KR20050107880A - A bottom-up electrospinning devices for multi-components and nanofibers with multi-component prepared by using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다성분으로 구성되고 굵기가 나노수준으로 가는 섬유(다성분 나노섬유) 제조용 상향식 다성분 전기방사장치 및 이를 이용하여 제조된 다성분 나노섬유에 관한 것이다. 본 발명의 전기방사장치는 방사용액 주탱크(1), 계량펌프(2), 노즐블록(4), 상기 노즐 블록에 설치된 노즐(5), 상기 노즐블록으로 부터 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터(7) 및 노즐블록(4)과 컬렉터(7)로 전압을 걸어주기 위한 전압발생장치(9)로 구성된 전기방사장치에 있어서, [ⅰ] 노즐블록(4)에 시스/코어(Sheath/Core) 형태의 다중관형노즐(5)이 설치되어 있고, [ⅱ] 노즐블록(4)에 설치된 노즐(5)의 출구가 상부 방향으로 형성되어 있고, [ⅲ] 상기 컬렉터(7)가 노즐블록(4)의 상부에 위치하고, [ⅳ] 노즐(5) 출구 주변에 오버플로 제거용 노즐(4u)과 공기 공급용 노즐(4d)이 차례로 설치되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 전기방사시에 2종류 이상의 방사용액을 동시에 방사할 수 있는 다수의 노즐을 좁은 공간 내에 배열이 용이하여 단위 시간당 생산성이 우수하며, 웹상에 나노섬유 집적 밀도가 균일하게 되며, 섬유형성효과가 극대화되고, 드롭렛(Droplet) 현상을 효과적으로 방지하여 고품질의 다성분 나노섬유, 그의 부직포 및 그의 필라멘트를 생산할 수 있다.The present invention relates to a bottom-up multicomponent electrospinning apparatus for producing a fiber (multicomponent nanofibers) composed of multicomponents and having a thickness of nanoscale, and a multicomponent nanofibers manufactured using the same. The electrospinning apparatus of the present invention is a spinning solution main tank (1), metering pump (2), nozzle block (4), a nozzle (5) installed in the nozzle block, a collector for collecting the fibers radiated from the nozzle block ( 7) and an electrospinning apparatus comprising a voltage generator 9 for applying a voltage to the nozzle block 4 and the collector 7, the sheath / core being attached to the nozzle block 4; The multi-tubular nozzle 5 of the form is provided, [ii] the outlet of the nozzle 5 provided in the nozzle block 4 is formed in the upper direction, and [iii] the collector 7 is a nozzle block 4. ), The overflow removal nozzle 4u and the air supply nozzle 4d are sequentially installed around the outlet of the nozzle [5]. The present invention has excellent productivity per unit time by easily arranging a plurality of nozzles capable of simultaneously spinning two or more kinds of spinning solutions in a narrow space during electrospinning, and has a uniform nanofiber density on a web. Is maximized, and effectively prevents the droplet phenomenon to produce high quality multicomponent nanofibers, their nonwovens and their filaments.
Description
본 발명은 굵기가 나노수준으로 가늘고 2종이상의 폴리머 성분으로 구성된 섬유(이하 "다성분 나노섬유" 라고 한다)를 대량 생산할 수 있는 상향식 다성분 전기방사장치 및 이를 사용하여 제조된 다성분 나노섬유에 관한 것이다.The present invention is a bottom-up multicomponent electrospinning apparatus capable of mass-producing a fiber composed of two or more kinds of polymer components (hereinafter referred to as "multicomponent nanofibers") having a thickness thin at a nano level, and a multicomponent nanofiber manufactured using the same. It is about.
나노섬유로 구성된 부직포, 필라멘트, 멤브레인, 브레이드 등의 제품은 생활용품, 농업용, 의류용, 산업용 등으로 널리 사용되고 있다. 구체적으로 인조피혁, 인조스웨이드, 생리대, 의복, 기저귀, 포장재, 잡화용 소재, 각종 필터 소재, 유전자 전달체의 의료용 소재, 방탄조끼 등의 국방용 소재 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.Non-woven fabrics, filaments, membranes, braids, etc. composed of nanofibers are widely used in household goods, agriculture, clothing, industrial, and the like. Specifically, it is used in various fields such as artificial leather, artificial suede, sanitary napkins, garments, diapers, packaging materials, miscellaneous materials, various filter materials, medical materials for gene carriers, defense materials such as bulletproof vests.
미국 4,044,404호 등에 기재되어 있는 종래 전기 방사 장치 및 이를 이용한 나노섬유의 제조방법은 다음과 같다. 종래 전기 방사 장치는 방사용액을 보관하는 방사용액 주탱크, 방사용액의 정량 공급을 위한 계량펌프, 방사용액을 토출하는 다수개의 노즐이 배열된 노즐블록, 상기 노즐 하단에 위치하여 방사되는 섬유들을 집적하는 컬렉터 및 전압을 발생시키는 전압발생장치들로 구성되어 있다.Conventional electrospinning apparatuses described in US 4,044,404 and the like and a method of manufacturing nanofibers using the same are as follows. Conventional electrospinning apparatus includes a spinning solution main tank for storing spinning solution, a metering pump for quantitative supply of spinning solution, a nozzle block in which a plurality of nozzles for discharging spinning solution are arranged, and fibers which are disposed at the bottom of the nozzle It consists of a collector and a voltage generator for generating a voltage.
다시 말해 종래의 전기방사장치는 컬렉터가 노즐 하단에 위치하는 하향식 전기방사 장치이다.In other words, the conventional electrospinning apparatus is a top-down electrospinning apparatus in which the collector is located at the bottom of the nozzle.
상기 하향식 전기 방사 장치를 이용한 종래의 나노섬유 제조방법을 보다 구체적으로 살펴보면, 방사용액 주 탱크 내 방사용액을 계량펌프를 통해 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐 내로 연속적으로 정량 공급한다.Looking at the conventional nanofiber manufacturing method using the top-down electrospinning apparatus in more detail, the spinning solution in the spinning solution main tank is continuously metered into a plurality of nozzles to which a high voltage is applied through a metering pump.
계속해서, 노즐들로 공급된 방사용액은 노즐을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터 상으로 방사, 집속되어 단섬유 웹이 형성된다.Subsequently, the spinning solution supplied to the nozzles is spun and concentrated through a nozzle onto a collector under high voltage to form a single fiber web.
계속해서, 상기 단섬유 웹을 엠보싱 또는 니들 펀칭하여 부직포를 제조한다.Subsequently, the short fiber web is embossed or needle punched to produce a nonwoven fabric.
이와 같은 종래의 하향식 전기 방사 장치 및 이를 이용한 나노섬유의 제조방법은, 높은 전압이 걸려있는 노즐로 방사액이 연속적으로 공급되기 때문에 부여되는 전기력 효과가 저하되는 문제가 있다.Such a conventional top-down electrospinning apparatus and a method of manufacturing nanofibers using the same have a problem in that the electric force effect is imparted because the spinning liquid is continuously supplied to a nozzle having a high voltage applied thereto.
