KR20110035056A - Nozzle block for electrospining and electrospinning device comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기방사용 노즐블록 및 이를 포함하는 전기방사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노즐의 외주연에 고온의 에어가 이동하는 에어챔버를 구비하여 방사재료의 상태를 일정하게 유지시켜 방사되는 극세섬유의 품질을 향상시킬 수 있는 전기방사용 노즐블록 및 이를 포함하는 전기방사장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electrospinning nozzle block and an electrospinning apparatus including the same, and more particularly, having an air chamber in which high temperature air moves on the outer periphery of the nozzle to maintain a constant state of the spinning material. It relates to an electrospinning nozzle block and an electrospinning apparatus including the same that can improve the quality of the ultrafine fibers.
전기방사(Electrospinning)는 방사재료를 하전상태에서 방사하여 미세 직경의 섬유를 제조하는 기술로서 최근에는 나노미터급 섬유를 제조하기 위한 기술로 이용되어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 전기방사법은 전극의 하나의 전극은 방사노즐부에, 다른 하나의 전극은 콜렉터에 위치한 서로 반대 극성을 가지는 두 전극 사이에서, 하전된 방사 재료를 방사노즐부를 거쳐 공기 중으로 토출하고, 이어서 공기 중에서 하전 필라멘트의 연신 및 또 다른 필라멘트 분기를 거쳐 극세섬유를 제조하는 방법이다. 즉, 하전된 토출 필라멘트는 노즐과 콜렉터 사이에 형성된 전기장 내에서 상호 반발 등 전기적 영향으로 심한 요동을 거치면서 극세화된다.Electrospinning (Electrospinning) is a technology for producing fine diameter fibers by spinning the spinning material in a charged state, and recently, as a technique for manufacturing nanometer-class fibers, research on this is being actively conducted. This electrospinning method discharges charged radiation material into the air through the spinning nozzle section between two electrodes having opposite polarities, one electrode of which is located in the radiating nozzle section and the other of which is located in the collector. It is a method for producing microfibers by stretching charged filaments and further filament branches. That is, the charged discharge filament becomes finer through severe fluctuations due to electrical effects such as mutual repulsion in the electric field formed between the nozzle and the collector.
전기방사에 의해 제조되는 섬유는 직경이 마이크로미터 두께에서 나노미터 두께가 되는데, 이와 같이 두께가 줄어들면 전혀 새로운 특성들을 나타낸다. 예들 들어, 체적에 대한 표면적 비율의 증가와 표면 기능성 향상, 장력을 비롯한 기계적 물성의 향상 등이 그것이다. 이러한 우수한 특성에 의해서 나노섬유는 많은 중요한 응용 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 나노섬유로 구성된 웹은 다공성을 갖는 분리막형 소재로서 각종 필터류, 상처치료용 드레싱, 인공지지체 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.Fibers produced by electrospinning have a diameter ranging from micrometers to nanometers, which in turn exhibits completely new properties. For example, an increase in the ratio of the surface area to the volume, an improvement in surface functionality, and an improvement in mechanical properties including tension. These superior properties allow nanofibers to be used in many important applications. For example, the web composed of such nanofibers is a membrane-type material having a porosity, and can be applied to various fields such as various filters, wound dressings, artificial supports, and the like.
전기방사를 위한 전기방사장치는 통상적으로 용융된 방사재료를 보관하는 방사용액 주탱크, 방사용액의 정량 공급을 위한 계량펌프, 방사용액을 토출하는 다수개의 노즐이 배열된 노즐팩, 상기 노즐팩과 대향하여 위치하며 방사되는 섬유들을 집적하는 콜렉터 및 고전압을 발생시키는 고전압발생장치들로 구성되어 있다.The electrospinning device for electrospinning typically has a spinning solution main tank for storing molten spinning material, a metering pump for quantitative supply of spinning solution, a nozzle pack having a plurality of nozzles for discharging spinning solution, the nozzle pack and It consists of a high voltage generator that generates a high voltage and a collector that opposes and aggregates the emitted fibers.
이러한 전기방사장치를 이용하여 나노 섬유를 제조하는 경우, 나노 섬유의 특성을 결정하는 요인으로는 용융된 방사재료 용액의 농도, 유전특성, 표면장력 등의 물질 특성과, 노즐과 콜렉터 사이의 거리, 노즐과 콜렉터 사이의 전압, 전기장 전하밀도, 노즐 내에서의 정전기적 압력, 고분자 용액의 주입속도와 같은 제어변수 등을 들 수 있다.When manufacturing the nanofibers using the electrospinning device, the factors that determine the properties of the nanofibers are the material properties such as the concentration of the molten spinning material solution, the dielectric properties, the surface tension, the distance between the nozzle and the collector, Control variables such as the voltage between the nozzle and the collector, the electric field charge density, the electrostatic pressure in the nozzle, and the injection rate of the polymer solution.
