KR101753053B1 - Nano membrane manufacturing method using electrospinning apparatus with temperature control system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 멤브레인의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 전기방사 온도인 상온보다 고온인 온도에서 고농도의 폴리머를 포함하는 방사용액을 전기방사하여 나노 멤브레인을 제조하는 방법에 관한 것이다.
또한, 나노섬유화 되지 못한 방사용액을 재사용하는 오버플로우 시스템을 구비하고 전기방사되는 방사용액의 농도를 유지하는 대신 방사용액의 점도를 유지하는 온도조절 장치를 포함함으로써, 희석제를 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a nanomembrane, and more particularly, to a method for preparing a nanomembrane by electrospinning a spinning solution containing a high concentration polymer at a temperature higher than a conventional room temperature, that is, an electrospinning temperature.
The present invention also includes a temperature control device that includes an overflow system for reusing a spinning solution that has not been made into nanofibers and maintains the viscosity of the spinning solution instead of maintaining the concentration of the spinning solution to be electrospun, To a method for producing a nanomembrane.
Description
본 발명은 나노 멤브레인의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 전기방사 온도인 상온보다 고온인 온도에서 고농도의 폴리머를 포함하는 방사용액을 전기방사하여 나노 멤브레인을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a nanomembrane, and more particularly, to a method for preparing a nanomembrane by electrospinning a spinning solution containing a high concentration polymer at a temperature higher than a conventional room temperature, that is, an electrospinning temperature.
또한, 나노섬유화 되지 못한 방사용액을 재사용하는 오버플로우 시스템을 구비하고 전기방사되는 방사용액의 농도를 유지하는 대신 방사용액의 점도를 유지하는 온도조절 장치를 포함함으로써, 희석제를 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인의 제조방법에 관한 것이다.The present invention also includes a temperature control device that includes an overflow system for reusing a spinning solution that has not been made into nanofibers and maintains the viscosity of the spinning solution instead of maintaining the concentration of the spinning solution to be electrospun, To a method for producing a nanomembrane.
일반적으로, 나노섬유(Nano Fiber)란, 지름이 수십에서 수백 나노미터에 불과한 초극세사를 지칭하는 것으로서, 나노섬유로 구성된 부직포, 멤브레인 및 브레이드 등의 제품은 생활용품, 농업용, 의류용 및 산업용 등으로 널리 사용된다.In general, nanofiber refers to microfibers having a diameter of only a few tens to several hundreds of nanometers, and nonwoven fabrics, membranes, and braids made of nanofibers are used in daily life, agricultural, Widely used.
뿐만 아니라, 인조 피혁, 인조 스웨이드, 생리대, 의복, 기저귀, 포장재, 잡화용 소재, 각종 필터 소재, 유전자 전달체의 의료용 소재 및 방탄 조끼 등 국방용 소재에 적용되는 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.In addition, it is used in a variety of fields such as artificial leather, artificial suede, sanitary napkin, clothes, diaper, packaging materials, various kinds of materials for use in general merchandise, various filter materials, medical materials for gene delivery materials and anti-
상술한 바와 같은 나노 멤브레인은 전기장에 의해 생산된다. 즉, 나노 멤브레인은 원료인 고분자 물질에 고전압의 전기장을 걸어서 원료인 고분자 물질 내부에 전기적인 반발력을 발생시키고, 이로 인해 분자들이 뭉쳐 나노 크기의 실 형태로 갈라짐으로써 나노 멤브레인이 제조 및 생산된다.The nanomembrane as described above is produced by an electric field. That is, the nanomembrane generates an electric repulsive force inside the polymer material by applying a high voltage electric field to the polymer material, which is the raw material, and the nanomembrane is manufactured and produced by breaking the molecules into a nano-sized thread shape.
이때, 전기장이 강할수록 원료인 고분자 물질이 가늘게 찢어지기 때문에 10 내지 1000nm의 가늘기를 갖는 나노 멤브레인을 얻을 수 있다.At this time, the stronger the electric field, the finer the polymer material is, the smaller the nanometer membrane with 10 to 1000 nm of the thin film can be obtained.
이러한 가늘기를 갖는 나노 멤브레인을 제조 및 생산하기 위한 전기방사장치는 방사용액이 내부에 충진되는 방사용액 주탱크, 방사용액의 정량 공급을 위한 계량 펌프, 방사용액을 토출하기 위한 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐블록, 노즐 하단에 위치하여 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터 및 전압을 발생시키는 전압 발생장치를 포함하여 구성된다.An electrospinning device for manufacturing and producing nanomembranes having such a thinner is provided with a spray tank main tank in which a spray solution is filled, a metering pump for supplying a spray solution in a fixed quantity, and a plurality of nozzles for spraying spray solution A collector for collecting the fibers that are positioned at the lower end of the nozzle to emit radiation, and a voltage generator for generating a voltage.
상술한 바와 같은 구조로 이루어지는 전기방사장치는 방사용액이 충진되는 방사용액 주탱크와 상기 방사용액 주탱크 내에 충진된 고분자 방사용액의 정량 공급을 위한 계량 펌프와 상기 방사용액 주탱크 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐이 다수개 배열설치되는 노즐 블록과 상기 노즐의 상단에 위치하여 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐에서 일정간격 이격되는 컬렉터 및 상기 컬렉터에 고전압을 발생시키는 전압 발생장치를 포함하는 유닛으로 구성된다.The electrospinning device having the above-described structure includes a spinning liquid main tank filled with a spinning solution, a metering pump for supplying a fixed amount of the polymer spinning solution filled in the spinning solution main tank, and a polymer spinning solution in the spinning solution main tank A nozzle block having a plurality of nozzles arranged in a pin shape and arranged to discharge the polymer solution, and a collector disposed at an upper end of the nozzle and spaced apart from the nozzle by a predetermined distance in order to accumulate the polymer solution, And a unit including the apparatus.
이러한 전기방사장치를 통한 나노 멤브레인의 제조방법은 방사용액이 충진되는 방사용액 주탱크 내의 방사용액이 계량 펌프를 통해 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐 내에 연속적으로 정량 공급되고, 노즐로 공급되는 방사용액은 높은 전압이 걸려있는 컬렉터상에 노즐을 통하여 방사, 집속되어 나노 멤브레인이 형성되되, 상기 전기방사장치의 유닛들로 이송되는 장척시트상에 나노 멤브레인을 형성하고, 상기 나노 멤브레인이 적층형성되는 장척시트가 각 유닛을 통과하여 반복적으로 나노 멤브레인이 적층된 후 라미네이팅, 엠보싱, 열 프레싱(heat and pressing) 또는 니들펀칭하여 부직포로 제조한다.A method of manufacturing a nanomembrane through such an electrospinning device is characterized in that a spinning solution in a spinning liquid main tank filled with a spinning solution is continuously and quantitatively supplied in a plurality of nozzles to which a high voltage is applied through a metering pump, A nanomembrane is formed on a long sheet conveyed to the units of the electrospinning device, and the nanomembrane is formed by stacking the nanomembrane After the sheet is repeatedly passed through each unit, the nanomembranes are laminated and then made into a nonwoven fabric by laminating, embossing, heat and pressing or needle punching.
