KR101558213B1 - Electrospining tube system for manfacturing nanofiber - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노섬유 제조용 전기방사튜브 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 (ⅰ) 원추형 형태 및 원통형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하며, 내부공간 중 일부는 막혀져 있으며 나머지 일부에는 길이방향을 따라 2개 이상의 중공의 구획 기둥(T1)들이 배열되어 있으며, 상기 구획 기둥(T1)들의 상부면 각각에 1개의 노즐(N)이 돌출되게 연결되어 있으며, 상기 구획 기둥(T1) 및 노즐(N)은 원통형 및 다각형 중에서 선택된 하나의 형태인 전기방사튜브(T); 및 (ⅱ) 상기 전기방사튜브(T) 하단에 연결되어 있으며 내부표면에 홈 및 돌기 중에서 선택된 1종의 형상물(R)이 형성되어 있고, 원추형 형태 및 원통형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하는 저수조(R);로 구성되어 단위시간당 단위 전기방사튜브의 토출량이 높아져 생산성이 크게 향상되고, 노즐 교체 및 청소의 번거로움이 해소되어 생산공정이 간소화되는 나노섬유 제조용 전기방사튜브 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an electrospinning tube system for manufacturing nanofibres, and more particularly, to an electrospinning tube system for manufacturing nanofibres, and more particularly, to an electrospinning tube system for manufacturing nanofibers, which comprises (i) one type selected from a conical shape and a cylindrical shape, Two or more hollow compartments T1 are arranged and one nozzle N is protrudingly connected to each of the upper surfaces of the compartments P1 and P2 so that the compartment P1 and the nozzles N ) Comprises: an electrospin tube (T) in the form of one selected from a cylindrical shape and a polygonal shape; And (ii) one type of shape (R) connected to the lower end of the electrospin tube (T) and having a groove and a protrusion formed on its inner surface, and having one type selected from a conical shape and a cylindrical shape The present invention relates to an electrospinning tube system for manufacturing nanofibers in which productivity of the electrospinning tube per unit time is increased, productivity is greatly improved, and hassle of nozzle replacement and cleaning is eliminated and the production process is simplified.
본 발명은 상기 전기방사튜브(T)와 저수조(R) 사이에 단면 형태가 원형 형태 및 다각형 형태 중에서 선택된 1종의 형태인 셀(D1)들로 구성되고 원추형 형태 및 원통형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하는 분배판(D)이 추가로 더 설치되어 있는 나노섬유 제조용 전기방사튜브 시스템을 포함한다.
The present invention is characterized in that one of the cells (D1), which is one type selected from a circular shape and a polygonal shape, has a sectional shape between the electrospin tube (T) and the water storage tank (R) (D) in addition to the shape of the distribution plate (D).
종래 전기방사장치들은 대한민국 등록특허 제10-0420460호 등에 게재된 바와 같이 방사액을 토출하는 기구로 고정된 노즐(Nozzle)을 주로 채택해 왔었다.Conventional electrospinning apparatuses have mainly adopted nozzles fixed with a mechanism for ejecting a spinning liquid as disclosed in Korean Patent Registration No. 10-0420460.
그러나, 상기 종래 전기방사장치들은 고정된 노즐을 통해 방사액을 전기방사(토출)하기 때문에 정전기력에만 의존하여 전기방사가 실시되어 단위시간당 노즐 단위홀당 토출량이 0.01g 수준으로 매우 낮아 생산성이 떨어져 결국 양산화가 어려운 문제점과, 노즐 교체 및 청소가 매우 복잡하고 번거로운 문제점 등이 있었다.However, since the conventional electrospinning devices are electrospinning (discharging) the spinning liquid through the fixed nozzle, electrospinning is performed depending on only the electrostatic force, and the discharge amount per nozzle unit per unit time is extremely low to 0.01 g level, And problems such as nozzle replacement and cleaning are complicated and cumbersome.
일반적으로 전기방사를 통한 나노섬유의 생산량은 시간당 0.1~1 g 수준이고 용액 토출량은 시간당 1.0~5.0 mL 수준으로 매우 낮다[D. H. H. Renecker 등, Nanptechnology 2006, VOl 17, 1123].In general, the production of nanofibers through electrospinning is 0.1 to 1 g per hour, and the solution discharge rate is very low, ranging from 1.0 to 5.0 mL per hour [D. H. H. Renecker et al., Nanptechnology 2006, Vo 17, 1123].
또 다른 종래의 전기방사장치로는 3,000rpm 이상으로 고속회전하는 원통을 이용하여 상기 원통 내에 투입된 방사액(클로로벤젠에 용해된 폴리메틸메타아크릴레이트 용액)을 원심력만을 이용하여 전기방사하는 전기방사장치가 K. Kern 등이 나노레터(Nano Letters)에 발표한 논문(Nano Letters, 2008, Vol 8, No.4, 1187-1191)에 게재되어 있다.Another conventional electrospinning apparatus includes an electrospinning apparatus for electrospinning a spinning solution (a polymethylmethacrylate solution dissolved in chlorobenzene) injected into the cylinder using a centrifugal force using a cylinder rotating at a high speed of 3,000 rpm or more, Is published by K. Kern et al. In Nano Letters (Nano Letters, 2008, Vol 8, No. 4, 1187-1191).
