formation between the nozzle and the collector.

전기방사, 용액전기방사, 용융전기방사, 절연 노즐팩, 방사노즐부, 나노섬유, 전기적 절연, 절연판 Electrospinning, Solution electrospinning, Melt electrospinning, Insulated nozzle pack, Spinning nozzle unit, Nanofiber, Electrical insulation, Insulation plate

Description

전기방사용 절연 노즐팩 및 이를 포함하는 전기방사장치{INSULATED NOZZLE PACK FOR ELECTROSPINNING AND ELECTROSPINNING DEVICE COMPRISING THE SAME}Insulating nozzle pack for electrospinning and electrospinning apparatus including the same {INSULATED NOZZLE PACK FOR ELECTROSPINNING AND ELECTROSPINNING DEVICE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 전기방사용 절연 노즐팩 및 이를 포함하는 전기방사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노즐팩 자체를 전기방사장치의 다른 구성부품과 전기적으로 절연시킴으로써 노즐과 콜렉터 사이에 더욱 효과적인 전기장 형성을 가능하게 하는 전기방사용 절연 노즐팩 및 이를 포함하는 전기방사장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electrospinning insulated nozzle pack and an electrospinning apparatus including the same. More particularly, the nozzle pack itself is electrically insulated from other components of the electrospinning apparatus to provide more effective electric field formation between the nozzle and the collector. The present invention relates to an electrospun insulating nozzle pack and an electrospinning apparatus including the same.

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. 이러한 전기방사법은 전극의 한 극은 방사노즐부에, 다른 한 극은 콜렉터에 위치한 서로 반대 극성을 가지는 두 전극 사이에서, 하전된 고분자 용액을 방사노즐부를 거쳐 공기중으로 토출하고, 이어서 공기 중에서 하전 필라멘트의 연신 및 또 다른 필라멘트 분기를 거쳐 극세섬유를 제조하는 방법이다. 즉, 하전된 토출 필라멘트는 노즐과 콜렉터 사이에 형 성된 전기장 내에서 상호 반발등 전기적 영향으로 심한 요동을 거치면서 극세화된다.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. In this electrospinning method, a charged polymer solution is discharged into the air through a spinning nozzle part between two electrodes having opposite polarities in which one pole of the electrode is located in the radiation nozzle and the other is located in the collector, and then the charged filament in the air. It is a method for producing microfibers through drawing and branching of another filament. In other words, the charged discharge filament becomes extremely fine through severe fluctuations due to electrical effects such as mutual repulsion in the electric field formed between the nozzle and the collector.

전기방사에 의해 제조되는 섬유는 직경이 마이크로미터 두께에서 나노미터 두께가 되는데, 이와 같이 두께가 줄어들면 전혀 새로운 특성들을 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.Fibers produced by electrospinning have a diameter ranging from micrometers to nanometers, which in turn exhibits completely new properties. 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.

전기방사를 위한 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 구성되어 있다.An electrospinning device for electrospinning typically has a spinning solution 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 facing the nozzle pack. It consists of a collector and a voltage generator for generating a voltage to accumulate fibers that are located and spun.

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, 노즐내에서의 정전기적 압력, 고분자 용액의 주입속도와 같은 제어변수 등을 들 수 있다.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. Control variables such as voltage between, electric field charge density, electrostatic pressure in nozzle, injection speed of polymer solution, and the like.

이와 관련하여, 종래의 전기방사장치에 있어서는 방사노즐부에 양전압 또는 음전압을 인가하고 콜렉터에 방사노즐부와 반대의 전압을 인가하여 방사노즐부와 콜렉터 사이에는 전기장을 형성하였다. 그러나, 이러한 장치에서는 방사노즐부에 접하는 다른 구성부품도 방사노즐부와 통전상태가 되어 노즐과 콜렉터 사이에 집중적인 전기장 형성이 어려운 문제점이 있다. In this regard, in the conventional electrospinning apparatus, a positive voltage or a negative voltage is applied to the radiation nozzle portion and a voltage opposite to the radiation nozzle portion is applied to the collector to form an electric field between the radiation nozzle portion and the collector. However, in such an apparatus, other components in contact with the radiating nozzle part also become energized with the radiating nozzle part, making it difficult to form an intensive electric field between the nozzle and the collector.

또한, 전기방사장치의 다른 구성부품들에 다량의 전류가 누설됨으로써 이러한 구성부품들의 기계적 손상의 염려도 있다. In addition, leakage of a large amount of current into other components of the electrospinning apparatus may cause mechanical damage of these components.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고분자 재료를 방사하는 노즐팩 자체를 전기방사장치의 다른 구성부품과 전기적으로 절연시킴으로써 노즐과 콜렉터 사이에 더욱 효과적인 전기장 형성을 가능하게 하는 전기방사용 절연 노즐팩을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to electrically insulate the nozzle pack itself radiating the polymer material from the other components of the electrospinning apparatus more effective electric field between the nozzle and the collector It is to provide an electrospinning insulated nozzle pack that enables the formation.

본 발명의 다른 목적은, 상기와 같은 본 발명의 절연 노즐팩을 포함함으로써 매우 미세하고 균질한 나노 섬유를 제조할 수 있는 전기방사장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an electrospinning device capable of producing very fine and homogeneous nanofibers by including the insulating nozzle pack of the present invention as described above.