한편, 노즐과 컬렉터를 수평 방향으로 배열시킨 종래의 수평식 전기 방사 장치는 다수의 노즐을 배열하여 방사하는 것이 매우 어려운 단점이 있다. 즉 노즐과 방사용액이 포함된 노즐 판을 컬렉터와 수평 방향으로 세우기 위해서는 최상부 라인에 위치하는 노즐과 최하부 라인에 위치하는 노즐과 컬렉터를 동일 방사거리(tip-to-collector distance)로 배열하는 것이 어렵기 때문에 한정된 숫자의 노즐을 배열할 수밖에 없는 문제점이 있다.On the other hand, the conventional horizontal electrospinning apparatus in which the nozzle and the collector are arranged in the horizontal direction has a disadvantage in that it is very difficult to arrange a plurality of nozzles to radiate. That is, in order to erect the nozzle plate containing the nozzle and the spinning solution in the horizontal direction with the collector, it is difficult to arrange the nozzle located at the top line and the nozzle and collector located at the bottom line at the same tip-to-collector distance. Therefore, there is a problem that only a limited number of nozzles must be arranged.
일반적으로, 전기방사시 1홀당 토출량이 10-2~10-3g/분 수준으로 매우 낮기 때문에 상업화에 필요한 대량 생산을 위해서는 좁은 공간 내에 다수의 노즐을 배열 할 수 있어야 한다.In general, since the discharge amount per hole during electrospinning is very low at a level of 10 -2 to 10 -3 g / min, it is necessary to arrange a plurality of nozzles in a narrow space for mass production required for commercialization.
그러나 상기의 종래 전기방사 장치는 앞에서 설명한 바와 같이 정해진 공간에 한정된 숫자의 노즐을 배열할 수 없기 때문에 상업화에 필요한 대량 생산이 곤란하였다.However, the conventional electrospinning apparatus described above is difficult to mass-produce required for commercialization because it is not possible to arrange a number of nozzles limited to a predetermined space as described above.
상기의 종래 수평식 전기 방사장치는 대부분 1홀 수준에서 전기 방사하는 것으로 대량생산이 불가능하여 상업화가 어려운 문제가 있었다.The conventional horizontal electrospinning device has a problem in that it is difficult to commercialize because the mass production is impossible by electrospinning at most one hole level.
또한 종래의 수평식 전기 방사 장치는 노즐에서 미처 방사되지 못한 고분자 용액 덩어리가 그대로 컬렉터 판에 부착되는 현상 [이하 "드롭렛"(droplet)이라고 한다]이 발생하여 제품의 품질이 저하되는 문제도 발생하였다.In addition, in the conventional horizontal electrospinning device, a phenomenon in which a polymer solution mass not radiated from a nozzle is attached to a collector plate as it is (hereinafter referred to as a "droplet") occurs, which causes a problem of deterioration of product quality. It was.
앞에서 살펴본 종래의 전기방사장치들은 대부분 한가지 폴리머 성분만을 전기방사하는 장치들이다.Conventional electrospinning devices discussed above are devices that electrospin only one polymer component.
최근 논문(Advanced material, Vol 15(22), 1929페이지, 2003년)에서는 2종의 폴리머를 다층 형태로 전기방사 한 후 내층 성분을 용출하면 중앙이 중공(中空)인 중공 나노섬유의 제조가 가능하다는 사실이 발표된 바 있다.In a recent paper (Advanced material, Vol 15 (22), p. 1929, 2003), it is possible to produce hollow nanofibers in the center by eluting the inner layer components after electrospinning two polymers in a multilayered form. It has been announced that.
그러나, 상기 방법은 단지 한홀만을 이용하여 전기방사한 결과이고 이를 산업화 하기 위해서는 절대적으로 다수의 노즐을 배열하여 방사해야만 한다. 또한 상기 논문의 내용은 수평식으로 전기방사 하는 것이기 때문에 노즐을 배열하는데 많은 제약 요건이 있어 산업화하기에는 부적합하다. 특히 상기 방법으로 다성분을 전기방사 하는 경우에는 서로 다른 고분자들의 계면장력 등의 문제로 인해 앞에서 언급한 드롭렛(Droplet) 문제가 더욱 심하게 발생되어 품질이 저하되는 문제가 발생한다.However, the method is the result of electrospinning using only one hole, and in order to industrialize it, an absolute number of nozzles must be arranged and radiated. In addition, since the contents of the above paper are horizontal electrospinning, there are many constraints on the arrangement of the nozzles, which are not suitable for industrialization. In particular, in the case of electrospinning the multi-component by the above method, due to problems such as interfacial tension of different polymers, the above-mentioned droplet problem occurs more seriously, which causes a problem of deterioration in quality.
본 발명은 2종 이상의 폴리머들로 구성되는 다성분 나노섬유의 대량 생산이 가능하고, 다성분 나노섬유의 집적밀도를 균일하게 하고 드롭렛(Droplet) 현상을 방지하여 고품질의 다성분 나노섬유를 제조할 수 있는 전기방사장치를 제공하고자 한다.The present invention is capable of mass production of multicomponent nanofibers composed of two or more polymers, uniform density of multicomponent nanofibers, and prevention of droplets to produce high quality multicomponent nanofibers. To provide an electrospinning device that can
이를 위하여 본 발명은 시스/코어(Sheath/Core) 형태의 다중관형노즐이 배열되어 있고, 상기 다중관형노즐 출구 주변에 오버플로 제거용 노즐과 공기공급용 노즐이 차례로 설치되고, 노즐블록이 컬렉터 하단에 위치하는 상향식 다성분 전기방사장치를 제안한다. To this end, in the present invention, a multi-tubular nozzle of a sheath / core type is arranged, and an overflow removal nozzle and an air supply nozzle are installed sequentially around the outlet of the multi-tubular nozzle, and the nozzle block is located at the bottom of the collector. We propose a bottom-up multicomponent electrospinning device located at.
이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 상향식 전기방사장치는, [ⅰ] 노즐블록(4)에 시스/코어(Sheath/Core) 형태의 다중관형노즐(5)이 설치되어 있고, [ⅱ] 노즐블록(4)에 설치된 노즐(5)의 출구가 상부 방향으로 형성되어 있고, [ⅲ] 상기 컬렉터(7)가 노즐블록(4)의 상부에 위치하고, [ⅳ] 노즐(5) 출구 주변에 오버플로 제거용 노즐(4u)과 공기 공급용 노즐(4d)이 차례로 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.The bottom-up electrospinning device of the present invention for achieving the above problems, [8] the nozzle block (4) is provided with a multi-tubular nozzle (5) in the form of a sheath / core, [ii] the nozzle The outlet of the nozzle 5 provided in the block 4 is formed in the upper direction, [iii] the collector 7 is located above the nozzle block 4, and the [v] overflows around the outlet of the nozzle 5. The furnace removal nozzle 4u and the air supply nozzle 4d are provided in this order.
이하 첨부된 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 상향식 전기 방사 장치는 도 1과 같이 방사용액을 보관하는 방사용액 주탱크(1), 방사용액 정량 공급을 위한 계량펌프(2), 다수개의 핀으로 구성되는 다중관형노즐(5)이 블록형태로 조합되어 있으며 방사액을 섬유상으로 토출하는 상향식 노즐블록(4), 상기 노즐블록 상부에 위치하여 방사되는 단섬유들을 집적하는 컬렉터(7), 고전압을 발생시키는 전압발생장치(9) 및 노즐 블록의 최상부에 연결된 방사 용액 배출 장치(12)등으로 구성된다.The bottom-up electrospinning apparatus of the present invention has a spinning solution main tank (1) for storing the spinning solution, a metering pump (2) for supplying a fixed amount of spinning solution, and a multi-tubular nozzle (5) composed of a plurality of pins as shown in FIG. Combined in the form of a block, the upward nozzle block (4) for discharging the spinning liquid in the form of a fiber, the collector (7) for accumulating the short fibers are located on the nozzle block, a voltage generator (9) for generating a high voltage and And a spinning solution discharging device 12 connected to the top of the nozzle block.