그러나, 상기 종래의 전기방사장치는 정전기력은 사용하지 않고 원심력만을 사용하여 전기방사하기 때문에 생산량이 떨어지고, 원통 내에 방사액을 연속적으로 공급하기 어려워 연속생산이 곤란한 문제점이 있었다.However, the above-mentioned conventional electrospinning device has a problem that it is difficult to continuously produce it because it is difficult to continuously supply the spinning liquid into the cylinder because the electrospinning device is electrospun using only the centrifugal force without using the electrostatic force.
또 다른 종래의 전기방사장치로는 50rpm으로 회전하는 원추형 용기에 고전압들을 걸어주면서 폴리비닐피릴리돈 용액을 공급하여 정전기력과 원심력을 동시에 이용하여 노즐 없이 전기방사를 실시한 전기방사장치를 Nanzhou 대학의 Jinyuan Zhou 등이 2010년 스몰(Small)지에 발표한 논문(Small, 2010 Vol 6, 1612-1616)에 게재되어 있다.In another conventional electrospinning apparatus, a polyvinylpyrrolidone solution is supplied while a high voltage is applied to a conical container rotated at 50 rpm, and an electrospinning apparatus which is electrospinned by using both electrostatic force and centrifugal force at the same time is referred to as Jinyuan Zhou et al. (Small, 2010 Vol 6, 1612-1616) published in Small in 2010.
그러나, 상기 종래의 전기방사장치는 원심력과 정전기력을 활용하여 노즐이 없는 형태로 단위시간당 생산량을 향상시킬 수 있지만 상기 원추형 용기 내에 방사액을 연속 공급하여 연속 생산이 어려운 문제점과, 상기 원추형 용기 하부에 컬렉터가 위치하여 방사액이 섬유형태가 아니라 용액상태로 떨어지는 현상(이하 "드롭발생 현상"이라고 한다)이 일어나는 문제점이 있었다.However, although the conventional electrospinning apparatus can improve the production amount per unit time in the form of no nozzle by utilizing the centrifugal force and the electrostatic force, it is difficult to continuously produce the continuous solution by supplying the spinning liquid into the conical container, (Hereinafter referred to as "drop generation phenomenon") occurs when the collector is located and the spinning liquid falls into the solution state instead of the fiber form.
기존의 전기방사 방식의 단점은 단위 홀당 나노섬유의 생산량이 매우 낮고 또한 노즐을 사용함으로써 노즐의 청소 등이 번거로운 문제점이 있다. 또한 내부에 다각형으로 구성된 원통형 혹은 원추형 혹은 원추형 전기방사 튜브를 사용하여 전기방사를 행할 경우에 전기방사 과정에서 흔히 발생하는 용액이 나노섬유 매트에 부착되어 구멍을 형성하거나 혹은 용액 자체가 그대로 부착되는 드롭-렛(Drop-let) 현상이 심하게 발생되는 문제가 있었다.
The disadvantage of the conventional electrospinning method is that the production amount of nanofibers per unit hole is very low, and there is a problem that cleaning of nozzles is troublesome by using nozzles. In addition, when electrospinning is performed using a cylindrical, conical or conical electrospinning tube having a polygon formed therein, a solution often generated in the electrospinning process is attached to the nanofiber mat to form a hole, or a drop There was a serious problem of drop-let phenomenon.
본 발명의 과제는 나노섬유를 정전기력과 원심력을 이용하여 제조할 때 단위시간당 단위 전기방사튜브의 토출량을 높여서 생산성을 크게 향상시키는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a method for manufacturing nanofibers using an electrostatic force and a centrifugal force.
본 발명의 또 다른 과제는 나노섬유를 정전기력과 원심력을 이용하여 제조할 때 방사용액이 나노섬유화 되지 않고 용액상태 그대로 떨어지는 드롭-렛 현상을 최대한 방지하는 것이다.Another object of the present invention is to prevent the droplet phenomenon in which the spinning solution does not become nanofibrous and the solution drops as it is when the nanofiber is manufactured by using the electrostatic force and the centrifugal force.
본 발명의 또 다른 과제는 종래 노즐사용시 노즐의 교체 및 청소의 번거로움을 해소하여 생산공정을 간소화하는 것이다.
Another object of the present invention is to simplify the production process by eliminating the troubles of replacing and cleaning nozzles when using a conventional nozzle.