상기의 여러 요인 중 특히 전기방사 중 방사재료의 물성을 일정하게 하여야만 방사되는 극세섬유의 품질을 향상시킬 수 있는데, 종래의 전기방사장치에서는 용융된 방사재료가 노즐팩으로 공급되어 이동될 때 온도가 일정하게 유지되지 않기 때문에 방사재료의 물성이 변화되어 양질의 나노섬유를 얻을 수가 없었다. 또한, 방사재료가 고화되어 방사노즐의 방사공이 막히는 경우가 발생하여 작업성이 저하되고 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.Among the above factors, the quality of the microfibers to be spun can be improved only by keeping the properties of the spinning material constant during electrospinning. Because it is not kept constant, the physical properties of the spinning material are changed to obtain a good quality nanofibers. In addition, there is a problem that the spinning material is solidified to block the spinning hole of the spinning nozzle, the workability is lowered and the manufacturing cost is increased.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 하나의 목적은 용융된 고분자 방사재료가 방사구금에서 방사될 때까지 고화되거나 물성이 변하지 않도록 용융된 상태를 일정하게 유지함으로써 방사효율을 향상시킬 수 있는 전기방사용 절연 노즐팩을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, one object of the present invention is to maintain the molten state so that the solidified or physical properties do not change until the molten polymer spinning material is spun in the spinneret It is to provide an electrospinning insulating nozzle pack that can improve the radiation efficiency.
본 발명의 다른 목적은 방사 효율을 향상시킬 수 있고, 더욱 더 가는 섬유를 전기방사할 수 있는 전기방사장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an electrospinning device which can improve spinning efficiency and can electrospin even thinner fibers.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,One aspect of the present invention for achieving the above object,
노즐팩을 수용하고, 에어에 의해 노즐팩 주위의 온도를 일정하게 유지하는 에어챔버; 상기 에어챔버 내에 에어를 공급하는 에어공급부; 상기 에어공급부으로부터의 에어가 상기 에어챔버 내로 주입되는 에어유입구; 에어가 유동하는 에어 유로; 및 상기 에어 유입구로 공급되어 유로를 따라 이동해 온 에어가 배기되는 에 어 배기구를 포함하는 전기방사용 노즐블록에 관한 것이다.An air chamber accommodating the nozzle pack and maintaining a constant temperature around the nozzle pack by air; An air supply unit supplying air into the air chamber; An air inlet port through which air from the air supply unit is injected into the air chamber; An air flow path through which air flows; And an air exhaust port through which the air supplied to the air inlet port and moved along the flow path is exhausted.
본 발명에서 상기 에어공급부은 상기 에어챔버의 유입구로 에어를 공급하는 송풍기; 및 상기 송풍기와 상기 에어유입구 사이에 설치되어 에어챔버 내로 공급되는 에어를 가열하는 히팅부를 포함할 수 있다. In the present invention, the air supply unit blower for supplying air to the inlet of the air chamber; And a heating unit installed between the blower and the air inlet to heat air supplied into the air chamber.
상기 에어챔버의 에어 배기구는 상기 송풍기와 연결되어 에어챔버에서 배출된 에어를 상기 송풍기로 재순환시키는 바이패스관을 포함할 수 있다.The air exhaust port of the air chamber may be connected to the blower may include a bypass pipe for recycling the air discharged from the air chamber to the blower.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은, Another aspect of the present invention for achieving the above object,
방사 재료를 공급하는 방사 재료 공급부; 상기 방사 재료 공급부로부터 공급된 방사 재료를 압출하여 방사하는 압출기; 상기 압출기 선단에 연결된 노즐팩, 상기 압출기에 대향하여 위치되고 상기 압출기에서 노즐팩을 통해서 방사되는 섬유를 집적하는 컬렉터; 상기 노즐팩과 컬렉터 사이에 고전압을 인가하는 고전압 발생기를 포함하는 전기방사장치로서, A spinning material supply for supplying spinning material; An extruder which extrudes and spins the spinning material supplied from the spinning material supply unit; A nozzle pack connected to the tip of the extruder, a collector positioned opposite the extruder and accumulating fibers spun through the nozzle pack in the extruder; An electrospinning apparatus comprising a high voltage generator for applying a high voltage between the nozzle pack and the collector,
상기 노즐팩은 노즐불록을 수용하고, 에어에 의해 노즐팩 주위의 온도를 일정하게 유지하는 에어챔버; 상기 에어챔버 내에 에어를 공급하는 에어공급부; 상기 에어공급부으로부터의 에어가 상기 에어챔버 내로 주입되는 에어유입구; 에어가 유동하는 에어 유로; 및 상기 에어 유입구로 공급되어 유로를 따라 이동해 온 에어가 배기되는 에어 배기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치에 관한 것이다.The nozzle pack includes an air chamber for receiving a nozzle block and maintaining a constant temperature around the nozzle pack by air; An air supply unit supplying air into the air chamber; An air inlet port through which air from the air supply unit is injected into the air chamber; An air flow path through which air flows; And an air exhaust port through which the air supplied to the air inlet port and moved along the flow path is exhausted.
