전기방사에 의해 셀룰로오스 아세테이트 약 800 nm 지름 극세 섬유를 농도, 전압, 방사거리 변화에 따라 제조하였다. 아세톤 용매를 이용해 7.5 wt%~15.0 wt% 셀룰로오스 고분자용액을 만든 후 다양한 조건에서 전기방사를 실시하였다. 농도별 셀룰로오스 고분자용액은 인가전압, 토출 유속, 그리고 팁과 집적판 사이의 거리의 변화와 함께 적용되었다. 섬유 직경은 전기방사 시 고분자용액의 점도에 의존하였다. 섬유의 직경은 점도에 의존하며, 12.0 cp 이하의 고분자용액에서는 형성되지 못하였다. 셀룰로오스 고분자용액의 농도가 12.5 wt%, 인가전압 12 kV, 토출 유속 $100{\mu}L/min$ 그리고 팁과 집적판의 거리 가 7.5 cm에서 단섬유의 직경이 800 nm의 극세 섬유를 제조할 수 있다.
$TiO_2$는 반도성을 나타내는 산화물로 가스센서, 태양전지 및 광촉매 등에 주로 쓰인다. 전기방사는 간단하고 낮은 가격의 공정으로 첨가물을 이용하여 구조적, 전기적, 광학적 특성을 변화시킨 나노섬유를 합성하는데 주로 쓰인다. 전기방사에 의해 합성된 나노섬유는 화학 센서, 염료 감응형 태양전지 및 광촉매 등에 많이 응용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 전기방사법을 이용하여 순수 $TiO_2$ 나노섬유 및 Ga이 첨가된 $TiO_2$ 나노섬유를 제작하였다. $TiO_2$ 용액은 TIP(Titanium isopropoxide), PVP(Poly vinyl pyrrolidone), Ethanol 및 Acetic acid를 전구체로 사용하였으며, 첨가물의 전구체는 갈륨질산염수화물을 사용하였으며 전기방사법을 이용하여 나노섬유를 제조하였다. 이 나노섬유를 공기중에서 $800^{\circ}C$로 열처리하였다. 순수 $TiO_2$ 나노섬유 및 Ga이 첨가된 $TiO_2$ 나노섬유는결정구조, 미세구조 및 특성의 변화에 대하여 알아보고자 XRD, SEM, TEM, EDX, XPS 그리고 Raman 등의 측정 및 분석을 실시하였다.
전기방사에 의해 제조되는 나노 파이버웹은 섬유가 매우 가늘고, 기공이 미세하며 비표면적이 매우 커서 필터 및 전극재료에 적합한 산업용 소재이다. 나노 웹의 구조는 방사 용액의 농도, 방사 온도, 압력, 전압등 여러 변수들에 의해 영향을 받으며, 이 변수들의 구조에 미치는 영향들이 이론적, 실험적으로 많이 연구, 보고되어 있다 [1]. 그러나, 공정의 분석 및 제어에 대한 연구는 매우 드물며, 특히 대량 생산하에서의 품질 관리 시스템에 대한 연구는 전무한 실정이다. (중략)
Polymeric fibers with nanometer-scale diameters are produced by electrospinning. When the electrical forces at the surface of a polymer solution or melt overcome the surface tension then electrospinning occurs. Polyethylene oxide (PEO), Polycarbonate have been electrospun in our laboratory. Electrospun fibers are observed by optical microscopy or scanning electron microscopy. The average diameters of the electrospun fibers range from 300 nm to 30 nm when the electric field strength increasing from 1 kV/cm to 3 kV/cm. The average diameters of the electrospun fibers range from 200 nm to 30 nm when the concentration decreasing from 10 wt% to 4 wt%.