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

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 중공의 원통형으로 내부에 노즐팩의 구성부품들이 수용되는 몸체, 상기 몸체의 입구측 개구부를 덮어 설치되며 폴리머를 몸체 내부로 안내하는 관통홀이 형성된 상부 플레이트, 상기 상부 플레이트의 출구측에 설치되며 몸체 내부로 유입된 폴리머를 1차로 수용하는 어댑터(adapter), 상기 어댑터의 출구측에 설치되며 어댑터에서 토출되는 폴리머를 디스트리뷰터(distributer)로 안내하는 홀 플레이트(hole plate), 상기 홀 플레이트의 출구측에 설치되며 홀 플레이트에서 토출되는 폴리머를 노즐 플레이트로 안내하는 디스트리뷰터, 상기 디스트리뷰터의 출구측에 설치되며 폴리머를 외부로 방사하기 위한 다수개의 노즐이 형성된 노즐 플레이트 및 상기 몸체의 내주면과 상기 어댑터, 홀 플레이트, 디스트리뷰터, 노즐 플레이트의 외주면 사이에 형성되는 절연판을 포함하는 절연 노즐팩에 관한 것이다.One aspect of the present invention for achieving the above object is a hollow cylindrical body that is installed inside the body containing the components of the nozzle pack, covering the inlet opening of the body and penetrates to guide the polymer into the body An upper plate formed with a hole, an adapter installed at the outlet side of the upper plate and accommodating the polymer introduced into the body as a primary, a polymer installed at the outlet side of the adapter and discharged from the adapter as a distributor A guide hole plate, a distributor installed at the outlet side of the hole plate and guiding the polymer discharged from the hole plate to the nozzle plate, a plurality of nozzles installed at the outlet side of the distributor and for radiating the polymer to the outside The formed nozzle plate and the inner peripheral surface of the body and the adapter, hole plate, The present invention relates to an insulating nozzle pack including a distributor and an insulating plate formed between the outer circumferential surface of the nozzle plate.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은, 폴리머를 공급하기 위한 폴리머 공급부, 폴리머 공급부로부터 이송된 폴리머를 방사하는 방사노즐부, 방사노즐부로부터 방사된 섬유를 집적하는 콜렉터부, 방사노즐부와 콜렉터부 사이에 전압을 인가하는 전압 발생기를 포함하는 전기방사장치에 있어서, 상기 방사노즐부가 본 발명에 따른 상기 절연 노즐팩을 포함하는 전기방사장치에 관한 것이다.Another aspect of the present invention for achieving the above object, a polymer supply for supplying a polymer, a spinning nozzle unit for spinning a polymer transferred from the polymer supply, a collector unit for integrating fibers spun from the spinning nozzle unit, spinning An electrospinning apparatus comprising a voltage generator for applying a voltage between a nozzle unit and a collector unit, the radiation nozzle unit relates to an electrospinning apparatus including the insulated nozzle pack according to the present invention.

본 발명의 절연 노즐팩 및 이를 포함하는 전기방사장치는 노즐과 콜렉터 사이에 효과적인 전기장 형성을 가능하게 하므로 매우 미세하고 균질한 나노 섬유의 제조를 가능하게 하는 효과가 있다.The insulating nozzle pack and the electrospinning apparatus including the same of the present invention enable effective electric field formation between the nozzle and the collector, thereby making it possible to manufacture very fine and homogeneous nanofibers.

또한, 본 발명의 절연 노즐팩은 전기방사장치의 다른 구성부품과 노즐팩을 전기적으로 절연시킴으로써 전기방사장치의 기계적 손상을 방지하는 효과가 있다. In addition, the insulating nozzle pack of the present invention has an effect of preventing mechanical damage of the electrospinning apparatus by electrically insulating the nozzle pack with other components of the electrospinning apparatus.

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.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전기방사용 절연 노즐팩의 단면도이고, 도 2는 부분 절개도이다.1 is a cross-sectional view of an electrospinning insulating nozzle pack according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a partial cutaway view.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 전기방사용 절연 노즐팩은 중공의 원통형으로 내부에 노즐팩의 구성부품들이 수용되는 몸체(10), 상기 몸체(10)의 입구측 개구부를 덮는 형태로 설치되며 폴리머를 몸체 내부로 안내하는 관통홀(21)이 형성된 상부 플레이트(20), 상기 상부 플레이트(20)의 다음 단에 설치되며 몸체 내부로 유입된 폴리머를 1차로 수용하는 어댑터(30), 상기 어댑터(30)의 다음 단에 설치되며 어댑터(30)에서 토출되는 폴리머를 디스트리뷰터(50)로 안내하는 홀 플레이트(40), 상기 홀 플레이트(40)의 다음 단에 설치되며 홀 플레이트(40)에서 토출되는 폴리머를 노즐 플레이트(60)로 안내하는 디스트리뷰터(50), 상기 디스트리뷰터(50)의 출구측에 설치되며 폴리머를 외부로 방사하기 위한 다수개의 노즐(61)이 형성된 노즐 플레이트(60) 및 상기 몸체(10)의 내주면과 상기 어댑터(30), 홀 플레이트(40), 디스트리뷰터(50), 노즐 플레이트(60)의 외주면 사이에 형성되는 절연판(70)을 포함한다. 1 and 2, the electrospinning insulated nozzle pack according to an embodiment of the present invention is a hollow cylindrical body in which the components of the nozzle pack 10, the inlet of the body 10 It is installed to cover the side opening and the upper plate 20 is formed with a through-hole 21 for guiding the polymer into the body, it is installed in the next stage of the upper plate 20 and accommodates the polymer introduced into the body first The adapter 30 is installed at the next stage of the adapter 30, the hole plate 40 for guiding the polymer discharged from the adapter 30 to the distributor 50, the next stage of the hole plate 40 And a distributor 50 for guiding the polymer discharged from the hole plate 40 to the nozzle plate 60 and an outlet side of the distributor 50 and having a plurality of nozzles 61 for radiating the polymer to the outside. Nozzle Plate (60 And an insulating plate 70 formed between the inner circumferential surface of the body 10 and the outer circumferential surface of the adapter 30, the hole plate 40, the distributor 50, and the nozzle plate 60.

