KR101198490B1 - Electrostatic spray apparatus and method of electrostatic spray - Google Patents
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Abstract
정전 분무 장치는, 고분자 용액을 정전 분무하기 위한 2차원 상태로 배치된 복수의 노즐과, 노즐에 대향하여 절연 시트를 사이에 끼워서 배치된 제1컬렉터를 갖는 복수의 방사(紡絲) 유닛이, 이동하는 포집(捕集) 시트를 유지하는 포집부에 장착되어 있으며, 방사 유닛 내부에 있어서, 노즐로부터 제1컬렉터에의 분무 방향과 직교하여, 포집 시트의 방향으로의 공기 흐름을 형성하도록 구성되어 있다.
The electrostatic spraying apparatus includes a plurality of spinning units having a plurality of nozzles arranged in a two-dimensional state for electrostatic spraying of a polymer solution, and a first collector disposed with an insulating sheet interposed between the nozzles, It is attached to a collecting portion for holding a moving collecting sheet, and is configured to form an air flow in the direction of the collecting sheet, perpendicular to the spraying direction from the nozzle to the first collector, inside the spinning unit. have.
Description
본 발명은 고분자 물질을 함유하는 용액을 정전(靜電) 분무(噴霧)하는 정전 분무 장치 및 정전 분무 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrostatic spraying apparatus and an electrostatic spraying method for electrostatically spraying a solution containing a polymer material.
정전 분무(electrostatic spray; electrospinning)라는 것은, 도포시키고 싶은 재료인 고분자 물질을 용매와 혼합해서 용액으로 하고, 그 용액을 주사기의 바늘 끝이나 가는 유리관과 같이 선단(先端)이 뾰족한 용기에 수납해서, 그 용기와 분무 대상물과의 사이에 고전압을 인가함으로써 실행된다. 정전 분무에 있어서는, 용기 내의 고분자 물질에 전하(電荷)가 주어지고, 전하를 띤 고분자 물질이 전하의 반발력에 의하여 안개 형상으로 되어서 용기의 선단으로부터, 쿨롱력(coulomb force)을 이용해서 분무측(용기 선단측)과 다른 극(極)이 되는 컬렉터(collector)라고 불리는 측, 또는 접지측(그라운드(ground)측)으로 출사(出射)해서, 그 컬렉터 측에 포집(捕集)되어 적층(積層)된다. 정전 분무를 이용한 것으로 정전 도장이 있으며, 정전 도장의 용도로서는, 일반적으로 자동차 등의 차체에 대한 정전 도장이 알려져 있다. 정전 도장은, 차체 도장에 한정되지 않고, 여러 가지 것에 응용 가능하다. 본 발명에 있어서는, 특히 인공 고분자 물질을 재료로 하여 정전 분무를 시키는 장치에 관하여, 100 나노미터[nm]보다 가는 섬유, 즉, 나노섬유(nanofiber)라고 불리는 섬유 크기로 이루어지는 부직포(不織布)를 용이하게 제조할 수 있는 장치에 관한 것이다. 그와 같이 제조된 부직포는 필터 등의 넓은 범위에 이용 가능하다.Electrostatic spraying (electrospinning) is a solution of a polymer material, which is the material to be applied, mixed with a solvent, and the solution is placed in a pointed container such as the needle tip of a syringe or a thin glass tube, This is performed by applying a high voltage between the container and the spray object. In electrostatic spraying, charge is applied to the polymer material in the container, and the charged polymer material becomes a mist shape by the repulsive force of the charge, and from the tip of the container, the spraying side (coulomb force) is used. It exits to the side called a collector which becomes a pole different from a container tip side, or a ground side (ground side), is collected by the collector side, and is laminated | stacked. )do. Background Art Electrostatic spraying is used by using electrostatic spray, and electrostatic coating is generally known for automobile bodies such as automobiles as the use of electrostatic spraying. Electrostatic painting is not limited to vehicle body painting, and can be applied to various things. In the present invention, particularly for an apparatus for electrostatic spraying using an artificial polymer material as a material, a nonwoven fabric having a fiber thinner than 100 nanometers (nm), that is, a fiber size called nanofibers is easily used. It relates to a device that can be manufactured. The nonwoven fabric thus produced can be used in a wide range of filters and the like.
종래의 부직포의 제조 방법 중 하나인 "용융법" 등을 이용하여도 필터를 제조할 수 있다. 그러나, 그와 같은 종래의 제조 방법에서는 수십 마이크로미터 크기의 직경을 갖는 섬유에 의해 제조된 필터가 주류이고, 수백 나노미터 크기의 섬유에 의한 필터를 만드는 것이 한계이다. 앞에서 서술한 바와 같이, 정전 분무를 사용한 제조 방법에서는, 종래의 "용융법" 등을 이용한 제조 방법보다 1자릿수 혹은 2자릿수 더 가는 섬유 직경의 부직포를 제조하는 것이 가능하다. 정전 분무에 있어서, 분무구(噴霧口)를 갖는 노즐(nozzle)이 1개만이라면, 몇 센티미터 평방의 소편(小片)의 필터밖에 제조할 수 없기 때문에, 양산성 및 생산성의 관점에서, 분무구로 되는 노즐이 1개인 구성은 현실적이지 않다. 섬유 제조업자 또는 필름 원단(原緞) 제조업자에 있어서는, 종래의 제조 방법으로 제조되고 있는 부직포 또는 필름과 마찬가지로, 폭 100 센티미터, 또는 그것에 준하는 크기의 것을 만들 경우, 복수의 노즐을 사용해서 제조할 필요가 있었다.A filter can also be manufactured using the "melting method" etc. which are one of the conventional manufacturing methods of a nonwoven fabric. However, in such a conventional manufacturing method, filters made by fibers having a diameter of several tens of micrometers are the mainstream, and it is a limitation to make filters by fibers of several hundred nanometers in size. As described above, in the production method using the electrostatic spray, it is possible to produce a nonwoven fabric having a fiber diameter of one or two orders of magnitude lower than the conventional production method using the "melting method" or the like. In electrostatic spraying, if only one nozzle having a spray hole is provided, only a few centimeter square small pieces of filter can be manufactured, and thus, the spray hole is used in terms of productivity and productivity. One nozzle configuration is not practical. In the fabric manufacturer or the film fabric manufacturer, as in the case of the nonwoven fabric or the film manufactured by the conventional manufacturing method, when making 100 centimeters width or the size equivalent thereto, it can manufacture using a some nozzle. There was a need.
그러나, 복수의 노즐을 사용할 경우, 전하(電荷)의 간섭이나 반발 등의 영향에 의하여 정전 분무의 동작 상태가 안정되지 않는 문제가 있어, 배치된 복수의 노즐의 일부 또는 대부분으로부터 정전 분무를 실행할 수 없는 경우가 발생하고 있었다. 따라서, 복수의 노즐을 갖는 정전 분무 장치의 실용화 및 제품 양산화를 위해 서는, 복수의 노즐을 사용해서 안정된 정전 분무를 실행시키는 것이 과제이었다.However, in the case of using a plurality of nozzles, there is a problem that the operating state of the electrostatic spraying is not stable due to the influence of electric charge interference or repulsion, and electrostatic spraying can be performed from some or most of the plurality of nozzles arranged. There was no case. Therefore, in order to put the electrostatic spraying apparatus which has a some nozzle into practical use, and to mass-produce a product, it was a subject to perform stable electrostatic spraying using a some nozzle.