여기서, 전기방사장치는 컬렉터 상의 위치하는 방향에 따라 상향식 전기방사장치, 하향식 전기방사장치 및 수평식 전기방사장치로 나뉜다. 즉, 전기방사장치는 컬렉터가 노즐의 상단에 위치하는 구성으로 이루어지고, 균일하고 상대적으로 가는 나노 멤브레인을 제조할 수 있는 상향식 전기방사장치, 컬렉터가 노즐의 하단에 위치하는 구성으로 이루어지고, 상대적으로 굵은 나노 멤브레인을 제조할 수 있으며, 단위시간 당 나노 멤브레인의 생산량을 증대시킬 수 있는 하향식 전기방사장치 및 컬렉터와 노즐이 수평방향으로 배열되는 구성으로 이루어지는 수평식 전기방사장치로 나뉜다.Here, the electrospinning device is divided into a bottom-up electrospinning device, a top-down electrospinning device, and a horizontal electrospinning device depending on the direction on the collector. That is, the electrospinning device has a configuration in which the collector is located at the upper end of the nozzle, and a bottom-up electrospinning device capable of producing a uniform and relatively thinner nanomembrane, a collector is disposed at the lower end of the nozzle, A bottom-up electrospinning device capable of increasing the production amount of nanomembranes per unit time, and a horizontal electrospinning device having a collector and nozzles arranged in a horizontal direction.
상향식 전기방사장치는 상향 노즐 블록의 노즐을 통하여 방사용액이 분사되고, 분사되는 방사용액이 지지체의 하부면에 적층되면서 나노 멤브레인을 형성하는 구성으로 이루어진다.In the bottom-up electrospinning device, a spinning solution is injected through a nozzle of an upward nozzle block, and a spinning solution to be injected is deposited on a lower surface of the support to form a nanomembrane.
상술한 바와 같은 구성에 의하여 상기 상향식 전기방사장치의 어느 한 유닛 내부에서 노즐을 통하여 방사용액을 분사하여 나노 멤브레인이 적층형성되는 장척시트는 다른 한 유닛 내부로 이송되고, 다른 한 유닛 내부로 이송되는 장척시트에 노즐을 통하여 방사용액을 분사하여 또 다시 나노 멤브레인을 적층형성하는 등 상기한 공정을 반복적으로 수행하면서 나노 멤브레인을 제조한다.According to the above-described configuration, the elongated sheet, in which the spinning solution is sprayed through one of the nozzles of the bottom-up electrospinning device to form the nanomembrane, is transferred into the other unit and transferred into the other unit The nanomembrane is manufactured by repeatedly performing the above-described processes such as spraying a spinning solution through a nozzle on a long sheet and again forming a nano-membrane.
여기서, 노즐 블록의 노즐을 통하여 분사되는 방사용액은 고분자 폴리머 및 용매를 포함하여 이루어진다.Here, the spinning solution injected through the nozzle of the nozzle block includes a polymer polymer and a solvent.
이때, 전기방사장치 노즐 블록의 노즐을 통하여 방사용액의 방사 시 방사용액에 포함되는 고분자 폴리머 장척시트 상에 적층형성되어 나노 멤브레인을 형성하나, 방사 과정에서 노즐 끝으로 토출된 고분자 폴리머가 섬유화되지 못하고 노즐블록으로 떨어지는 경우가 발생한다. 통상의 전기방사에 있어서 노즐을 통하여 방사되었으나 섬유화되지 못하고 오버플로우되는 고분자 폴리머는 전체 전기방사되는 폴리머 고분자 중 70 내지 90중량%이며, 오버플로우 시스템을 통해 다시 저장탱크로 공급되고, 저장탱크로부터 다시 노즐블록으로 전기방사를 위해 공급되는 구성을 가지는 바 오버플로우된 방사용액을 회수하여 나노 멤브레인의 원료로 재사용이 가능하기 때문에, 원료를 절약하게 되고 원료 사용료를 줄일 수 있어 나노 멤브레인 제조비용을 절감할 수 있다. At this time, the nanomembrane is formed on the polymeric polymer sheet included in the spinning solution for spinning of the spinning solution through the nozzle of the electrospinning nozzle block, but the polymer polymer discharged to the nozzle end during the spinning process is not fibrous It may fall into the nozzle block. The polymer polymer which is emitted through the nozzle in the conventional electrospinning but can not be made into fibers and overflows is supplied to the storage tank through the overflow system at 70 to 90% by weight of the total electrospun polymer polymer, Since the overflowed spinning solution having the configuration that is supplied for the electrospinning by the nozzle block can be recovered and reused as the raw material of the nanomembrane, the raw material can be saved, the raw material fee can be reduced, and the manufacturing cost of the nanomembrane can be reduced .
한편, 기존의 전기방사와 관련된 선행문헌들에는 전기방사를 위한 폴리머 용액의 농도를 고정시킨후 전기방사를 실시하였다. 그러나 폴러머 용액의 농도를 고정시키기 위해서는 농도고정을 위한 장치들과 기술적 공정들이 필요하며, 특히 섬유화되지 못하고 노즐블록으로 떨어지는 폴리머 용액을 재사용하는 오버플로우 시스템을 포함하는 전기방사의 경우 희석제등의 사용이 필요하고, 희석제를 추가함으로 인해 발생하는 생산속도의 저하, 폭발의 위험성 및 생산단가의 문제등이 발생한다.On the other hand, the prior literature related to the conventional electrospinning is that the concentration of the polymer solution for electrospinning is fixed and electrospinning is performed. However, in order to fix the concentration of the polymeric solution, devices for concentration fixing and technical processes are required. In particular, in the case of electrospinning including an overflow system in which the polymer solution falling into the nozzle block can not be made into fibers, And the addition of a diluent causes a decrease in the production rate, a risk of explosion, and a problem of production cost.
또한, 용융방사가 아닌 전기방사의 특성상 기존 전기방사를 사용하여 나노 멤브레인을 제조하는 기술분야에서는 일정수준의 용매를 사용하여 농도를 유지하게 된다. 이때, 통상적으로 저농도의 폴리머 용액으로 전기방사를 수행하고, 전기방사시 용매의 사용으로 인해 컬렉터에 집적되는 고형분의 상대적 감소로 생산성이 낮아 목표하는 생산량을 달성하는데 있어 많은 시간을 필요로 한다.In addition, due to the nature of electrospinning rather than melt spinning, a certain level of solvent is used to maintain the concentration in the technical field of manufacturing nanomembranes using existing electrospinning. At this time, electrospinning is usually performed with a low concentration of polymer solution, and the relative decrease in the solid content accumulated in the collector due to the use of the solvent during electrospinning results in low productivity, which requires much time to achieve the desired production amount.
이에 더해, 저농도의 폴리머 용액의 사용으로 인해 발생하는 문제로 컬렉터에 집적되는 나노 멤브레인층에 폴리머 고분자가 아닌 잔존 용매가 비교적 높은 수준으로 남아있어, 나노 멤브레인의 품질이 떨어지는 문제가 발생한다.In addition, problems caused by the use of a low concentration polymer solution cause a problem that the quality of the nanomembrane is deteriorated due to a relatively high level of residual solvent remaining in the nanomembrane layer that is not polymeric in the collector.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 고농도의 폴리머를 포함하는 방사용액을 종래의 전기방사 온도보다 고온에서 전기방사함으로써, 우수한 품질의 나노 멤브레인을 제조할 수 있는 나노 멤브레인의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a nanomembrane which can produce a nanomembrane of excellent quality by electrospinning a spinning solution containing a polymer at a high temperature, And a method thereof.
