Spinnable pitch for melt-electrospinning was obtained from pyrolized fuel oil by electron beam (E-beam) radiation treatment. The modified pitch was characterized by measuring its elemental composition, softening point, viscosity, molecular weight, and spinnability. The softening point and viscosity properties of the modified pitch were influenced by reforming types (heat or E-beam radiation treatment) and the use of a catalyst. The softening point and molecular weight were increased in proportion to absorbed doses of E-beam radiation and added $AlCl_3$ due to the formation of pitch by free radical polymerization. The range of the molecular weight distribution of the modified pitch becomes narrow with better spinning owing to the generated aromatic compounds with similar molecular weight. The diameter of melt-electrospun pitch fibers under applied power of 20 kV decreased 53% ($4.7{\pm}0.9{\mu}m$) compared to that of melt-spun pitch fibers ($10.2{\pm}2.8{\mu}m$). It is found that E-beam treatment for reforming could be a promising method in terms of time-savings and cost-effectiveness, and the melt-electrospinning method is suitable for the preparation of thinner fibers than those obtained with the conventional melt-spinning method.
용융전기방사법은 유기용매를 사용하지 않아 용액전기방사법에 비하여 친환경 기술로 관심을 받고 있다. 그러나 용융전기방사법으로 제작된 섬유의 직경은 수 마이크론에서 수십 마이크론에 이르고 있어 그 응용성에 제한을 받고 있다. 본 연구에서는 자체 제작한 용융전기방사 장비를 사용하여 용융점도에 따른 방사섬유의 직경의 변화를 체계적으로 연구하였다. 장비가 허용하는 온도 범위에서 방사 가능한 용융점도를 갖도록 저밀도 폴리에틸렌에 폴리에틸렌모노알콜과 폴리에틸렌 왁스를 혼합하여 실험에 사용하였다. 이 고분자 혼합물들을 사용하여 용융점도의 변화에 따라 수 마이크론에서 수십 마이크론까지의 크기를 가진 고른 표면의 섬유를 제조할 수 있었다. 또한 산화된 폴리에틸렌 왁스를 혼합물에 사용하여 고분자의 극성에 따른 직경의 변화를 관찰하였다. 부가적으로 인가 전압과 방사 거리 등이 방사섬유의 직경에 미치는 영향을 조사하였다.
본 연구에서는 납사 크래킹 잔사유로부터 용융전기방사용 핏치가 열처리 개질 방법에 의하여 제조되었다. 개질된 핏치의 연화점과 물성은 질소유량, 열처리 온도 및 반응시간 같은 개질 조건에 따라 영향을 받았다. 이중에서 열처리온도가 핏치의 분자량 분포 및 연화점에 큰 영향력을 미쳤다. 열처리 온도가 증가함에 따라서 표면 작용기들의 분해와 고리화 반응으로 C/H 몰비와 평균분자량이 증가하였다. 또한, 벤젠 불용분(BI)과 퀴놀린 불용분(QI)값이 감소되었고, 분자량 분포의 폭이 더 좁아지는 것으로 보여주었다. 연화점이 $155^{\circ}C$인 개질 핏치로부터 용융전기방사법을 이용하여 $4.8{\mu}m$의 직경을 갖는 탄소섬유를 얻을 수 있었다. 용융전기방사법이 저섬경화 섬유를 제조하는데 기존의 용융방사법보다 더 용이할 것으로 여겨진다.
극세사를 제조하는 방식은 복합방사 방식 외에 고온, 고속의 공기를 이용하여 연신된 초세화 섬유를 fiber web으로 제조하는 melt-blown방식과 전기방사(electrospinning)등이 있다. 전기방사에 의한 방식은 용액방사와 용융방사에 의한 방식이 가능하여 적용 고분자의 종류가 보다 다양할 뿐 아니라 공정자체가 semi-static하여 연속 필라멘트의 제조가 가능하며 전기장에 의하여 섬유가 분리됨으로, 사용 고분자에 따라 영구대전이 가능할 뿐 더러 melt-blown 방식에 의한 fiber web보다 개섬성이 우수하며, 수집된 fiber web의 random화가 용이하고, 방사 후 섬유간의 협착을 방지 할 수 있는 등 많은 장점을 갖고 있다. (중략)
Modeling and experiments of three electrospinning systems have been presented and they are i) axisymmetric instabilities in electrospinning of various polymeric solutions, ii) non-isothermal modeling of polymer melt electrospinning, and iii) control of nanoparticle distribution and location via confined self-assembly of block copolymers during electrospinning. It has been demonstrated that predicted simulations are in good agreement with corresponding electro spinning experiments, and theoretical analysis provides fundamental understanding of phenomena that take place during electrospinning of various polymeric liquids.
The fiber formation of conventional melt spinning is extruded by forcing the polymer melt through a spinneret by pumping mechanism usually involving high pressure. This is followed by cooling, solidification and appropriate drawing of the fiber. The spinning process is broadly applicable to polyolefin, polyamide, polyester and indeed the whole range of fibers forming thermoplastic polymers. (omitted)
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%.
Polymeric fibers with nanometer-scale diameters are produced by electrospinning method. When the electrical forces at the surface of a polymer solution or melt overcome the surface tension, then electrospinning occurs and nanofibers are made. Polyethylene oxide(PEO) have been electrospun in our laboratory Electrospun PEO fibers are observed by scanning electron microscopy or transmission electron microscopy In thl:; study. the average diameter of the electrospun fibers decreases with decreasing PEO concentration and increasing electric field strength. The optimal conditions for producing uniform PEO 100nm fibers are the 10wt% PEO concentration at a voltage 25 to 30kV and a distance of 10cm from tip to collector.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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