이와 같은 과제들을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 (ⅰ) 원추형 형태 및 원통형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하며, 내부공간 중 일부는 막혀져 있으며 나머지 일부에는 길이방향을 따라 2개 이상의 중공의 구획 기둥(T1)들이 배열되어 있으며, 상기 구획 기둥(T1)들의 상부면 각각에 1개의 노즐(N)이 돌출되게 연결되어 있으며, 상기 구획 기둥(T1) 및 노즐(N)은 원통형 및 다각형 중에서 선택된 하나의 형태인 전기방사튜브(T); 및 (ⅱ) 상기 전기방사튜브(T) 하단에 연결되어 있으며 내부표면에 홈 및 돌기 중에서 선택된 1종의 형상물(R)이 형성되어 있고, 원추형 형태 및 원통형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하는 저수조(R);로 구성되는 나노섬유 제조용 전기방사튜브 시스템으로 정전기력과 원심력을 이용하여 나노섬유를 전기방사 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method of manufacturing a honeycomb structure, comprising (i) one type selected from a conical shape and a cylindrical shape, wherein a part of the inner space is blocked, And a nozzle N is protrudingly connected to each of the upper surfaces of the compartments P1 and T2 and the compartment P1 and the nozzle N are connected to each other through a cylindrical or polygonal An electrospin tube (T) in one form; And (ii) one type of shape (R) connected to the lower end of the electrospin tube (T) and having a groove and a protrusion formed on its inner surface, and having one type selected from a conical shape and a cylindrical shape And a reservoir (R); and electro-spinning the nanofibers using electrostatic force and centrifugal force.
또한, 본 발명에서는 (ⅰ) 원추형 형태 및 원통형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하며, 내부공간 중 일부는 막혀져 있으며 나머지 일부에는 길이방향을 따라 2개 이상의 중공의 구획 기둥(T1)들이 배열되어 있으며, 상기 구획 기둥(T1)들의 상부면 각각에 1개의 노즐(N)이 돌출되게 연결되어 있으며, 상기 구획 기둥(T1) 및 노즐(N)은 원통형 및 다각형 중에서 선택된 하나의 형태인 전기방사튜브(T); 및 (ⅱ) 상기 전기방사튜브(T)와 저수조(R) 사이에 단면 형태가 원형 형태 및 다각형 형태 중에서 선택된 1종의 형태인 셀(D1)들로 구성되고 원추형 형태 및 원통형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하는 분배판(D); 및 (ⅲ) 상기 분배판(D) 하단에 연결되어 있으며 내부표면에 홈 및 돌기 중에서 선택된 1종의 형상물(R)이 형성되어 있고, 원추형 형태 및 원통형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하는 저수조(R);로 구성되는 나노섬유 제조용 전기방사튜브 시스템으로 정전기력과 원심력을 이용하여 나노섬유를 전기방사 한다.
In the present invention, (i) one type selected from a conical shape and a cylindrical shape is provided, and a part of the inner space is blocked, and two or more hollow compartment pillars (T1) are arranged along the longitudinal direction And one nozzle N is protrudingly connected to each of the upper surfaces of the compartment columns T1 and the compartment column T1 and the nozzle N are formed in a shape selected from a cylindrical shape and a polygonal shape, Tube (T); And (ii) a cell (D1) of one type selected from a circular shape and a polygonal shape in cross section between the electrospin tube (T) and the water storage tank (R) A distribution plate (D) having the shape of a plate; And (iii) one kind of shape (R) connected to the lower end of the distribution plate (D) and having grooves and protrusions formed on the inner surface thereof, and having a shape selected from a conical shape and a cylindrical shape, (R); and electro-spinning nanofibers using electrostatic force and centrifugal force in an electrospinning tube system for manufacturing nanofibers.
본 발명은 정전기력과 원심력을 함께 사용하여 나노섬유를 전기방사하기 때문에 단위시간당 단위 전기방사튜브의 토출량이 높아져 생산성이 크게 향상되며, 방사용액이 나노섬유화 되지 않고 용액상태로 떨어지는 드롭-렛(Drop-let) 현상을 효과적으로 방지하여 나노섬유 형성능이 우수한 나노섬유 매트의 제조가 가능해지고, 노즐사용시와 비교시 노즐 교체 및 청소의 번거로움이 해소되어 생산공정이 간소화되고, 방사튜브의 낮은 회전수로도 나노섬유를 안정적으로 방사 할 수 있는 효과가 있다.
Since the electrostatic force and the centrifugal force are used together to electrospun nanofibers, the discharge amount of the unit electrospinning tube per unit time is increased, productivity is greatly improved, and drop- and thus it is possible to manufacture a nanofiber mat having excellent nanofiber forming ability, and it is possible to simplify the production process by eliminating the trouble of nozzle replacement and cleaning as compared with the case of using a nozzle, There is an effect that the fiber can be stably radiated.
도 1은 원추형 전기방사튜브(T)와 원추형 저수조(R)로 구성된 본 발명에 따른 전기방사튜브 시스템의 개략도.
도 2는 원추형 전기방사튜브(T), 원추형 분배판(D) 및 원추형 저수조(R)로 구성된 본 발명에 따른 전기방사튜브 시스템의 개략도.
도 3은 원통형 전기방사튜브(T)와 원통형 저수조(R)로 구성된 본 발명에 따른 전기방사튜브 시스템의 개략도.
도 4는 원통형 전기방사튜브(T), 원통형 분배판(D) 및 원통형 저수조(R)로 구성된 본 발명에 따른 전기방사튜브 시스템의 개략도.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 원추형 전기방사튜브(T)의 상세 모식도.
도 6은 도 3 및 도 4에 도시된 원통형 전기방사튜브(T)의 평면 모식도.