본 발명은 노즐블록(4)에 설치된 노즐(5)의 출구가 상부방향으로 형성되어 있고, 컬렉터(7)가 노즐블록(4)의 상부에 위치하여 방사용액을 상부 방향으로 방사한다.In the present invention, the outlet of the nozzle (5) provided in the nozzle block (4) is formed in the upper direction, the collector (7) is located above the nozzle block (4) to spin the spinning solution in the upper direction.
노즐블록에 설치되어 있는 다중관형노즐(5)은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 2종 이상의 폴리머 방사용액을 동시에 전기방사 할 수 있도록 2개 이상의 관(5a, 5b, 5c)들이 시스/코어(Sheath/Core) 형태로 결합된 구조를 갖는다.The multi-tubular nozzle 5 installed in the nozzle block includes two or more tubes 5a, 5b, and 5c in order to simultaneously electrospin two or more polymer spinning solutions as shown in FIGS. It has a structure combined in the form of a core (Sheath / Core).
도 2에는 3중관형노즐이 도시되어 있고, 도 3에는 2중관형노즐이 도시되어 있다.The triple tube nozzle is shown in FIG. 2, and the double tube nozzle is shown in FIG.
상기 노즐블록(4)은 도 2 내지 도 3과 같이 [ⅰ] 시스/코어(Sheath/Core) 형태의 다중관형노즐(5)이 배열된 노즐 플레이트(4e), 상기 노즐 플레이트 하단에 위치하여 노즐에 방사용액을 공급하는 2개 이상의 방사용액 저장판(4i, 4h, 4g) [ⅱ] 노즐(5)을 감싸고 있는 오버플로 제거용 노즐(4u), 상기 오버플로 제거용 노즐과 연결되어 있으며 노즐 플레이트 직상단에 위치하는 오버플로액의 임시 저장판(4j) 및 상기 오버플로액의 임시 저장판의 직상단에 위치하여 오버플로 제거용 노즐들을 지지해주는 오버플로 제거용 노즐의 지지판(4v), [ⅲ] 노즐(5)과 오버플로 제거용 노즐(4u)들을 감싸고 있는 공기공급용 노즐(4d), 노즐블록의 최상단에 위치하여 공기공급용 노즐들을 지지해주는 공기공급용 노즐의 지지판(4n) 및 공기공급용 노즐의 지지판 직하단에 위치하여 공기 공급용 노즐에 공기를 공급 및 저장해 주는 공기유입구(4m)와 공기 저장판(4k)을 포함한다.The nozzle block 4 is a nozzle plate 4e in which a multi-tubular nozzle 5 of sheath / core type is arranged as shown in FIGS. 2 to 3, and the nozzle block 4 is positioned at the bottom of the nozzle plate. Two or more spinning solution storage plates (4i, 4h, 4g) for supplying spinning solution to the air [ii] An overflow removal nozzle (4u) surrounding the nozzle (5), connected to the overflow removal nozzle and the nozzle A temporary storage plate 4j of the overflow liquid located directly above the plate and a support plate 4v of the overflow removal nozzle positioned directly above the temporary storage plate of the overflow liquid to support the nozzles for overflow removal, [Ⅲ] air supply nozzle 4d surrounding the nozzle 5 and overflow removal nozzles 4u, support plate 4n of the air supply nozzle positioned at the top of the nozzle block to support the air supply nozzles Air is located under the support plate of the nozzle for It includes an air inlet (4m) and the air storage plate (4k) for supplying and storing air to the supply nozzle.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 2종 이상의 방사용액을 컬렉터 상에 동시 전기방사하는 다중관형노즐(5)의 주변에는 방사되지 못한 방사용액을 제거하는 오버플로 제거용 노즐(4u)과 나노섬유의 집적 분포를 넓게 하기 위해 공기를 공급하는 공기공급용 노즐(4d)이 차례로 설치되어 있다.As shown in FIGS. 2 to 3, the overflow removal nozzle 4u and the nano to remove the spinning solution that have not been radiated around the multi-tubular nozzle 5 simultaneously electrospinning two or more spinning solutions onto the collector. In order to widen the distribution of fibers, an air supply nozzle 4d for supplying air is provided in sequence.
필라멘트를 제조하고자 할 경우에는 일정 폭에만 균일하게 나노섬유가 집적되도록 일정 폭에만 전도성 물질로 구성된 컬렉터를 이용하여 소폭의 나노섬유 웹을 제조한 다음, 제조된 나노섬유 웹을 공기꼬임장치내로 통과시키면서 꼬임을 부여한 다음, 계속해서 여러개의 로울러를 차례로 통과시키면서 연신한 다음, 권취로울러로 권취하여 필라멘트를 제조한다.In order to manufacture the filament, the nanofiber web is made of a narrow nanofiber web using a collector made of a conductive material only at a certain width so that the nanofibers are uniformly accumulated only at a certain width, and then the nanofiber web is passed through the air twisting device. After imparting a twist, it is continuously stretched through several rollers in turn, and then wound up with a winding roller to produce a filament.
필라멘트를 제조할 경우에는 공기의 흐름 속도를 낮추어 나노섬유가 과도하게 퍼지는 현상을 방지하는 것이 바람직하다.When manufacturing the filament, it is preferable to reduce the flow rate of air to prevent excessive spreading of the nanofibers.
상기 오버플로 제거용 노즐(4u)은 다중관형노즐(5) 출구에서 과량으로 형성된 방사용액이 모두 섬유화 되지 못할 경우 발생되는 드롭렛(Droplet) 현상을 방지하고 흘러넘치는 방사용액을 회수할 목적으로 설치되며, 노즐 출구에서 섬유화 되지 못한 방사용액을 모아 이를 노즐 플레이트(4e) 직하단에 위치하는 오버플로액의 임시저장판(4j)으로 이송시키는 역할을 한다.The overflow removal nozzle (4u) is installed to prevent the droplet (droplet) phenomenon generated when all the spinning solution formed in excess at the outlet of the multi-tubular nozzle (5) can not be fiberized and recover the overflowing spinning solution It collects the spinning solution that has not been fiberized at the nozzle outlet and transfers it to the temporary storage plate 4j of the overflow liquid located directly below the nozzle plate 4e.
상기 오버플로 제거용 노즐(4u)은 다중관형노즐(5) 보다 당연히 직경이 크며, 절연체로 구성되는 것이 좋다.The overflow removing nozzle 4u is, of course, larger in diameter than the multi-tubular nozzle 5, and is preferably composed of an insulator.
상기 오버플로액의 임시저장판(4j)은 절연체로 제조되며 오버플로 제거용 노즐(4u)을 통해 유입되는 잔여 방사용액을 일시적으로 저장한 후, 이를 방사용액 공급판(미도시)으로 이송하는 역할을 한다.The temporary storage plate 4j of the overflow liquid is made of an insulator and temporarily stores the remaining spinning solution flowing through the overflow removing nozzle 4u, and then transfers it to the spinning solution supply plate (not shown). Play a role.