본 발명의 전기방사용 노즐블록 및 이를 포함하는 전기방사장치에 의하면, 용융된 방사재료가 방사공을 통해 방사되기 직전까지 물성이 일정하게 유지되기 때문에 방사되는 극세섬유의 품질이 향상되는 장점이 있으며, 방사재료가 고화되는 것이 방지되기 때문에 노즐의 방사공이 막히는 등의 고장이 예방되는 우수한 효과가 있다.According to the electrospinning nozzle block of the present invention and the electrospinning apparatus including the same, there is an advantage in that the quality of the microfibers that are spun is improved because the physical properties of the molten spinning material are kept constant until just before the spinning through the spinneret. In addition, since the spinning material is prevented from being solidified, there is an excellent effect of preventing a failure such as clogging of the spinning hole of the nozzle.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 구현예들에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known general functions or configurations will be omitted.
본 발명의 일구현예의 전기방사용 노즐블록은 용융된 방사재료가 공급되는 압출기에 단독 또는 다수로 설치되어 방사재료의 온도를 유지하여 전기방사되도록 하는 노즐블록에 관한 것이다. The electrospinning nozzle block of one embodiment of the present invention relates to a nozzle block which is installed alone or in plurality in an extruder to which molten spinning material is supplied to maintain the temperature of the spinning material to be electrospun.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전기방사용 노즐블록의 단면개략도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an electrospinning nozzle block according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예의 전기방사용 노즐블록(10)은 노즐팩(100)을 수용하고, 에어에 의해 노즐팩(100) 주위의 온도를 일정하게 유지하는 에어챔버(210); 상기 에어챔버(210) 내에 에어를 공급하는 에어공급부(220); 상기 에어공급부(220)으로부터의 에어가 상기 에어챔버 내로 주입되는 에어유입구(212); 에어가 유동하는 에어 유로(211); 및 상기 에어 유입구(212)로 공급되어 유로(211)를 따라 이동해 온 에어가 배기되는 에어배기구(213)를 포함한다. Referring to Figure 1, the
상기 에어공급부(220)은 상기 에어챔버의 에어유입구(212)로 에어를 공급하는 송풍기(223); 및 상기 송풍기(223)에 인접하여 에어챔버(210) 내로 공급되는 에어를 가열하는 히팅부(227)를 포함할 수 있다.The
상기 노즐팩(100)은 방사재료가 공급되는 압출기에 결합되어 전기방사하는 것으로, 압출기에 연결되는 전도성 재료로 구성된 압출기 연결부(150)와, 상기 압출기 연결부에 연결되고, 비전도성 재료로 구성되어 전기가 차폐되는 노즐 본체(110); 및 상기 노즐 본체의 선단부에 결합되고, 일측에 형성된 전기장이 인가되는 전기장인가부와 방사재료가 방사되는 방사공을 포함하는 노즐부(120)를 포함한다.The
상기 노즐 본체(110)는 용융된 방사재료가 이동되는 이동로(130)가 형성되어 있으며, 상기 노즐 본체(110)를 구성하는 재질은 특별히 한정하지는 않으며, 본 발명이 속하는 분야에 공지된 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 노즐부(120)는 상기 방사공(121)으로 방사되는 방사재료에 전기장을 형성하기 위하여 전압이 인가되기 때문에, 전도성이 우수한 강철재로 형성하는 것이 바람직하다.The