실크 피브로인은 천연 고분자 물질 중 하나로 Bombyx mori와 Antheraea perni 등이 있으며 생체적 합성을 가지고 있어 효소고정화를 위한 매트릭스나 세포배양용 지지체와 같은 의료용 분야에서 활발히 연구되고 있다. 또한 키토산은 키틴이 50% 이상 탈아세틸화된 것으로 갑각류, 곤충류, 균류 등에 존재하며 창상피복재, 인조 피부 등의 의료 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 본 실험에서는 실크 피브로인에 단독으로는 전기방사가 되지 않는 키토산을 다양한 비율로 블렌드하여 키토산이 실크 피브로인의 전기방사된 섬유의 형태에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. (중략)
나노섬유는 마이크로 섬유에 비해 $10^3$배 정도의 넓은 표면적을 가지며, 다른 섬유와 비교하여 유연성, 투습성과 같은 특성이 우수하다. 나노섬유의 제조방법은 여러 가지가 있으나, 상용화의 가능성, 적용 고분자의 다양성, 제조공정의 단순성, 다양한 제품기술에의 응용성 등을 고려하여 선택하여야 한다. 나노섬유의 제조기술은 방법에 따라 전기방사, 복합방사, 멜트블로운 공정, 에어레이드 공정, 습식 공정 등으로 나눌 수 있다. 전기방사 등 나노섬유를 대량생산하여 상용화하려는 노력을 지속적으로 하고 있으나 나노섬유의 염색가공에 관련되어 기술적 한계로 제품전개에 많은 어려움을 겪고 있다. 그리하여 본 연구에서는 나노섬유 단독으로 제품화하기에는 강도 등의 문제로 PET에 워터펀칭한 복합소재로 개발하여 900nm 이하의 나노섬유에 대한 최적의 날염조건과 현장적용 생산기술을 개발하고자 하였다. 나노섬유 복합소재에 대하여 Brown, Red, Blue, Black 색상의 안료와 Urethane, Rubber, Acrylic, Eco Binder를 사용하여 날염 실험하였으며, 최적의 조건으로 현장생산에 적용하여 생산하였다. 안료의 고착성을 높여 날염성과 염색견뢰도를 증진시키기 위하여 원적외선 열처리기를 개발하여 현장생산에 접목시켰다. 원적외선 열처리기는 벙커C유 또는 가스 등을 사용하는 텐터나 증열기와는 다르게 전기를 에너지원으로 하여 원적외선 램프를 이용한 건열시스템의 형태로 저공해 및 그린 형태의 열처리기 시스템으로, 섬유에 대한 원적외선의 조사거리, 원적외선 램프의 간격, 적용 온도, 원단이송 속도 등에 따른 최적의 원적외선 열처리기 날염조건을 설정하였다. 바인더에 따른 날염성은 우레탄계 바인더를 사용하였을 경우에 가장 선명하고 깊은 색상을 보였으며, 아크릴계 바인더의 경우가 가장 낮은 색상을 보였으며 염색견뢰도는 대체적으로 양호한 결과를 얻었다. 그리고, 최근 환경적인 추세에 맞추어 에코 바인더를 사용하여 날염한 결과 염색성과 내구성 등은 우레탄계와 아크릴계 바인더의 중간 정도의 결과를 보였다.
폴리비닐피로디온을 서로 다른 끓는점, 유전상수, 쌍극자모멘트를 갖는 다양한 용매(메탄올, 에탄올, 2-프로판올, 부탄올, 아세톤, 메틸렌클로라이드 및 DMF)에 용해시켜 전기방사를 시도하여 섬유의 특성을 연구하였다. 전기 방사된 폴리비닐피로디온은 방사용액의 점도, 전기전도도 및 표면장력에 영향을 받는다. 점도가 $0.114kg/m{\cdot}s$ 이상, 전기전도도는 1.02 mS/m 이상, 표면장력은 30.0 mN/m 이하에서 섬유가 형성되었다. 에탄올 용매계에서 폴리비닐피로디온의 평균직경은 인가전압이 10 kV에서 20 kV 증가시킴에 따라 1710에서 5454 nm까지 증가하였다.
지방족 폴리에스터계 고분자인 폴리락타이드 (polylactide, PLA), 폴리글리콜라이드 (polyglycolide, PGA) 및 이들의 공중합체인 락타이드-글라이콜라이드 공중합체 (PLGA)는 생체 친화성이고 생분해성이며 물리적 강도가 우수하고 쉽게 성형할 수 있다. 그리고, 전기방사는 수 마이크로에서 수십 나노크기의 지름을 가지는 초극세 섬유인 나노섬유의 제조 기술로서 기존의 섬유 방사방식과는 근본적으로 다른 새로운 방사기술로 산업적인 융용 가능성이 무한한 미래지향적 기술로 최근 주목을 받고 있다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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