상기 과제를 달성하기 위해서, 일본국 특개2002-201559호 공보에는 전하 분배판이라고 불리는, 전하의 간섭이나 반발을 억제하기 위한 기구가 제안되어 있다. 그러나, 그 전하 분배판의 위치는, 정전 분무를 위하여 인가되는 전압의 크기에 따라, 변경해야 되고, 취급이 용이하지 않았다. 또한, 복수의 노즐이 종횡(縱橫)으로 복수×복수의 상태로 배치되어 있는 경우에 있어서는, 전하 분배판을 이용함으로써, 분무량에 대한 도포량(적층량)의 비율, 이른바 포집 효율이 나빠진다고 하는 문제가 있었다.In order to achieve the said subject, Japanese Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-201559 has proposed the mechanism for suppressing charge interference and repulsion called a charge distribution board. However, the position of the charge distribution plate had to be changed according to the magnitude of the voltage applied for the electrostatic spraying, and the handling was not easy. In addition, when a plurality of nozzles are arranged in a plurality of plural states in the vertical and horizontal directions, there is a problem that the ratio of the coating amount (lamination amount) to the spray amount, so-called collection efficiency, becomes worse by using the charge distribution plate. there was.
또한, 일본국 특개평8-153669호 공보에는 노즐과 분무 대상물의 탑재면에 전극을 설치해서 고전압을 인가하는 방식이 개시되어 있다. 이와 같이, 노즐과 탑재면에 전극을 설치해서 분무 대상물에 대하여 정전 분무하는 방식에서는, 정전 분무된 재료가 탑재면인 대향 전극의 표면을 덮도록 적층되어 가기 때문에, 정전 분무의 능력이 서서히 약해져 간다. 따라서, 일본국 특개평8-153669호 공보에 개시된 제조 방법으로는, 장시간에 걸쳐서 고정밀도로 정전 분무를 실행하는 것이 곤란하여, 대량 생산에 적합한 제조 방법은 아니다.In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 8-153669 discloses a method of applying a high voltage by providing an electrode on a mounting surface of a nozzle and a spray object. As described above, in the method of providing an electrode to the nozzle and the mounting surface and electrostatically spraying the spray object, the electrostatically sprayed materials are laminated to cover the surface of the counter electrode, which is the mounting surface, so that the ability of the electrostatic spraying is gradually weakened. . Therefore, in the manufacturing method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-153669, it is difficult to perform electrostatic spraying with high precision over a long time, and thus it is not a manufacturing method suitable for mass production.
특허문헌 1: 일본국 특개2002-201559호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-201559
특허문헌 2: 일본국 특개평8-153669호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-153669
전하를 띠어 정전 분무된 재료는, 다른 극(極)의 전하를 갖는 포집면(적층면)인 컬렉터(collector)에 흡인되어, 컬렉터에 포집(적층)된다. 또한, 분무된 재료는 동일 극성이기 때문에, 쿨롱력에 의하여 서로 반발하며, 확산해서 균일한 상태로 컬렉터에 도달한다. 재료가 컬렉터에 포집(적층)되는 동시에, 컬렉터에 전하가 방출된다. 컬렉터는 전하가 방출된 후에도 항상 재료의 전하와 다른 극의 전하를 동등량 유지하거나, 접지되어 있을 필요가 있다. 왜냐하면, 잇달아 분무된 재료가 컬렉터에 흡인 포집되었을 때, 컬렉터가 다른 극의 전하를 동등량 유지하고 있거나 접지되어 있으면, 노즐의 분무구와 컬렉터와의 사이에 전하가 쌓이는 일이 없으며, 원활하게 분무구로부터 포집면(적층면)을 향하여 재료가 흡인되어, 정전 분무가 실행된다. 그러나, 분무된 재료가 띠는 전하의 양이 커져 가면, 분무구와 컬렉터와의 사이에 전하가 쌓이는 상태가 발생한다. 그와 같이, 쌓인 전하와 분무되려고 하는 재료가 띠는 전하는 동일한 극(極)이기 때문에, 쿨롱의 법칙에 의하여, 서로 반발하여, 분무구로부터의 분무 동작을 억제해버려, 노즐 분무구로부터의 정전 분무를 실행할 수 없다고 하는 현상이 발생한다. 이러한 현상은, 1개의 노즐을 설치한 구성에서도 발생하고 복수 개의 노즐을 설치한 구성에서도 마찬가지로 발생한다. 발명자들은 1개의 노즐을 설치한 구성과 복수 개의 노즐을 설치한 구성의 양쪽 구성의 정전 분무 장치를 이용해서 실험을 실행하고, 서서히 인가 전압을 상승시켜서, 고분자 재료의 전하의 양을 증가시킴으로써, 정전 분무가 정지한다고 하는 현상을 확인하였다. 다만, 1개의 노즐을 설치한 정전 분무 장치인 경우의 쪽이, 복수의 노즐을 설치한 정전 분무 장치와 비교해서, 분무되는 고분자 재료가 띠는 전하의 양이 적으므로, 정전 분무를 하기 쉬운 구성이다.The electrostatically sprayed material is attracted to a collector, which is a collecting surface (laminated surface) having charges of different poles, and is collected (laminated) on the collector. In addition, since the sprayed materials are of the same polarity, they repel each other by the Coulomb force, diffuse and reach the collector in a uniform state. While the material is collected (laminated) in the collector, charge is released to the collector. The collector always needs to maintain the same amount of ground as the charge of the material and the other pole, even after the charge is released. This is because when the sprayed material is collected by the collector by suction, if the collector maintains the same amount of other pole charge or is grounded, the charge does not accumulate between the nozzle and the collector of the nozzle. The material is sucked toward the collecting surface (lamination surface) from the surface, and electrostatic spraying is performed. However, when the amount of charge carried by the sprayed material increases, a state in which charge accumulates between the spray port and the collector occurs. As such, the charges accumulated by the accumulated electric charges and the material to be sprayed are the same poles, and according to Coulomb's law, they repel each other and suppress the spraying operation from the spraying holes, and thus the electrostatic discharge from the nozzle spraying holes. The phenomenon that spraying cannot be performed occurs. This phenomenon occurs even in the configuration in which one nozzle is provided and similarly occurs in the configuration in which a plurality of nozzles are provided. The inventors conducted experiments using the electrostatic spraying device of both the structure in which one nozzle is provided and the structure in which a plurality of nozzles are provided, and gradually increases the applied voltage to increase the amount of electric charge in the polymer material, thereby The phenomenon that spraying stopped was confirmed. However, in the case of the electrostatic spraying device provided with one nozzle, the amount of electric charges applied to the polymer material to be sprayed is smaller than that of the electrostatic spraying device provided with the plurality of nozzles, so that the structure is easy to perform electrostatic spraying. to be.
생산성을 높이기 위하여 복수 개의 노즐을 사용하면, 필연적으로, 전하의 양은 많아지고, 전하끼리의 반발이 강해지기 때문에, 정전 분무를 실행할 수 없는 경우가 많이 발생한다. 그 때문에, 전하의 양을 억제하는 조작, 구체적으로는 인가하는 전압을 내릴 필요가 있다. 그러나, 이와 같이, 인가 전압을 저하시키면, 분무 속도가 떨어지고 생산성이 나빠진다고 하는 문제가 발생한다. 또한, 노즐 선단의 분무구로부터의 분무에는 전하의 반발력이 필요하지만, 인가 전압을 내려서 전하를 작게 하면, 분무에 필요한 반발력이 부족해서, 분무를 할 수 없는 경우가 생긴다.When a plurality of nozzles are used to increase the productivity, the amount of charges inevitably increases, and the repulsion between the charges becomes stronger, so that electrostatic spraying cannot be performed in many cases. Therefore, it is necessary to lower the operation to suppress the amount of charge, specifically, the voltage to be applied. However, in this way, when the applied voltage is lowered, a problem occurs that the spraying speed is lowered and the productivity is worsened. In addition, although the repulsive force of electric charge is required for spraying from the spray opening at the tip of a nozzle, when the applied voltage is reduced and the electric charge is reduced, the repulsive force required for spraying may be insufficient, and spraying may not be possible.