상기 노즐부(120)는 상기 이동로(130)를 통해서 전달된 방사재료를 전기방사하는 것으로, 방사재료가 토출되는 방사공(121)이 구비되어 있으며, 상기 방사공(121)의 내경은 방사되는 섬유의 재료, 방사하고자 하는 섬유의 직경 등을 감안하여 적의 선택될 수 있는 것으로, 예를 들어, 0.1mm~0.8mm로 형성할 수 있다. The
상기 노즐부(120)에 인가되는 전압은 10~200kV 의 범위내의 전압이 인가되는 것이 바람직하며, 인가된 전압은 노즐부(120) 내부의 방사재료에 하전되고, 하전상 태의 방사재료는 상기 방사공(121)을 통과하면서 미세 필라멘트 형태로 방사된다.The voltage applied to the
상기 에어챔버(210)는 상기 노즐팩(100)의 외주연에 설치되는데, 도 2는 이러한 노즐팩 및 에어챔버의 구성을 나타내는 도면으로서, 도 2a는 사시도이고, 도 2b는 일부절개사시도이며, 도 2c는 종단면도이다.The
도 2a-c를 참조하면, 상기 에어챔버(210)는 상기 노즐팩(100)을 감싸는 형태로 형성되는데, 고온의 에어가 에어유입구(212)로 공급되어 상기 노즐팩(100)의 외주연을 이동하도록 하는 유로(211)가 형성되어 있으며, 에어가 배출되는 에어 배기구(213)가 구비되어 있다.Referring to Figure 2a-c, the
상기 에어챔버(210)는 상기 노즐부(120)에 인가되는 전압이 전도되지 않도록 세라믹으로 형성되는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 세라믹이나 유리, 테프론, 베이클라이트, 폴리이미드수지 등의 소재가 사용될 수 있다. 에어챔버가 세라믹으로 구성되는 경우에는 알루미나, 지르코니아, 혼합 세라믹으로 구성될 수 있다. The
상기 송풍기(223)는 상기 에어챔버(210)에 에어를 공급하여 주는 것으로, 송풍기(223)의 형태는 특별히 제한하지 않으며, 축류형이나 반경류형 등 본 발명이 속하는 분야에 널리 알려진 임의의 구성이 채택될 수 있다.The
상기 히팅부(227)는 송풍기와 에어챔버의 에어유입구 사이에 설치되어, 상기 송풍기(223)에서 에어챔버(210)로 공급되는 에어를 소정의 온도로 가열한다. The
한편, 상기 에어챔버(210)에는 경우에 따라서 상기 에어 배기구(213)와 상기 송풍기(223)의 흡기구(미도시)를 연결하는 바이패스관(240)이 구비될 수 있다.On the other hand, the
상기 바이패스관(240)은 상기 에어 배기구(213)로 배출되는 에어를 상기 흡 기구(미도시)로 재순환시켜줌으로서, 에어의 열손실을 막아 적은 에너지만으로 에어챔버 내에 고온의 에어를 공급할 수 있게 한다.The
상기 에어챔버(210)의 유로(211)로 이동하는 고온의 에어는 상기 노즐팩(100)의 이동로(130)에 공급된 방사재료의 온도를 일정하게 유지시켜 주며, 때문에 방사재료는 물성의 변화없이 노즐부(120)의 방사공(121)을 통해 전기방사된다.The high temperature air moving to the
본 발명의 또 다른 양상은, 전기방사용 방사재료를 공급하기 위한 공급부, 상기 공급부로부터 이송된 방사재료를 방사하는 노즐팩을 포함하는 노즐블록, 상기 노즐블록으로부터 방사된 섬유를 집적하기 위한 콜렉터, 상기 노즐블록과 콜렉터 사이에 고압의 전압을 인가하기 위한 전압 발생기를 포함하는 전기방사장치에 있어서, 상기 노즐블록은 전술한 본 발명에 따른 전기방사용 노즐블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치에 관한 것이다.Another aspect of the present invention, the supply unit for supplying the electrospinning spinning material, a nozzle block including a nozzle pack for spinning the spinning material transferred from the supply, a collector for accumulating fibers spun from the nozzle block, An electrospinning apparatus comprising a voltage generator for applying a high voltage between the nozzle block and the collector, wherein the nozzle block comprises an electrospinning nozzle block according to the present invention described above. It is about.