오버플로액의 임시저장판(4j)의 상단에는 공기를 공급해주는 공기 저장판(4k)이 위치하여 다중관형노즐(5) 및 오버플로 제거용 노즐(4u)들을 감싸고 있는 공기 공급용 노즐(4d)에 공기를 공급한다. 또한 공기공급용 노즐(4d)이 배열된 노즐블록(4)의 최상층에는 공기공급용 노즐의 지지판(4n)이 설치되어 있으며, 상기 지지판(4n)은 비전도성 재료로 구성된다. 공기공급용 노즐의 지지판(4n)은 노즐블록에 위치하여 컬렉터(7)와 다중관형노즐(5) 사이에 미치는 전기적인 힘이 단지 다중관형노즐(5)에만 집중되어 다중관형노즐(5) 부위에서만 방사가 원활하게 될 수 있도록 한다.An air supply nozzle 4d is provided at the top of the temporary storage plate 4j of the overflow liquid to surround the multi-tubular nozzle 5 and the overflow removal nozzles 4u (4d). ) To supply air. In addition, a support plate 4n of the air supply nozzle is provided on the uppermost layer of the nozzle block 4 on which the air supply nozzle 4d is arranged, and the support plate 4n is made of a non-conductive material. The support plate 4n of the air supply nozzle is located in the nozzle block so that the electrical force between the collector 7 and the multi-tubular nozzle 5 is concentrated only on the multi-tubular nozzle 5 so that the multi-tubular nozzle 5 part is located. Only the radiation can be made smoothly.
다중관형노즐(5)의 상부 팁에서 공기공급용 노즐(4d)의 상부 팁까지 거리(미도시)는 1∼20mm, 양호하게는 2∼15mm이다. 다시 말해, 공기 공급용 노즐(4d)의 높이를 나노섬유 방사용 노즐(5)의 높이보다 1~20㎜, 양호하게는 2~15㎜ 높게 설정한다. 상기 거리가 0인 경우, 다시 말해 다중관형노즐(5)과 동일 높이로 공기공급용 노즐(4d)이 위치하면 다중관형노즐(5) 부분에서 제트스트림이 효과적으로 형성되지 않아 나노섬유가 컬렉터(7)상에 부착되는 면적이 작아진다. 한편, 상기 거리가 20mm를 초과하는 경우에는 컬렉터와 노즐사이에 걸리는 고전압에 의한 전기력이 약해서 전기방사에 의한 나노섬유의 형성능이 저하될 뿐만 아니라 제트스트림의 길이나 형성패턴이 불안정 해진다. 구체적으로, 테일러 콘에서 제트스트림 형성 부위의 안정성을 방해한다. 따라서 원활한 나노섬유의 방사가 어렵다.The distance (not shown) from the upper tip of the multi-tubular nozzle 5 to the upper tip of the air supply nozzle 4d is 1-20 mm, preferably 2-15 mm. In other words, the height of the air supply nozzle 4d is set to 1 to 20 mm, preferably 2 to 15 mm higher than the height of the nanofiber spinning nozzle 5. When the distance is 0, that is, when the air supply nozzle 4d is positioned at the same height as the multi-tubular nozzle 5, the jet stream is not effectively formed in the multi-tubular nozzle 5, so that the nanofibers are not collected. The area to be attached on the top face becomes small. On the other hand, when the distance exceeds 20mm, the electric force due to the high voltage applied between the collector and the nozzle is weak, and the formation ability of the nanofiber due to the electrospinning is not only deteriorated, but also the length or the formation pattern of the jet stream becomes unstable. Specifically, it interferes with the stability of the jetstream forming site in the Taylor cone. Therefore, the spinning of the nanofibers is difficult.
나노섬유 부직포를 제조하고자 할 경우에는 공기공급용 노즐(4d)에서 공기의 속도는 0.05m∼50m/초, 보다 바람직하기로는 1~30m/초인 것이 좋다. 공기의 속도가 0.05m/초 미만인 경우에는 컬렉터에 포집된 나노섬유 퍼짐성이 낮아서 포집면적이 크게 향상되지 않고, 공기의 속도가 50m/초를 초과하는 경우에는 공기의 속도가 너무 빨라 나노섬유가 컬렉터에 집속되는 면적이 오히려 감소되며, 더욱 심각한 문제는 나노섬유가 아니라 굵은 타래 형태로 컬렉터에 부착되어 나노섬유 형성능과 나노섬유 부직포 형성능이 현저하게 저하된다.When the nanofiber nonwoven fabric is to be produced, the air velocity at the air supply nozzle 4d is preferably 0.05 m to 50 m / sec, more preferably 1 to 30 m / sec. When the air velocity is less than 0.05 m / sec, the nanofiber spreading property of the collector is low and the collection area is not greatly improved. When the air velocity exceeds 50 m / sec, the air velocity is too fast and the nanofibers are collected. Rather, the area focused on is reduced, and a more serious problem is that the nanofiber forming ability and the nanofiber nonwoven fabric forming ability are markedly degraded by being attached to the collector in the form of a thick skein rather than the nanofiber.
노즐플레이트(4e) 직하단에는 노즐배열과 동일하게 핀이 배열되어 있는 도전체판(미도시)이 설치되며, 상기 도전체판에 전압발생장치(9)가 연결되어 있다.A conductor plate (not shown) in which pins are arranged in the same manner as the nozzle array is provided directly below the nozzle plate 4e, and a voltage generator 9 is connected to the conductor plate.
또한 방사용액 공급판(도면미도시)의 직하단에는 간접가열 방식의 가열장치(도면미도시)가 설치된다.In addition, a heating device (not shown) of an indirect heating method is installed at a lower end of the spinning solution supply plate (not shown).
상기 도전체판(도면미도시)은 다중관형노즐(5)에 고전압을 걸어주는 역할을 하며, 방사용액 공급판은 방사드롭장치(3)에서 노즐블록(4)으로 유입되는 방사용액을 저장 후 다중관형노즐(5)로 공급해 주는 역할을 한다. 이때 방사용액 공급관은 방사용액의 저장량을 최소화 할 수 있도록 최소한의 공간으로 제작하는 것이 바람직하다.The conductor plate (not shown) serves to apply a high voltage to the multi-tubular nozzle (5), and the spinning solution supply plate stores the spinning solution flowing into the nozzle block (4) from the spinning drop device (3). It serves to supply the tubular nozzle (5). At this time, the spinning solution supply pipe is preferably manufactured with a minimum space to minimize the storage of the spinning solution.
한편, 본 발명의 방사액 드롭장치(3)는 전체적으로 도 4(a) 및 도 4(b)와 같이 밀폐된 원통상의 형상을 갖도록 설계되어 방사용액 주탱크(1)로 부터 연속적으로 유입되는 방사용액을 노즐블록(4)에 방울 형태로 공급하는 역할을 한다.On the other hand, the spinning solution drop device 3 of the present invention is designed to have a closed cylindrical shape as shown in Figure 4 (a) and 4 (b) as a whole continuously flowing from the spinning solution main tank (1) It serves to supply the spinning solution in the form of droplets to the nozzle block (4).
상기 방사용액 드롭장치(3)는 도 4(a)~도 4(b)와 같이 전체적으로 밀폐된 원통상의 형상을 갖는다. 도 4(a)는 방사용액 드롭장치의 단면도이고, 도 4(b)는 방사용액 드롭장치의 사시도 이다. 방사용액 드롭장치(3)의 상단부에는 방사액을 노즐블록 쪽으로 유도하는 방사용액 유도관(3c)과 기체유입관(3b)이 나란하게 배열되어 있다. 이때 방사용액 유도관(3c)을 기체유입관(3b)보다 조금 길게 형성하는 것이 바람직 하다.The spinning solution drop device 3 has a cylindrical shape as a whole, as shown in Figs. 4 (a) to 4 (b). Figure 4 (a) is a cross-sectional view of the spinning solution drop device, Figure 4 (b) is a perspective view of the spinning solution drop device. On the upper end of the spinning solution dropping device 3, a spinning solution induction pipe 3c and a gas inlet pipe 3b for guiding the spinning solution toward the nozzle block are arranged side by side. At this time, it is preferable to form the spinning solution induction pipe (3c) slightly longer than the gas inlet pipe (3b).
