KR20200097246A - Electrospinning device and electrospinning method - Google Patents

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KR20200097246A
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electrospinning
electrospinning device
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페테르 시블레르
모르텐 스코그
루카 콘티
다니엘 아일리
라닛쿠마르 라비샨드란
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에스2메디컬 에이비
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Abstract

본 발명은 전기방사 장치(1), 특히 섬유성 물질의 제조를 위한 것이며, - 섬유가 형성될 물질을 포함하도록 구성된 적어도 하나의 챔버(chamber)(5)를 포함하는 격벽(3)으로서, 상기 적어도 하나의 챔버(5)는 챔버 전위(chamber potential)로 전기적으로 대전되는, 격벽(compartment)(3) - 상기 적어도 하나의 챔버(5)로부터 상기 섬유들을 수집하도록 구성된 수집기(7)로서, 상기 수집기(7)는 상기 챔버 전위와 다른 접지 전위(ground potential)로 전기적으로 대전되고, 그럼으로써 상기 적어도 하나의 챔버(5)와 상기 수집기(7) 사이에 전기장을 형성하는, 수집기(7)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 챔버(5)는 상기 물질이 통과하여 상기 섬유로 압출되는 복수의 개구부(90)를 포함하는 형성층(forming layer)(9)을 포함한다.The invention is intended for the manufacture of an electrospinning device (1), in particular fibrous material,-a partition wall (3) comprising at least one chamber (5) configured to contain a material from which fibers are to be formed, said At least one chamber (5) is electrically charged to a chamber potential, a compartment (3)-a collector (7) configured to collect the fibers from the at least one chamber (5), the Collector 7 is electrically charged to a ground potential different from the chamber potential, thereby forming an electric field between the at least one chamber 5 and the collector 7. Include. According to the invention, at least one chamber 5 comprises a forming layer 9 comprising a plurality of openings 90 through which the material passes and is extruded into the fibers.

Description

전기방사 장치 및 전기방사 방법Electrospinning device and electrospinning method

본 발명은 전기방사(electrospinning) 장치, 구체적으로는 섬유 물질의 생산에 대한, 그리고 상기 전기방사 장치를 사용하는 전기방사 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrospinning apparatus, in particular for the production of fibrous materials, and to an electrospinning method using the electrospinning apparatus.

요즘 들어, 의약, 의류 및 군용 산업과 같은 여러 분야들에서 사용될 수 있는 미세섬유, 더 바람직하게는 나노섬유에 기초한 물질을 개발하는 데에 많은 관심이 모아지고 있다. 나노섬유의 많은 잠재적인 응용가능성이 그들을 제조하고 화학적 물리적 성질을 제어하는 방법이 발달함에 따라 개발되고 있다.Nowadays, there is a lot of interest in the development of materials based on microfibres, more preferably nanofibres, which can be used in various fields such as medicine, clothing and military industries. Many potential applications of nanofibers are being developed as methods of manufacturing them and controlling their chemical and physical properties develop.

전기방사는 폴리머 용액이나 폴리머 용융액의 하전된 실들을 직경이 나노미터 수준인 섬유로 뽑아내기 위해 전기력을 사용하는 섬유 생산 방법이다. 전기방사는 전기분사(electrospraying)와 전통적인 건식 실뽑기 모두의 특성을 가지고 있다.Electrospinning is a fiber production method that uses electric force to pull charged threads of a polymer solution or polymer melt into fibers with a diameter of nanometers. Electrospinning has characteristics of both electrospraying and traditional dry thread drawing.

특히, 전기 방사는 정전기장과 전도성 유체 사이의 상호작용을 이용하는 전도성 유체(예컨대, 반-희석 폴리머 용액이나 폴리머 용융액)의 원자화 공정(atomization process)이다.In particular, electrospinning is an atomization process of a conductive fluid (eg, a semi-diluted polymer solution or polymer melt) that utilizes an interaction between an electrostatic field and a conductive fluid.

외부 정전기장이 전도성 유체에 가해지면, 매달린 원뿔형 방울이 형성되며, 여기서 방울의 표면 장력은 전기장과 평형을 이룬다. 정전기 원자화는 정전기장이 유체의 표면 장력을 극복할 만큼 충분히 강해졌을 때 일어난다. 유체 방울은 그 후 불안정해지고 미세한 분출(jet)이 섬유의 형태로 방울 표면으로부터 방출된다. 그것이 접지된 목표에 도달하면, 물질은 미세 섬유들을 포함하는 상호연결된 그물로서 수집될 수 있다.When an external electrostatic field is applied to a conductive fluid, a suspended conical droplet is formed, where the surface tension of the droplet is in equilibrium with the electric field. Electrostatic atomization occurs when an electrostatic field becomes strong enough to overcome the fluid's surface tension. The fluid droplet then becomes unstable and a fine jet is released from the droplet surface in the form of fibers. When it reaches the grounded target, the material can be collected as an interconnected net containing fine fibers.