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 온도유지부가 구비된 전기방사용 노즐팩을 포함하는 전기방사장치의 구성을 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 방사장치는 방사 재료를 공급하는 방사 재료 공급부(1); 상기 방사 재료 공급부로부터 공급된 방사 재료를 압출하여 방사하는 압출기(2); 상기 압출기 선단에 연결된 노즐팩(10), 상기 압출기에 대향하여 위치되고 상기 압출기에서 노즐팩을 통해서 방사되는 섬유를 집적하는 컬렉터(4); 상기 노즐팩과 컬렉터 사이에 고전압을 인가하는 고전압 발생기(5)를 포함하고, 상기 노즐팩(10)은 노즐불록을 수용하고, 에어에 의해 노즐팩 주위의 온도를 일정하게 유지하는 에어챔버(210); 상기 에어챔버 내에 에어를 공급하는 에어공급 부(220); 상기 에어공급부으로부터의 에어가 상기 에어챔버 내로 주입되는 에어유입구(212); 에어가 유동하는 에어 유로(211); 및 상기 에어 유입구로 공급되어 유로를 따라 이동해 온 에어가 배기되는 에어 배기구(213)를 포함한다. Figure 3 is a schematic diagram schematically showing the configuration of an electrospinning apparatus including an electrospinning nozzle pack provided with the temperature maintaining unit according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention includes a spinning
본 발명의 일 구현예에 따른 전기 방사장치에서 상기 방사재료 공급부(1)는 섬유 원료가 되는 방사재료가 공급되어 용매에 용해되거나 용융액으로 상변화되는 부분이다. 도시된 구현예에서, 방사재료 공급부(1)는 고분자칩을 용융하는 가열수단(미도시), 용융된 폴리머 용융액을 이송하는 이송수단(미도시)을 구비할 수 있다. In the electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention, the spinning
방사재료 공급부(1)는 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 대안으로, 압출기에 공급할 폴리머를 저장하는 방사재료 저장탱크, 저장된 폴리머를 시간당 일정한 양으로 방사구금에 공급해주는 조절장치인 정량펌프 및 공급관을 포함할 수 있다. The spinning
본 발명에서 사용가능한 고분자 재료는 폴리머 용액, 폴리머 용해물, 용해된 유리 물질, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 본 발명에서 사용가능한 대표적인 고분자재료의 비제한적인 예들은 불소 중합체, 폴리올레핀, 폴리이미드, 폴리락타이드, 폴리에스테르, 폴리카프로락톤, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리우레탄, 엘라스토머, 고무류를 포함하며, 이들을 단독으로 혹은 둘 이상이 혼합된 상태로 사용할될 수도 있다. 또한 본 발명에서 폴리머 용액 또는 용융 폴리머에는 물성의 향상을 위하여 기타 첨가제가 첨가될 수 있다.Polymeric materials usable in the present invention include polymer solutions, polymer melts, dissolved glass materials, and mixtures thereof. Non-limiting examples of representative polymer materials usable in the present invention include fluoropolymers, polyolefins, polyimides, polylactides, polyesters, polycaprolactones, polyvinylidene fluorides, polyacrylonitriles, polysulfones, polyimides, Polyethylene oxides, polyurethanes, elastomers, rubbers, and these may be used alone or in a mixture of two or more thereof. In the present invention, other additives may be added to the polymer solution or the molten polymer to improve physical properties.