상기 기체유입관의 하단으로부터 기체가 유입되며, 처음 기체가 유입되는 부분은 필터(3d)와 연결된다. 방사용액 드롭장치(3)의 하단부에는 드롭된 방사용액을 노즐블록(4)으로 유도하는 방사용액 배출관(3d)이 형성되어 있다. 방사용액 드롭장치(3) 중간부는 방사용액이 방사용액 유도관(3c)의 말단부에서 드롭(drop) 될 수 있도록 중공상태로 형성되어 있다.Gas is introduced from the lower end of the gas inlet pipe, the first gas is introduced portion is connected to the filter (3d). At the lower end of the spinning solution dropping device 3, a spinning solution discharge pipe 3d is formed to guide the dropped spinning solution to the nozzle block 4. The middle portion of the spinning solution drop device 3 is formed in a hollow state so that the spinning solution can be dropped at the distal end of the spinning solution induction pipe 3c.
상기 방사용액 드롭장치(3)로 유입된 방사용액은 방사용액 유도관(3c)을 따라 흘러 내리다가 그 말단부에서 드롭(drop)되어 방사용액의 흐름이 한번이상 차단된다.The spinning solution introduced into the spinning solution drop device 3 flows down along the spinning solution induction tube 3c and is dropped at its distal end to block the flow of the spinning solution more than once.
방사용액이 드롭(drop)되는 원리를 구체적으로 살펴보면, 필터(3d) 및 기체 유입관(3b)을 따라 기체가 밀폐된 방사용액 드롭장치(3)의 상단부로 유입되면 기체 와류 등에 의해 방사용액 유도관(3c)의 압력이 자연적으로 불규칙하게 되며, 이때 발생하는 압력차로 인해 방사용액이 드롭(drop)되게 된다.Looking at the principle that the spinning solution is dropped in detail, when the gas enters the upper end of the sealed spinning solution drop device 3 along the filter 3d and the gas inlet pipe 3b, the spinning solution is induced by gas vortex, etc. The pressure in the tube 3c becomes naturally irregular, and the spinning solution drops due to the pressure difference generated at this time.
본 발명에서 유입되는 기체로는 공기 또는 질소 등의 불활성 가스를 사용 할 수 있다.As the gas introduced in the present invention, an inert gas such as air or nitrogen may be used.
본 발명의 노즐블록(4) 전체는 전기 방사되는 나노섬유의 분포를 균일하게 하기 위해서 노즐블록 좌우 왕복운동장치(10)에 의해 전기 방사되는 나노섬유의 진행 방향과 직각방향으로 좌우 왕복운동을 한다.The whole nozzle block 4 of the present invention is reciprocated left and right in a direction perpendicular to the traveling direction of the nanofibers electrospun by the nozzle block left and right reciprocating device 10 in order to uniformly distribute the electrospun nanofibers. .
필라멘트를 제조하고자 할 경우에는 노즐블록을 좌우 왕복운동 시키지 않고 고정한 상태로 전기방사하여 일정폭의 나노섬유 웹을 제조한 다음, 이를 공기교락 및 연신하여 필라멘트를 제조한다.When the filament is to be manufactured, a nanofiber web having a predetermined width is manufactured by electrospinning the nozzle block in a fixed state without reciprocating the left and right sides of the nozzle block.
또한, 상기 노즐블록(4) 내부에는, 보다 구체적으로는 방사용액 공급판 내부에는, 방사용액이 노즐블록(4)내에서 겔화되는 것을 방지하기 위하여 노즐블록(4)내에 보관중인 방사용액을 교반하는 교반기(11c)가 설치되어 있다.In addition, in the nozzle block 4, more specifically, inside the spinning solution supply plate, the spinning solution stored in the nozzle block 4 is stirred in order to prevent the spinning solution from gelling in the nozzle block 4. Agitator 11c is provided.
상기 교반기(11c)는 비전도성 절연봉(11b)에 의해 교반기용 모터(11a)와 연결되어 있다.The stirrer 11c is connected to the stirrer motor 11a by a non-conductive insulating rod 11b.
노즐 블록(4)내에 교반기(11c)를 설치하면 무기 금속이 포함된 용액을 전기 방사하거나 장시간 혼합용매를 사용하여 용해한 방사용액을 전기 방사할 때 노즐 블록(4)내 방사용액의 겔화를 효과적으로 방지할 수 있다.Installing the stirrer 11c in the nozzle block 4 effectively prevents gelation of the spinning solution in the nozzle block 4 when electrospinning a solution containing an inorganic metal or electrospinning a spinning solution dissolved using a mixed solvent for a long time. can do.
또한, 상기 노즐블록(4)의 최상부에는 노즐블록에 과잉 공급된 방사용액을 방사용액 주탱크(1)로 강제 이송시키는 방사용액 배출장치(12)가 연결되어 있다.In addition, the top of the nozzle block 4 is connected to the spinning solution discharge device 12 for forcibly transferring the spinning solution over-supplied to the nozzle block to the spinning solution main tank (1).
상기 방사용액 배출장치(12)는 흡입공기 등으로 노즐블록내로 과잉 공급된 방사용액을 방사용액 주탱크(1)로 강제 이송시킨다.The spinning solution discharge device 12 forcibly transfers the spinning solution oversupplied into the nozzle block to the spinning solution main tank 1 by suction air or the like.
또한, 본 발명의 컬렉터(7)에는 직접가열 방식 또는 간접가열 방식의 가열장치(도면에는 표시 안됨)가 설치(부착)되어 있고, 상기 컬렉터(7)는 고정 또는 연속회전 한다.In addition, the collector 7 of the present invention is provided (attached) a heating apparatus (not shown) of a direct heating method or an indirect heating method, and the collector 7 is fixed or continuously rotated.
노즐블록(4)상에 위치하는 노즐(5)들은 대각선 또는 일직선상으로 배열된다.The nozzles 5 located on the nozzle block 4 are arranged diagonally or in a straight line.
다음으로는 상기 본 발명의 상향식 다성분 전기 방사 장치를 사용하여 부직포를 제조하는 방법을 살펴본다.Next, look at the method of manufacturing a nonwoven fabric using the bottom-up multicomponent electrospinning apparatus of the present invention.
먼저 2종 이상의 방사용액 주탱크(1) 내에 각각 보관중인 2종 이상의 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 방사액을 별도의 계량펌퍼(2)로 계량하여 정량씩 방사용액 드롭장치(3)로 공급한다. 이때 방사액을 제조하는 열가소성 또는 열경화성 수지로는 폴리에스테르 수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시수지, 나일론수지, 폴리(글리콜라이드/L-락티드)공중합체, 폴리(L-락티드)수지, 폴리비닐알콜수지, 폴리비닐클로라이드수지 등을 사용 할 수 있다. 방사용액으로는 상기 수지 용융액 또는 용액 어느 것을 사용하여도 무방하다.First, two or more kinds of the thermoplastic resin or thermosetting resin spinning solution stored in each of the two or more spinning solution main tanks 1 are metered by a separate metering pump 2 and supplied to the spinning solution dropping device 3 by quantity. In this case, the thermoplastic or thermosetting resin for preparing the spinning solution may be polyester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, nylon resin, poly (glycolide / L-lactide) copolymer, poly (L-lactide) resin, Polyvinyl alcohol resin, polyvinyl chloride resin and the like can be used. As the spinning solution, any of the above resin melts or solutions may be used.