기본적인 전기방사 장치는 바늘 또는 노즐의 첨두로부터 압출된 폴리머 용액이나 용융액을 반대편의 수집 전극(collecting electrode)으로 안내하는 전기장을 생성한다. 상기 바늘 또는 노즐에 연결된 저장소(reservoir)는 폴리며 용액을 보관한다. 전기장은 바늘 또는 노즐의 첨두와 수집 전극 사이에서 생성된다. 그러한 전기장은 바늘의 첨두로부터의 폴리머 용액을 수집 전극 쪽으로 이끈다. 폴리머 용액은 바늘로부터 전극으로 가는 비행 동안 건조되고, 따라서 폴리머 섬유를 형성한다. 섬유들은 그 후 그들이 필름이나 막을 형성할 수 있는 전극의 하류에서 수집된다.A basic electrospinning device creates an electric field that guides a polymer solution or melt extruded from the tip of a needle or nozzle to an opposite collecting electrode. A reservoir connected to the needle or nozzle is a poly and holds the solution. An electric field is created between the tip of the needle or nozzle and the collecting electrode. Such an electric field directs the polymer solution from the tip of the needle towards the collection electrode. The polymer solution dries during flight from the needle to the electrode, thus forming polymer fibers. The fibers are then collected downstream of the electrode where they can form a film or film.

다양한 폴리머들이 전기방사를 위해 사용될 수 있는데, 예컨대 나일론, 불소 중합체(fluoropolymers), 폴리올레핀(polyolefins), 폴리마이드(polymides), 폴리에스테르(polyesters) 및 다른 공업용 폴리머 또는 직물을 형성하는 폴리머들과 같은 것이다.Various polymers can be used for electrospinning, such as nylon, fluoropolymers, polyolefins, polymides, polyesters, and other industrial polymers or polymers that form fabrics. .

현재, 전기방사 섬유 생산을 증가시키기 위해서는, 라인을 따라 또는 영역에 걸쳐 분배된 복수의 전기화된 노즐들을 포함하는 복수의 분출 시스템(jet system)을 사용하여야 한다고 알려져 있다.Currently, it is known that in order to increase electrospun fiber production, it is necessary to use a plurality of jet systems comprising a plurality of electrified nozzles distributed along a line or over an area.

그러나, 현재 알려진 전기방사 기술로는 여전히 섬유 및 섬유형 제품을 대량 생산하는데 많은 한계가 있으며, 특히 나노섬유 및 나노섬유에 의해 제조되는 제품을 대량 생산하는 경우에 그러하다.However, currently known electrospinning technology still has many limitations in mass-producing fibers and fibrous products, especially in the case of mass-producing nanofibers and products manufactured by nanofibers.

복수의 전기화된 노즐이나 바늘을 가진 전기방사 장치의 경우에, 사실은, 각각의 노즐에서 전기장을 설정 및 유지하기 위해 필요한 제어의 복잡성이 상기 노즐의 숫자와 함께 증가한다.In the case of an electrospinning device with a plurality of electrified nozzles or needles, in fact, the complexity of the control required to set and maintain the electric field at each nozzle increases with the number of said nozzles.

게다가 알려진 기술로는 필름이나 막과 같은, 여러 또는 상이한 기저 물질들을 포함하는 섬유성 제품들을 용이하게 생산할 수가 없는데, 왜냐하면 상이한 물리적 그리고 화학적 성질을 가지는 상이한 폴리머 용액이나 용융액의 전기방사를 복수의 노즐을 통해 하는 것은 매우 복잡하고 따라서 비싸기 때문이다.Furthermore, known techniques cannot readily produce fibrous products containing several or different base materials, such as films or membranes, because they have different physical and chemical properties. Because electrospinning different polymer solutions or melts through multiple nozzles is very complex and therefore expensive.

본 발명의 목적은, 특히 나노섬유와 나노섬유 제품들에 대해, 섬유와 섬유성 제품의 산업적 생산 규모 증대를 가능케 하는 전기방사 장치, 특히 섬유성 물질의 생산을 위한 전기방사 장치 및 전술한 단점들을 해결하는 전기방사 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is, in particular, for nanofibers and nanofiber products, an electrospinning device that enables an increase in the scale of industrial production of fibers and fibrous products, in particular an electrospinning device for the production of fibrous materials, and the aforementioned disadvantages. It is to provide an electrospinning method to solve.

이 목적 하에서, 본 발명의 목적은 기존 기술의 단점들을 개선하는 전기방사 장치와 전기방사 방법을 제공하는 것이다.Under this purpose, it is an object of the present invention to provide an electrospinning device and an electrospinning method that improves the shortcomings of the existing technology.