상기 몸체(10)는 내부에 노즐팩의 구성부품들을 수용하기 위한 내부 수용공간을 구비한 대체로 원통형상으로서, 본 발명에 따른 절연 노즐팩의 몸통을 구성한다. 상기 몸체(10)의 내부 수용공간에는 폴리머 재료가 투입되는 입구측에서부터 순차적으로 어댑터(30), 홀 플레이트(40), 디스트리뷰터(50) 및 노즐 플레이트(60) 가 몸체의 내주면과 소정의 간극을 두고 수용되며, 상기 소정의 간극에는 절연판(70)이 형성된다. The body 10 is generally cylindrical in shape having an inner accommodating space for accommodating components of the nozzle pack therein, and constitutes the body of the insulated nozzle pack according to the present invention. The adapter 30, the hole plate 40, the distributor 50 and the nozzle plate 60 sequentially fill a predetermined gap with the inner circumferential surface of the body from the inlet side into which the polymer material is introduced into the inner receiving space of the body 10. The insulating plate 70 is formed in the predetermined gap.

상기 몸체(10)의 입구측 개구부에는 상부 플레이트(20)가 개구부를 덮는 형태로 설치된다. 상기 상부 플레이트(20)는 볼트 등의 체결수단(22)에 의하여 상기 몸체(10)에 체결된다. 상기 상부 플레이트(20)에는 폴리머 공급부로부터 공급되는 폴리머를 몸체(10) 내부로 안내하기 위한 관통공(21)이 형성된다. 상기 관통공(21)은 출구쪽으로 갈수록 넓어져서 출구측의 직경은 어댑터(30)의 직경과 일치하도록 형성된다.The inlet side opening of the body 10 is installed in a form in which the upper plate 20 covers the opening. The upper plate 20 is fastened to the body 10 by fastening means 22 such as bolts. The upper plate 20 is formed with a through hole 21 for guiding the polymer supplied from the polymer supply into the body 10. The through hole 21 is widened toward the outlet so that the diameter of the outlet side is formed to match the diameter of the adapter (30).

상부 플레이트(20)에서 토출된 폴리머는 상부 플레이트(20) 출구측에 접하여 설치된 어댑터(30)에 1차적으로 수용된다. 상기 어댑터(30)는 속이 빈 원통형상으로 그 내경은 상부 플레이트(20) 관통공(21)의 출구측 직경과 일치하며, 외경은 몸체(10)의 내주면 직경보다 조금 작게 형성된다. 상기 어댑터(30)의 외주면과 몸체(10)의 내주면 사이에는 절연판(70)이 형성된다.The polymer discharged from the upper plate 20 is primarily accommodated in the adapter 30 installed in contact with the outlet side of the upper plate 20. The adapter 30 has a hollow cylindrical shape, the inner diameter of which corresponds to the diameter of the outlet side of the through-hole 21 of the upper plate 20, and the outer diameter is slightly smaller than the diameter of the inner circumferential surface of the body 10. An insulating plate 70 is formed between the outer circumferential surface of the adapter 30 and the inner circumferential surface of the body 10.

상기 어댑터(30)의 내부에는 모래나 금속가루 등의 충진물(31)이 충진된다. 이와 같이 어댑터(30)의 내부에 충진물(31)을 충진함으로써 관통공(21)에서 토출된 폴리머가 한쪽으로 쏠리는 현상 없이 고르게 분포되어 몸체 내부를 흐르게 된다. 상기 어댑터(30)의 입구측과 출구측에는 이물질의 혼입을 방지하기 위한 필터(90)가 설치된다.Filler 31, such as sand or metal powder, is filled in the adapter 30. As such, by filling the filler 31 in the adapter 30, the polymer discharged from the through hole 21 is evenly distributed without flowing to one side and flows inside the body. The inlet side and the outlet side of the adapter 30 is provided with a filter 90 to prevent the mixing of foreign matter.