또한, 오버플로우 시스템이 포함된 전기방사장치에 있어서 나노섬유화 되지 못하고 노즐블럭으로 떨어지는 폴리머 용액을 회수하여 전기방사로 재사용함은 물론, 점도 조절 시스템을 포함함으로써 나노 멤브레인 직경의 굵기가 기존 전기방사를 통한 나노 멤브레인의 직경에 비해 커지지 않으면서도, 폴리머 용액의 농도를 일정하게 유지하기 위한 희석제등을 사용하지 않는 우수한 품질의 나노 멤브레인을 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것도 목적으로 한다.In addition, in the electrospinning apparatus including the overflow system, the polymer solution dropped into the nozzle block without being nanofibrated can be recovered and reused as electrospinning, and the thickness of the nanomembrane diameter can be reduced It is another object of the present invention to provide a method for producing a nanomembrane of excellent quality without using a diluent or the like for maintaining the concentration of the polymer solution at a constant level without increasing the diameter of the nanomembrane through the nanomembrane.
본 발명은 전기방사를 이용한 나노 멤브레인 제조방법에 있어서, 폴리머 함량이 20 내지 40중량%인 방사용액이 저장된 주저장 탱크로부터 방사용액이 노즐블록으로 공급되는 공급단계; 및 노즐블록에 공급된 방사용액이 노즐을 통해 50 내지 100℃의 온도에서 컬렉터에 전기방사하여 나노 멤브레인을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 방사용액의 농도를 조절하기 위해 희석제를 공급하는 공정을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a nanomembrane using electrospinning, the method comprising: supplying a spinning solution to a nozzle block from a main storage tank storing a spinning solution having a polymer content of 20 to 40% by weight; And a step of electrospinning the spinning solution supplied to the nozzle block through a nozzle at a temperature of 50 to 100 캜 to a collector to prepare a nanomembrane, and a step of supplying a diluent to adjust the concentration of the spinning solution The present invention also provides a method for producing a nanomembrane.
이때, 상기 전기방사단계 후, 상기 전기방사단계에서 나노섬유화 되지 못한 방사용액을 오버플로우 시스템을 통해 재생탱크로 수거 및 수집하는 회수단계; 재생탱크와 원료탱크로부터 중간탱크로 방사용액이 유입되는 저장단계; 중간탱크로부터 방사용액이 노즐블록으로 재공급되는 재공급단계; 및 노즐블록에 재공급된 방사용액이 노즐을 통해 컬렉터에 전기방사하여 나노 멤브레인층을 적층하는 전기방사단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.A collection step of collecting and collecting the spinning liquid, which has not been made into nanofibers in the electrospinning step, through the overflow system to the regeneration tank after the electrospinning step; A storage step of introducing the waste liquid from the recovery tank and the raw material tank into the intermediate tank; A re-supply step of re-supplying the spinning solution from the intermediate tank to the nozzle block; And an electrospinning step of laminating the nanomembrane layer by electrospinning the spinning solution re-supplied to the nozzle block through the nozzle to the collector.
또한, 상기 노즐블록에 방사용액의 점도를 일정하게 조절하기 위한 온도조절 장치가 설치되는 것이 바람직하다.Preferably, the nozzle block is provided with a temperature control device for controlling the viscosity of the spinning solution to a constant value.
여기서, 상기 온도조절 장치는 오버플로우 시스템을 통해 회수되는 방사용액의 점도를 일정하게 조절할 수 있는 가열 장치 및 냉각 장치를 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the temperature regulating device includes a heating device and a cooling device capable of regulating the viscosity of the spinning liquid recovered through the overflow system.
이때, 상기 가열 장치는 전열히터, 온수순환장치 및 온풍순환장치로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이며, 상기 냉각 장치는 칠링(Chilling) 장치인 것이 바람직하다.At this time, the heating device is at least one selected from the group consisting of an electric heater, a hot water circulating device, and a hot air circulating device, and the cooling device is preferably a chilling device.
본 발명은 온도조절 장치를 포함한 나노 멤브레인의 제조방법을 제공함으로써, 기존의 희석제를 사용하던 생산공정을 간소화하고 희석제의 폭발의 위험성을 줄이며, 나노 멤브레인의 직경은 일정하게 유지함과 동시에 폴리머 용액 농도를 증가시켜 나노 멤브레인 제조의 생산성을 높일 수 있고, 제조된 나노 멤브레인의 잔존 용매량을 낮추어 나노 멤브레인의 품질을 향상시키는 효과를 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a nanomembrane including a temperature control device, which simplifies a production process in which a conventional diluent is used, reduces the risk of explosion of the diluent, maintains the diameter of the nanomembrane constant, The productivity of the nanomembrane can be increased, and the amount of the residual solvent of the nanomembrane can be reduced to improve the quality of the nanomembrane.
도 1은 종래 기술에 따른 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 오버플로우 시스템과 점도조절 시스템을 구비한 나노 멤브레인 제조방법에 관한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 온도조절장치를 구비한 전기방사장치에 있어서, 코일 형태의 열선을 장착한 관체를 도시한 정단면도이다.
도 4는 상기 도 3의 A-A'선 측단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 온도조절장치를 구비한 전기방사장치에 있어서, 선형 형태의 열선을 장착한 관체를 도시한 정단면도이다.
도 6은 상기 도 5의 B-B'선 측단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 온도조절장치를 구비한 전기방사장치에 있어서, U자 형태의 파이프를 장착한 관체를 도시한 정단면도이다.
도 8은 상기 도 7의 C-C'선 측단면도이다.
도 9 및 도 10은 폴리우레탄과 폴리비닐리덴 플루오라이드의 온도별 점도값을 나타낸 그래프이다.1 is a view schematically showing an electrospinning apparatus according to the prior art.
2 is a diagram illustrating a method of fabricating a nanomembrane having an overflow system and a viscosity control system according to the present invention.
FIG. 3 is a front sectional view showing a tubular body equipped with a coil-shaped heating wire in an electrospinning apparatus having a temperature control device according to the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'in FIG.
FIG. 5 is a front sectional view showing a tubular body equipped with a linear heating wire in an electrospinning device having a temperature control device according to the present invention. FIG.
6 is a cross-sectional view taken along line B-B 'of FIG.
FIG. 7 is a front sectional view showing a tubular body equipped with a U-shaped pipe in an electrospinning apparatus having a temperature control device according to the present invention.
8 is a cross-sectional view taken along line C-C 'of FIG.
9 and 10 are graphs showing viscosity values of polyurethane and polyvinylidene fluoride by temperature.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1. 오버플로우 시스템이 구비된 전기방사방법
1. Electrospinning method with overflow system
본 발명에 의한 나노 멤브레인 제조방법은 전기방사장치(1) 노즐블럭(110)에서 방사되었으나 나노섬유화되지 못한 방사용액을 재사용하는 오버플로우 시스템(200)을 포함하여 구성된다.The method for fabricating a nanomembrane according to the present invention comprises an
여기서, 상기 전기방사장치(1)는 케이스(102), 노즐블록(110), 컬렉터(150), 전원장치(160)와 보조 벨트장치(170)와 이들을 내부에 수용하는 유닛(100, 100')과, 주저장탱크(210), 제2 이송배관(216), 제2 이송제어장치(218)와 재생탱크(230)와 이들로 이루어진 오버플로우 시스템(200)으로 구성되어 있다.Here, the electrospinning device 1 includes a case 102, a
이때 상기 케이스(102)는 도전체로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 케이스(102)가 절연체로 이루어지거나, 상기 케이스(102)가 도전체 및 절연체가 혼용되어 적용되는 것도 가능하고, 기타 다양한 재질로 이루어지는 것도 가능하다. At this time, it is preferable that the case 102 is made of a conductor, but the case 102 may be made of an insulator, or the case 102 may be applied with a conductor and an insulator mixedly used. It is possible.