따라서, 1개의 노즐을 설치한 구성에 있어서 효율적으로 정전 분무를 실행할 수 있는 조건, 예를 들면, 전압이나 분무 거리 등을 동일하게 설정한 조건으로도, 복수 노즐을 설치한 구성으로 실시하였을 경우에는, 노즐의 일부 또는 대부분으로부터의 정전 분무를 실행할 수 없는 경우가 많이 발생한다. 이 때문에, 1개의 노즐을 설치한 구성에서 정전 분무를 효율적으로 실행할 수 있는 조건으로, 복수 노즐을 설치한 구성에 있어서도 정전 분무를 실행할 경우에는, 특별한 구성이 필요하게 된다.Therefore, in a configuration in which one nozzle is provided, even in a condition in which electrostatic spraying can be efficiently performed, for example, a condition in which a voltage, a spraying distance, or the like is set to the same condition, a plurality of nozzles are provided. In many cases, electrostatic spraying from some or most of the nozzles cannot be performed. For this reason, when electrostatic spraying is performed also in the structure which provided multiple nozzles on the conditions which can perform electrostatic spraying efficiently in the structure which provided one nozzle, a special structure is needed.
예를 들면, 종래의 정전 분무 장치에 있어서, 컬렉터를 복수 노즐의 분무구에 대하여 평행하게 배치하고, 또한 분무구와 컬렉터와의 사이에 전하가 쌓이지 않도록, 컬렉터의 재질을 알루미늄 박(箔)과 같이 도전성이 좋은 것을 사용하고, 및/또는 컬렉터의 면적을 가능한 한 크게 구성한다. 그러나, 이와 같은 구성이어도, 어느 정도의 효과는 기대할 수 있지만, 비약적으로 개선되는 것은 아니며, 근본적인 해결책은 아니다.For example, in the conventional electrostatic spraying device, the collector is arranged in parallel with the spray holes of the plurality of nozzles, and the material of the collector is made of aluminum foil so that electric charges do not accumulate between the spray holes and the collector. A good electrical conductivity is used, and / or the area of a collector is comprised as large as possible. However, even with such a structure, although some effect can be expected, it does not improve remarkably and is not a fundamental solution.
또한, 종래의 정전 분무 장치에 있어서는, 정전 분무가 실행되는 경우에도 포집 효율이 나쁘고, 의도한 개소에만 포집(적층)을 할 수 없어, 장치 주변에 포집되지 않은 것이 비산(飛散)한다고 하는 문제를 갖는다. 이러한 비산이라는 문제는, 본 발명자들이 장치에 아크릴 등의 커버로 덮어서 정전 분무를 실행함으로써 확인하였다. 이와 같이, 분무된 재료를 포집(적층)할 수 없다고 하는 문제는, 재료의 손실로도 이어지는 것은 당연하지만, 그뿐만 아니라, 섬유 직경이 수 나노미터～수십 나노미터인 섬유의 대량 비산은, 작업자의 건강 피해에도 유의(留意)할 필요가 있다.In addition, in the conventional electrostatic spraying device, even when electrostatic spraying is performed, the collection efficiency is poor, and it is not possible to collect (laminate) only at the intended place, and the problem of not being collected around the apparatus is scattered. Have This problem of scattering was confirmed by the inventors of the apparatus covered with a cover such as acrylic to perform electrostatic spraying. The problem of not being able to collect (laminate) the sprayed material in this way naturally leads to the loss of the material, but not only that, but the mass scattering of the fiber having a fiber diameter of several nanometers to several tens of nanometers is an operator. It is also necessary to pay attention to the health damage.
본 발명은, 복수의 분무 수단을 이용해서 안정되게 정전 분무를 실행할 수 있고, 포집 효율이 높아 생산성이 우수하며, 정밀도가 높은 제품을 양산하는 것이 가능하고, 또한 안전성이 높은 정전 분무 장치 및 정전 분무 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention can stably perform electrostatic spraying using a plurality of spraying means, and is capable of mass-producing a product having high collection efficiency and excellent productivity and high precision, and having high safety electrostatic spraying apparatus and electrostatic spraying. It is an object to provide a method.
본 발명에 의한 정전 분무 장치 및 정전 분무 방법은, 상기 종래의 정전 분무 장치에 있어서의 여러 가지 문제를 해결하기 위하여, 이하와 같이 구성하고 있다.The electrostatic spraying apparatus and electrostatic spraying method by this invention are comprised as follows in order to solve the various problem in the said conventional electrostatic spraying apparatus.
본 발명의 정전 분무 장치는, 고분자 물질을 함유하고 용제를 이용해서 액상(液狀)으로 형성한 고분자 용액을 정전 분무하기 위하여 2차원 상태로 배치된 복수의 노즐과, 상기 복수의 노즐에 대향하여 절연 시트(sheet)를 사이에 끼워서 배치되어, 상기 노즐에 인가되는 전압과 다른 극성의 전압 또는 접지 전위에 접지된 제1컬렉터를 갖춘, 복수의 방사(紡絲) 유닛,The electrostatic spray device of the present invention comprises a plurality of nozzles arranged in a two-dimensional state to electrostatically spray a polymer solution containing a polymer material and formed in a liquid phase using a solvent, and facing the plurality of nozzles. A plurality of radiating units disposed with an insulating sheet interposed therebetween and having a first collector grounded at a voltage or ground potential of a different polarity than the voltage applied to the nozzle,
상기 노즐에 소정의 고전압을 인가하는 제1전원, 및A first power source for applying a predetermined high voltage to the nozzle, and
상기 방사 유닛이 장착되고, 이동 가능하게 포집 시트를 유지하는 포집부를 구비하고,The collecting unit is mounted and has a collecting part for holding the collecting sheet to be movable;
상기 방사 유닛이, 상기 노즐로부터 상기 제1컬렉터에의 분무 방향과 직교하여, 상기 포집 시트 방향으로의 공기 흐름을 형성하는 공기 흐름 형성 수단을 갖는다. 상기와 같이 구성된 본 발명의 정전 분무 장치는, 안정되고, 또한 포집 효율이 높은 정전 분무를 연속적으로 실행할 수 있다.The spinning unit has air flow forming means for forming an air flow in the collecting sheet direction perpendicular to the spraying direction from the nozzle to the first collector. The electrostatic spraying device of the present invention configured as described above can stably perform electrostatic spraying with high collection efficiency.
본 발명의 정전 분무 방법은, 고분자 물질을 함유하고 용제를 이용해서 액상으로 형성한 고분자 용액을 2차원 상태로 배치된 복수의 노즐에 공급하는 공정,The electrostatic spray method of the present invention is a step of supplying a polymer solution containing a polymer material and formed in a liquid phase using a solvent to a plurality of nozzles arranged in a two-dimensional state,
상기 노즐로부터 고분자 용액을 정전 분무하기 위하여 상기 노즐에 고전압을 인가하는 공정,Applying a high voltage to the nozzle to electrostatically spray the polymer solution from the nozzle,
상기 노즐을 갖춘 방사 유닛에 있어서 정전 분무 방향과 실질적으로 직교하는 방향으로 흐르는 공기 흐름을 생성하는 공정, 및Generating an air stream flowing in a direction substantially orthogonal to the electrostatic spray direction in the spinning unit with the nozzle, and
정전 분무되어 대전(帶電)한 고분자 물질에 대하여 공기 흐름을 흐르게 함으로써, 상기 공기 흐름의 흐름 방향과 실질적으로 직교하는 방향에 배치된 포집 시트에 상기 고분자 물질이 적층되는 공정을 갖는다. 상기 본 발명의 정전 분무 방법은 안정되고, 또한 포집 효율이 높은 정전 분무를 확실하게 실행할 수 있다.By flowing an air stream to the electrostatically sprayed charged polymer material, the polymer material is laminated on a collecting sheet disposed in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the air flow. The electrostatic spraying method of the present invention can stably perform electrostatic spraying with stable and high collection efficiency.
본 발명에 의하면, 복수의 분무 수단으로서 2차원 상태로 배치된 노즐을 사용해서, 포집 효율이 높고 생산성이 우수하며, 정밀도가 높은 제품을 양산하는 것이 가능한 정전 분무 장치 및 정전 분무 방법을 제공할 수 있다.Advantageous Effects of Invention The present invention can provide an electrostatic spraying apparatus and an electrostatic spraying method capable of mass-producing a product having high collection efficiency, excellent productivity, and high precision by using nozzles arranged in a two-dimensional state as a plurality of spraying means. have.