본 발명의 다른 목적은 폴리머 용액과 용융액의 상이한 화학적 그리고 물리적 성질을 고려하면서, 다양한 종류의 폴리머 용액과 폴리머 용융액의 공정을 가능케 하는 전기방사 장치와 전기방사 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electrospinning apparatus and an electrospinning method that enable processing of various types of polymer solutions and polymer melts, taking into account different chemical and physical properties of polymer solutions and melts.

본 발명의 추가적인 목적은 상이한 종류의 폴리머 용액과 폴리머 용융액으로부터 복수의 섬유들을 동시에 압출하고, 복잡하고 복합적인 섬유성 제품을 형성하는 것을 가능케 하는 전기방사 장치와 전기방사 방법을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide an electrospinning apparatus and an electrospinning method that make it possible to simultaneously extrude a plurality of fibers from different kinds of polymer solutions and polymer melts, and to form complex and complex fibrous products.

본 발명의 추가적인 목적은 사용 중에 신뢰성과 안전성의 폭넓은 보장을 제공하고 용이하게 구현하는 전기방사 장치와 전기방사 방법을 제공하는 것이다.A further object of the present invention is to provide an electrospinning device and an electrospinning method that provides and easily implements a wide guarantee of reliability and safety during use.

본 발명의 더 추가적인 목적은 사용할 때 경제적으로 경쟁력있는 장점을 수반하는 전기방사 장치를 제공하는 것이다.A further object of the present invention is to provide an electrospinning device which, when used, carries economically competitive advantages.

이 목적과 이들 그리고 다른 목표들은 이하에서 더 명백해질 것이며 특히 제1항에 따른 섬유성 물질을 제조하는 전기방사 장치에 의해 달성된다. 게다가 이 목적은 제12항에 따른 전기방사 방법에 의해서도 달성된다.These and these and other objectives will become more apparent in the following and are achieved in particular by means of an electrospinning apparatus for producing fibrous material according to claim 1. Moreover, this object is also achieved by the electrospinning method according to claim 12.

추가적인 특징들은 종속항에서 제공된다.Additional features are provided in the dependent claims.

본 발명에 따르면, 특히 나노섬유와 나노섬유 제품들에 대해, 섬유와 섬유성 제품의 산업적 생산 규모 증대를 가능케 하는 전기방사 장치, 특히 섬유성 물질의 생산을 위한 전기방사 장치 및 전술한 단점들을 해결하는 전기방사 방법이 제공된다.According to the present invention, particularly for nanofibers and nanofiber products, an electrospinning device that enables an increase in the scale of industrial production of fibers and fibrous products, in particular, an electrospinning device for the production of fibrous materials, and the aforementioned disadvantages are solved. An electrospinning method is provided.

본 발명의 추가적인 특징 및 장점들은, 비한정적인 예시로서 도시되는 첨부된 도면을 통해, 선호되지만 배타적이지 않은 전기방사 장치의 실시예의 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전기방사 장치의 일 실시예의 개략적인 전면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 전기방사 장치의 개략적인 저면도이다.Additional features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description of an embodiment of an electrospinning device, which is preferred but not exclusive, through the accompanying drawings, which are shown as non-limiting examples.
1 is a schematic front view of an embodiment of an electrospinning device according to the present invention.
Figure 2 is a schematic bottom view of the electrospinning device of Figure 1 according to the present invention.

상기 도면들을 참조하여, 전기방사 장치는, 일반적으로 참조 번호 (1)로 지칭되는데, 다음을 포함한다:With reference to the above figures, the electrospinning device is generally referred to as reference number (1), which includes:

- 섬유가 형성될 물질을 포함하도록 구성된 적어도 하나의 챔버(chamber)(5)를 포함하는 격실(compartment)(3)로서, 상기 적어도 하나의 챔버는 챔버 전위(chamber potential)로 전기적으로 대전되고;-A compartment (3) comprising at least one chamber (5) configured to contain a material from which fibers are to be formed, said at least one chamber being electrically charged to a chamber potential;

- 적어도 하나의 챔버(5)로부터 상기 섬유들을 수집하도록 구성된 수집기(collector)(7)로서, 상기 수집기(7)는 챔버 전위와 다른 접지 전위(ground potential)로 전기적으로 대전되고, 그리하여 적어도 하나의 챔버(5)와 수집기(7) 사이에서 전기장을 형성한다.-A collector (7) configured to collect the fibers from at least one chamber (5), the collector (7) being electrically charged to a ground potential different from the chamber potential, and thus at least one An electric field is created between the chamber 5 and the collector 7.

본 발명에 따르면, 적어도 하나의 챔버(5)는 상기 물질이 상기 섬유로 압출되어 나오는 복수의 개구부(openings)(90)를 포함하는 형성층(forming layer)(9)을 포함한다.According to the invention, at least one chamber 5 comprises a forming layer 9 comprising a plurality of openings 90 from which the material is extruded into the fibers.