도 7은 도 2에 도시된 원추형 분배판(D)의 상세 모식도.
도 8은 도 1 및 도 2에 도시된 원추형 저수조(R)의 내부표면 전개도.
도 9는 도 2에 도시된 원추형 분배판(D)을 구성하는 셀(D1)의 사시개략도.
도 10은 도 4에 도시된 원통형 분배판(D)의 상세 모식도.
도 11은 도 3 및 도 4에 도시된 원통형 저수조(R)의 내부표면 전개도.
도 12는 도 4에 도시된 원통형 분배판(D)을 구성하는 셀(D1)의 사시개략도.
도 13a 내지 도 13b는 저수조(R)의 내부 표면에 형성된 형상물(R1)의 사시개략도.
도 14는 실시예 1로 제조한 나노섬유 매트의 주사형 전자현미경 사진.
도 15는 실시예 2로 제조한 나노섬유 매트의 주사형 전자현미경 사진.1 is a schematic view of an electrospinning tube system according to the invention consisting of a conical electrospin tube (T) and a conical reservoir (R).
2 is a schematic diagram of an electrospinning tube system according to the invention consisting of a conical electrospin tube (T), a conical distribution plate (D) and a conical reservoir (R).
3 is a schematic view of an electrospinning tube system according to the present invention composed of a cylindrical electrospun tube T and a cylindrical water reservoir R. Fig.
4 is a schematic view of an electrospinning tube system according to the invention, consisting of a cylindrical electrospin tube T, a cylindrical distribution plate D and a cylindrical reservoir R. Fig.
5 is a detailed schematic diagram of the conical electrospin tube (T) shown in Figs. 1 and 2. Fig.
Fig. 6 is a schematic plan view of the cylindrical electrospin tube T shown in Figs. 3 and 4. Fig.
7 is a detailed schematic diagram of the conical distribution plate D shown in Fig. 2; Fig.
8 is an inner surface exploded view of the conical water tank R shown in Figs. 1 and 2. Fig.
Fig. 9 is a perspective view of a cell D1 constituting the conical distribution plate D shown in Fig. 2; Fig.
Fig. 10 is a detailed schematic diagram of the cylindrical distribution plate D shown in Fig. 4; Fig.
11 is an internal surface exploded view of the cylindrical water tank R shown in Figs. 3 and 4. Fig.
12 is a perspective view schematically showing a cell D1 constituting the cylindrical distribution plate D shown in Fig. 4. Fig.
13A to 13B are perspective views of a shape R1 formed on the inner surface of the water storage tank R. Fig.
14 is a scanning electron micrograph of the nanofiber mat prepared in Example 1. Fig.
15 is a scanning electron micrograph of the nanofiber mat prepared in Example 2. Fig.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 나노섬유 제조용 전기방사튜브 시스템은 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 (ⅰ) 원추형 형태 및 원통형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하며, 내부공간 중 일부는 막혀져 있으며 나머지 일부에는 길이방향을 따라 2개 이상의 중공의 구획 기둥(T1)들이 배열되어 있으며, 상기 구획 기둥(T1)들의 상부면 각각에 1개의 노즐(N)이 돌출되게 연결되어 있으며, 상기 구획 기둥(T1) 및 노즐(N)은 원통형 및 다각형 중에서 선택된 하나의 형태인 전기방사튜브(T); 및 (ⅱ) 상기 전기방사튜브(T) 하단에 연결되어 있으며 내부표면에 홈 및 돌기 중에서 선택된 1종의 형상물(R)이 형성되어 있고, 원추형 형태 및 원통형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하는 저수조(R);로 구성된다.As shown in FIGS. 1 and 3, the electrospinning tube system according to the present invention has (i) a shape selected from a conical shape and a cylindrical shape, and a part of the inner space is blocked, Two or more hollow partition columns T1 are arranged along the longitudinal direction and one nozzle N is protrudingly connected to each of the upper surfaces of the partition columns T1, And the nozzle (N) are of a type selected from a cylindrical shape and a polygonal shape; And (ii) one type of shape (R) connected to the lower end of the electrospin tube (T) and having a groove and a protrusion formed on its inner surface, and having one type selected from a conical shape and a cylindrical shape And a water tank (R).
도 1은 원추형 전기방사튜브(T)와 원추형 저수조(R)로 구성된 본 발명에 따른 전기방사튜브 시스템의 개략도이고, 도 3은 원통형 전기방사튜브(T)와 원통형 저수조(R)로 구성된 본 발명에 따른 전기방사튜브 시스템의 개략도이다.Fig. 1 is a schematic view of an electrospinning tube system according to the present invention composed of a conical electrospin tube T and a conical water tank R. Fig. 3 is a schematic view of the present invention comprising a cylindrical electrospun tube T and a cylindrical water reservoir R Fig. 3 is a schematic view of an electrospinning tube system according to Fig.