또한, 본 발명에 의하면, 정전 분무 처리에서 발생하는 유기 용매를 확실하게 회수할 수 있으므로, 안전성이 높은 정전 분무 장치 및 정전 분무 방법을 제공할 수 있다.Moreover, according to this invention, since the organic solvent which arises in an electrostatic spraying process can be collect | recovered reliably, an electrostatic spraying apparatus and an electrostatic spraying method with high safety can be provided.
도 1은 본 발명에 의한 제1실시예의 정전 분무 장치의 개략 구성을 나타내는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure which shows schematic structure of the electrostatic spray apparatus of 1st Example by this invention.
도 2는 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서의 복수의 방사(紡絲) 유닛이 덕트(duct)에 장착된 상태를 모식적으로 나타내는 단면도.Fig. 2 is a sectional view schematically showing a state in which a plurality of spinning units in the electrostatic spraying device of the first embodiment are attached to a duct.
도 3은 제1실시예의 정전 분무 장치의 방사 유닛을 나타내는 사시도.3 is a perspective view showing a spinning unit of the electrostatic spraying device of the first embodiment;
도 4는 제1실시예의 정전 분무 장치의 방사 유닛의 장착면을 나타내는 도면.4 is a view showing a mounting surface of the spinning unit of the electrostatic spraying device of the first embodiment.
도 5는 제1실시예의 정전 분무 장치의 방사 유닛의 배면측을 나타내는 도면.Fig. 5 is a view showing the back side of the spinning unit of the electrostatic spray device of the first embodiment.
도 6은 제1실시예의 정전 분무 장치의 방사 유닛에 있어서의 스프레이 블록(spray block) 부근의 단면도.Fig. 6 is a sectional view of the vicinity of a spray block in the spinning unit of the electrostatic spray device of the first embodiment.
도 7은 제1실시예의 정전 분무 장치의 방사 유닛에 있어서의 스프레이 블록 부근의 분해 사시도.Fig. 7 is an exploded perspective view of the vicinity of the spray block in the spinning unit of the electrostatic spray device of the first embodiment.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
1: 노즐 2: 도전판1: nozzle 2: conductive plate
3: 대전 입자 4: 제1컬렉터3: charged particle 4: first collector
5: 절연 시트 6: 공기 도입구5: insulation sheet 6: air inlet
7: 제2컬렉터 8: 포집 시트7: second collector 8: collection sheet
9: 절연 커버 10: 하우징(housing)9: insulation cover 10: housing
11: 브러시(brush) 12: 부착 구멍11: brush 12: attachment hole
13: 포집부 14: 재료 공급 파이프13: collector 14: material supply pipe
15: 재료 보유 탱크 16: 금속망15: material holding tank 16: metal mesh
17: 공기 흐름 18: 중간 롤러17: air flow 18: middle roller
19: 회수 유닛 20: 공급 롤러19: recovery unit 20: feed roller
21: 권취(卷取) 롤러 22: 방사 유닛21: winding roller 22: spinning unit
30: 스프레이 블록 40: 제1전원30: spray block 40: first power source
50: 제2전원50: second power source
이하에, 본 발명의 정전 분무 장치 및 정전 분무 방법의 바람직한 실시형태를 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, preferable embodiment of the electrostatic spraying apparatus and electrostatic spraying method of this invention is described in detail, referring an accompanying drawing.
(제1실시예)(Embodiment 1)
도 1은 본 발명에 의한 바람직한 제1실시예의 정전 분무 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도이다. 제1실시예의 정전 분무 장치는, 정전 분무에 의하여 고분자 물질을 함유하는 용액을 노즐로부터 출사(出射)하여, 100 나노미터[nm]보다 가는 섬유, 즉 나노섬유라고 불리는 섬유를 제작하여, 나노섬유 부직포(不織布)를 제조하는 것이다.1 is a side view showing a schematic configuration of an electrostatic spray device of a first preferred embodiment according to the present invention. In the electrostatic spraying device of the first embodiment, a solution containing a polymer substance is ejected from the nozzle by electrostatic spraying to produce a fiber thinner than 100 nanometers [nm], that is, a fiber called nanofiber, thereby producing a nanofiber It is to manufacture nonwoven fabrics.
우선, 도 1을 이용해서 본 발명에 의한 제1실시예의 정전 분무 장치의 정전 분무에 의한 나노섬유 부직포의 제조의 개요에 대하여 설명한다. 나노섬유의 섬유를 포집(補集)하여 적층해서 나노섬유 부직포를 제조하기 위해서는, 베이스(base)가 되는 서브스트레이트(substrate)가 필요하다. 서브스트레이트로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 등의 절연성을 갖는 수지 시트인 포집 시트(8)가 이용된다. 이 포집 시트(8)는, 공급 롤러(20)로부터 송출되어, 반송 속도의 제어가 가능한 복수의 중간 롤러(18)를 경유해서, 권취 롤러(21)에 의하여 감긴다. 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서, 포집 시트(8)의 반송 속도는, 부직포의 두께, 나노섬유의 섬유 직경 또는 재료 등에 의하여 결정되며, 매분 수 미터에서 수백 미터까지 넓은 범위에 대응할 수 있도록 구성되어 있다.First, the outline | summary of manufacture of the nanofiber nonwoven fabric by the electrostatic spraying of the electrostatic spraying apparatus of 1st Example by this invention is demonstrated using FIG. In order to produce a nanofiber nonwoven fabric by collecting and laminating the fibers of the nanofibers, a substrate serving as a base is required. As a substrate, the