노즐블록(110)의 노즐(42)은 상향식과 하향식 그리고 수평식이 모두 가능하며, 특히 오버플로우 시스템(200)이 적용된 전기방사 장치에 있어서는 상향식 전기방사가 바람직하다. 노즐(42)은 상향식, 하향식 또는 수평식으로 다수개 배열설치되며, 주저장탱크(210) 또는 재생탱크(230)로부터 방사용액을 공급받는다. 이하 상향식 전기방사를 기본으로 발명을 설명하며, 하기 상향식 방사는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.The
상향식 전기방사의 노즐(42)의 선단부는 원통을 해당원통의 축과 비스듬히 교차하는 평면을 따라서 절단한 형상으로 이루어지는 것이 바람직하나, 노즐블록(110) 일부분의 노즐(42) 선단부가 나팔관 모양의 형상을 가지는 것도 가능하다.The tip of the
컬렉터(150)는 노즐블록(110) 보다 위쪽에 배치되어 있으며, 도전체로 이루어지고, 절연부재(152)를 통하여 케이스(102)에 취부되어 있다. 이때 상기 케이스(102)가 절연체로 이루어지거나, 케이스(102)의 상부는 절연체로, 하부는 도전체로 혼용되어 적용되는 경우에는 절연부재(152)를 삭제하는 것도 가능하다.The
전원장치(160)는 노즐블록(110)에 상향식으로 다수개 배열설치된 노즐(42)과 컬렉터(150)와의 사이에 고전압을 인가한다. 전원장치(160)의 정극은 컬렉터(150)에 접속되고, 전원장치(160)의 부극은 케이스(102)를 통하여 노즐블록(110)에 접속되어 있다.The
상기 노즐블록(110)의 방사용액을 토출구로부터 상향의 컬렉터(150)를 향하여 나노 멤브레인을 토출하는 노즐(42)을 통해 제작된 나노 멤브레인은 장척시트에 퇴적되어 균일한 두께를 유지하면서 이동한다.The nanomembrane manufactured through the
이때, 전기방사 나노 멤브레인은 전기방사가 가능한 합성수지 재질을 방사하여 제조된 평균직경이 50~1000nm의 섬유로, 상기 전기방사가 가능한 합성수지 재질은 별도로 제한받지 아니하나, 예를 들면 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루라이드, 나일론, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄(PUR), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리올레핀, 폴리유산(PLA), 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리유산글리롤산(PLGA), 실크, 셀룰로오스, 키토산 등이 있으며, 그 중 폴리프로필렌(PP)재질의 소재와 내열성 고분자 물질인 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리 비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]과 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등의 폴리머로 이루어진 군이 상용적으로 널리 사용되고 있다.In this case, the electrospun nanomembrane is a fiber having an average diameter of 50 to 1000 nm, which is produced by spinning a synthetic resin material capable of electrospinning, and the synthetic resin material capable of electrospinning is not limited. For example, polypropylene (PP) , Polyethylene terephthalate (PET), polyvinylidene fluoride, nylon, polyvinyl acetate, polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile (PAN), polyurethane (PUR), polybutylene terephthalate (PBT) (PVA), polyethylene naphthalate (PEN), polyamide (PA), polyvinyl alcohol (PVA), polyethyleneimine (PVA), polyvinyl butyral, polyvinyl chloride, polyethyleneimine, polyolefin, (PE), polycaprolactone (PCL), polylactic acid glyceric acid (PLGA), silk, cellulose and chitosan. Among them, polypropylene (PP) Aromatic polyesters such as polyacrylates, polyamides, polyamides, polyimides, polyimide, poly (meta-phenylene isophthalamide), polysulfone, polyether ketone, polyetherimide, polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polyethylene naphthalate , Polyphosphazenes such as polytetrafluoroethylene, polydiphenoxaphospazene and polybis [2- (2-methoxyethoxy) phosphazene], polyurethane copolymers including polyurethane and polyether urethane , Cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate and the like are widely used commercially.
또한, 상기 유닛(100, 100') 내에서 노즐(42)을 통하여 공급되는 방사용액은 상기 전기방사가 가능한 합성수지 재질인 폴리머를 적당한 용매에 용해시킨 용액으로, 용매의 종류 또한 폴리머를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않으며, 예를 든다면 페놀, 포름산, 황산, m-크레솔, 티플루오르아세트앤하이드라이드/다이클로로메테인, 물, N-메틸모폴린 N-옥시드, 클로로폼, 테트라히드로푸란과 지방족 케톤군인 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 지방족 수산기 군인 m-부틸알콜, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜, 메틸알콜, 에탄올, 지방족 화합물인 헥산, 테트라클로로에틸렌, 아세톤, 글리콜군으로서 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 할로겐 화합물군으로 트리크롤로에틸렌, 다이클로로메테인, 방향족 화합물 군인 톨루엔, 자일렌, 지방족 고리 화합물군으로서 사이클로헥사논, 시클로헥산과 에스테르군으로 n-부틸초산염, 초산에틸, 지방족에테르군으로 부틸셀로살브, 아세트산2-에톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 아미드로 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등을 사용할 수 있으며, 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용할 수 있다. 방사용액에는 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유하여도 좋다.The spinning solution supplied through the
한편, 상기 컬렉터(150)의 외측에는 보조 벨트장치가 구비되며, 상기 보조벨트장치(170)는 장척시트의 이송속도에 동기하여 회전하는 보조벨트(172)와, 보조벨트(172)의 회전을 돕는 보조벨트용 롤러(174)와 보조벨트(172)의 구동을 위한 보조벨트 구동장치로 구성된다. The auxiliary belt device 170 is provided outside the
이때, 보조벨트용 롤러(174)는 보조벨트 구동장치에 의하여 보조벨트(172)를 회전시키는 것이 바람직하나, 마찰계수가 낮은 롤러를 사용하여 별도의 구동장치가 없이 장척시트의 이송을 보조하는 것도 가능하다.At this time, it is preferable that the
주저장 탱크(210)는 나노 멤브레인의 원료가 되는 방사용액을 저장한다. 주저장 탱크(210)내에는 방사용액의 분리나 응고를 방지하기 위한 교반장치(211)를 내부에 구비한다.The
제2 이송배관(216)은 상기 주저장 탱크(210) 또는 재생탱크(230)에 접속된 파이프와 밸브(233)로 구성되어 있고, 상기 주저장 탱크(210) 또는 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)에 방사용액을 이송한다.The
제2 이송제어장치(218)는 상기 제2 이송배관(216)의 밸브(212, 213, 214)를 제어함으로써, 제2 이송배관(216)의 이송동작을 제어한다. 밸브(212, 213, 214)는 주저장 탱크(210)로부터 중간탱크(220)로의 방사용액의 이송을 제어하며, 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)로의 방사용액의 이송을 제어하고, 주저장 탱크(210) 및 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)에 유입하는 방사용액의 양을 제어한다.The second
상기와 같은 제어방법은 후술하는 중간탱크(220)의 구비된 제2 센서(222)로 계측된 방사용액의 액면높이에 따라서 제어된다.The control method as described above is controlled according to the liquid surface height of the spinning solution measured by the
중간탱크(220)는 주저장 탱크(210) 또는 재생탱크(230)로부터 공급된 방사용액을 저장하고, 노즐블록(110)으로 상기 방사용액을 공급하며, 공급된 방사용액의 액면높이를 측정하는 제2 센서(222)를 구비하고 있다. The
상기 제2 센서(222)는, 액면높이 측정이 가능한 센서이면 가능하고, 예를 들면 광센서 혹은 적외선 센서 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.The
상기 중간탱크(220)의 하부에는 노즐블록(110)으로 방사용액을 공급하는 공급배관(24)과 공급제어밸브(242)가 구비되어 있는데, 상기 공급제어밸브(242)는 상기 공급배관(240)의 공급동작을 제어한다.A supply pipe 24 and a
재생탱크(230)는 오버플로우되어 회수된 방사용액을 저장하고 방사용액의 분리나 응고를 방지하기 위한 교반장치(231)를 내부에 갖고, 회수된 방사용액의 액면높이를 측정하는 제1 센서(232)를 구비하고 있다.The
상기 제1 센서(232)는, 액면높이 측정이 가능한 센서면 가능하고, 예를 들면 광센서 혹은 적외선 센서 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.The
한편, 노즐블록(110)에서 오버플로우된 방사용액은 노즐블록(110) 하부에 구비된 방사용액 회수 경로(250)를 통하여 회수된다. 상기 방사용액 회수 경로(250)는 제1 이송배관(251)을 통해 재생탱크(230)로 방사용액을 회수한다.On the other hand, the spinning solution overflowed in the
한편, 제1 이송배관(251)은 상기 재생탱크(230)에 접속되는 파이프와 펌프를 구비하고, 상기 펌프의 동력으로 방사용액을 방사용액 회수경로(250)로부터 재생탱크(230)로 이송한다.The
이때, 재생탱크(230)는 적어도 하나 이상인 것이 바람직하며, 2개 이상인 경우에는 상기 제1 센서(232)와 밸브(233)가 복수개로 구비되는 것도 가능하다.At this time, it is preferable that at least one of the
이어서, 재생탱크(230)가 2개 이상인 경우, 재생탱크(230) 상부에 위치한 밸브(233)도 복수로 구비됨에 따라 제1 이송제어장치(미도시)는 상기 재생탱크(230)에 구비된 상기 제1 센서(232)의 액면높이에 따라서 상부에 위치한 2개 이상의 밸브를 제어하여 방사용액을 복수의 재생탱크(230) 중 어느 하나의 재생탱크(230)로 이송할지에 대하여 제어한다.