본 발명에 따른 나노섬유 제조용 전기방사튜브 시스템은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 전기방사튜브(T)와 저수조(R) 사이에 단면 형태가 원형 형태 및 다각형 형태 중에서 선택된 1종의 형태인 셀(D1)들로 구성되고 원추형 형태 및 원통형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하는 분배판(D)이 추가로 더 설치되어 있는 것을 포함한다.As shown in FIGS. 2 and 4, the electrospin tube system for manufacturing nanofibers according to the present invention has a cross-sectional shape between the electrospin tube T and the water storage tank R, which is one type selected from a circular shape and a polygonal shape , And a distribution plate (D) composed of the in-cells (D1) and having one type selected from a conical shape and a cylindrical shape.
도 2는 원추형 전기방사튜브(T), 원추형 분배판(D) 및 원추형 저수조(R)로 구성된 본 발명에 따른 전기방사튜브 시스템의 개략도이고, 도 4는 원통형 전기방사튜브(T), 원통형 분배판(D) 및 원통형 저수조(R)로 구성된 본 발명에 따른 전기방사튜브 시스템의 개략도이다.Figure 2 is a schematic view of an electrospinning tube system according to the invention consisting of a conical electrospin tube (T), a conical distribution plate (D) and a conical reservoir (R), Figure 4 shows a cylindrical electrospin tube (T) A plate (D) and a cylindrical water tank (R).
상기 전기방사튜브(T)는 나노섬유를 전기방사할때 0~1,500 rpm 수준으로 회전하여 정전기력과 함께 원심력을 이용하여 나노섬유를 제조한다.The electrospinning tube (T) rotates at a level of 0 to 1,500 rpm when electrospun nanofibers and produces nanofibers using centrifugal force together with electrostatic force.
전기방사튜브(T)의 회전이 없이 순수한 정전기력으로도 가능하나 고분자 종류에 따라서는 순수한 정전기력에다가 회전하는 힘에 의한 원심력이 필요하다. 전기방사튜브(T)의 회전수가 너무 높으면 방사용액이 나노섬유화 되지 않고 용액상태로 떨어지는 드롭-렛 현상뿐만 아니라 젯트의 길이 때문에 서로 엉키는 현상으로 인하여 나노섬유 형성능이 저하된다.Pure electrostatic force is possible without rotating the electrospin tube (T), but depending on the type of polymer, pure electrostatic force and centrifugal force by rotating force are needed. If the number of revolutions of the electrospin tube (T) is too high, the ability of the nanofibers to form is deteriorated due to the entanglement of the spinning solution due to the droplet phenomenon as well as the drop length of the droplets falling into the solution state without becoming nanofibers.
상기 저수조(R)는 전기방사튜브(T)에 방사용액을 안정적으로 공급하여 전기방사가 이루어지는 상기 노즐(N)에서의 방사용액의 균일한 흐름을 유지시켜 방사용액이 섬유화되지 않고 용액상태로 드롭되는 현상을 방지해 주는 역할을 한다.The reservoir R stably supplies the spinning solution to the electrospin tube T to maintain a uniform flow of the spinning solution in the nozzle N in which electrospinning is performed so that the spinning solution is dropped into the solution state without becoming fibrous To prevent the phenomenon.
상기 분배판(D)은 저수조(R)에서 공급된 방사용액을 보다 균일하게 전기방사튜브(T)의 구획 기둥(T1)들 내로 공급하여 나노섬유 형성을 원활하게 하는 역할을 한다.The distribution plate D functions to uniformly supply the spinning solution supplied from the water storage tank R into the column pillars T1 of the electrospinning tube T to smoothly form nanofibers.
상기 전기방사튜브(T)는 도 1 및 도 3 등에 도시된 바와 같이 원추형 형태 또는 원통형 형태이고, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 내부공간 중 일부는 막혀있고 나머지 일부에는 길이방향을 따라 중공의 구획 기둥(T1)들이 배열되어 있으며 상기 구획 기둥(T1)들의 상부면 각각에 1개씩의 노즐(N)이 돌출되게 연결된 구조를 갖는다.The electrospinning tube T has a conical shape or a cylindrical shape as shown in FIGS. 1 and 3, etc., and a part of the inner space is blocked and a hollow part And one nozzle N is protruded from each of the upper surfaces of the compartments P1.
상기 구획 기둥(T1) 및 노즐(N)은 원통형 또는 다각형이다.The compartment column T1 and the nozzle N are cylindrical or polygonal.
상기 구획 기둥(T1)들은 서로 동일한 크기를 구비하면서 전기방사튜브(T)내에 동일한 간격으로 배열될 수도 있고, 서로 상이한 크기를 구비하면서 전기방사튜브(T)내에 상이한 간격으로 배열될 수도 있다.The partition pillars T1 may be arranged at equal intervals in the electrospinning tube T while having the same size as each other or may be arranged at different intervals in the electrospinning tube T with different sizes.
상기 구획 기둥(T1)들의 상부면 각각에 1개씩 돌출되게 연결되어 있는 노즐(N)들은 서로 동일한 크기를 구비하면서 동일한 간격으로 배열될 수도 있고, 서로 상이한 크기를 구비하면서 상이한 간격으로 배열될 수도 있다.The nozzles N projected one by one on each of the upper surfaces of the partition pillars T1 may have the same size and the same spacing or different spacings and may be arranged at different intervals .