상기 공급부(1)에서 이송된 방사재료를 섬유상으로 방사하는 노즐블록(10)은 상기 압출기(2)에 설치되며, 경우에 따라 단수 또는 다수개가 설치되는 구성이다.The
여기서, 상기 노즐블록(10)은 방사재료가 방사되는 노즐팩(100) 주위의 온도를 일정하게 유지하는 에어챔버(210)가 결합된다. 상기 에어챔버(210)에 고온의 에어를 공급하는 송풍기(223) 및 히팅부(227)가 구비되어 상기 노즐팩(100)의 온도를 유지시켜, 상기 노즐팩(100) 내부에 공급된 방사재료의 물성이 유지되도록 한다.Here, the
온도가 유지된 방사재료는 노즐팩(100)의 노즐부(120)에 형성된 방사공(121)을 통해 방사되는데, 이때 상기 노즐부(120)에는 전압이 인가되어 방사되는 방사재료에 전기장을 형성한다. 한편, 상기 각각의 에어챔버(210)로부터 배출된 에어를 바이패스관(240)을 통해 상기 송풍기(223)로 재순환시킨다.The spinning material maintained at a temperature is radiated through the
상기 콜렉터(4)는 상기 노즐팩(100)에 인가된 전압의 극성과 반대의 극성이 인가되는 것으로, 상기 노즐부(120)의 방사공(121)을 통해 방사된 미세 필라멘트 형태의 고분자재료와 강력한 전기장을 형성하여 필라멘트가 나노급의 직경으로 방사되어 집적되도록 한다.The
상기 콜렉터(4)는 전도성이 우수한 금속재가 사용되며, 이송롤러와 같은 이송수단으로 상기 노즐팩(10)에 대하여 연속적으로 공급되도록 하는 것이 바람직하다. The
한편, 하전되어 방사된 필라멘트는 직물, 부직포, 종이 등과 같은 비금속성기재 위에 집적시킬 수도 있는데, 이 경우에는 상기 콜렉터의 전면에 기재를 위치 시켜 집적시켜 웹을 형성할 수 있으며, 웹이 형성된 기재는 이동수단을 통해 이동되어 상, 하 히팅장치(미도시)를 통과하면서 가열되어 칼렌더링(calendaring)되며, 최종적으로 권취롤러(미도시)에 권취된다.On the other hand, the charged filament can be integrated on a nonmetallic substrate such as woven fabric, nonwoven fabric, paper, etc. In this case, by placing the substrate on the front of the collector to form a web, the substrate on which the web is formed It is moved through the moving means, heated and calendered while passing through an upper and lower heating apparatus (not shown), and finally wound in a winding roller (not shown).
한편, 본 발명의 일 구현예에서, 상기 노즐블록(10)과 콜렉터(4)는 수평방향으로 대향하여 배치되어 있으나, 여기에 한정되지 않으며 수직방향으로도 대향하여 배치될 수 있다. 즉 본 발명의 절연 노즐팩 및 전기방사장치는 횡방향식 방사장치뿐만 아니라 상방식 또는 하방식 방사장치에도 적용될 수 있다. Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the
상기 고전압발생기(5)는 당업계에서 공지된 방식을 제한없이 사용할 수 있다. 바람직하게 상기 고전압발생기(5)에서 인가되는 전압은 10 ~ 200kV의 범위 내에 해당하도록 하는 것이 나노미터급의 방사를 위해 적합하다.The
그러면 이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 전기방사장치의 동작에 대하여 설명하기로 한다. 먼저, 방사재료 공급부(1)로부터 압출기(2) 측으로 원료 용액이 정량공급되면, 압출기(2) 내의 히터 및 스크류에 의해 폴리머 재료가 용융되면서 노즐팩(10)를 통해서 압출되고, 이 때 제어부에 의해 온도가 조절될 수 있다. Then, the operation of the electrospinning apparatus according to the present invention configured as described above will be described. First, when the raw material solution is quantitatively supplied from the spinning
압출기(2) 내에 공급된 중합 재료는 압출기 내의 스크류의 회전에 의해 공급되면서 압축·탈포 또는 혼합·용융되어 균일한 용융액이 되어 다음 공정으로 공급된다. 압출되는 동안에는 중합 재료의 융융 상태를 유지하기 위해 가열되는데, 가열은 압출기 외벽에 장착된 히터에 의해 이루어진다. 중합 재료는 여과장치에 의해 여과되어 방사시 사절의 원인이 되는 이물질을 제거한다. 필터에 의해 여과된 중합 재료는 노즐팩에 공급되어 공기 중으로 토출된다. The polymeric material supplied into the
본 발명의 전기방사장치에서는 노즐팩 주위에 장착된 에어챔버(210) 내의 유로를 따라서 고온의 에어가 순환되면서 노즐팩 주위의 온도를 일정하게 유지하여 용융된 폴리머가 최적의 용융 상태를 유지하도록 한다. 압출기(2) 선단의 노즐팩(10)에서 방사되는 방사액은 고전압발생기(5)를 통해 하전된다. 상기 방사재료 공급부(1)의 폴리머 방사액은 절연되고 노즐팩(10)를 통해서 토출된다. 방사액은 노즐부를 거치면서 미세 필라멘트 형태로 연신되어 대향하는 컬렉터(4) 측으로 토출된다. 이때 컬렉터(4)와 하전 필라멘트 간에 형성되는 강력한 전기장으로 인해 방사 섬유 (700)가 테일러 콘 형상의 위핑 모션에 의해 나노급의 직경이 되도록 연신되며 방사된다. 본 발명의 전기방사장치에서는 절연노즐팩의 노즐부에 의해서 방사노즐에 직접 고전압을 인가하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있기 때문에 강한 전기장이 형성되어 극대화된 위핑 효과로 인해서 더욱더 가는 섬유를 제조할 수 있다.In the electrospinning apparatus of the present invention, while the hot air is circulated along the flow path in the