When the number of the
2. 폴리머 용액(고분자)의 온도조절 시스템
2. Temperature control system of polymer solution (polymer)
전기방사를 위해 폴리머 용액을 사용한다. 일반적으로 기존의 발명들은 폴리머 용액의 농도를 일정하게 유지하기 위해 희석제, 농도 조절 장치들을 구비한다. 이러한 희석제로는 MEK(methyl ether ketone), THF(tetra hydro furan), Alcohol 등이 사용된다. 노즐블록(110)을 통해 전기방사되어 컬렉터(150)에 집적되는 폴리머 용액이외에 오버플로우 시스템(200)을 통해 회수되는 폴리머 용액의 농도는 주저장 탱크(210)로부터 최초에 공급되는 폴리머 용액의 농도보다 높은 농도를 가지게 되는데, 기존 전기방사시에는 이러한 폴리머 용액의 농도를 일정수준으로 유지하기 위하여 희석제를 첨가하였다. 또한 희석제로 사용되는 MEK 또는 THF 등은 끓는점(b.p)이 낮아(약 60℃) 전기방사시에 용매인 DMAc 단독으로 사용하는 경우보다 비산성이 좋아 나노 멤브레인 형성이 용이하다. A polymer solution is used for electrospinning. Generally, the existing inventions have a diluting agent and concentration adjusting devices to keep the concentration of the polymer solution constant. MEK (methyl ether ketone), THF (tetrahydrofuran), and alcohol are used as the diluent. The concentration of the polymer solution recovered through the
그러나 본원발명은 농도를 일정하게 유지하는 대신, 재사용되는 고농도의 폴리머 용액을 오버플로우 후에 다시 사용하되 폴리머 용액의 점도를 온도조절 장치(60)를 이용하여 일정하게 조절함으로써 전기방사의 효율을 높이는 수단을 제공하며 희석제의 사용이 없이도 높은 점도를 조절하기 위한 높은 온도조건에서 비산성이 우수하여 폴리머 용액의 나노 멤브레인 형성을 용이하게 할 수 있다.
However, in the present invention, instead of maintaining the concentration constant, the polymer solution of high concentration to be reused is reused after overflow, and the viscosity of the polymer solution is adjusted by using the
점도란 흐르는 액체 내에서 용질과 용매의 비뚤어짐 응력과 비뚤어짐 속도의 비율을 의미한다. 일반적으로 절단면적당 점탄율로 표시하며 단위는 dynscm-2gcm-1s-1또는 푸아즈(poise, P)이다. 점도는 온도 상승에 반비례하여 저하된다. 용해액의 점도가 용매의 점도보다 높은 것은 용질에 따라 액체의 흐름에 비뚤어짐이 생기며 그 양만큼 액체의 유속이 저하되기 때문이다. The viscosity refers to the ratio of the skew stress and the skewness rate of solute and solvent in the flowing liquid. In general, it is expressed in terms of the point dryness per cutting area, and the unit is dynscm-2gcm-1s-1 or poise (P). The viscosity decreases in inverse proportion to the temperature rise. If the viscosity of the solution is higher than the viscosity of the solvent, the flow of the liquid is distorted depending on the solute, and the flow rate of the liquid is lowered by the amount.
용액의 점도를 각종 용액농도로 측정하여 그것을 농도 0에 외삽한 값, 고유점도(η)와 물질의 분자량M의 관계는 (η)=KMa로 표시할 수 있다. 이때의 K, a는 용질또는 용매의 종류, 온도에 의존하는 정수이다. 따라서, 점도값은 온도에 영향을 받으며 그 변화정도는 유체의 종류에 따라 다르다. 따라서, 점도를 이야기할 때에는 온도 및 점도의 값을 명시해야 한다.The viscosity of the solution is measured at various solution concentrations and extrapolated to a concentration of 0, and the relationship between the intrinsic viscosity (?) And the molecular weight M of the substance can be expressed as (?) = KMa. In this case, K, a is an integer depending on the type of solute or solvent and the temperature. Therefore, the viscosity value is affected by the temperature, and the degree of the change depends on the type of fluid. Therefore, when talking about viscosity, the values of temperature and viscosity should be specified.
전기방사장치(1)로 나노 멤브레인을 제조할 때에, 사용되는 고분자와 용매(Solvent)의 종류, 고분자 용액의 농도, 방사실(Spinningroom)의 온도 및 습도 등이 제조되는 나노 멤브레인의 섬유직경과 방사성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 즉, 전기방사에서 방사되는 고분자(폴리머 용액)의 물성이 중요하다. 통상적으로 전기방사시에 고분자의 점도는 일정 점도이하를 유지하는 것이 필요한 것으로 여겨져 왔다. 이는 점도가 높을수록 노즐(42)을 통해 나노 굵기의 섬유의 방사가 원활이 이루어지지 않는 특성에서 기인하며 점도가 높으면 전기방사를 통해 섬유화 하기에 부적당하다.When fabricating the nanomembrane with the electrospinning device 1, the fiber diameter and the radioactivity of the nanomembrane to be produced, such as the kind of the polymer and solvent used, the concentration of the polymer solution, the temperature and humidity of the spinning room, And the like. That is, the physical properties of the polymer (polymer solution) emitted from electrospinning are important. It has been considered that it is usually necessary to maintain the viscosity of the polymer at or below a predetermined viscosity at the time of electrospinning. This is because the higher the viscosity is, the more the nano-sized fibers are not radiated smoothly through the
본원발명은 상기에서 설명한 바와 같이 전기방사에 적합한 섬유점도를 유지 및 조절하기 위한 온도조절 장치(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention is characterized in that it includes a
상기 온도조절 장치(60)로는 오버플로우를 통해 재사용되는 높은 점도의 폴리머 용액의 점도를 낮게 유지할 수 있는 가열장치와 상대적으로 낮은 점도의 폴리머 용액의 점도를 높게 유지할 수 있는 냉각장치 모두 또는 어느 하나를 구비할 수 있다.The
전기방사 영역에서의 온도에 있어서, 전기방사가 일어나는 영역(이하, '방사영역'이라 한다)의 온도는 방사용액의 점도를 변화시킴으로써 방사 용액의 표면장력을 변화시키므로, 결국 방사된 나노 멤브레인의 직경에 영향을 미치게 된다.In the temperature in the electrospinning region, the temperature of the region where the electrospinning occurs (hereinafter, referred to as 'radiation region') changes the surface tension of the spinning solution by changing the viscosity of the spinning solution, . ≪ / RTI >
즉, 방사영역의 온도가 상대적으로 높아서 용액의 점도가 낮으면 섬유직경이 상대적으로 가는 나노 멤브레인이 만들어지고, 온도가 상대적으로 낮아서 용액의 점도가 높으면 섬유직경이 상대적으로 굵은 나노 멤브레인이 만들어진다.That is, when the viscosity of the solution is relatively low, the nanomembrane having a relatively small fiber diameter is produced, and the nanomembrane having a relatively large fiber diameter is produced when the viscosity of the solution is relatively low because the temperature is relatively low.