복수의 개구부(90)를 포함하는 형성층(9)은 챔버(5)에 포함된 물질로부터 용이하게 복수의 섬유들을 압출하는 것을 가능케 하며, 따라서 개별적으로 전기적으로 대전되어야 할 필요가 있는 복수의 바늘 또는 노즐을 다루는 단점을 극복할 수 있다.The forming layer 9 comprising a plurality of openings 90 makes it possible to easily extrude a plurality of fibers from the material contained in the chamber 5, and thus a plurality of needles or needles that need to be individually electrically charged The disadvantage of handling the nozzle can be overcome.

유리하게도, 형성층(9)은 전기 전도성 물질로 만들어지고 상기 챔버 전위로 전기적으로 대전된다.Advantageously, the forming layer 9 is made of an electrically conductive material and is electrically charged to the chamber potential.

예컨대, 형성층(9)은 상기 복수의 개구부(90)를 가진 전도성 물질의 그물 또는 그리드(grid)일 수 있다. 전도성 물질의 그물을 사용하는 것은 형성층(9)에 적용된 전압, 따라서 챔버(5)로부터 수집기(7)로 섬유를 방사시키는 정전기장을 정확하게 제어하는 것을 가능케 한다.For example, the forming layer 9 may be a net or grid of a conductive material having the plurality of openings 90. The use of a net of conductive material makes it possible to accurately control the voltage applied to the forming layer 9 and thus the electrostatic field that spins the fibers from the chamber 5 to the collector 7.

유리하게도 형성층(9)은 챔버(5) 바닥에, 전기적으로 방사될 물질 아래에 제공될 수 있다.Advantageously, the forming layer 9 can be provided at the bottom of the chamber 5, under the material to be radiated electrically.

유리하게도 격실(3)은 수집기 위에 수직으로 놓여 있어서, 형성되는 섬유들이 또한 중력에 의해 수집기(7) 상에 떨어질 수 있다.Advantageously, the compartment 3 lies vertically above the collector so that the resulting fibers can also fall on the collector 7 by gravity.

유리하게도 적어도 하나의 챔버(5)는 챔버(5)를 가열 및/또는 냉각하여, 챔버(5)에 포함된 물질이 원하는 온도에 도달하도록 구성되는 가열 및/냉각 수단(11)을 포함한다.Advantageously at least one chamber 5 comprises heating and/or cooling means 11 configured to heat and/or cool the chamber 5 so that the material contained in the chamber 5 reaches a desired temperature.

챔버(5)의 온도조절은 챔버(5)에 포함된 물질의 점성(viscosity)을 정확하게 제어할 수 있도록 해주는데, 유체의 점성이 온도에 매우 의존하기 때문이다.The temperature control of the chamber 5 makes it possible to accurately control the viscosity of the material contained in the chamber 5 because the viscosity of the fluid is highly dependent on temperature.

챔버(5) 내의 용액의 점성과 챔버(5)에 가해지는 전기장은 형성층(9)의 개구부(90)를 면하는 용액의 표면 장력의 극복을 제어하는 2개의 기본적인 매개변수들이다. 그러므로 전기장과 챔버(5)의 온도 모두를 높은 수준으로 제어하는 것은 섬유 전기방사 공정을 매우 미세하게 조율할 수 있도록 해준다.The viscosity of the solution in the chamber 5 and the electric field applied to the chamber 5 are two basic parameters that control overcoming the surface tension of the solution facing the opening 90 of the forming layer 9. Therefore, controlling both the electric field and the temperature of the chamber 5 to a high level makes it possible to very fine tune the fiber electrospinning process.

전기방사 장치(1)는 격실(3)을 섬유의 압출 방향에 대하여 회전시키도록 구성되는 회전 수단(13)을 포함할 수 있어서, 섬유들이 전기방사되는 동안 분산될 수 있고 따라서 수집기(7) 상에 분포될 수 있다.The electrospinning device 1 may comprise rotating means 13 configured to rotate the compartment 3 with respect to the direction of extrusion of the fibers, so that the fibers can be dispersed during the electrospinning and thus on the collector 7 Can be distributed in

선호되는 실시예에 따르면, 격실(3)은 복수의 챔버(5)를 포함한다.According to a preferred embodiment, the compartment 3 comprises a plurality of chambers 5.

각각의 챔버(5)는 전기방사되는 상이한 물질들을 포함할 수 있는데, 복합 섬유성 제품을 형성하기 위함이다.Each chamber 5 may contain different materials that are electrospun to form a composite fibrous product.

전기방사 장치(1)는 유리하게도, 각각의 챔버(5)에 포함된 물질의 전기적 성질에 기초하여, 상이한 챔버 전위에 있는 상기 챔버(5) 각각을 전기적으로 그리고 독립적으로 대전시키도록 구성되는 전압 조절 수단(V)을 포함한다.The electrospinning device 1 advantageously has a voltage configured to electrically and independently charge each of the chambers 5 at different chamber potentials, based on the electrical properties of the material contained in each chamber 5 And adjusting means (V).