서브스트레이트로서의 포집 시트(8)는, 공급 롤러(20)로부터 복수의 중간 롤러(18)를 경유해서 권취 롤러(21)까지의 구간을 반송한다. 복수의 방사(紡絲) 유닛(22)은, 포집 시트(8)의 반송 경로를 따라 설치되어 있다. 방사 유닛(22)은, 나노섬유의 섬유가 포집되어 적층되는 포집 시트(8)를 내부에 갖는 포집부(13)의 덕트에 장착되어 있다. 포집 시트(8)가 포집부(13)의 내부를 통과함으로써, 방사 유닛(22)으로부터의 나노섬유의 섬유가 포집 시트(8) 위에 수백 나노미터로부터 수백 마이크로미터의 두께로 적층된다.The
도 1에 나타내는 바와 같이, 방사 유닛(22)은, 연직(鉛直) 방향 혹은 수평 방향으로 길게 설치된 포집부(13)의 덕트 측면에 직교하도록 대략 수평으로 장착되어 있고, 각각이 독립된 구성을 갖추고 있다. 방사 유닛(22)의 장착 개수는, 제조되는 나노섬유 부직포의 생산 속도나 규격 등에 따라 임의로 설정된다. 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서는, 방사 유닛(22)의 장착 개수가 1개인 경우로부터 포집부(13)에 장착 가능한 최대 개수 사이에서 자유롭게 선택해서 장착할 수 있는 구성이다. 또한, 각각의 방사 유닛(22)은 독립해서 가동(稼動) 가능한 구성이므로, 방사 유닛(22)을 장착한 상태에서, 선택한 임의의 방사 유닛(22)만을 가동시키는 것이 가능하다. 따라서, 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서는, 생산을 멈추는 일이 없이, 특정 방사 유닛(22)을 떼어내서, 그 방사 유닛(22)의 고장이나 유지 보수에 대응할 수 있다. 또한, 생산 중에 있어서, 일부의 방사 유닛(22) 내에 돌발적으로 사고가 발생하였을 경우에는, 해당하는 방사 유닛(22)을 정지시키는 것만으로, 장치 전체를 세우는 일이 없이, 생산을 속행하는 것이 가능하다.As shown in FIG. 1, the
또한, 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서는, 각각의 방사 유닛(22)에 공급되는 재료는 동일하게 할 필요가 없다. 각각의 방사 유닛(22)에는 노즐에 재료를 공급하기 위한 후술하는 재료 보유 탱크(15)(도 2 참조)가 설치되어 있으므로, 방사 유닛(22)마다 다른 재료를 공급해서, 다른 재료가 적층된 부직포를 제조하는 것이 가능하다. 물론, 각각의 방사 유닛(22)에 동일한 재료를 공급해서 각각의 재료 보유 탱크(15)에 동일한 재료를 보유시키는 것도 가능하고, 또한 공통의 공급 파이프를 각각의 방사 유닛(22)에 접속해서 동일한 재료를 상시(常時) 공급하는 구성도 가능하다.In addition, in the electrostatic spray apparatus of the first embodiment, the materials supplied to the
이어서, 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서의 방사 유닛(22)의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.Next, the structure and operation | movement of the
도 2는 포집부(13)에 장착된 복수의 방사 유닛(22)의 구성을 나타내는 측면 단면도이다. 도 3으로부터 도 5는 방사 유닛(22)의 구성을 나타내는 도면이며, 도 3은 방사 유닛(22)을 나타내는 사시도, 도 4는 방사 유닛(22)의 장착면인 정면도, 도 5는 방사 유닛(22)의 배면도이다.2 is a side cross-sectional view showing the configuration of a plurality of spinning
도 2에 나타내는 바와 같이, 각각의 방사 유닛(22)에는 고분자 물질을 함유하는 용액을 수납하는 재료 보유 탱크(15)가 설치되어 있으며, 그 용액은 재료 보유 탱크(15)로부터 재료 공급 파이프(14)를 통해서 방사 유닛(22) 내부에 설치된 복수의 노즐(1)에 공급된다. 복수의 노즐(1)은, 도전성 재료의 금속 블록인 도전판(導電板)(2)과 함께 일체적으로 성형되어 있으며, 2차원 상태로 종횡이 직선상(격자 형상)으로 배치되어 있다. 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서는, 도전판(2)이, 재료로 되는 고분자 물질을 함유하는 용액을 일단 모아 두는 용액 저류(貯留) 기능을 갖고, 그 용액 저류의 하측에 복수의 노즐(1)이 설치되어 있다. 상기 복수의 노즐(1)과 도전판(2)에 의하여 분무 부분으로 되는 스프레이 블록(30)이 구성되어 있다.As shown in FIG. 2, each spinning
상기와 같이 구성된 스프레이 블록(30)의 도전판(2)에는, 나노섬유의 재료가 되는 폴리우레탄 등의 고분자 물질을 톨루엔 등의 용제를 혼합해서 제조한 용액이, 방사 유닛(22)마다 독립해서 배치된 재료 보유 탱크(15)로부터 재료 공급 파이프(14)를 통해서 공급된다.In the
제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서는, 복수의 노즐(1)과 도전판(2)을 갖는 스프레이 블록(30)이, 금속 블록, 예를 들면 알루미늄 재(材), 스테인리스 재의 프레스 가공에 의한 일체 성형이지만, 절삭 가공에 의하여 제작해도 좋다. 노즐(1) 은 소정의 구경(口徑)의 분무구를 가지며 선단이 뾰족한 원추형으로 형성되어 있고, 도전판(2)의 용액 저류부와 분무구가 연결되어 유통하도록 구성되어 있다.In the electrostatic spray device of the first embodiment, the
도전판(2)에는 제1전원(40)으로부터 고전압(예를 들면, 수 킬로볼트로부터 수십 킬로볼트의 고전압)이 인가되는 구성을 갖추고, 도전판(2)에 있어서의 노즐(1)이 배치되어 있지 않은 상측 부분은 절연 수지인 절연 커버(9)에 의하여 덮여 있다. 이 절연 커버(9)에 의하여, 도전판(2)의 용액 저류부 내의 용액은 먼지 등의 혼입이 방지된 상태로 유지되고 있다. 또한, 방사 유닛(22)에 있어서, 스프레이 블록(30)은 절연 커버(9)에 의하여 하우징(10)으로부터 절연된 상태로 고착(固着)되어 있다.The
또한, 방사 유닛(22)의 내부에 있어서의 하측 전체면에는, 노즐(1)에 대향해서 절연 시트(5) 및 박판 금속으로 형성된 제1컬렉터(4)가 위로부터 순서대로 적층되어 있다. 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서, 제1컬렉터(4)는 접지되어 있지만, 스프레이 블록(30)과는 다른 전극의 전압이 인가되도록 구성해도 좋다.Moreover, the
도 6은, 제1실시예의 정전 분무 장치의 방사 유닛(22)에 있어서의 스프레이 블록(30)과 그것을 덮는 절연 커버(9) 등을 갖춘 분무 부분의 단면도이다. 이 분무 부분에는 스프레이 블록(30)과 절연 커버(9) 이외에 재료 공급 파이프(14) 및 재료 보유 탱크(15)가 설치되어 있다. 도 7은 도 6의 분무 부분의 분해 사시도이다.FIG. 6 is a cross-sectional view of the spray portion provided with the