본 발명의 절연 노즐팩 및 전기방사장치를 이용하여 제조될 수 있는 나노섬유는 필터소재, 광화학 센서소재, 카본 나노튜브 등 탄소 소재, 전자소자용 소재, 생체 의학용 소재, 조직 공학용 소재, 약물 전달용 소재, DNA 제조용 기초소재 및 미용소재 등으로 광범위하게 응용될 수 있다. 예를 들어, 나노섬유는 부피에 비해 표면적이 매우 크기 때문에 필터용으로 응용시 탁월한 효과를 나타내며, 전기전도성을 지닌 고분자를 나노 섬유로 제조해 유리에 코팅하면 햇빛의 양을 감지해 창문의 색을 변하게 할 수 있다. 전도성 나노섬유를 리튬이온전지의 전해질로 사용할 경우, 전해액의 누출을 막으면서 도전지의 크기와 무게를 크게 줄일 수 있다. 또한 생체조직과 흡사하게 만든 인공단백질로 나노섬유를 만들면 상처가 아물면서 바로 몸속으로 흡수되는 붕대나 인조피부 제조에도 이용될 수 있다.Nanofibers that can be produced using the insulating nozzle pack and electrospinning of the present invention is a filter material, photochemical sensor material, carbon material such as carbon nanotubes, electronic device material, biomedical material, tissue engineering material, drug delivery It can be applied to a wide range of materials, such as a base material and cosmetic materials for the manufacture of DNA. For example, nanofibers have a very large surface area compared to their volume, so they have an excellent effect when applied to filters. When nanofibers made of electrically conductive nanofiber are coated on glass, the color of the window can be detected by detecting the amount of sunlight. Can change. When the conductive nanofiber is used as an electrolyte of a lithium ion battery, the size and weight of the conductive paper can be greatly reduced while preventing leakage of the electrolyte. In addition, if nanofibers are made from artificial proteins made similar to biological tissues, they can be used for the manufacture of bandages or artificial skins that are immediately absorbed into the body as the wound heals.
실시예 Example
폴리우레탄 칩을 압출기에서 질소 퍼지 하에 녹인후 기어펌프로 이송하여 토출량 500g/hr을 정량적으로 방사구에 공급하여 방사하였다. 압출기의 온도는 190~200℃로 유지하였으며, 압력은 20~50bar, 기어펌프의 온도는 210~220℃, 압력1~30bar에서 조절하여 유지하였다. Polyurethane chips were melted in an extruder under a nitrogen purge and then transferred to a gear pump to discharge 500 g / hr of discharge to the spinneret quantitatively. The temperature of the extruder was maintained at 190 ~ 200 ℃, the pressure was maintained at 20 ~ 50bar, the temperature of the gear pump is controlled at 210 ~ 220 ℃,
이때 전압량 30kv, 노즐팩에서 컬렉터 까지의 거리 30Cmm, 압출기 온도 200℃, 노즐블럭 길이 100mm, 압출기 토출량 500g/hr, 에어챔버 온도 200℃, 방사공(121)내경 0.25mm로 하여 150㎛의 폴리우레탄 웹을 제조하였다.At this time, the voltage 30kv, the distance from the nozzle pack to the collector 30Cmm, the
폴리우레탄 웹의 섬유평균직경, 신율, 인장강도 및 하중을 평가하여 하기 표 1 에 나타내었다. 아울러 수득된 폴리우레탄 웹의 주사전자현미경 사진을 도 5에 나타내었다. Fiber average diameter, elongation, tensile strength and load of the polyurethane web were evaluated and shown in Table 1 below. In addition, a scanning electron micrograph of the obtained polyurethane web is shown in FIG. 5.
[물성 평가 방법][Property evaluation method]
본 실시예에서 상기 물성은 아래의 방법으로 평가하였다. In this embodiment, the physical properties were evaluated by the following method.
제조된 폴리우레탄 웹을 가로 10mm, 세로 200mm로 일정 규격으로 시편을 제작하고 The prepared polyurethane web is 10mm wide and 200mm long to produce specimens to a certain standard.