어댑터(30)에서 토출된 폴리머는 이어서 홀 플레이트(40)를 통과하여 디스트리뷰터(50)에 안내된다. 어댑터(30)의 출구측에 설치되는 상기 홀 플레이트(40)는 원판형상으로서 그 전면에 상면과 하면을 관통하는 다수개의 관통홀(41)이 형성된다. 이와 같이 홀 플레이트(40)의 전면에 다수개의 관통홀(41)을 형성함으로써 어댑터(30)에서 토출되는 폴리머가 전면적에 걸쳐 균일한 분포상태를 유지하면서 디스트리뷰터(50)로 안내된다. 상기 홀 플레이트(40)는 그 외주면이 몸체(10)의 내주면과 소정의 간격을 갖도록 설치되며, 그 외경의 치수는 인접하는 어댑터(30) 및 디스트리뷰터(50)와 일치한다.The polymer discharged from the adapter 30 is then passed through the hole plate 40 and guided to the distributor 50. The hole plate 40 installed at the outlet side of the adapter 30 has a disc shape, and a plurality of through holes 41 penetrating the upper and lower surfaces thereof are formed on the front surface thereof. By forming a plurality of through holes 41 in the front of the hole plate 40 as described above, the polymer discharged from the adapter 30 is guided to the distributor 50 while maintaining a uniform distribution state over the entire area. The hole plate 40 is installed such that its outer circumferential surface has a predetermined distance from the inner circumferential surface of the body 10, and the dimensions of the outer diameter are consistent with the adjacent adapter 30 and the distributor 50.

홀 플레이트(40)를 통과한 폴리머는 이어서 디스트리뷰터(50)로 안내된다. 상기 디스트리뷰터(50)는 그 내부에 폴리머의 흐름을 원활하게 하기 위하여 디스트리뷰터(50)의 외측으로부터 내측으로 돌출되는 볼록한 부분을 포함한다. 상기 디스트리뷰터(50)의 입구측 내경은 홀 플레이트(40)의 내경과 일치하도록 형성된다. 상기 내경은 이어서 출구측을 따라서 내측으로 경사지게 좁아지다가 다시 외측으로 경사지게 넓어져 출구측 내경은 이와 맞닿은 노즐 플레이트(60)의 내경과 일치하게 형성된다.The polymer passed through the hole plate 40 is then guided to the distributor 50. The distributor 50 includes a convex portion protruding from the outside of the distributor 50 to the inside to facilitate the flow of the polymer therein. The inner diameter of the inlet side of the distributor 50 is formed to match the inner diameter of the hole plate 40. The inner diameter is then narrowed inclined inward along the outlet side and widened inclined outward again so that the outlet inner diameter coincides with the inner diameter of the nozzle plate 60 in contact with it.

이와 같이, 본 발명의 일 구현예에서 디스트리뷰터(50)의 내부 폴리머가 체류하는 공간은 원뿔 두개를 거꾸로 결합한 형태로 형성되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 폴리머의 흐름을 원활하게 할 수 있는 어떠한 구조의 형태도 채용 가능하다. 상기 디스트리뷰터(50)의 출구측에는 필터(90)가 설치되어 이물질이 노즐(61) 내로 혼입되는 것을 방지한다.As such, in one embodiment of the present invention, the space in which the internal polymer of the distributor 50 stays is formed in a shape in which two cones are inverted, but the structure is not necessarily limited thereto, and any structure capable of smoothing the flow of the polymer. It is also possible to adopt the form of. A filter 90 is installed at the outlet side of the distributor 50 to prevent foreign matter from being mixed into the nozzle 61.

디스트리뷰터(50)를 통과한 폴리머는 최종적으로 노즐 플레이트(60)에 형성된 다수개의 홀(hole)만 있는 플레이트형 노즐(61) 또는 다수개의 돌출형(시린지 니들(syringe needle)형태) 노즐을 통하여 공기중으로 방사된다. 상기 다수개의 노즐(61)은, 입구측 내경보다 출구측 내경이 작은 것이 바람직하다. 노즐 플레이트(60)에 형성되는 노즐(61)의 개수는 제조될 나노섬유 웹의 사이즈나 두께, 생산 속도 등을 종합적으로 고려하여 설정될 수 있다. 전기장 간섭 방지, 토출 스트림간의 접촉 방지 등을 고려하면 상기 노즐 플레이트(60)에 형성되는 노즐(61)간의 간격은 예를 들어 2~20 mm로 설정될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 3~15 mm로 설정될 수 있다. 상기 노즐(61)의 출구측 내경은 0.01~3 mm, 길이는 3~50 mm로 형성하는 것이 바람직하다. 도시된 본 발명의 일 구현예에서, 상기 노즐(61)은 노즐 플레이트(60)의 가장자리를 따라서 원형으로 형성되는 것으로 되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 다양한 형태의 배열로 형성될 수 있다.The polymer that has passed through the distributor 50 is finally passed through a plate-shaped nozzle 61 having only a plurality of holes formed in the nozzle plate 60 or through a plurality of protruding (syringe needle) nozzles. It is radiated to the middle. It is preferable that the plurality of nozzles 61 have a smaller inner diameter at the outlet side than the inner diameter at the inlet side. The number of nozzles 61 formed on the nozzle plate 60 may be set in consideration of the size, thickness, production speed, etc. of the nanofiber web to be manufactured. In consideration of electric field interference prevention and contact prevention between the discharge streams, the interval between the nozzles 61 formed in the nozzle plate 60 may be set to, for example, 2 to 20 mm, more preferably 3 to 15 mm. It can be set to. The inside diameter of the outlet side of the nozzle 61 is preferably 0.01 to 3 mm, the length is 3 to 50 mm. In the illustrated embodiment of the present invention, the nozzle 61 is formed to be circular along the edge of the nozzle plate 60, but is not limited thereto and may be formed in various forms of arrangement.