유리하게도, 전기방사 장치(1)는 상이한 원하는 온도로 상기 챔버(5) 각각을 독립적으로 가열 및/또는 냉각하도록 구성된 복수의 가열 및/또는 냉각 수단(11)을 포함한다.Advantageously, the electrospinning device 1 comprises a plurality of heating and/or cooling means 11 configured to independently heat and/or cool each of the chambers 5 to different desired temperatures.

그러므로 각 챔버(5)의 전압과 각 챔버(5)의 온도는 다양한 챔버들(5)에 존재할 수 있는 상이한 물질들 각각의 전기방사 공정을 최적화하기 위하여 각 챔버(5)에 포함된 물질의 전기적, 물리적 그리고 화학적 성질들에 기초하여 각각의 챔버(5)에 대하여 독립적으로 조절되고 제어될 수 있다.Therefore, the voltage of each chamber 5 and the temperature of each chamber 5 are different from that of the different materials that may exist in the various chambers 5 to optimize the electrospinning process of each of the materials contained in each chamber 5. , Can be adjusted and controlled independently for each chamber 5 based on physical and chemical properties.

온도-조절 수단(T)은, 각 챔버(5)의 온도를 독립적으로 조절하기 위하여 각 챔버(5)의 냉각/가열 수단(11)을 활성화하고 제어하기 위해 제공될 수 있다.Temperature-regulating means T may be provided for activating and controlling the cooling/heating means 11 of each chamber 5 in order to independently regulate the temperature of each chamber 5.

유리하게도 각 챔버(5)는 비-전도성 물질에 의해 다른 챔버(5)로부터 분리되어, 각 챔버(5)에 가해지는 전기장은 인접한 챔버(5)에 영향을 미치지 않고 독립적으로 조절될 수 있다.Advantageously, each chamber 5 is separated from the other chambers 5 by a non-conductive material, so that the electric field applied to each chamber 5 can be adjusted independently without affecting the adjacent chambers 5.

전압 조절 수단(V)은 챔버(5)와 수집기(7) 사이의 전압을 생성할 수 있는 고전압 생성기를 포함한다.The voltage regulating means V comprises a high voltage generator capable of generating a voltage between the chamber 5 and the collector 7.

고전압은 유리하게도 20 내지 200 kV 사이의 범위에 포함된다.The high voltage is advantageously included in the range between 20 and 200 kV.

유리하게도 챔버(5)와 수집기(7) 사이에 만들어진 전기장은 2 내지 400 kV/m 사이의 범위일 수 있다.Advantageously, the electric field created between the chamber 5 and the collector 7 can range between 2 and 400 kV/m.

기계적 셔터(mechanical shutter)가 섬유가 압출되는 챔버(5) 각각의 아래에 배치될 수 있다.A mechanical shutter can be placed under each of the chambers 5 into which the fibers are extruded.

유리하게도 수집기(7)는, 그 상부에, 형성층(9)의 개구부(90)를 통하여 압출되는 섬유들을 수집하도록 구성되는 액체(19)의 필름을 포함한다. 액체의 온도는 제어될 수 있다.The collector 7 advantageously comprises, on its top, a film of liquid 19 configured to collect fibers extruded through the opening 90 of the forming layer 9. The temperature of the liquid can be controlled.

액체는 예컨대 오일이나 물일 수 있다.The liquid can be, for example, oil or water.

전기방사 장치(1)는 또한 상기 액체(19)의 필름으로부터 액체(19)의 필름 상에 수집되는 섬유들을 제거하도록 구성되는 드래깅 수단(dragging means)(23)을 포함할 수 있다. 드래깅 수단(23)은, 예컨대, 수집기(7) 상에 형성되는 섬유성 물질을 잡을 수 있는 롤(roll)일 수 있다.The electrospinning device 1 may also comprise a dragging means 23 configured to remove fibers collected on the film of liquid 19 from the film of liquid 19. The dragging means 23 may be, for example, a roll capable of holding the fibrous material formed on the collector 7.

전기방사 장치(1)는 액체를 재사용하기 위해 수집기(7) 내의 액체의 필름의 액체를 재순환시키도록 구성된 재순환 수단(25)을 더 포함할 수 있다.The electrospinning device 1 may further comprise a recirculation means 25 configured to recirculate the liquid of the film of liquid in the collector 7 to reuse the liquid.

재순환 수단(25)은 펌프를 포함할 수 있다.The recirculation means 25 may comprise a pump.

액체(19)의 필름은, 수집기(7) 상에 형성된 섬유성 물질의 드래깅 수단(23)에 의한 드래깅을 향상시키기 위하여 압출된 섬유와의 친수성-소수성 상호작용을 가지도록 사용될 수 있다.The film of liquid 19 can be used to have a hydrophilic-hydrophobic interaction with the extruded fibers in order to improve dragging by the dragging means 23 of the fibrous material formed on the collector 7.