복수의 노즐(1)과 일체적으로 형성된 도전판(2)은 받침 접시 형상으로 형성되고, 그 저면 부분에 원추형이고 선단이 뾰족한 분무구를 갖춘 복수의 노즐(1)은, 2차원 상태로 종횡의 직선상에, 즉, 격자 형상의 교점이 되는 위치에 서로 등간격을 두고 배치되어 있다. 앞에 서술한 바와 같이, 도전판(2)과 복수의 노즐(1)을 갖춘 스프레이 블록(30)은, 금속 블록의 프레스 가공에 의하여 일체적으로 형성되어 있다. 도전판(2)의 오목 공간인 받침 접시 부분의 공간에는 고분자를 함유한 용액이 수용되어 있으며, 그 용액은 재료 보유 탱크(15)로부터 재료 공급 파이프(14)를 통해서 항상 받침 접시 내의 양이 일정하게 되도록 공급된다. 도전판(2)의 저면에 배치되는 복수의 노즐(1)은, 종횡 각각의 열(列)에 있어서의 간격이 동일하게 되도록 배치되어 있다. 제1실시예에 있어서는, 250mm(폭)×500mm(길이)×180mm(높이) 크기의 도전판(2)에 노즐(1)을 가로 4줄×세로 12열로 48개를 형성하였다. 이 도전판(2)의 크기 및 노즐(1)의 수는, 일례이며, 제조되는 부직포의 규격이나 제조 속도 등, 또는 노즐(1)에 인가되는 전압이나 노즐(1)의 분무 방향과 실질적으로 직교해서 흐르는 공기 흐름(17)의 세기에 따라서 적절하게 설정된다.The
스프레이 블록(30)에 이용되는 재질로서는, 스테인리스 등 일반적으로 가공하기 쉬운 도전성을 갖는 재질이 바람직하다. 노즐(1)의 분무구 내경(內徑)은, 너무 가늘면 액이 막힐 우려가 있고, 반대로 너무 굵으면 액이 흘러내리기 때문에, 0.1mm～1.0mm의 범위 내가 바람직하다. 노즐(1)의 분무구가 되는 관통 구멍은, 구멍을 뚫는 가공에 의하여 고정밀도로 가공된다. 또한, 프레스 가공시, 노즐(1)의 높이(원추 형상의 노즐(1)의 분무구가 되는 선단으로부터 밑부분까지의 거리)는, 전하가 뾰족한 부분에 집중되는 성질을 이용하기 위해, 적어도 5mm 이상으로 형성되어 있다. 상기와 같이 형성된 도전판(2)과 노즐(1)을 갖춘 스프레이 블록(30)은, 그 상면 부분을 절연 수지로 형성된 절연 커버(9)에 의해 덮어서 서로 고착되어 있다.As a material used for the
절연 커버(9)는, 도전판(2)에 형성된 받침 접시 형상의 오목부 공간에 대한 뚜껑의 역할을 담당하고 있으며, 재료 보유 탱크(15)로부터 재료 공급 파이프(14)를 통해서 도전판(2)의 오목부 공간에 주입된 고분자 물질 함유 용액에 대하여, 오염 물질 등의 혼입을 방지하고 있다. 도전판(2)의 오목 공간에 수용된 용액은, 도전판(2)의 저부에 일체적으로 설치된 각각의 노즐(1)에 흘러들어가 분무된다.The insulating
제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서는, 고분자 재료 등을 용액으로 하기 위해서 톨루엔 등의 유기 용제가 용매로서 이용되고 있으므로, 절연 커버(9), 재료 공급 파이프(14), 재료 보유 탱크(15) 등의 용액이 접촉하는 부분의 재료에는, 내식성을 갖는 불소 수지, PE(폴리에틸렌 수지)나 PP(폴리프로필렌 수지) 등의 수지 재료가 바람직하다.In the electrostatic spray apparatus of the first embodiment, since an organic solvent such as toluene is used as a solvent in order to make a polymer material or the like into a solution, the insulating
재료 보유 탱크(15)로부터 재료 공급 파이프(14)를 통해서 도전판(2)에 공급되는 고분자를 함유하는 용액은, 도전판(2)의 오목부 공간의 저면에 설치된 각각의 노즐(1)에 균일하게 공급된다. 모든 노즐(1)이 용액에 의하여 충분히 채워지고, 도전판(2)의 오목부 공간의 소정 레벨로 용액이 유지되도록, 일반적인 레벨 검출기를 이용해서 용액의 레벨이 상시 검출되고 있으며, 부족하게 되면 용액이 공급되도록 구성되어 있다.The solution containing the polymer supplied from the
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 절연 커버(9)에는, 재료 공급 파이프(14)를 장착하기 위한 부착 구멍(12)과, 스프레이 블록(30)의 용액 저류부를 밀봉하기 위하여 끼워 맞추기 위한 오목부가 형성되어 있다. 재료 공급 파이프(14) 및 스프레이 블록(30)은 절연 커버(9)로부터 용이하게 떼어내는 것이 가능하게 구성되어 있으며, 세정 등의 유지 보수성이 우수한 구조를 갖추고 있다.In addition, as shown in FIG. 7, the insulating
방사 유닛(22)의 외면을 구성하는 하우징은, 절연체인 수지이며, 자체 하중을 지지하기 위하여 강성(剛性)을 갖는 수지로 형성되어 있고, 포집부(13)의 덕트에 장착하기 위한 플랜지(11)가 설치되어 있다. 각각의 방사 유닛(22)은, 하우징(10)의 플랜지(11)가 덕트에 볼트로 나사 고정되어, 용이하게 탈착(脫着)되는 구성이다. 하우징(10)의 배면측, 즉 플랜지(11)와 반대측의 측면에는 공기 흐름 형성 수단이 되는 공기 도입구(6)인 개구가 형성되어 있다. 이 공기 도입구(6)에는 하우징(10)으로부터 전기적으로 절연된 금속망(16)이 설치되어 있다. 금속망(16)은 제2전원(50)에 접속되어 있다. 제2전원(50)으로부터는 앞에 서술한 제1전원(40)으로부터 공급되는 전압보다 낮고, 극성이 동일한 전압이 공급된다. 기준 전위는, 포집부(13)를 구성하는 덕트의 벽면이며, 제1전원(40), 제2전원(50)의 기준 전위도 덕트의 벽면이다. 그리고, 기준 전위는 통상적으로는 대지 접지에 접속된다.The housing constituting the outer surface of the
제1전원(40)으로부터의 고전압이 도전판(2)에 인가되면, 정전 전계(電界)에 의하여, 전하가 발생한다. 전하는 뾰족한 부분에 집중되는 성질이 있어, 노즐(1)의 선단 부분에 전하가 집중된다. 도전판(2)에 인가되는 고전압은, 용액의 재질이나 점도, 생성되는 나노섬유의 재료나 섬유 직경, 제조 환경(온도, 습도) 등에 의하여 결정되며, 그 범위는 수 킬로볼트～수십 킬로볼트이다. 상기와 같이, 노즐(1)의 선단 부분에 전하가 집중됨으로써, 노즐 선단 부분의 액체의 표면 장력 부분이 대전 상태로 된다. 노즐(1)에 대향하여 절연 시트(5)를 사이에 끼워서 배치된 제1컬렉터(4)와의 사이에 발생하는 강(强) 전계에 의하여 노즐 선단 부분의 미소(微少) 대전(帶電) 입자(3)가 노즐(1)의 선단 부분으로부터 떨어져서 대전 액적(液滴)으로 되어서 분무된다. 분무된 대전 액적은, 동일 극성을 갖고 있으므로, 상호의 쿨롱력에 의하여 반발하여, 균일하게 확산해서 제1컬렉터(4)에 흡인된다.When a high voltage from the
노즐(1)의 선단 부분으로부터 제1컬렉터(4)까지의 거리는, 십수 센티미터로부터 수십 센티미터의 거리가 바람직하고, 제1실시예에 있어서는 20 센티미터로 실행하였다. 노즐(1)의 선단 부분으로부터 제1컬렉터(4)까지의 거리는, 생성되는 나노섬유의 규격이나 인가 전압의 값 등을 고려해서 정해진다. 따라서, 제1컬렉터(4) 및 절연 시트(5), 혹은 노즐(1)의 위치를 상대적으로 변경 가능하게 구성해도 좋다.As for the distance from the tip part of the
상기와 같이, 노즐(1)의 선단 부분으로부터 분무된 안개 형상의 액 입자는 대전되어 있으며, 그 전하는 다른 극(極)에 끌리기 때문에, 제1컬렉터(4)의 방향으로 흡인된다. 전하가 제1컬렉터(4)를 향하는 도중에 있어서, 액 입자는 띠고 있는 전하 때문에, 몇 번이나 정전 반발에 의하여 분열을 반복해서, 액 입자의 크기는 미세화되어 간다. 이렇게 액 입자가 미세화되어 갈 때, 재료를 용액으로 하기 위하여 용매로서 사용되고 있었던 용제는, 증발해서, 나노섬유 재료만이 남는다. 그것들이 수 나노미터～수십 나노미터의 섬유 직경의, 나노섬유라고 불리는 섬유 상태가 된다.As described above, the mist-shaped liquid particles sprayed from the tip portion of the
고분자 물질을 함유한 용액은, 이렇게 나노섬유의 상태, 즉 액체가 고체의 상태로 되어도, 최초에 노즐(1)로부터 부여된 전하는 손실되지 않고, 대전(帶電)된 상태 그대로이다.In the solution containing the high molecular substance, even when the state of the nanofibers, that is, the liquid is in the solid state, the charges initially applied from the