본 발명에서는 구획 기둥(T1)들의 상부면 각각에 1개씩의 노즐을 돌출되게 연결함으로써 정전기력을 보다 효율적으로 집중화시켜 방사되는 나노섬유의 직경을 더 가늘게 한다.In the present invention, one nozzle is protrudingly connected to each of the upper surfaces of the compartment pillars T1, thereby more efficiently concentrating the electrostatic force, thereby narrowing the diameter of the nanofibers to be radiated.
일반적인 니들타입 노즐로 나노섬유를 전기방사하는 경우 니들타입 노즐간의 간격이 1㎝ 이하인 경우에는 전기방사가 불가능해진다.When the nanofibers are electrospun with a general needle type nozzle, electrospinning is impossible when the distance between the needle type nozzles is 1 cm or less.
그러나, 본원발명은 회전하는 원통형 또는 원추형 전기방사튜브(T)를 사용하여 전기력과 원심력의 결합으로 표면장력을 극복할 수 있기 때문에 노즐(N) 간격이 1㎝ 이하로 아주 근접한 경우에도 전기방사가 가능하며, 또한 전기방사되는 나노섬유의 직경을 더 가늘게 할 수 있다.However, since the surface tension can be overcome by the combination of the electric force and the centrifugal force by using the rotating cylindrical or conical electrospin tube (T), the present invention can reduce the surface tension even when the distance between the nozzles And the diameter of the electrospun nanofibers can be further reduced.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 원추형 전기방사튜브(T)의 상세 모식도이고, 도 6은 도 3 및 도 4에 도시된 원통형 전기방사튜브(T)의 상세 모식도이다.Fig. 5 is a detailed schematic diagram of the conical electrospin tube T shown in Figs. 1 and 2, and Fig. 6 is a detailed schematic diagram of the cylindrical electrospin tube T shown in Figs.
상기 저수조(R)의 내부표면에 형성된 형상물(R1)은 전기방사튜브(T)의 내부표면을 따라 연속되는 다수개의 나선상 곡선을 이루도록 형성될 수도 있고, 도 8 및 도 11에 도시된 바와 같이 저수조(R)의 내부표면에 형성된 형상물(R1)은 전기방사튜브(T)의 내부표면을 따라 평행하게 연속되는 다수개의 직선을 이루도록 형성될 수도 있고, 저수조(R)의 내부표면에 형성된 형상물(R1)은 서로 분리된 상태로 전기방사튜브(T)의 내부표면에 분산되게 형성될 수도 있다.The shape R1 formed on the inner surface of the water reservoir R may be formed so as to form a plurality of spiral curved lines continuing along the inner surface of the electrospun tube T. As shown in FIGS. 8 and 11, The shape R1 formed on the inner surface of the water reservoir R may be formed to form a plurality of straight lines extending in parallel along the inner surface of the electrospun tube T and the shape R1 formed on the inner surface of the water reservoir R May be formed so as to be dispersed on the inner surface of the electrospin tube T while being separated from each other.
도 8은 도 1 및 도 2에 도시된 원추형 저수조(R)의 내부표면 전개도이고, 도 11은 도 3 및 도 4에 도시된 원통형 저수조(R)의 내부표면 전개도이다.Fig. 8 is an inner surface exploded view of the conical water tank R shown in Figs. 1 and 2, and Fig. 11 is an inner surface exploded view of the cylindrical water tank R shown in Figs.
저수조(R)의 내부표면에 형성된 형상물(R1)은 다각형 돌기, 반원형 돌기, 다각형 홈 및 반원형 홈 중에서 선택된 1종의 형태이다.The shape R1 formed on the inner surface of the water storage tank R is one type selected from polygonal protrusions, semicircular protrusions, polygonal grooves, and semicircular grooves.
도 13a 내지 도 13b는 저수조(R)의 내부 표면에 형성된 형상물(R1)의 사시개략도이다.13A to 13B are perspective views schematically showing an object R1 formed on the inner surface of the water storage tank R. Fig.
저수조(R)의 내부표면을 따라 평행하게 연속되는 다수개의 직선을 이루도록 형성된 형상물(R1)간의 간격(W1,W2,W3)들이 서로 동일할 수도 있고, 저수조(R)의 내부표면을 따라 평행하게 연속되는 다수개의 직선을 이루도록 형성된 형상물(R1)간의 간격(W1,W2,W3)들이 서로 상이할 수도 있다.The spaces W1, W2 and W3 between the shaped objects R1 formed so as to form a plurality of straight lines extending in parallel along the inner surface of the water storage tank R may be equal to each other or parallel to each other along the inner surface of the water storage tank R W1, W2, W3 between the shaped objects R1 formed to form a plurality of continuous straight lines may be different from each other.
도 7 및 도 10에 도시된 바와 같이 상기 분배판(D)은 원추형 형태 또는 원통형 형태이고, 도 9 및 도 12에 도시된 바와 같이 단면 형태가 원형 형태 또는 다각형 형태인 셀(D1)들로 구성된다.As shown in FIGS. 7 and 10, the distribution plate D has a conical shape or a cylindrical shape, and is formed of cells D1 having a circular or polygonal cross-sectional shape as shown in FIG. 9 and FIG. do.