대안적으로 수집기(7)는, 그 상부에, 압출된 섬유가 수집 및 포획되도록 구성된 고체 기판을 포함할 수 있다.Alternatively, the collector 7 may comprise, on its top, a solid substrate configured to collect and trap the extruded fibers.

고체 기판은, 예컨대, 아가로스(agarose), 레진(resin), 또는 겔-형태의 물질일 수 있다.The solid substrate may be, for example, agarose, resin, or gel-type material.

고체 기판은 형성될 섬유성 물질의 섬유를 안정화시키기 위하여 포획하는 것이 가능하다. 고체 기판은 그 후 섬유성 제품의 형성이 완료된 후에 제거될 수 있다.It is possible to capture the solid substrate to stabilize the fibers of the fibrous material to be formed. The solid substrate can then be removed after formation of the fibrous article is complete.

유리하게도 수집기(7)의 온도도 제어될 수 있으며, 유리하게는 동일한 온도-조절 수단(T)에 의해 가능하다. 따라서 액체(19)의 필름 또는 고체 기판의 온도도 조절될 수 있다.Advantageously, the temperature of the collector 7 can also be controlled, which is advantageously possible by means of the same temperature-regulating means T. Accordingly, the temperature of the film of the liquid 19 or the solid substrate may be controlled.

전기방사 장치(1)는 수집기(7)에 의해 수집된 섬유들을 가교결합(cross-link)시키도록 구성된 가교결합 수단(21)을 포함할 수 있다.The electrospinning device 1 may comprise crosslinking means 21 configured to cross-link the fibers collected by the collector 7.

가교결합 수단(21)은 UV 광원 또는 다른 방사 광원을 포함할 수 있다.The crosslinking means 21 may comprise a UV light source or other radiation light source.

이에 더하여, 가교결합 수단(21)은 또한, 형성된 후 곧 섬유성 물질을 화학적으로 또는 물리적으로 가교결합시키거나 안정시킴으로써 방금 전기방사된 섬유성 물질의 안정성을 향상시키도록 구성된 가열 수단 또는 용제 도포 수단(solvent spraying means)을 포함할 수 있다.In addition to this, the crosslinking means 21 is also a heating means or solvent applying means configured to improve the stability of the just electrospun fibrous material by chemically or physically crosslinking or stabilizing the fibrous material shortly after being formed. (solvent spraying means) may be included.

따라서 본 발명으로는 불안정한 상태에 있는 섬유를 방사하는 것도 가능하다.Therefore, it is also possible to spun fibers in an unstable state with the present invention.

유리하게도 전기방사 장치(1)는 전기방사될 물질을 챔버(5)로 운반하도록 구성된 배관 시스템(15)을 포함할 수 있다.Advantageously, the electrospinning device 1 can comprise a piping system 15 configured to convey the material to be electrospun into the chamber 5.

유리하게도 격실(3)과 수집기(7) 사이의 거리는 운용자에 의해 조절될 수 있다.Advantageously, the distance between the compartment 3 and the collector 7 can be adjusted by the operator.

본 발명은 또한 전기방사 방법에 관한 것인데, 특히 섬유성 물질의 제조를 위한 방법으로서 다음 단계들을 포함한다:The invention also relates to an electrospinning method, in particular as a method for the production of fibrous materials comprising the following steps:

- 섬유들이 형성될 물질을 격실(3)의 적어도 하나의 챔버(5)에 공급하는 단계;-Supplying the material in which the fibers are to be formed to at least one chamber 5 of the compartment 3;

- 챔버 전위로 적어도 하나의 챔버(5)를 전기적으로 대전시키는 단계;-Electrically charging at least one chamber 5 to a chamber potential;

- 챔버 전위와 상이한 접지 전위로 적어도 하나의 챔버(5)로부터 섬유를 수집하도록 구성된 수집기(7)를 전기적으로 대전시켜, 적어도 하나의 챔버(5)와 수집기 사이의 전기장을 수립하는 단계.-Establishing an electric field between the at least one chamber 5 and the collector by electrically charging a collector 7 configured to collect fibers from at least one chamber 5 with a ground potential different from the chamber potential.

본 발명에 따르면, 그 물질은 적어도 하나의 챔버(5)의 형성층(9)에 존재하는 복수의 개구부(90)를 통해 상기 섬유로 압출된다.According to the invention, the material is extruded into the fibers through a plurality of openings 90 present in the forming layer 9 of at least one chamber 5.

전기방사 방법은 또한, 챔버(5)에 존재할 수 있는 다양하고 상이한 물질들의 전기방사를 최적화하기 위해, 서로 간에 독립적으로, 챔버(5)의 전압과 온도를 제어하는 단계를 포함한다.The electrospinning method also includes controlling the voltage and temperature of the chamber 5 independently of each other, in order to optimize the electrospinning of the various and different materials that may be present in the chamber 5.