특히 폴리머 용액의 경우 오버플로우를 통해 재공급되는 폴리머 용액의 농도가 증가하는 경향을 보이는데 중간탱크(220)에서 폴리머 용액의 농도를 측정함으로써 해당농도에 따른 온도-점도 그래프를 이용하여 온도를 조절함으로써 점도를 일정하게 유지할 수 있다(도 9 및 도 10 참고).In particular, in the case of the polymer solution, the concentration of the polymer solution re-supplied through the overflow tends to increase. By measuring the concentration of the polymer solution in the
농도를 측정하기 위한 농도측정장치는 용액에 직접 접촉하는 접촉식과 비접촉식이 있으며, 접촉식으로는 캐필리러식 농도측정장치, 디스크(DISC)식 농도측정장치 등이 사용될 수 있으며, 비접촉식으로는 자외선을 이용한 농도측정장치 또는 적외석을 이용한 농도측정장치 등을 사용할 수 있다.The concentration measuring device for measuring the concentration has a contact type and a non-contact type in direct contact with a solution, and a capillary type concentration measuring device and a disk (DISC) type concentration measuring device can be used as a contact type. A concentration measuring apparatus using a concentration measuring apparatus using infrared or the like can be used.
본 발명의 가열장치는 전열히터, 온수순환장치 또는 온풍 순환 장치등으로 이루어 질 수 있으며, 이외에 상기 장치들과 균등한 범위에서 온도를 높일수 있는 장치들을 차용할 수 있다. The heating device of the present invention may be an electric heater, a hot water circulating device, a hot air circulating device, or the like. In addition, devices capable of raising the temperature in the same range as the above devices can be borrowed.
가열장치의 일예로 전열히터는 열선형태로 사용될 수 있으며, 노즐블록(110)의 관체(43)내부에 코일형태의 열선(62a, 62b)을 장착할 수 있으며, 이는 자킷형태로도 변형가능하다(도 3 내지 도 8 참고).As an example of the heating device, the electro-thermal heater may be used in the form of a hot wire, and coil-shaped
또한, 선형형태의 열선(62a, 62b) 및 U자 형태의 파이프(63)의 구성을 지닌 것도 가능하다.It is also possible to have the configuration of the
상기와 같은 가열장치는 폴리머 용액이 방사되는 노즐블록(110), 폴리머 용액이 저장되는 탱크(주저장 탱크, 중간탱크 또는 재생탱크) 및 오버플로우 시스템(200 : 특히 회수부로부터 재생탱크로 이송되는 이송배관)중 어느 하나 이상에 구비될 수 있다.The heating device includes a
본 발명의 냉각장치는 칠링장치를 포함한 냉각수단등이 사용될 수 있으며, 폴리머 용액의 일정점도를 유지하기 위한 수단은 통상적으로 적용이 가능하다. 냉각장치는 가열장치와 동일하게 노즐블록(110), 탱크 및 오버플로우 시스템(200) 중 어느 하나 이상에 구비될 수 있으며, 폴리머 용액의 일정점도를 유지하기 위해 사용된다.The cooling device of the present invention may be a cooling device including a chilling device, and the means for maintaining a constant viscosity of the polymer solution is usually applicable. The cooling device may be provided in at least one of the
또한, 본 발명의 온도조절 장치(60)는 농도를 측정하는 센서와 이에 따라 온도를 제어하는 온도조절 제어부(미도시)를 포함한다.In addition, the
상기 센서는 주저장 탱크(210), 중간탱크(220), 재생탱크(230), 노즐블록(110) 또는 오버플로우 시스템(200) 등에 설치되어 방사용액의 농도를 실시간으로 측정하여 이를 온도조절 장치(60)에서 점도가 일정하게 유지되도록 가열장치 및/또는 냉각장치를 작동한다.The sensor is installed on the
본 발명의 오버플로우 시스템(200)을 통해 재공급 되는 폴리머 용액의 농도는 20 내지 40%이며, 이는 통상적인 전기방사에서 사용되는 폴리머 용액의 농도인 10 내지 18%에 비해 고농도의 용액이다.The concentration of the polymer solution re-supplied through the
또한, 본 발명의 재공급 되는 폴리머 용액의 점도를 일정하게 하기 위해, 폴리머 용액의 농도에 따른 폴리머 용액의 온도는 상온이 아닌, 45 내지 120 ℃로 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, the temperature of the polymer solution according to the concentration of the polymer solution is adjusted to 45 to 120 캜, rather than the room temperature, in order to maintain the viscosity of the polymer solution to be supplied again.
한편, 본 발명의 폴리머 용액은 점도는 1,000 내지 5,000 cps가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1,000 내지 3,000 cps 의 점도가 좋다. 점도가 1,000 cps 이하일 경우 전기방사되어 적층되는 나노 멤브레인의 품질이 불량하며, 점도가 3,000 cps 이상일 경우 전기방사시 노즐(42)로부터 폴리머 용액의 토출이 용이하게 되지 않아 생산속도가 느려진다. Meanwhile, the viscosity of the polymer solution of the present invention is preferably 1,000 to 5,000 cps, more preferably 1,000 to 3,000 cps. If the viscosity is 1,000 cps or less, the quality of the nanomembrane to be electrospun is poor, and if the viscosity is 3,000 cps or more, the discharge of the polymer solution from the
또한, 본원발명은 전기방사를 진행할수록 폴리머용액의 점도는 일정하여 전기방사시의 방사용이성이 우수함과 동시에 폴리머용액의 농도가 증가하여 콜렉터에 집적되는 나노 멤브레인 중 용매를 제외한 고형분 양의 증가로 생산성이 증대되는 효과가 있다.Further, since the viscosity of the polymer solution is constant as the electrospinning progresses, the ease of spinning during electrospinning is excellent, and the concentration of the polymer solution is increased. As a result, the amount of solids in the nanomembrane integrated in the collector increases, There is an increasing effect.
이에 더해, 전기방사를 이용한 나노 멤브레인의 잔존 용매량이 기존의 전기방사를 이용한 경우 보다 적어 우수한 품질의 나노 멤브레인을 제조할 수 있다.In addition, the amount of residual solvent of the nanomembrane using electrospinning is smaller than that of the conventional electrospinning, and thus a nanomembrane of excellent quality can be manufactured.