본 발명에 따른 절연 노즐팩은 노즐팩 자체를 전기방사장치의 다른 구성부품들로부터 전기적으로 절연시키는 것을 특징으로 한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 상기 절연 노즐팩은 폴리머가 체류하는 공간인 어댑터(30), 홀 플레이트(40), 디스트리뷰터(50) 및 노즐 플레이트(60)의 외주면과 몸체의 내주면 사이에 절연재로 이루어진 절연판(70)이 삽입 설치된다. 이와 같이 폴리머가 체류하는 공간을 다른 구성부품들과 전기적으로 절연시킴으로써 하전되거나 유기되는 전류를 차단하게 되어 노즐과 콜렉터 사이에 집중적이고 효과적인 전기장 형성이 가능하게 된다. The insulating nozzle pack according to the present invention is characterized in that the nozzle pack itself is electrically insulated from other components of the electrospinning apparatus. As shown in FIGS. 1 and 2, the insulated nozzle pack of the present invention is formed by the outer peripheral surface and body of the adapter 30, the hole plate 40, the distributor 50, and the nozzle plate 60, which are spaces where the polymer resides. An insulating plate 70 made of an insulating material is inserted between the inner circumferential surfaces. As such, the space in which the polymer resides is electrically insulated from other components, thereby blocking the charged or induced current, thereby enabling the formation of concentrated and effective electric fields between the nozzle and the collector.

상기 절연판(70)의 재질로는 테프론, 베이클라이트 등 절연성과 내열성을 가지고 있는 공지의 재료를 제한없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 테프론을 사용 하는 것이 좋다. 또한, 몸체(10)의 하면 일부에도 절연판(80)을 둘러 설치함으로써 더욱 완벽하게 절연효과를 발휘할 수도 있다. 이때 몸체(10)와 절연판(80)은 역시 절연재로 이루어진 특수 볼트 등의 체결수단(81)을 사용하여 체결한다.As the material of the insulating plate 70, a known material having insulation and heat resistance, such as Teflon and bakelite, can be used without limitation, but preferably Teflon is used. In addition, by installing the insulating plate 80 around a portion of the lower surface of the body 10, it is possible to exhibit a more complete insulating effect. At this time, the body 10 and the insulating plate 80 is fastened using fastening means 81 such as special bolts made of an insulating material.

본 발명의 상기 절연 노즐팩은 반드시 본 발명의 전기방사장치에 적용되는 것에 한정되지 않으며, 전기방사방식으로 나노섬유를 제조하기 위한 통상적인 전기방사장치에서 폴리머를 방사하기 위한 방사수단으로 적용될 수 있음이 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 절연 노즐팩은 용액전기방사, 용융전기방사 등 모든 형태의 전기방사장치에 제한없이 적용될 수 있다.The insulated nozzle pack of the present invention is not necessarily limited to that applied to the electrospinning apparatus of the present invention, and may be applied as a spinning means for spinning a polymer in a conventional electrospinning apparatus for producing nanofibers by an electrospinning method. This should be understood. In addition, the insulating nozzle pack of the present invention can be applied to any type of electrospinning apparatus such as solution electrospinning, molten electrospinning without limitation.

본 발명의 또 다른 양상은, 전기방사용 폴리머를 공급하기 위한 폴리머 공급부, 상기 폴리머 공급부로부터 이송된 폴리머를 공기중으로 토출하기 위한 방사노즐부, 상기 방사노즐부로부터 토출된 섬유를 집적하기 위한 콜렉터부, 상기 방사노즐부와 콜렉터부 사이에 고압의 전압을 인가하기 위한 전압 발생기를 포함하는 전기방사장치에 있어서, 상기 방사노즐부가 전술한 본 발명에 따른 절연 노즐팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is a polymer supply unit for supplying an electrospun polymer, a spinning nozzle unit for discharging the polymer transferred from the polymer supply unit into the air, a collector unit for accumulating fibers discharged from the spinning nozzle unit In the electrospinning apparatus comprising a voltage generator for applying a high voltage between the radiation nozzle unit and the collector unit, the radiation nozzle unit comprises an insulating nozzle pack according to the present invention described above Relates to a device.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 절연 노즐팩을 포함하는 전기방사장치의 각 구성요소를 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 방사장치는 폴리머 공급부(100), 방사노즐부(200), 콜렉터부(300) 및 전압 발생기(400)를 포함한다. 3 is a schematic diagram schematically showing each component of the electrospinning apparatus including the insulating nozzle pack according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention includes a polymer supply unit 100, a radiation nozzle unit 200, a collector unit 300, and a voltage generator 400.