실제로 본 발명에 따른 전기방사 장치 및 전기방사 방법은 섬유 및 섬유성 제품의 생산, 특히 나노섬유 및 나노섬유 제품의 생산을 증대시킨다는 의도된 목적 및 목표를 달성한다는 것이 발견되었다.In fact, it has been found that the electrospinning apparatus and electrospinning method according to the present invention achieve the intended purpose and goal of increasing the production of fibers and fibrous products, in particular nanofibers and nanofiber products.

본 발명에 따른 전기방사 방법의 다른 장점은, 그것이 전기방사되는 물질의 전기적, 화학적 그리고 물리적 성질에 기초하여, 전기방사 공정의 매개변수들을 미세 조율하는 것을 가능케 한다는 점이다.Another advantage of the electrospinning method according to the invention is that it makes it possible to fine-tune the parameters of the electrospinning process based on the electrical, chemical and physical properties of the material being electrospun.

본 발명에 따른 전기방사 장치의 다른 장점은, 그것이 상이한 폴리머 용융액 또는 용액을 동시에 전기방사하는 것을 가능케 하여 복합 섬유성 제품을 얻을 수 있게 한다는 것이다.Another advantage of the electrospinning apparatus according to the invention is that it makes it possible to electrospin different polymer melts or solutions simultaneously, thereby obtaining a composite fibrous product.

본 발명에 따른 전기방사 장치의 추가적인 장점은, 그것이 불안정한 폴리머 용융액 또는 용액도 전기방사할 수 있게 해준다는 것이다.A further advantage of the electrospinning device according to the invention is that it allows electrospinning even unstable polymer melts or solutions.

전기방사 장치 및 전기방사 방법은, 따라서 수많은 수정 및 변형이 가능한 것으로 생각되며, 이 모든 것은 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함된다. 게다가, 모든 세부사항들이 다른, 기술적으로 균등한 요소들에 의해 대체될 수 있다. 실제로 사용되고 제공되는 재료는 특정 용도와 호환 가능하고 조건부 치수와 모양은 요구 사항에 따라 달라질 수 있다.It is believed that the electrospinning apparatus and electrospinning method are thus capable of numerous modifications and variations, all of which are included within the scope of the appended claims. Furthermore, all details can be replaced by other, technically equivalent elements. The materials actually used and provided are compatible with the specific application and conditional dimensions and shapes may vary depending on the requirements.

Claims (12)