또한, 본 발명의 온도조절 장치(60)는 오프라인 상으로 작업자가 중간탱크(220)의 농도를 측정하여 노즐블록(110)이나 주저장탱크(210)의 온도조절을 통해 폴리머 용액의 점도를 제어할 수 있는 수동식이 가능함과 동시에, 온라인상으로 자동제어 시스템을 통해 농도측정에 따라 해당 용액의 온도를 조절할 수 있는 자동식인 것을 포함한다.
The
이하에서는 온도조절 장치(60)를 구비하여 점도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 전기방사전기방사를 이용한 나노 멤브레인 제조방법에 대해 설명한다. 그러나 하기 제조방법은 본 발명의 일 제조방법에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a method for fabricating a nanomembrane using electrospinning electrospinning will be described in which a
나노 멤브레인 제조방법은 폴리머 용액이 저장된 주저장 탱크(210)로부터 폴리머 용액이 노즐블록(110)으로 공급되는 공급단계를 포함한다. 이때 주저장 탱크(210)에 유입되는 폴리머 용액의 종류는 상기에서 설명한 폴리머 용액이 다양하게 사용될 수 있다.The nanomembrane manufacturing method includes a supplying step in which the polymer solution is supplied to the nozzle block 110 from the
주저장 탱크(210)로부터 노즐블록(110)으로 공급된 폴리머 용액은 노즐(42)을 통해 컬렉터(150)에 전기방사되어 나노 멤브레인층을 적층하는 전기방사단계를 포함한다. 전기방사단계에서는 노즐블록(110)과 컬렉터(150) 간의 거리를 평균적으로 20 내지 50 cm로 조절하고, 인가전압을 10 내지 40kV로 조절하고, 폴리머 용액의 유량, 온도 및 습도는 전기방사에 있어서 통상의 범위로 설정할 수 있다.The polymer solution supplied from the
전기방사단계에서 노즐블록(110)에서 전기방사되는 폴리머 용액의 30 내지 10%만이 나노섬유화 되며 나머지 70 내지 90%의 폴러머 용액은 나노섬유화 되지 못한다. 이렇게 나노섬유화 되지 못한 폴리머 용액은 오버플로우 시스템(200)을 통해 재생탱크(230)로 수거 및 수집되는 회수단계를 거친다.Only 30% to 10% of the polymer solution electrospun in the
이후 재생탱크(230)에 저장된 폴리머 용액은 바로 노즐블록(110)으로 재공급될 수 있으며, 이에 더해 주저장 탱크(210)로부터 재생탱크(230)로 폴리머 용액이 유입되어 재생탱크(230)에 저장되는 저장단계를 거쳐 노즐블록(110)으로 재공급될 수 있다.The polymer solution stored in the
이 후 재생탱크(230)로부터 폴리머 용액이 노즐블록(110)으로 재공급되는 재공급단계를 거치게 되며 이때 폴리머 용액의 점도를 일정하게 조절하기 위해 노즐블록(110)에 온도조절 장치(60)가 설치된다. 또한, 온도조절 장치(60)는, 노즐블록(110) 뿐만 아니라 오버플로우 시스템(200)과, 재생탱크(230) 또는 주저장 탱크(210) 어느 하나에 설치 될 수 있다.
Thereafter, the polymer solution is re-supplied to the nozzle block 110 from the
이하에서는 본 발명의 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the embodiments are only examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
-섬유의 평균 직경-- average diameter of fibers -
실시예 및 비교예들의 나노 멤브레인을 구성하는 섬유의 평균 직경은 전기주사현미경(Scanning Electron microscope, HITACHI S-4300) 및 이미지 분석기 (Image-Pro Plus의 소프트웨어에 JVC Digital Camera KY-F70B)를 이용하여 측정하였다. 이때, 10개 이상의 측정시료를 채취한 후 측정하여 이를 평균화하였다.
The average diameter of the fibers constituting the nanomembranes of Examples and Comparative Examples was measured using a scanning electron microscope (HITACHI S-4300) and an image analyzer (Image-Pro Plus software, JVC Digital Camera KY-F70B) Respectively. At this time, 10 or more measurement samples were sampled and then measured and averaged.
- 폴리머 용액의 농도측정-- Measurement of concentration of polymer solution -
실시예 및 비교예들의 폴리머 용액의 점도 측정을 위한 점도계로 LVDV-I+ (Brook field) 을 이용하여 측정하였다.
I < + & gt ; (Brookfield) as a viscometer for the viscosity measurement of polymer solutions of Examples and Comparative Examples.
[실시예 1][Example 1]
중량평균분자량(Mw)이 50,000, 융점이 160℃인 폴리비닐리덴플루오라이드 20중량%를 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 80중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 20%, 점도 1000cps인 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 상기 원료탱크로부터 방사용액을 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV, 온도 50℃로 전기방사하였다. 이후, 방사공정을 거치며 방사되지 못하고 오버플로우된 고형분이 다시 저장탱크의 하나인 원료탱크로 구비되는 과정에서 원료탱크 내 방사용액의 농도가 25%로 변경되었고, 이에 따라 점도는 2000cps로 변경되었다. 이후 점도조절시스템의 센서에 의해 점도를 1000cps로 낮추기 위해 원료탱크의 온도를 65℃로 상승시킨 후 전기방사하여 평량 5g/㎡인 나노 멤브레인을 얻었다.
20% by weight of polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight (Mw) of 50,000 and a melting point of 160 ° C was dissolved in 80% by weight of a solvent of NN-dimethylacetamide (DMAc) to prepare a spinning solution having a concentration of 20% Was prepared and provided in the raw material tank. Then, the spinning liquid was moved from the raw material tank to the nozzle block, and then the distance between the nozzle block and the collector was 20 cm, the applied voltage was 15 kV, and the temperature was 50 ° C. Thereafter, the concentration of the spinning solution in the raw material tank was changed to 25% in the course of providing the raw material tank, which is one of the storage tanks, overflowed by the spinning process, and the viscosity was changed to 2000 cps. Thereafter, to lower the viscosity to 1000 cps by the sensor of the viscosity control system, the temperature of the raw material tank was raised to 65 ° C and electrospun to obtain a nanomembrane having a basis weight of 5 g / m 2.
[실시예 2][Example 2]
오버플로우된 고형분에 의해 원료탱크 내 방사용액의 농도가 30%로 변경되어 점도가 올라감에 따라, 점도를 1000cps로 유지하기 위해 점도조절시스템에 의해 원료탱크의 온도를 80℃로 상승시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 공정으로 전기방사를 실시하였다.
Except that the temperature of the raw material tank was raised to 80 캜 by a viscosity control system to maintain the viscosity at 1000 cps as the viscosity of the spinning liquid in the raw material tank was changed to 30% by the overflowed solid content, Was subjected to electrospinning in the same manner as in Example 1.
[실시예 3][Example 3]
오버플로우된 고형분에 의해 원료탱크 내 방사용액의 농도가 35%로 변경되어 점도가 올라감에 따라, 점도를 1000cps로 유지하기 위해 점도조절시스템에 의해 원료탱크의 온도를 95℃로 상승시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 공정으로 전기방사를 실시하였다.
Except that the temperature of the raw material tank was raised to 95 캜 by a viscosity control system to maintain the viscosity at 1000 cps as the viscosity of the spinning liquid in the raw material tank was changed to 35% by the overflowed solid content, Was subjected to electrospinning in the same manner as in Example 1.