이와 같이 방사용액 드롭장치(3) 내로 공급된 방사용액은 방사용액 드롭장치(3)를 통과하면서 불연속적으로, 다시 말해 방사액의 흐림이 한번 이상 차단되면서, 본 발명의 높은 전압이 걸려있고 교반기(11c)가 설치된 노즐블록(4)의 방사용액 공급판으로 공급된다. 상기 방사용액 드롭장치(3)는 방사용액의 흐름을 차단하여 방사용액 주탱크(1)에 전기가 흐르지 못하도록 하는 역할도 한다.As such, the spinning solution supplied into the spinning solution drop device 3 is discontinuously passing through the spinning solution drop device 3, that is, the clouding of the spinning solution is blocked more than once, and the high voltage of the present invention is applied and the agitator 11c is supplied to the spinning solution supply plate of the nozzle block 4 provided. The spinning solution drop device (3) also serves to block the flow of spinning solution to prevent electricity from flowing in the spinning solution main tank (1).
계속해서 상기 노즐블록(4)에서는 방사액을 상향식 다중관상노즐을 통해 높은 전압이 걸려있는 상부의 컬렉터(7)로 상향 토출하여 부직포 웹(Web) 또는 필라멘트를 제조한다.Subsequently, the nozzle block 4 discharges the spinning liquid upward through the upward multi-tubular nozzle to the collector 7 on which the high voltage is applied, thereby manufacturing the nonwoven web or the filament.
방사용액 공급관으로 이송된 방사용액은 다중관상노즐(5)을 통해 상부 컬렉터(7)로 토출되어 섬유를 형성한다. 이때, 다중관상노즐(5)로부터 전기방사되는 나노섬유는 공기공급용 노즐(4d)에서 분사되는 공기에 의해 넓게 퍼지면서 컬렉터(7) 상에 포집되어 포집면적이 넓어지고 집적밀도가 균일해진다. 다중관상노즐(5)에서 섬유화 되지 못한 과잉 방사용액은 오버플로 제거용 노즐(4u)에서 모아져 오버플로액의 임시저장판(4j)을 거쳐 방사용액 공급판으로 다시 이동하게 된다.The spinning solution transferred to the spinning solution supply pipe is discharged to the upper collector 7 through the multi-tubular nozzle 5 to form fibers. At this time, the nanofibers electrospun from the multi-tubular nozzle 5 are collected on the collector 7 while being widely spread by the air injected from the air supply nozzle 4d, so that the collection area becomes wider and the integration density becomes uniform. The excess spinning solution that is not fibrous in the multi-tubular nozzle 5 is collected at the overflow removing nozzle 4u and moves back to the spinning solution supply plate via the temporary storage plate 4j of the overflow solution.
아울러, 노즐블록 최상부에 과잉 공급된 방사용액은 방사용액 배출장치(12)에 의해 방사용액 주탱크(1)로 강제 이송된다.In addition, the spinning solution excessively supplied to the top of the nozzle block is forcibly transferred to the spinning solution main tank 1 by the spinning solution discharge device 12.
이때 전기력에 의한 섬유형성을 촉진하기 위하여 노즐블록(4) 하단부에 설치된 도전체판과 컬렉터(7)에는 전압발생장치(9)에서 발생된 1kV 이상, 더욱 좋기로는 20kV 이상의 전압을 걸어준다. 상기 컬렉터(7)로는 앤드레스 (Endless) 벨트를 사용하는 것이 생산성 측면에서 더욱 유리하다. 상기 컬렉터(7)는 부직포의 밀도를 균일하게 하기 위하여 좌우로 일정거리를 왕복운동하는 것이 바람직하다.At this time, in order to promote the formation of the fiber by the electric force applied to the conductor plate and the collector 7 installed in the lower end of the nozzle block (4) is applied a voltage of 1kV or more, more preferably 20kV or more generated by the voltage generator (9). It is more advantageous in terms of productivity to use an endless belt as the collector 7. The collector 7 preferably reciprocates a certain distance from side to side to make the density of the nonwoven uniform.
이와 같이 컬렉터(7) 상에 형성된 부직포 웹은 웹 지지로울러(14)를 거쳐서 권취로울러(16)에 권취하면 부직포 제조공정이 완료된다.The nonwoven web formed on the collector 7 is wound on the winding roller 16 via the web support roller 14, thereby completing the nonwoven fabric manufacturing process.
본 발명의 제조장치는 포집면적을 넓혀 다성분 나노섬유의 집적 밀도를 균일하게 할 수 있고, 필라멘트를 제조하고자 할 경우에는 소폭으로 웹을 제조하고 이를 이용하여 필라멘트를 제조할 수 있으며, 드롭렛(Droplet) 현상을 효과적으로 방지하여 부직포 또는 필라멘트의 품질을 향상시킬 수 있고, 전기력에 의한 섬유형성 효과가 높아져 다성분 나노섬유 및 그의 부직포 또는 필라멘트를 대량 생산 할 수 있다. 아울러 본 발명의 제조방법은 다수개의 핀으로 구성되는 노즐들을 블록형태로 배열하므로서 부직포 및 필라멘트의 폭 및 두께를 자유롭게 변경, 조절 할 수 있다.The manufacturing apparatus of the present invention can widen the collecting area to make the integration density of the multicomponent nanofibers uniform, and to manufacture a filament, it is possible to manufacture a web with a small amount and to produce a filament using the droplet, Droplet) can effectively prevent the phenomenon of the nonwoven fabric or filament quality, and the fiber forming effect by the electric force is enhanced to mass production of multicomponent nanofibers and nonwoven fabric or filament thereof. In addition, the manufacturing method of the present invention can freely change and adjust the width and thickness of the nonwoven fabric and filament by arranging the nozzles composed of a plurality of pins in a block form.
본 발명의 장치로 제조된 다성분 나노섬유 부직포 및 필라멘트는 인공피혁, 생리대, 필터, 인조혈관 등의 의료용 소재, 방한조끼, 반도체용 와이퍼, 전지용 부직포 등 다양한 용도로 사용된다.The multicomponent nanofiber nonwoven fabrics and filaments produced by the apparatus of the present invention are used in various applications such as artificial leather, sanitary napkins, filters, medical materials such as artificial blood vessels, winter vests, semiconductor wipers, and battery nonwoven fabrics.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴 본다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
그러나 본 발명은 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.However, the present invention is not limited only to the following examples.
실시예 1Example 1
96% 황산용액에서 상대점도가 3.2인 나일론 6 칩을 개미산에 25%로 용해하여 방사용액A를 제조 하였다. 상기 방사용액은 레오메터(Rheometer-DV, Ⅲ, Brookfield Co., USA)를 이용하여 측정한 점도가 1200 센티포아스(cPs)이고, 컨덕티비티 메터(conductivity meter, CM-40G, TOA electronics Co., 일본)로 측정한 전기전도도가 350 mS/m이고, 텐션 메터(K10St, Kruss Co., 독일)를 이용하여 측정한 표면 장력이 58 mN/m이었다. A spinning solution A was prepared by dissolving a nylon 6 chip having a relative viscosity of 3.2 in 96% sulfuric acid solution to 25% formic acid. The spinning solution has a viscosity of 1200 centipoas (cPs) measured using a rheometer (Rheometer-DV, III, Brookfield Co., USA), and a conductivity meter (CM-40G, TOA electronics Co) , Japan) and an electrical conductivity of 350 mS / m, and a surface tension of 58 mN / m using a tension meter (K10St, Kruss Co., Germany).