제1실시예의 정전 분무 장치의 방사 유닛(22)에 있어서는, 노즐(1)과 제1컬렉터(4)와의 사이에, 제1컬렉터(4)에 대하여 수 밀리미터의 거리를 두고 절연 시트(5)가 배치되어 있다. 또한, 제1컬렉터(4)와 절연 시트(5) 사이의 거리는, 고분자의 재료나 대전량 등을 고려해서 수 밀리미터로부터 수십 밀리미터의 범위 내에 설정된다. 절연 시트(5)는 유전성(誘電性)의 재료에 의하여 구성되어 있으며, 시트 형상 또는 얇은 판 형상이다.In the
절연 시트(5)는, 유전성 재료의 성질상, 외부 전계(電界)에 의하여 전기 분극(分極)을 유기(誘起)하는 성질, 즉 유기 분극을 나타내는 성질을 갖고 있으므로, 금속 블록인 도전판(2)은 고전압이 인가된 시점에서 그 표면이 대전되어 유기 분극한다. 그 유기 분극에 있어서, 절연 시트(5)의 노즐(1)의 분무구에 대향하고 있는 면은, 금속 블록과 동극(同極)으로 된다. 따라서, "동일 극의 전하는 반발한다"라고 하는 쿨롱력에 의하여, 노즐(1)의 분무구로부터 분무되어 나노섬유가 된 재료는, 절연 시트(5)와 동일 극을 가지므로, 대전한 절연 시트(5)에 대하여 반발한다. 그 결과, 나노섬유(섬유)가 된 재료는, 노즐(1)의 분무구와 절연 시트(5)와의 사이에 있어서의 절연 시트(5)로부터 십수 센티미터로부터 수십 센티미터의 공간을 부유(浮遊)하는 상태로 된다.Since the insulating
제1실시예의 정전 분무 장치의 방사 유닛(22)에 있어서는, 그 배면에 설치한 금속망(16)에 제2전원(50)이 접속되어 있으며, 금속망(16)에 대해서 수십 볼트로부터 수백 볼트의 전압이 인가되고 있다. 금속망(16)에 인가되는 전압의 극성은 노즐(1)에 인가되는 전압의 극성과 동일한 극성이다. 한편, 금속망(16)에 대향하도록 배치되어 있는 포집부(13) 내의 제2컬렉터(7)에는 수 볼트의 전압이 인가되어 있고, 그 전압의 극성은 금속망(16)과 다른 극성이다. 이 제2컬렉터(7)에 인가되는 전압은, 고분자의 재료나 그 대전량 등을 고려해서, 수 볼트로부터 수백 볼트의 범위에 설정되거나, 혹은 기준 전위인 접지 전위로 설정된다. 따라서, 노즐(1)의 분무구와 절연 시트(5)와의 사이의 공간을 부유한 상태로 되어 대전된 나노섬유는, 동일 극의 금속망(16)에 반발해, 쿨롱력에 의하여 다른 극의 전위를 갖는 제2컬렉터(7)의 방향으로 흡인된다.In the
또한, 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서는, 포집부(13)에 장착된 방사 유닛(22)에 대하여 금속망(16)을 통해서 덕트(13) 내부의 제2컬렉터(7)의 방향으로 건조 공기가 들어오도록 구성되어 있다. 덕트(13) 내부는 주위의 공기 압력보다 낮은 압력, 즉 부압(負壓)으로 해서, 나노섬유를 확실하게 포집하도록 구성되어 있다. 또한, 방사 유닛(22)에 들여보내는 건조 공기는, 습도 40％ 이하로 설정되어 있으며, 방사 유닛(22) 내에 부유하고 있는 나노섬유를 건조 상태 그대로 반송한다.In addition, in the electrostatic spraying device of the first embodiment, the
상기와 같이, 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서는, 포집부(13) 내부를 부압으로 하는 것, 제2컬렉터(7)를 금속망(16)의 전극과 다른 전극 또는 접지 전위로 설정하는 것, 그리고 건조 공기를 금속망(16)으로부터 덕트(13)를 향하여 송풍함으로써, 나노섬유를 포집부(13) 내부에 확실하게 포집할 수 있는 구성으로 된다. 제1실시예에 있어서는, 각각의 방사 유닛(22)에 팬(fan)을 설치해서 실내의 건조 공기(습도 40％ 이하)를 들여보내도록 구성하였지만, 덕트를 설치하여 원하는 습도를 나타내는 건조 공기를 장치 외부로부터 들여보내는 구성이어도 좋다.As described above, in the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, the inside of the collecting
제1실시예에 있어서 금속망(16)을 이용한 이유는, 건조 공기를 방사 유닛(22)의 배면으로부터 들여보내, 포집부(13)의 방향으로의 공기 흐름(17)의 발생을 확실하게 하기 위해서이며, 이러한 기능을 갖는 것이라면 다른 것이어도 좋고, 예를 들면, 하우징(10)과는 절연된 금속판에 복수의 관통 구멍을 뚫은 구조의 도전성 부재라면 좋다.The reason why the
또한, 제1실시예의 정전 분무 장치의 방사 유닛(22)에 있어서는, 공기 흐름 형성 수단으로서 금속망 구조의 공기 도입구(6)를 설치하였지만, 본 발명에 있어서의 공기 도입구(6)는 금속망 구조가 아니어도 좋고, 예를 들면, 공기압이 조정된 건조 공기를 스프레이 블록(30)의 배면측 단부에 형성된 공기 도입구로부터 도입할 수 있는 구조이어도 좋다. 이 경우, 공기 도입구(6)가 형성된 금속 블록은 제1전원(40)에 접속되어 있으며 노즐(1)과 동일 극의 전압이 인가되어 있다. 이 결과, 노즐(1)과 절연 시트(5)와의 사이의 공간에 대하여 공기 도입구(6)로부터 포집부(13)를 향하는 공기 흐름(17)이 생성되어, 공기 도입구(6)로부터 제2컬렉터(7)로의 대전된 나노섬유의 흡인 동작이 생기는 구성으로 된다.In addition, in the
상기와 같이, 방사 유닛(22) 내에 부유하고 있는 나노섬유는, 포집부(13)의 방향으로 들여보내, 제2컬렉터(7)를 따라 반송되고 있는 포집 시트(8)의 표면에 흡인 포집되어, 적층되어 간다. 이 결과, 나노섬유에 의한 고분자 웹(web)을 형성할 수 있다. 이 때문에, 포집 시트(8)의 반송 속도가 늦을수록, 포집 시트(8)가 방사 유닛(22)을 통과하는데 시간이 걸리고, 단위 면적당 포집되어 적층되는 나노섬유는 많아진다. 이 결과, 제조되는 부직포인 나노섬유의 고분자 웹의 두께를 두껍게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 포집부(13)에 장착되는 방사 유닛(22)의 수가 많을수록 부직포의 두께를 두껍게 할 수 있다. 이것을 이용해서, 나노섬유의 고분자 웹의 부직포의 두께를, 장착되는 방사 유닛(22)의 수 및/또는 포집 시트(8)의 반송 속도에 의해 제어하는 것이 가능하게 된다.As described above, the nanofibers suspended in the
노즐(1)로부터 분무된 나노섬유가 제2컬렉터(7)의 면 위를 따라 반송되는 포집 시트(8)에 포집되어 적층되는 구조이므로, 나노섬유의 미소 하전(荷電) 입자(3)의 전하는, 노즐(1)의 분무구와 유전성 재료인 절연 시트(5)와의 사이의 공간에는 쌓이는 일이 없고, 공기 흐름(17)을 따라 제2컬렉터(7)의 방향으로 반송된다. 따라서, 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서는, 노즐(1)로부터 계속해서 재료가 분무되어, 원하는 부직포를 제조하는 것이 가능하게 된다.Since the nanofibers sprayed from the
상기와 같이, 제1실시예의 정전 분무 장치는, 앞에 서술한 종래 장치의 과제였던 분무구와 컬렉터와의 사이에 전하가 쌓여서, 그 쌓인 전하의 반발에 의하여 노즐로부터의 새로운 전하를 띤 재료의 분무가 실행될 수 없다고 하는 문제를 해결하고 있다.As described above, in the electrostatic spray apparatus of the first embodiment, charges are accumulated between the spray port and the collector, which were the problems of the conventional apparatus described above, and spraying of a new charged material from the nozzle is caused by the repulsion of the accumulated charges. It solves the problem that it cannot be executed.