[비교예 1][Comparative Example 1]
중량평균분자량(Mw)이 50,000, 융점이 160℃인 폴리비닐리덴플루오라이드 16중량%, 희석제인 메틸에틸케톤 25중량%를 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 59중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 16%, 점도 1000cps인 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 상기 원료탱크로부터 방사용액을 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 40cm, 인가전압 15kV, 온도 25℃로 전기방사 하였다. 이후, 방사공정을 거치며 방사되지 못하고 오버플로우된 고형분이 다시 원료탱크로 구비되는 과정에서 원료탱크 내 방사용액의 농도가 20%로 변경되었고, 이에 농도를 다시 16%으로 유지하기 위해 DMAc를 첨가하고, 희석제인 메틸에틸케톤을 첨가하여 전기방사를 하였다.
16% by weight of polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight (Mw) of 50,000 and a melting point of 160 ° C and 25% by weight of methyl ethyl ketone as a diluent were dissolved in 59% by weight of a solvent of NN-dimethylacetamide (DMAc) Of 16% and a viscosity of 1000 cps was prepared and provided in the raw material tank. Then, the spinning solution was moved from the raw material tank to the nozzle block, and then the distance between the nozzle block and the collector was 40 cm, the applied voltage was 15 kV, and the temperature was 25 ° C. Thereafter, during the process of preparing the raw material tank for overflowing solids through the spinning process, the concentration of the spinning solution in the raw material tank was changed to 20%, and DMAc was added to maintain the concentration again at 16% , And methyl ethyl ketone (diluent) was added thereto to conduct electrospinning.
[시험예 1][Test Example 1]
실시예와 비교예에 의해 제조된 나노 멤브레인의 직경 및 나노 멤브레인 생산량이 0.2g/㎡일 때의 방사 권취속도를 측정하였다The spinning speed was measured when the diameter of the nanomembrane prepared by the examples and the comparative example and the nanomembrane production amount was 0.2 g / m 2
(1,000 cps)calendar
(1,000 cps)
(1,000 cps)calendar
(1,000 cps)
(1,000 cps)calendar
(1,000 cps)
(1,000 cps)calendar
(1,000 cps)
(nm)Nano membrane diameter
(nm)
(m/min)Winding speed
(m / min)
상기 표 1에 따르면 비교예에 비해 실시예의 농도가 높고, 점도는 일정함에 따라 방사 시, 실제 컬렉터 상에 적층되는 고형분 량이 많아짐에 따라 권취속도도 빨라지게 되어 생산량이 증가하는 것을 알 수 있으며, 나노 멤브레인 직경의 경우에도 실시예와 비교예에서 모두 크게 차이가 없는 것으로 나타났다.According to Table 1, as the concentration of the embodiment is higher than that of the comparative example and the viscosity is constant, it can be seen that as the solid content to be stacked on the actual collector increases during spinning, the winding speed increases and the production amount increases. The membrane diameters were also not significantly different between the examples and the comparative examples.
이에, 본 발명의 실시예는 기존의 희석제를 사용하던 생산공정을 간소화하고 희석제의 폭발의 위험성을 줄이며, 나노 멤브레인의 직경은 일정하게 유지함과 동시에 방사용액 농도를 증가시켜 나노 멤브레인 제조의 생산성을 높일 수 있고, 제조된 나노 멤브레인의 품질을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.Therefore, the embodiment of the present invention simplifies the production process using the conventional diluent, reduces the risk of explosion of the diluent, maintains the diameter of the nanomembrane constant, increases the concentration of the spinning solution, and increases the productivity of the nanomembrane And can provide an effect of improving the quality of the produced nanomembrane.
1 : 전기방사장치 42 : 노즐
43 : 관체 60 : 온도조절 장치
62a, 62b : 열선 63 : 파이프
100, 100' : 유닛 102 : 케이스
110 : 노즐블록 150 : 컬렉터
152 : 절연부재 160 : 전원장치
170 : 보조벨트장치 172 : 보조벨트
174 : 보조벨트용 롤러 200 : 오버플로우 시스템
210 : 주저장 탱크 211 : 교반장치
212 : 밸브 213 : 밸브
214 : 밸브 216 : 제2 이송배관
218 : 제2 이송제어장치 220 : 중간탱크
222 : 제2 센서 230 : 재생탱크
231 : 교반장치 232 : 제1 센서
233 : 밸브 240 : 공급배관
242 : 공급제어밸브 250 : 방사용액 회수 경로
251 : 제1 이송배관1: electrospinning device 42: nozzle
43: tube 60: thermostat
62a, 62b: heat line 63: pipe
100, 100 ': Unit 102: Case
110: nozzle block 150: collector
152: Insulation member 160: Power supply unit
170: auxiliary belt device 172: auxiliary belt
174: roller for auxiliary belt 200: overflow system
210: main storage tank 211: stirring device
212: valve 213: valve
214: valve 216: second transfer pipe
218: second transfer control device 220: intermediate tank
222: second sensor 230: regeneration tank
231: stirring device 232: first sensor
233: valve 240: supply piping
242: supply control valve 250: circulating fluid recovery path
251: first transfer pipe
Claims (6)
폴리머 함량이 25 내지 35중량%인 방사용액이 저장된 중간 탱크로부터 방사용액이 노즐블록으로 공급되는 공급단계;
노즐블록에 공급된 방사용액이 노즐을 통해 50 내지 100℃의 온도에서 컬렉터에 전기방사하여 나노 멤브레인을 제조하는 단계;
상기 전기방사하여 나노 멤브레인을 제조하는 단계에서 나노섬유화되지 못한 방사용액을 오버플로우 시스템을 통해 재생탱크로 수거 및 수집하는 회수단계;
재생탱크와 원료탱크로부터 중간탱크로 방사용액이 유입되는 저장단계; 및
중간탱크로부터 방사용액이 노즐블록으로 재공급되는 재공급단계;
를 포함하고,
상기 노즐블록에 방사용액의 점도를 일정하게 조절하기 위한 온도조절 장치가 설치되며,
상기 온도조절 장치는 오버플로우 시스템을 통해 회수되는 방사용액의 점도를 일정하게 조절할 수 있는 가열장치 및 냉각장치를 포함하고,
상기 가열장치는 전열히터, 온수순환장치 및 온풍순환장치로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며,
상기 냉각장치는 칠링(Chilling) 장치이고,
상기 방사용액의 농도를 조절하기 위해 희석제를 공급하는 공정을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 나노 멤브레인의 제조방법.A method of manufacturing a nanomembrane using electrospinning,
A supply step of supplying the spinning solution from the intermediate tank storing the spinning solution having the polymer content of 25 to 35% by weight to the nozzle block;
The spinning solution supplied to the nozzle block is electrospun through a nozzle to a collector at a temperature of 50 to 100 DEG C to produce a nanomembrane;
A collection step of collecting and collecting the spinning solution which has not been made into nanofibers in the step of preparing the nanomembrane by electrospinning to a regeneration tank through an overflow system;
A storage step of introducing the waste liquid from the recovery tank and the raw material tank into the intermediate tank; And
A re-supply step of re-supplying the spinning solution from the intermediate tank to the nozzle block;
Lt; / RTI >
The nozzle block is provided with a temperature control device for controlling the viscosity of the spinning solution to be constant,
Wherein the temperature regulating device includes a heating device and a cooling device capable of constantly controlling the viscosity of the spinning liquid recovered through the overflow system,
The heating device is any one selected from the group consisting of an electrothermal heater, a hot water circulating device, and a hot air circulating device,
The cooling device is a chilling device,
Wherein the diluting agent is not included in the diluent to adjust the concentration of the spinning solution.
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