본 발명의 일 구현예에 따른 전기 방사장치에서 상기 폴리머 공급부(100)는 섬유 원료가 되는 폴리머 재료가 공급되어 용매에 용해되거나 용융액으로 상변화되 는 부분이다. 도시된 구현예에서, 상기 폴리머 공급부는 폴리머 방사액 저장탱크(110), 폴리머 방사액을 방사노즐부(200)측으로 정량공급하기 위한 정량펌프(120) 및 이송배관(130)을 포함하여 구성된다. 그러나, 폴리머 공급부(100)는 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 폴리머칩을 용융하기 위한 가열수단, 용융된 폴리머 용융액을 이송하기 위한 이송수단을 구비한 익스트루더(extruder) 타입의 용융전기방사용 폴리머 공급장치로 구성될 수도 있다.In the electrospinning apparatus according to the embodiment of the present invention, the polymer supply unit 100 is a polymer material which is used as a fiber raw material and is supplied to be dissolved in a solvent or phase-changed into a melt. In the illustrated embodiment, the polymer supply unit comprises a polymer spinning liquid storage tank 110, a metering pump 120 and a transfer pipe 130 for quantitatively supplying the polymer spinning liquid to the spinning nozzle unit 200 side. . However, the polymer supply unit 100 is not limited to this configuration, and the extruder type molten electrospray provided with a heating means for melting the polymer chip and a conveying means for conveying the molten polymer melt. It may also consist of a polymer feeder.

본 발명에서 사용가능한 폴리머 재료는 폴리머 용액, 폴리머 용해물, 용해된 유리 물질, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 본 발명에서 사용가능한 대표적인 폴리머의 비제한적인 예들은 불소 중합체, 폴리올레핀, 폴리이미드, 폴리락타이드, 폴리에스테르, 폴리카프로락톤, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에틸렌 옥사이드를 포함하며, 이들을 단독으로 혹은 둘 이상이 혼합된 상태로 사용할될 수도 있다. 또한 본 발명에서 폴리머 용액 또는 용융 폴리머에는 물성의 향상을 위하여 기타 첨가제가 첨가될 수 있다.Polymeric materials usable in the present invention include polymer solutions, polymer melts, dissolved glass materials, and mixtures thereof. Non-limiting examples of representative polymers usable in the present invention include fluoropolymers, polyolefins, polyimides, polylactides, polyesters, polycaprolactones, polyvinylidene fluorides, polyacrylonitriles, polysulfones, polyimides, polyethylenes Oxides, and these may be used alone or in a mixture of two or more thereof. In the present invention, other additives may be added to the polymer solution or the molten polymer to improve physical properties.

상기 폴리머 공급부(100)에서 이송된 폴리머 방사액을 섬유상으로 토출하는 방사노즐부(200)는 다수개의 방사노즐(211)이 형성된 노즐팩(210)과 상기 노즐팩(210)을 지지하기 위한 지지체(220)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에 따른 전기방사장치는 상기 노즐팩(210)이 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 절연 노즐팩으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 절연 노즐팩의 구성 및 기능은 전술한 바와 동일하므로 중복적인 설명은 생략한다. The spinning nozzle unit 200 for discharging the polymer spinning solution transferred from the polymer supply unit 100 into a fiber support includes a nozzle pack 210 having a plurality of spinning nozzles 211 formed therein and a support for supporting the nozzle pack 210. 220. Electrospinning device according to an embodiment of the present invention is characterized in that the nozzle pack 210 is made of an insulating nozzle pack according to the present invention as described above. The configuration and function of the insulated nozzle pack are the same as described above, and thus redundant description thereof will be omitted.

도시된 구현예에서는 상기 방사노즐부(200)가 단일의 노즐팩(210)으로 구성 되는 것으로 되어 있으나, 여기에 한정되지 않으며 복수개의 노즐팩이 다양한 배열로 구성될 수도 있다. 또한, 이러한 방사노즐부(200)에는 방사 구역의 온도를 일정하게 유지하여 섬유화를 촉진하기 위한 복수의 가열 유니트(미도시), 상기 가열 유니트의 끝부분에 부착되고 에어에 의해 방사 구역에서 토출되어 콜렉터부로 향하는 필라멘트들을 콜렉터부 방향으로 유도하는 복수의 에어 가이드(미도시)들이 추가로 구비될 수 있다. In the illustrated embodiment, the radiation nozzle unit 200 is configured as a single nozzle pack 210, but is not limited thereto, and a plurality of nozzle packs may be configured in various arrangements. In addition, the spinning nozzle unit 200 is a plurality of heating units (not shown) for maintaining the temperature of the spinning zone to promote the fiberization, attached to the end of the heating unit and discharged from the spinning zone by air A plurality of air guides (not shown) may be further provided to guide the filaments toward the collector part in the direction of the collector part.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 방사노즐부(200)와 콜렉터부(300)는 수평방향으로 대향하여 배치되어 있으나, 여기에 한정되지 않으며 수직방향으로도 대향하여 배치될 수 있다. 즉 본 발명의 절연 노즐팩 및 전기방사장치는 횡방향식 방사장치뿐만 아니라 상방식 또는 하방식 방사장치에도 적용될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the radiating nozzle unit 200 and the collector unit 300 are disposed to face in the horizontal direction, but is not limited thereto and may be disposed to face in the vertical direction. That is, the insulated nozzle pack and the electrospinning device of the present invention can be applied not only to the lateral radiator but also to the upper or lower radiator.