두께를 측정한다. 시험장비인 instron사의 5565모델에 시편을 아래 위로 그립(grip) 물리고 고정한 후 운영 프로그램에서 시편의 기본정보를 입력한다. 입력 후 그립을 댕기는 속도는 100mm/min로 조건을 설정하고 시험 장비를 작동하여 결과 값이 신율, 인장강도, 하중을 산출한다.Measure the thickness. Grip and hold the specimen up and down on the 5565 model of instron, a test equipment, and enter the specimen's basic information in the operating program. The speed of pulling the grip after input is set to 100mm / min and the test equipment is operated to calculate the elongation, tensile strength and load.
비교예Comparative example
에어 챔버 없는 방사노즐 팩을 이용하여, 방사조건으로서 전압량 30kv, 노즐팩에서 컬렉터 까지의 거리 300mm, 압출기 온도 200℃, 노즐블럭 길이 100mm, 압출기 토출량 500g/hr, 방사공(121) 내경 0.25mm로 하여 150㎛의 폴리우레탄 웹을 제조하고 그 물성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다. 아울러 수득된 폴리우레탄 웹의 주사전자현미경 사진을 도 6에 나타내었다. Using a spinning nozzle pack without an air chamber, as a spinning condition, voltage 30kv, distance from nozzle pack to collector 300mm,
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다. 예를 들어, 본원에서는 압출기를 이용하는 전기방사장치에 관해서 주로 설명하였으나, 도 4에 도시한 바와 같이 방사팩이 폴리머 재료를 정량 공급하는 펌프, 상기 펌프로부터 공급된 폴리머 재료를 균일한 형태의 흐름으로 변환시키는 시린지 튜브 및 상기 시린지 튜브로부터의 폴리머 재료를 방사하는 하나 이상의 방사 니들을 포함하는 전기방사장치에서도 응용될 수 있다. Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many modifications are made by those skilled in the art to which the present invention pertains within the technical spirit of the present invention. This possibility will be self-evident. For example, in the present application, an electrospinning apparatus using an extruder has been mainly described. However, as shown in FIG. 4, a spinning pack supplies a polymer material in a fixed quantity, and a polymer material supplied from the pump has a uniform flow. The invention may also be applied to an electrospinning apparatus comprising a syringe tube for converting and one or more spinning needles for spinning polymer material from the syringe tube.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전기방사용 노즐블록의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an electrospinning nozzle block according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 노즐블록의 에어챔버를 나타내는 도면으로서, 도 2a는 사시도이고, 도 2b는 일부절개사시도이며, 도 2c는 종단면도이다.Figure 2 is a view showing an air chamber of the nozzle block according to an embodiment of the present invention, Figure 2a is a perspective view, Figure 2b is a partial cutaway perspective view, Figure 2c is a longitudinal cross-sectional view.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 노즐블록을 포함하는 전기방사장치를 나타내는 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing an electrospinning value including a nozzle block according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 노즐블록을 포함하는 전기방사장치를 나타내는 개략도이다.4 is a schematic view showing an electrospinning apparatus including a nozzle block according to another embodiment of the present invention.
도 5는 실시예에서 수득된 신축성 폴리우레탄 부직포의 주사전자현미경 사진이고, 도 6은 비교예에서 수득된 신축성 폴리우레탄 부직포의 주사전자현미경 사진이다. 5 is a scanning electron micrograph of the stretchable polyurethane nonwoven fabric obtained in the example, and FIG. 6 is a scanning electron micrograph of the stretchable polyurethane nonwoven fabric obtained in the comparative example.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10 : 전기방사용 노즐블록 100 : 노즐팩10: Electrospinning nozzle block 100: Nozzle pack
110 : 노즐 본체 120 : 노즐부110: nozzle body 120: nozzle part
121 : 방사공 130 : 이동로121: spinning ball 130: moving path
200 : 온도유지부 210 : 에어챔버200: temperature holding unit 210: air chamber
211 : 유로 212 : 유입구211: Euro 212: Inlet
220 : 송풍기 230 : 히팅부220: blower 230: heating unit
240 : 바이패스관 1 : 공급부240: bypass pipe 1: supply unit
3 : 콜렉터 4 : 고전압발생기3: collector 4: high voltage generator
Claims (8)
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| KR1020090092607A KR20110035056A (en) | 2009-09-29 | 2009-09-29 | Nozzle block for electrospining and electrospinning device comprising the same |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103194807A (en) * | 2013-04-26 | 2013-07-10 | 苏州大学 | Electrostatic spinning device capable of adjusting spinning temperature and humidity |
-
2009
- 2009-09-29 KR KR1020090092607A patent/KR20110035056A/en not_active Application Discontinuation
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