제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서는, 포집부(13)에 장착된 방사 유닛(22)의 공기 도입구(6)를 통해서 건조 공기를 들여보내고, 포집부(13) 내부를 주위의 공기 압력보다 낮은 압력, 즉, 부압으로 해서, 나노섬유를 포집하고 있다. 건조 공기를 들여보내는 속도는, 나노섬유의 포집 시트(8)로의 포집을 원활하게 실행하고, 방사 유닛(22) 내부 공기의 흐름에 흐트러짐이 생기지 않도록 수 센티미터/초 정도의 약한 풍속을 발생시키는 풍량이면 좋다. 수십 센티미터/초 이상의 강한 풍속으로 되면, 그 공기의 압력이나 여분의 정전기 발생 때문에, 포집 상태를 교반(攪拌)하게 되므로 바람직한 것은 아니다.In the electrostatic spray device of the first embodiment, the drying air is introduced through the
제1실시예에 있어서의 건조 공기를 들여보내는 구조는, 나노섬유의 비산(飛散) 대책뿐만 아니라, 재료의 용액에 함유되는 유기 용제의 회수(回收)를 가능하게 하고 있다. 제1실시예에서 이용한 재료는, 앞에 서술한 바와 같이, 고분자를 용액의 상태로 이용하기 위해서 유기 용제 등을 용매로서 사용하고 있으며, 생산과 함께 유기 용제를 대량으로 사용하게 된다. 분무 도중에 있어서 기화하는 유기 용제의 회수는, 종래 장치에서는 고려되지 않아, 나노섬유의 비산에 있어서의 인체에의 건강 피해와 동일하게, 기화한 유기 용제로부터의 건강 피해나 화재 등이 중대한 걱정 사항이었다. 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서는, 유기물 등을 갖는 건조 공기를 방사 유닛(22) 내부로부터 포집부(13)를 통해서 회수하도록, 포집부(13)의 정상부에 회수 유닛(19)이 설치되어 있다. 이 회수 유닛(19)은 장치 외부에 설치된 회수 장치(도시하지 않음)에 팬을 사용해서 배출하도록 구성되어 있다.The structure for letting in the dry air in the first embodiment enables not only countermeasures against scattering of nanofibers, but also recovery of the organic solvent contained in the solution of the material. In the material used in the first embodiment, as described above, in order to use the polymer in a solution state, an organic solvent or the like is used as a solvent, and a large amount of the organic solvent is used with production. The recovery of the organic solvent to vaporize during the spraying is not considered in the conventional apparatus, and the health damage and the fire from the vaporized organic solvent were a serious concern as well as the health damage to the human body in the scattering of the nanofibers. . In the electrostatic spray apparatus of the first embodiment, a
이하에, 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서의 나노섬유의 포집 동작에 대하여, 더욱 설명한다.The collection operation of the nanofibers in the electrostatic spray device of the first embodiment is further described below.
습도 40％ 이하의 건조 공기를 파이프나 덕트 등의 반송 경로 형성 수단을 이용해서 공기 도입구(6)를 통하여 각각의 방사 유닛(22)에 들여보냄과 더불어, 각각의 방사 유닛(22)과 연통한 포집부(13) 내부를 회수 유닛(19)에 의하여 부압으로 함으로써, 각각의 방사 유닛(22) 내 등에서 기화한 유기 용제를 장치 외부로 배출시키지 않고 포집부(13) 내에 들여보내, 회수 유닛(19)에서 회수하고 있다. 이와 같이, 제1실시예의 정전 분무 장치는, 기화한 유기 용제를 장치 외부에 누출시키는 일이 없이 확실하게 회수할 수 있는 구조를 갖추고 있다. 제1실시예에 있어서의 회수 유닛(19) 내부에는 일반적인 드래프트 체임버(draft chamber)와 마찬가지로 배기용 팬이 내장되어 있으며, 포집부(13) 내부에 있어서의 회수 유닛(19)으로의 풍속은 수 센티미터로부터 10 센티미터/초 정도의 범위 내이고, 포집부(13) 내부는 방사 유닛(22)에 대하여, 0.02KPa 정도의 약한 부압으로 설정되어 있다.The dry air having a humidity of 40% or less is introduced into each of the spinning
상기와 같이, 제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서는, 회수 유닛(19) 내를 부압으로 설정함으로써, 포집부(13) 내를 부압으로 하고 있어, 생성된 나노섬유를 포집부(13) 내의 포집 시트(8)에 적층함과 더불어, 방사 유닛(22) 등에 있어서 기화한 유기 용제가 덕트(13)를 통해서 회수되는 구조이다.As described above, in the electrostatic spraying device of the first embodiment, the
제1실시예의 정전 분무 장치에 있어서, 건조 공기가 각각의 방사 유닛(22)으로부터 덕트(13)에 들어오는 구조는 중요하지만, 주로, 공기 도입구(6)로부터 포집 시트(8) 방향으로, 방사 유닛(22) 내에 있어서 공기의 흐름이 안정되게 발생하는 구조라면 좋다.In the electrostatic spray apparatus of the first embodiment, the structure in which dry air enters the
또한, 제1실시예의 정전 분무 장치에는, 각각의 방사 유닛(22)을 단독으로 구동할 수 있도록 제어 장치가 설치되어 있으며, 제조되는 제품에 따라 필요한 방사 유닛(22)을 선택하여, 선택한 방사 유닛(22)만을 구동할 수 있는 구성이다.In addition, in the electrostatic spraying device of the first embodiment, a control device is provided to drive each of the spinning
이상과 같이, 본 발명의 정전 분무 장치는, 복수의 노즐을 사용해서 안정된 정전 분무를 실행하는 것이 가능하며, 원하는 제품에 대응해서 양산화를 도모할 수 있다.As mentioned above, the electrostatic spraying apparatus of this invention can perform stable electrostatic spraying using a some nozzle, and can mass-produce corresponding to a desired product.
상기와 같이, 본 발명의 정전 분무 장치를 이용함으로써, 수 나노미터[nm]～수십 나노미터[nm]의 나노섬유의 섬유로 형성된 부직포나 필터를 양산하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 본 발명의 정전 분무 장치에 의하여 제조된 필터는, 종래의 필터의 역할을 담당할 수 있는 것은 물론이고, 종래의 필터에서는 제거할 수 없었던 먼지나 균, 예를 들면 탄저균(anthrax) 등도 제거하는 것이 가능하게 된다.As mentioned above, by using the electrostatic spray apparatus of this invention, it becomes possible to mass-produce the nonwoven fabric and filter formed from the fiber of nanofiber of several nanometer [nm]-several ten nanometer [nm]. Therefore, the filter manufactured by the electrostatic spray device of the present invention can not only play a role of a conventional filter, but also remove dust and bacteria, for example, anthrax, which could not be removed by the conventional filter. It becomes possible.
또한, 본 발명의 정전 분무 장치에 의하여 제조된 필터는, "제거"뿐만 아니라 "선별"이라는 관점에 있어서도 우수한 효과를 나타낸다. 수 나노미터의 입자를 필터에 의하여 포획하는 것은 불요물의 제거에 그치지 않고, 나노 입자를 떼어내는 것이 가능하게 된다. 예를 들면, 다이아몬드 연마입자(abrasive grains) 등에 있어서는, 수십 나노미터[nm]의 연마입자만을 선별할 수 있다면, 종래의 연마 정밀도가 두 자릿수 이상 개선된다. 또한, 약제의 배송(drug delivery)에 있어서도 본 발명의 정전 분무 장치에 의하여 제조된 필터를 이용하는 것이 가능하다. 이와 같이, 본 발명의 정전 분무 장치 및 정전 분무 방법은, 나노 레벨에서의 "선별"에 있어서 우수한 특징을 갖는다.Moreover, the filter manufactured by the electrostatic spray apparatus of this invention shows the outstanding effect also from a viewpoint of not only "removing" but also "screening". The trapping of particles of several nanometers by the filter is not limited to the removal of unnecessary materials, and it is possible to remove the nanoparticles. For example, in diamond abrasive grains and the like, if only abrasive particles of several tens of nanometers [nm] can be selected, conventional polishing precision is improved by two or more orders of magnitude. In addition, it is possible to use the filter manufactured by the electrostatic spray apparatus of this invention also in drug delivery. Thus, the electrostatic spraying apparatus and electrostatic spraying method of this invention have the outstanding characteristic in the "selection" in nano level.
덧붙여서, 본 발명의 정전 분무 장치에 의하여 제조되는 제품에 있어서는, 현재 연구 단계인 "인공 생체막" 등 재생 의료에도 이용할 수 있으며, 이러한 특수한 분야에서도 본 발명은 기대되고 있다.In addition, in the product manufactured by the electrostatic spray apparatus of this invention, it can be used also for regenerative medicine, such as "artificial biofilm" which is a research stage currently, and this invention is anticipated also in such a special field.
본 발명의 정전 분무 장치는, 복수의 노즐을 사용해서 안정되게 정전 분무를 실행하고, 양산화를 도모하는 장치에 있어서 유용하다.The electrostatic spraying apparatus of this invention is useful in the apparatus which stably performs electrostatic spraying using several nozzles, and aims at mass production.
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