전기방사 장치(1)로서, 특히 섬유성 물질의 제조를 위한 것이며,
- 섬유가 형성될 물질을 포함하도록 구성된 적어도 하나의 챔버(chamber)(5)를 포함하는 격벽(3)으로서, 상기 적어도 하나의 챔버(5)는 챔버 전위(chamber potential)로 전기적으로 대전(electrically charged)되는, 격벽(compartment)(3);
- 상기 적어도 하나의 챔버(5)로부터 상기 섬유들을 수집하도록 구성된 수집기(7)로서, 상기 수집기(7)는 상기 챔버 전위와 다른 접지 전위(ground potential)로 전기적으로 대전되고, 그럼으로써 상기 적어도 하나의 챔버(5)와 상기 수집기(7) 사이에 전기장을 형성하는, 수집기(7);를 포함하고,
상기 적어도 하나의 챔버(5)는 상기 물질이 통과하여 상기 섬유로 압출되는 복수의 개구부(90)를 포함하는 형성층(forming layer)(9)을 포함하는, 전기방사 장치(1).As an electrospinning device 1, in particular for the production of fibrous materials,
-A partition wall (3) comprising at least one chamber (5) configured to contain a material from which fibers are to be formed, wherein the at least one chamber (5) is electrically charged to a chamber potential. the compartment (3), which is charged);
-A collector (7) configured to collect the fibers from the at least one chamber (5), the collector (7) being electrically charged to a ground potential different from that of the chamber, whereby the at least one And a collector (7), which forms an electric field between the chamber (5) of and the collector (7),
The electrospinning apparatus (1), wherein the at least one chamber (5) comprises a forming layer (9) comprising a plurality of openings (90) through which the material passes and is extruded into the fibers. 제1항에 있어서,
상기 형성층(9)은 전기 전도성 물질로 만들어지고, 상기 형성층(9)은 상기 챔버 전위로 전기적으로 대전되는, 전기방사 장치(1).The method of claim 1,
The forming layer (9) is made of an electrically conductive material, and the forming layer (9) is electrically charged to the chamber potential. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 챔버(5)는 원하는 온도로 상기 챔버(5)를 가열 및/또는 냉각하도록 구성되는 가열 및/또는 냉각 수단(11)을 포함하는, 전기방사 장치(1).The method according to claim 1 or 2,
The electrospinning apparatus (1), wherein the at least one chamber (5) comprises heating and/or cooling means (11) configured to heat and/or cool the chamber (5) to a desired temperature. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기방사 장치(1)는 상기 섬유의 압출 방향에 대하여 상기 격벽(3)을 회전시키도록 구성되는 회전 수단(13)을 포함하는, 전기방사 장치(1).The method according to any one of the preceding claims,
The electrospinning device (1) comprises rotating means (13) configured to rotate the partition wall (3) with respect to the direction of extrusion of the fibers. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 격벽(3)은 복수의 상기 챔버(5)를 포함하는, 전기방사 장치(1).The method according to any one of the preceding claims,
The electrospinning device (1), wherein the partition wall (3) comprises a plurality of the chambers (5). 제5항에 있어서,
상기 전기방사 장치(1)는 원하는 상이한 챔버 전위로 상기 챔버들(5) 각각을 독립적으로 전기적으로 대전시키도록 구성된 전압 조절 수단(V)을 포함하는, 전기방사 장치(1).The method of claim 5,
The electrospinning device (1) comprises voltage regulating means (V) configured to independently electrically charge each of the chambers (5) with different desired chamber potentials. 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 전기방사 장치(1)는 상이한 원하는 온도로 상기 챔버들(5) 각각을 독립적으로 가열 및/또는 냉각시키도록 구성된 복수의 가열 및/또는 냉각 수단(11)을 포함하는, 전기방사 장치(1).The method according to claim 5 or 6,
The electrospinning device (1) comprises a plurality of heating and/or cooling means (11) configured to independently heat and/or cool each of the chambers (5) to different desired temperatures. ). 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수집기(7)는 상기 형성층(9)의 상기 개구부를 통해 압출된 상기 섬유를 수집하도록 구성된 액체(19)의 필름을 포함하는, 전기방사 장치(1).The method according to any one of the preceding claims,
The collector (7) comprises a film of liquid (19) configured to collect the fibers extruded through the opening of the forming layer (9). 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수집기(7)는 상기 형성층(9)의 상기 개구부를 통해 압출된 상기 섬유를 수집하고 포획하도록 구성된 고체 기판을 포함하는, 전기방사 장치(1).The method according to any one of the preceding claims,
The collector (7) comprises a solid substrate configured to collect and capture the fibers extruded through the opening of the forming layer (9). 제8항에 있어서,
상기 전기방사 장치(1)는 상기 액체(19)로부터 상기 액체(19)의 필름 상에 수집된 상기 섬유를 제거하도록 구성되는 드래깅 수단(dragging means)(23)을 포함하고, 상기 전기방사 장치(1)는 상기 수집기(7) 내의 상기 액체(19)의 필름의 액체를 재순환시키도록 구성된 재순환 수단(25)을 더 포함하는, 전기방사 장치(1).The method of claim 8,
The electrospinning device (1) comprises dragging means (23) configured to remove the fibers collected on the film of the liquid (19) from the liquid (19), the electrospinning device ( 1) further comprising recycling means (25) configured to recirculate the liquid of the film of the liquid (19) in the collector (7). 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기방사 장치(1)는 상기 수집기(7)에 의해 수집된 상기 섬유를 가교결합(cross-link)시키도록 구성된 가교결합 수단(21)을 포함하는, 전기방사 장치(1).The method according to any one of the preceding claims,
The electrospinning device (1) comprises crosslinking means (21) configured to cross-link the fibers collected by the collector (7). 전기방사 방법으로서, 특히 섬유성 물질의 제조를 위한 것이며,
- 격벽(3)의 적어도 하나의 챔버(5)에 섬유가 형성될 물질을 공급하는 단계;
- 챔버 전위로 상기 적어도 하나의 챔버(5)를 전기적으로 대전시키는 단계;
- 상기 챔버 전위와 다른 접지 전위로 상기 적어도 하나의 챔버(5)로부터 상기 섬유를 수집하도록 구성된 수집기(7)를 전기적으로 대전시키고, 그럼으로서 상기 적어도 하나의 챔버(5)와 상기 수집기(7) 사이의 전기장을 형성하는 단계;
를 포함하고, 상기 물질은 상기 적어도 하나의 챔버(5)의 형성층(9)에 존재하는 복수의 개구부(90)를 통해 상기 섬유로 압출되는, 전기방사 방법.
As an electrospinning method, in particular for the production of fibrous materials,
-Supplying a material in which fibers are to be formed into at least one chamber 5 of the partition wall 3;
-Electrically charging said at least one chamber (5) with a chamber potential;
-Electrically charging a collector (7) configured to collect the fibers from the at least one chamber (5) with a ground potential different from the chamber potential, whereby the at least one chamber (5) and the collector (7) Forming an electric field between;
Wherein the material is extruded into the fibers through a plurality of openings (90) present in the forming layer (9) of the at least one chamber (5).
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