한편, 수평균 분자량이 80,000인 폴리우레탄수지(Dow Chemical 사이 Pellethane 2103-80AE)를 N,N 디메틸포름아미드에 8중량% 용해하여 또 다른 방사용액B를 제조하였다.Meanwhile, another spinning solution B was prepared by dissolving a polyurethane resin having a number average molecular weight of 80,000 (Dow Chemical, Pellethane 2103-80AE) in N, N dimethylformamide.
한편, 수평균 분자량이 80,000인 폴리(ε-카프로락톤) 고분자(미국 Aldrich 사 제품)를 메틸렌클로라이드/N,N-디메틸포름아마이드(체적비 : 75/25) 혼합용매에 13중량% 농도로 용해하여 또 다른 고분자 방사액C를 제조 하였다. 상기 고분자 방사액의 표면장력은 35mN/m, 용액점도는 상온에서 35센티포아즈, 전기전도도는 0.02mS/m, 유전율상수는 90이었다.Meanwhile, poly (ε-caprolactone) polymer (manufactured by Aldrich, USA) having a number average molecular weight of 80,000 was dissolved in 13 wt% concentration in a methylene chloride / N, N-dimethylformamide (volume ratio: 75/25) mixed solvent. Another polymer spinning solution C was prepared. The surface tension of the polymer spinning liquid was 35 mN / m, the solution viscosity was 35 centipoise at room temperature, the electrical conductivity was 0.02 mS / m, and the dielectric constant was 90.
상기와 같이 제조된 3종의 방사용액을 도 2와 같이 3중관형노즐(5)이 설치되어 있는 본 발명의 상향식 다성분 전기방사장치(도 1)로 상향 전기방사하여 나노섬유 웹(15)을 제조한 후, 웹 지지로울러(14)를 거쳐 권취로울러(16)에 권취하여 다성분 나노섬유 웹을 제조하였다. 이때 상기의 방사용액A는 3중관형노즐의 제 1관(5a)으로 공급, 방사하였고, 상기의 방사용액 B는 3중관형노즐의 제 2관(5b)으로 공급, 방사하였고, 방사용액 C는 3중관형노즐의 제 3관(5c)으로 공급, 방사하였다.Nanofiber web 15 by electrospinning the three kinds of spinning solution prepared as described above up to the multi-component electrospinning apparatus (FIG. 1) of the present invention in which the triple-tubular nozzle 5 is installed as shown in FIG. After the production, the web support roller 14 was wound around the winding roller 16 to produce a multicomponent nanofiber web. At this time, the spinning solution A was supplied and spun into the first pipe 5a of the triple pipe nozzle, and the spinning solution B was fed and spun into the second pipe 5b of the triple pipe nozzle, and the spinning solution C Was supplied to the third pipe (5c) of the triple-tubular nozzle and spun.
노즐블록 내 노즐 수는 9,720홀로 하고, 상기 노즐블록을 4개 사용하여 총 노즐수는 38,880개로 하고, 방사거리는 15㎝로 하고, 노즐블럭(4)의 왕복 운동은 2m/분으로 하고, 컬렉터(7)에 전기히터를 설치하여 컬렉터의 표면온도를 35℃로 하여 전기방사를 행하였다. 방사과정 중에 노즐블럭(4) 최상부에 넘치는 방사용액은 흡입공기를 이용한 방사용액 배출장치(12)를 사용하여 강제적으로 방사용액 주탱크(1)로 이송하였다. 상기 공기 공급용 노즐로는 내경은 20㎜이고, 외경은 23m이고, 노즐(5)의 상부팁에서 공기 공급용 노즐(4b)의 상부팁까지의 거리(h)는 8㎜인 공기 공급용 노즐을 사용하였고, 공기 속도는 10m/초로 하였다. 전압 발생 장치로는 심코사의 모델 C H 50을 사용 하였다. 이와 같이 제조한 나노섬유의 단면은 도5(b)와 같은 형태를 갖는다.The number of nozzles in the nozzle block is 9,720 holes, the total number of nozzles is 38,880 using 4 nozzle blocks, the spinning distance is 15 cm, the reciprocating motion of the nozzle block 4 is 2 m / min, and the collector ( An electric heater was installed at 7), and electrospinning was performed at a surface temperature of 35 ° C. The spinning solution overflowing the top of the nozzle block 4 during the spinning process was forcibly transferred to the spinning solution main tank 1 using the spinning solution discharge device 12 using suction air. The air supply nozzle has an inner diameter of 20 mm, an outer diameter of 23 m, and a distance h from the upper tip of the nozzle 5 to the upper tip of the air supply nozzle 4b is 8 mm. Was used, and the air speed was 10 m / sec. Simco's Model C H 50 was used as the voltage generator. The cross section of the nanofibers thus prepared has a shape as shown in FIG.
실시예 2Example 2
96% 황산용액에서 상대점도가 3.2인 나일론 6 칩을 개미산에 25%로 용해하여 방사용액A를 제조 하였다. 상기 방사용액은 레오메터(Rheometer-DV, Ⅲ, Brookfield Co., USA)를 이용하여 측정한 점도가 1200 센티포아스(cPs)이고, 컨덕티비티 메터(conductivity meter, CM-40G, TOA electronics Co., 일본)로 측정한 전기전도도가 350 mS/m이고, 텐션 메터(K10St, Kruss Co., 독일)를 이용하여 측정한 표면 장력이 58 mN/m이었다. A spinning solution A was prepared by dissolving a nylon 6 chip having a relative viscosity of 3.2 in 96% sulfuric acid solution to 25% formic acid. The spinning solution has a viscosity of 1200 centipoas (cPs) measured using a rheometer (Rheometer-DV, III, Brookfield Co., USA), and a conductivity meter (CM-40G, TOA electronics Co) , Japan) and an electrical conductivity of 350 mS / m, and a surface tension of 58 mN / m using a tension meter (K10St, Kruss Co., Germany).
한편, 수평균 분자량이 80,000인 폴리우레탄수지(Dow Chemical 사이 Pellethane 2103-80AE)를 N,N 디메틸포름아미드에 8중량% 용해하여 또 다른 방사용액B를 제조하였다.Meanwhile, another spinning solution B was prepared by dissolving a polyurethane resin having a number average molecular weight of 80,000 (Dow Chemical, Pellethane 2103-80AE) in N, N dimethylformamide.
상기와 같이 제조된 2종의 방사용액을 도 3와 같이 2중관형노즐(5)이 설치되어 있는 본 발명의 상향식 다성분 전기방사장치(도 1)로 상향 전기방사하여 나노섬유 웹(15)을 제조한 후, 웹 지지로울러(14)를 거쳐 권취로울러(16)에 권취하여 다성분 나노섬유 웹을 제조하였다. 이때 상기의 방사용액A는 2중관형노즐의 제 1관(5a)으로 공급, 방사하였고, 상기의 방사용액 B는 2중관형노즐의 제 2관(5b)으로 공급, 방사하였다.Nanofiber web 15 by electrospinning the two kinds of spinning solution prepared as described above with the upward multicomponent electrospinning apparatus (FIG. 1) of the present invention, in which the double-tubular nozzle 5 is installed as shown in FIG. After the production, the web support roller 14 was wound around the winding roller 16 to produce a multicomponent nanofiber web. At this time, the spinning solution A was supplied and spun into the first pipe 5a of the double pipe nozzle, and the spinning solution B was fed and spun into the second pipe 5b of the double pipe nozzle.