도 7은 도 2에 도시된 원추형 분배판(D)의 상세 모식도이고, 도 10은 도 4에 도시된 원통형 분배판(D)의 상세 모식도이고, 도 9는 도 2에 도시된 원추형 분배판(D)을 구성하는 셀(D1)의 사시개략도이고, 도 12는 도 4에 도시된 원통형 분배판(D)을 구성하는 셀(D1)의 사시개략도이다.FIG. 7 is a detailed schematic diagram of the conical distribution plate D shown in FIG. 2, FIG. 10 is a detailed schematic view of the cylindrical distribution plate D shown in FIG. 4, and FIG. 9 is a cross- D and Fig. 12 is a perspective view schematically showing a cell D1 constituting the cylindrical distribution plate D shown in Fig. 4. As shown in Fig.
분배판(D)을 구성하는 셀(D1)들의 크기는 서로 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다.The sizes of the cells D1 constituting the distribution plate D may be equal to each other or may be different from each other.
분배판(D)은 단면형태가 원형형태인 셀과 단면형태가 다각형 형태인 셀이 서로 혼재되어 구성될 수도 있다.The distribution plate D may be formed by mixing cells having a circular shape in cross section and cells having a polygonal shape in cross section.
분배판(D)을 구성하는 셀(D1)들은 분배판(D)의 원주방향으로 배열될 수도 있고, 분배판(D)을 구성하는 셀(D1)들은 분배판(D)의 단면 대각선 방향으로 배열될 수도 있다.The cells D1 constituting the distribution plate D may be arranged in the circumferential direction of the distribution plate D and the cells D1 constituting the distribution plate D may be arranged in the diagonal direction of the distribution plate D .
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
그러나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 보호범위가 한정되는 것은 아니다.
However, the scope of protection of the present invention is not limited by the following examples.
실시예Example 1 One
브루에스타(Bluestar)사의 폴리나크릴로니트릴을 용매인 디메틸포름아미드(DMF)에 용해하여 고형분이 11중량%이고 점도가 1,100센티포아스이고 전기전도도가 11.4 mS/m인 방사용액을 제조하였다.Polynacrylonitrile from Bluestar was dissolved in dimethylformamide (DMF) as a solvent to prepare a spinning solution having a solid content of 11 weight%, a viscosity of 1,100 centipoise and an electric conductivity of 11.4 mS / m.
다음으로는 상기와 같이 제조된 방사용액을 도 2에 도시된 바와 같이 (ⅰ) 원추형 전기방사튜브(T), (ⅱ) 전기방사튜브(T) 하단에 연결되어 있는 원추형 분배판(D) 및 (ⅲ) 분배판(D) 하단에 연결되어 있는 원추형 저수조(R)로 구성되는 나노섬유 제조용 전기방사튜브 시스템에 분당 1.2cc 공급하면서 상기 전기방사튜브 시스템을 300rpm으로 회전시키면서 상부에 위치하는 컬렉터에 30kV의 전압을 부여하여 정전기력과 원심력을 이용하여 나노섬유 매트를 제조하였다.Next, as shown in FIG. 2, the spinning solution prepared as described above is applied to a conical distribution tube (D) connected to the lower end of a conical electrospin tube (T), (ii) (Iii) a conical water tank (R) connected to the lower end of the distribution plate (D), 1.2cc per minute is supplied to the electrospinning tube system for manufacturing nanofibers, while the electrospinning tube system is rotated at 300 rpm, A voltage of 30 kV was applied to fabricate a nanofiber mat using electrostatic force and centrifugal force.
이때, 상기 원추형 전기방사튜브(T)의 상부직경은 40mm이고, 하부직경은 50mm이고, 내부공간은 지름이 5mm인 8개의 원통형 구획 기둥(T1)으로 구획하였고, 상기 구획 기둥(T1)들의 상부면 각각에 직경이 0.8mm이고 길이가 7mm인 노즐을 돌출되게 연결, 설치하였다.At this time, the conical electrospin tube T is divided into eight cylindrical divided columns T1 having an upper diameter of 40 mm, a lower diameter of 50 mm and an inner space of 5 mm, The nozzles each having a diameter of 0.8 mm and a length of 7 mm were connected to each other so as to protrude therefrom.
상기 저주조(R)의 내부표면에는 깊이가 3mm이고 폭이 3mm인 홈(형상물)을 5열로 서로 평행하게 형성하였다.Grooves (shapes) having a depth of 3 mm and a width of 3 mm were formed on the inner surface of the hypocenter R in five rows in parallel with each other.
상기와 같이 제조한 나노섬유 매트는 도 14와 같이 드롭-렛 현상으로 인한 결점이 전혀 없었고, 나노섬유의 형성능이 우수하였고 또한 직경이 650nm 이었다.As shown in FIG. 14, the nanofiber mat prepared as described above had no drawbacks due to the droplet phenomenon, had excellent nanofiber forming ability, and had a diameter of 650 nm.
도 14는 상기와 같이 제조된 나노섬유 매트의 주사형 전자현미경 사진이다.