폴리머 공급부(110)로부터 원료가 되는 폴리머 방사액이 방사노즐부(200)의 노즐팩(210)으로 정량 공급되면, 노즐팩(210) 내의 폴리머 방사액은 전압발생기(400)를 통해 하전된다. 본 발명에서 전압발생기(400)는 당업계에서 공지된 방식을 제한없이 사용할 수 있다. 바람직하게 상기 전압발생기(400)에서 인가되는 전압은 10 ~ 200kV의 범위 내에 해당하도록 하는 것이 나노미터급의 방사를 위해 적합하다. 이때, 본 발명에 따른 상기 절연 노즐팩(210)은 전술한 바와 같이 노즐팩 자체가 전기방사장치의 다른 구성 부품들로부터 전기적으로 완전히 절연되므로 폴리머 방사액에 집중적인 하전이 가능하게 된다. When the polymer spinning solution, which is a raw material from the polymer supply unit 110, is quantitatively supplied to the nozzle pack 210 of the spinning nozzle unit 200, the polymer spinning solution in the nozzle pack 210 is charged through the voltage generator 400. In the present invention, the voltage generator 400 may use any method known in the art without limitation. Preferably, the voltage applied from the voltage generator 400 falls within a range of 10 kV to 200 kV. At this time, the insulated nozzle pack 210 according to the present invention, as described above, the nozzle pack itself is completely electrically insulated from other components of the electrospinning apparatus, thereby enabling intensive charging to the polymer spinning solution.

상기 노즐팩(210)에 형성된 다수개의 방사노즐(211)은 상부에 폴리머 방사액이 들어와 끝부분에 형성된 모세관을 거치면서 방사되는 구조로서, 이와 같은 구조 의 방사노즐(211)들은 다수 개가 일정 간격으로 일렬로 배치되므로, 여러 개의 방사노즐(211)로 나노섬유를 방사할 수 있다. 하전상태의 방사액은 방사노즐(211)의 모세관을 통과하면서 미세 필라멘트 형태로 공기중으로 방사되어 콜렉터(310)에 집적된다. 이때, 콜렉터(310)와 하전 필라멘트 간에는 강력한 전기장이 형성되므로, 필라멘트가 나노급의 직경으로 연신되면서 방사하게 된다. The plurality of spinning nozzles 211 formed in the nozzle pack 210 is a structure in which a polymer spinning liquid enters the upper part and is radiated through a capillary tube formed at an end thereof. Since arranged in a line, it is possible to spin nanofibers with a plurality of spinning nozzle (211). Charged spinning liquid is radiated into the air in the form of fine filaments while passing through the capillary of the spinning nozzle 211 is integrated in the collector 310. At this time, a strong electric field is formed between the collector 310 and the charged filament, so that the filament is stretched to a diameter of nanoscale to radiate.

이때 콜렉터(310)는 접지되거나 노즐팩(210)에 인가된 전압의 극성과 반대의 극성이 인가되며, 예를 들어 이송롤러(320)와 같은 이송수단을 통하여 컨베이어벨트 방식으로 노즐팩(210)에 대하여 연속적으로 공급되도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 콜렉터(310)의 소재로는 전도성이 우수한 금속판이 바람직하게 사용되며, 그 밖에 다양한 종류의 전도성 재료가 사용될 수 있다. In this case, the collector 310 is grounded or the polarity opposite to the polarity of the voltage applied to the nozzle pack 210 is applied, for example, the nozzle pack 210 by a conveyor belt method through a transfer means such as the transfer roller 320. It is preferred to be configured to supply continuously with respect to. As a material of the collector 310, a metal plate having excellent conductivity is preferably used. In addition, various kinds of conductive materials may be used.

한편, 하전 필라멘트를 직물, 부직포, 종이 등과 같은 비금속성의 기재(330) 위에 집적시킬 수도 있다. 이 경우에는 상기 콜렉터(310) 상측에 기재(330)를 위치시킨 상태에서 이송롤러(320)를 이용해 기재(330)를 이동시키면 방사된 하전 필라멘트가 기재(330) 상에 집적되게 된다. 이어서, 기재(330) 상에 형성된 웹은 기재(330)가 상, 하부 히팅롤러(미도시)를 통과하면서 가열되어 칼렌더링(calendaring)되며, 최종적으로 권취롤러(미도시)에 권취됨으로써 공정이 종료하게 된다. Meanwhile, the charged filaments may be integrated on the nonmetallic substrate 330 such as woven fabric, nonwoven fabric, paper, or the like. In this case, when the substrate 330 is moved using the feed roller 320 while the substrate 330 is positioned above the collector 310, the radiated charged filament is integrated on the substrate 330. Subsequently, the web formed on the substrate 330 is heated and calendered while the substrate 330 passes through the upper and lower heating rollers (not shown), and finally, the process is performed by winding the winding roller (not shown). Will end.

본 발명의 절연 노즐팩 및 전기방사장치를 이용하여 제조될 수 있는 나노섬유는 필터소재, 광화학 센서소재, 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.Nanofibers that can be produced using the insulating nozzle pack and electrospinning of the present invention is a filter material, photochemical sensor material, carbon material such as carbon nanotubes, electronic device material, biomedical material, tissue engineering material, drug delivery It can be applied to a wide range of materials, such as a base material and cosmetic materials for the manufacture of DNA. 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 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다. Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many modifications are made by those skilled in the art to which the present invention pertains within the technical spirit of the present invention. This possibility will be self-evident.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 의한 절연 노즐팩의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an insulating nozzle pack according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 절연 노즐팩의 부분 절개도이다.2 is a partial cutaway view of an insulating nozzle pack according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 1의 절연 노즐팩을 포함하는 본 발명의 일 구현예에 따른 전기방사장치의 각 구성요소를 개략적으로 도시한 모식도이다3 is a schematic diagram schematically showing each component of an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention including the insulating nozzle pack of FIG.