노즐블록 내 노즐 수는 9,720홀로 하고, 상기 노즐블록을 4개 사용하여 총 노즐수는 38,880개로 하고, 방사거리는 15㎝로 하고, 노즐블럭(4)의 왕복 운동은 2m/분으로 하고, 컬렉터(7)에 전기히터를 설치하여 컬렉터의 표면온도를 35℃로 하여 전기방사를 행하였다. 방사과정 중에 노즐블럭(4) 최상부에 넘치는 방사용액은 흡입공기를 이용한 방사용액 배출장치(12)를 사용하여 강제적으로 방사용액 주탱크(1)로 이송하였다. 상기 공기 공급용 노즐로는 내경은 20㎜이고, 외경은 23m이고, 노즐(5)의 상부팁에서 공기 공급용 노즐(4b)의 상부팁까지의 거리(h)는 8㎜인 공기 공급용 노즐을 사용하였고, 공기 속도는 10m/초로 하였다. 전압 발생 장치로는 심코사의 모델 C H 50을 사용 하였다. 이와 같이 제조한 나노섬유의 단면은 도5(a)와 같은 형태를 갖는다.The number of nozzles in the nozzle block is 9,720 holes, the total number of nozzles is 38,880 using 4 nozzle blocks, the spinning distance is 15 cm, the reciprocating motion of the nozzle block 4 is 2 m / min, and the collector ( An electric heater was installed at 7), and electrospinning was performed at a surface temperature of 35 ° C. The spinning solution overflowing the top of the nozzle block 4 during the spinning process was forcibly transferred to the spinning solution main tank 1 using the spinning solution discharge device 12 using suction air. The air supply nozzle has an inner diameter of 20 mm, an outer diameter of 23 m, and a distance h from the upper tip of the nozzle 5 to the upper tip of the air supply nozzle 4b is 8 mm. Was used, and the air speed was 10 m / sec. Simco's Model C H 50 was used as the voltage generator. The cross section of the nanofibers thus prepared has a shape as shown in FIG.
본 발명은 2종 이상의 폴리머들이 시스/코어 형태로 복합된 다성분 나노섬유를 대량생산할 수 있고, 컬렉터상의 다성분 나노섬유의 포집 면적을 넓게 할 수 있어서 제조되는 웹의 다성분 나노섬유 집적밀도를 균일하게 할 수 있고, 기재상에 다성분 나노섬유를 균일한 밀도로 코팅할 수 있다.The present invention can mass-produce multicomponent nanofibers in which two or more kinds of polymers are composited in a sheath / core form, and widen the trapping area of multicomponent nanofibers on a collector, thereby increasing the density of multicomponent nanofibers in a web. It is possible to make uniform, and to coat the multicomponent nanofibers on the substrate with uniform density.
그 결과, 본 발명은 다성분 나노섬유를 상업적으로 제조가 가능하다. 또한 본 발명은 드롭렛(Droplet)현상을 효과적으로 방지하여 고품질의 다성분 나노섬유를 대량 생산할 수 있다.As a result, the present invention enables commercial production of multicomponent nanofibers. In addition, the present invention can effectively prevent the droplet (Droplet) phenomenon to mass-produce high quality multicomponent nanofibers.
도 1은 본 발명의 상향식 다성분 전기방사장치를 사용하여 나노섬유 웹을 제조하는 공정 개략도.1 is a process schematic diagram of making a nanofiber web using the bottom-up multicomponent electrospinning apparatus of the present invention.
도 2는 본 발명에 따라 3성분을 동시에 전기방사하는 3중관형노즐이 설치된 노즐블록(4)의 모식도.Figure 2 is a schematic diagram of a nozzle block (4) provided with a triple-tubular nozzle for simultaneously electrospinning three components in accordance with the present invention.
도 3은 본 발명에 따라서 2성분을 동시에 전기방사하는 2중관형노즐이 설치된 노즐블록(4)의 모식도.3 is a schematic view of a nozzle block 4 provided with a double-tubular nozzle for simultaneously electrospinning two components in accordance with the present invention.
도 4(a)는 본 발명중 방사원액 드롭장치(3)의 단면도.Figure 4 (a) is a cross-sectional view of the spinning solution drop device 3 of the present invention.
도 4(b)는 본 발명중 방사원액 드롭장치(3)의 사시도.Figure 4 (b) is a perspective view of the spinning solution drop device 3 of the present invention.
도 5(a) 내지 도 5(b)는 본 발명의 다성분 나노섬유의 단면도.5 (a) to 5 (b) are cross-sectional views of the multicomponent nanofibers of the present invention.
* 도면중 주요부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 방사용액 주탱크 2 : 계량펌프 3 : 방사용액 드롭장치1: Spinning solution main tank 2: Metering pump 3: Spinning solution drop device
3a: 방사용액 드롭장치의 필터 3b: 기체 유입관 3c: 방사용액 유도관3a: filter of spinning solution drop device 3b: gas inlet pipe 3c: spinning solution induction pipe
3d: 방사용액 배출관 4 : 노즐블록 4d: 공기 공급용 노즐3d: spinning solution discharge pipe 4: nozzle block 4d: nozzle for air supply
4e: 노즐 플레이트 4f: 방사용액 4g: 제 1 방사용액 저장판4e: nozzle plate 4f: spinning solution 4g: first spinning solution reservoir
4h: 제 2 방사용액 저장판 4i: 제 3 방사용액 저장판4h: second spinneret plate 4i: third spinneret plate
4j: 오버플로액의 임시저장판 4k: 공기저장판 4l: 오버플로 배출구4j: Temporary storage plate of overflow liquid 4k: Air storage plate 4l: Overflow outlet
4m: 공기유입구 4n: 공기 공급용 노즐 지지판4m: Air inlet 4n: Nozzle support plate for air supply
4u: 오버플로 제거용 노즐 4v: 오버플로 제거용 노즐 지지판4u: Nozzle for overflow removal 4v: Nozzle support plate for overflow removal
5 : 다중관상노즐 5a: 다중관상노즐의 제 1관(내측관)5: multi-tubular nozzle 5a: first pipe (inner tube) of multi-tubular nozzle
5b: 다중관상노즐의 제 2관 5c: 다중관상노즐의 제 3관5b: Tube 2 of the multi-tubular nozzle 5c: Tube 3 of the multi-tubular nozzle
6 : 나노섬유 7 : 컬렉터(콘베이어 벨트)6: nanofiber 7: collector (conveyor belt)
8a, 8b: 컬렉터 지지로울러 9 : 전압발생장치8a, 8b: collector support roller 9: voltage generator
10 : 노즐 블록 좌우 왕복운동 장치 11a: 교반기(11c)용 모터 10: nozzle block left and right reciprocating device 11a: motor for the stirrer 11c
11b: 비전도성 절연봉 11c: 교반기 12 : 방사용액 배출장치11b: non-conductive insulation rod 11c: agitator 12: spinning solution discharge device
13 : 이송관 14 : 웹 지지 로울러 15: 웹 13 transfer pipe 14 web support roller 15 web
16 : 웹 권취로울러16: Web winding roll
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