14 is a scanning electron micrograph of the nanofiber mat prepared as described above.
실시예Example 2 2
브루에스타(Bluestar)사의 폴리나크릴로니트릴을 용매인 디메틸포름아미드(DMF)에 용해하여 고형분이 11중량%이고 점도가 1,100센티포아스이고 전기전도도가 11.4 mS/m인 방사용액을 제조하였다.Polynacrylonitrile from Bluestar was dissolved in dimethylformamide (DMF) as a solvent to prepare a spinning solution having a solid content of 11 weight%, a viscosity of 1,100 centipoise and an electric conductivity of 11.4 mS / m.
다음으로는 상기와 같이 제조된 방사용액을 도 2에 도시된 바와 같이 (ⅰ) 원추형 전기방사튜브(T), (ⅱ) 전기방사튜브(T) 하단에 연결되어 있는 원추형 분배판(D) 및 (ⅲ) 분배판(D) 하단에 연결되어 있는 원추형 저수조(R)로 구성되는 나노섬유 제조용 전기방사튜브 시스템에 분당 2.0 cc 공급하면서 상기 전기방사튜브 시스템을 660rpm으로 회전시키면서 상부에 위치하는 컬렉터에 30kV의 전압을 부여하여 정전기력과 원심력을 이용하여 나노섬유 매트를 제조하였다.Next, as shown in FIG. 2, the spinning solution prepared as described above is applied to a conical distribution tube (D) connected to the lower end of a conical electrospin tube (T), (ii) (Iii) a conical water tank (R) connected to the lower end of the distribution plate (D), while supplying 2.0 cc per minute to the electrospinning tube system for manufacturing nanofibers, while rotating the electrospinning tube system at 660 rpm, A voltage of 30 kV was applied to fabricate a nanofiber mat using electrostatic force and centrifugal force.
이때, 상기 원추형 전기방사튜브(T)의 상부직경은 40mm이고, 하부직경은 50mm이고, 내부공간은 지름이 3mm인 16개의 원통형 구획 기둥(T1)으로 구획하였고, 상기 구획 기둥(T1)들의 상부면 각각에 직경이 0.7mm이고 노즐 길이가 7mm인 노즐을 돌출되게 연결, 설치하였다.At this time, the upper and lower diameters of the conical electrospinning tube T are 40 mm, 50 mm and 16 mm, respectively, and the internal space is divided into 16 cylindrical divided columns T1 having a diameter of 3 mm, Each nozzle having a nozzle diameter of 0.7 mm and a nozzle length of 7 mm was connected and installed so as to protrude.
상기 저주조(R)의 내부표면에는 깊이가 3mm이고 폭이 3m인 홈(형상물)을 5열로 서로 평행하게 형성하였다.Grooves (shapes) having a depth of 3 mm and a width of 3 m were formed on the inner surface of the hypochlorous tank R in five rows in parallel with each other.
상기와 같이 제조한 나노섬유 매트는 도 15와 같이 드롭-렛 현상으로 인한 결점이 전혀 없었고, 나노섬유의 직경은 630nm이었고 또한 섬유 형성능도 우수하였다.As shown in FIG. 15, the nanofiber mat prepared as described above had no drawbacks due to the droplet phenomenon, the diameter of the nanofiber was 630 nm, and the fiber forming ability was also excellent.
도 15는 상기와 같이 제조된 나노섬유 매트의 주사형 전자현미경 사진이다.
15 is a scanning electron micrograph of the nanofiber mat prepared as described above.
T : 전기방사튜브 R : 저수조
N : 노즐 D : 분배판
T1 : 전기방사튜브내 구획 기둥 D1 :분배판 셀
R1 : 저수조 내부 표면에 형성된 형상물
W1~W3 : 형상물(R1) 사이 간격 H : 형상물(R1)의 높이
W : 형상물(R1)의 넓이 r : 형상물(R1)의 반지름T: electrospinning tube R: water tank
N: nozzle D: distribution plate
T1: compartment column in electrospinning tube D1: distribution plate cell
R1: An object formed on the inner surface of the water tank
W1 to W3: Spacing between the objects R1: H: Height of the object R1
W: Width of the object R1 R1: Radius of the object R1
Claims (17)
(ⅱ) 상기 전기방사튜브(T) 하단에 연결되어 있으며 내부표면에 홈 및 돌기 중에서 선택된 1종의 형상물(R)이 형성되어 있고, 원추형 형태 및 원통형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하는 저수조(R);로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사튜브 시스템.(I) a shape selected from a conical shape and a cylindrical shape, wherein a part of the inner space is closed and at least a part of the inner space is provided with two or more hollow compartment pillars (T1) along the longitudinal direction, One nozzle N is projectively connected to each of the upper surfaces of the columns T1 and T2 so that the compartment column T1 and the nozzle N are in the form of one selected from a cylindrical shape and a polygonal shape; And
(Ii) a reservoir (R) connected to the lower end of the electrospin tube (T) and having one kind of shape (R) selected from grooves and protrusions formed on its inner surface, and having a shape selected from a conical shape and a cylindrical shape (R). ≪ / RTI >
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