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

10 : 몸체 20 : 상부 플레이트10 body 20 upper plate

30 : 어댑터 40 : 홀 플레이트30: adapter 40: hole plate

50 : 디스트리뷰터 60 : 노즐 플레이트50: Distributor 60: Nozzle Plate

61 : 노즐 70 : 절연판 61: nozzle 70: insulation plate

80 : 절연판 90 : 필터80: insulation plate 90: filter

Claims (7)

중공의 원통형으로 내부에 노즐팩의 구성부품들이 수용되는 몸체;A hollow cylindrical body in which the components of the nozzle pack are accommodated; 상기 몸체의 입구측 개구부를 덮는 형태로 설치되며, 폴리머를 몸체 내부로 안내하는 관통홀이 형성된 상부 플레이트; 상기 상부 플레이트의 출구측에 설치되며, 몸체 내부로 유입된 폴리머를 1차로 수용하는 어댑터; 상기 어댑터의 출구측에 설치되며, 어댑터에서 토출되는 폴리머를 디스트리뷰터로 안내하는 홀 플레이트; 상기 홀 플레이트의 출구측에 설치되며, 홀 플레이트에서 토출되는 폴리머를 노즐 플레이트로 안내하는 디스트리뷰터; 및 상기 디스트리뷰터의 출구측에 설치되며, 폴리머를 외부로 방사하기 위한 다수개의 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 포함하는 전기방사용 노즐팩에 있어서,An upper plate installed to cover the inlet opening of the body and having a through hole for guiding the polymer into the body; An adapter installed at an outlet side of the upper plate and accommodating a polymer introduced into the body first; A hole plate installed at an outlet side of the adapter and guiding the polymer discharged from the adapter to the distributor; A distributor installed at an outlet side of the hole plate and guiding the polymer discharged from the hole plate to the nozzle plate; And a nozzle plate installed at an outlet side of the distributor, the nozzle plate having a plurality of nozzles formed therein for radiating the polymer to the outside. 상기 몸체의 내주면과 상기 어댑터, 홀 플레이트, 디스트리뷰터, 노즐 플레이트의 외주면 사이에 형성되며, 노즐팩의 상기 구성부품들을 전기방사장치의 다른 구성부품들과 전기적으로 절연시키는 절연판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사용 절연 노즐팩.And an insulating plate formed between the inner circumferential surface of the body and the outer circumferential surface of the adapter, hole plate, distributor, and nozzle plate, and electrically insulating the components of the nozzle pack from other components of the electrospinning apparatus. Electrospray insulated nozzle pack. 제1항에 있어서, 상기 어댑터의 내부에는 모래나 금속가루 등의 충진물이 충진되는 것을 특징으로 하는 전기방사용 절연 노즐팩.The electrospinning insulated nozzle pack according to claim 1, wherein a filler such as sand or metal powder is filled in the adapter. 제1항에 있어서, 상기 홀 플레이트에는 다수개의 관통공이 형성되는 것을 특 징으로 하는 전기방사용 절연 노즐팩.The electrospinning insulated nozzle pack according to claim 1, wherein a plurality of through holes are formed in the hole plate. 제1항에 있어서, 상기 노즐 플레이트에 형성된 다수개의 노즐은 입구측 직경보다 출구측 직경이 작은 것을 특징으로 하는 전기방사용 절연 노즐팩.2. The electrospinning insulated nozzle pack according to claim 1, wherein the plurality of nozzles formed on the nozzle plate has a diameter smaller than the diameter of the inlet side. 제1항에 있어서, 상기 절연판의 소재는 테프론, 베이클라이트 등 절연성과 내열성을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기방사용 절연 노즐팩.The method of claim 1, wherein the material of the insulating plate is electrospun insulating nozzle pack, characterized in that made of a material having insulation and heat resistance, such as Teflon, bakelite. 폴리머를 공급하기 위한 폴리머 공급부, 상기 폴리머 공급부로부터 이송된 폴리머를 방사하는 방사노즐부, 상기 방사노즐부로부터 방사된 섬유를 집적하는 콜렉터부, 상기 방사노즐부와 콜렉터부 사이에 전압을 인가하는 전압 발생기를 포함하는 전기방사장치에 있어서,A polymer supply for supplying a polymer, a spinning nozzle unit for spinning a polymer transferred from the polymer supply unit, a collector unit for collecting fibers spun from the spinning nozzle unit, and a voltage for applying a voltage between the spinning nozzle unit and the collector unit In the electrospinning apparatus comprising a generator, 상기 방사노즐부는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 절연 노즐팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치.Electrospinning apparatus characterized in that the radiation nozzle unit comprises an insulating nozzle pack of any one of claims 1 to 5. 제6항에 있어서, 상기 전기방사장치는 노즐팩 부분이 이와 인접하는 다른 구성 요소와 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 전기방사장치.7. The electrospinning apparatus of claim 6, wherein the electrospinning device is electrically insulated from the nozzle pack portion with other components adjacent thereto.
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