KR101155953B1 - 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법에 관한 것으로서, 적어도 카본나노 구조물의 분산액과 섬유를 혼합하여 혼합 분산액을 제작하는 제 1 공정과, 상기 혼합 분산액을 이용하여 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 제작하는 제 2 공정과, 상기 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 가열하여 상기 섬유를 탄화 또는 제거함으로써 상기 카본나노 구조물을 주체로 하여 이루어진 시트형상 카본나노 구조물을 제작하는 제 3 공정을 이 순서로 포함하며, 도전성이 높고, 고온 환경하에서 사용하는 것이 가능한 시트형상 카본나노 구조물을 제조하는 것이 가능한 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법{Method for manufacturing a sheet-shaped carbon nano structure}

본 발명은 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 나노테크놀로지 분야에서는 도전성이나 인장 강도 특성, 유연성, 열전도성, 내열성 등이 우수한 카본나노 구조물의 연구가 진행되고 있다. 이 카본나노 구조물은 대표적으로는 카본나노튜브로서 알려져 있다.

또한, 이 카본나노 구조물은 상기와 같은 우수한 성질을 갖고 있으므로 이것을 응용하여 카본나노 구조물을 함유한 종이나 시트 형상물을 구성하고, 도전 재료나 전자파 실드 재료, 전자파 흡수 재료, 마이크로파 흡수 발열 재료, 전극, 초미세 필터, 면상(面狀) 발열 재료, 촉매 담체 재료, 연료전지 재료, 이차전지 재료, 전기 자동차 등에 사용하는 것이 검토되고 있다.

종래, 이와 같은 카본나노 구조물을 함유하는 시트형상물의 제조 방법으로서 쇠그물(wire cloth)을 이용한 습식 초지법이나 카본나노 구조물의 분산액을 이용한 함침법이 제안되어 있다 (예를 들면, 특허문헌 1참조). 습식 초지법이란, 카본나노 구조물의 분산액과 섬유를 혼합하여 혼합 분산액을 제작한 후, 쇠그물을 이용하여 이 혼합 분산액을 습식 초지(抄紙)하여 카본나노 구조물 함유 시트를 얻는 것이다. 또한, 함침법이란, 카본나노 구조물을 포함하지 않는 섬유 혼합체에 카본나노 구조물의 분산액을 함침시켜 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 얻는 것이다.

종래의 습식 초지법이나 함침법에 의한 카본나노 구조물 함유 섬유 시트의 제조 방법에 의하면, 카본나노 구조물이 비교적 균일하게 분산된 상태로 섬유 표면에 부착된 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 제조할 수 있다.

국제공개 제ＷＯ2009/054415호

그러나, 종래의 카본나노 구조물 함유 섬유 시트의 제조 방법에 의해 제조되는 카본나노 구조물 함유 섬유 시트는 카본나노 구조물 이외에 다량의 섬유를 포함하고 있으므로 도전성을 높게 하는 것이 곤란하고, 또 고온 환경하에서 사용하는 것이 곤란한 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 도전성이 높고, 고온 환경하에서 사용하는 것이 가능한 시트형상 카본나노 구조물을 제조하는 것이 가능한 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 노력을 거듭한 결과, 카본나노 구조물의 분산액과 섬유를 혼합한 혼합 분산액을 이용하여 제작한 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 가열하고, 섬유를 탄화 또는 제거하는 방법을 채용함으로써 도전성이 높고, 또한 고온 환경하에서 사용하는 것이 가능한 시트형상 카본나노 구조물이 제조 가능한 것을 발견하여 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

[1] 본 발명의 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법은 적어도 카본나노 구조물의 분산액과 섬유를 혼합하여 혼합 분산액을 제작하는 제 1 공정과, 상기 혼합 분산액을 이용하여 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 제작하는 제 2 공정과, 상기 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 가열하여 상기 섬유를 탄화 또는 제거함으로써 상기 카본나노 구조물을 주체로 하여 이루어진 시트형상 카본나노 구조물을 제작하는 제 3 공정을 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 때문에 본 발명의 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법에 의하면, 제작된 카본나노 구조물 함유 섬유 시트중의 섬유를 탄화 또는 제거하여, 카본나노 구조물을 주체로 하여 이루어진 시트형상 카본나노 구조물을 제조하므로 도전성이 높고, 고온 환경하에서 사용 가능한 시트형상 카본나노 구조물의 제조를 가능하게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법에 의하면, 적어도 카본나노 구조물의 분산액과 섬유를 혼합한 혼합 분산액을 이용한 제작한 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 기초로 시트형상 카본나노 구조물을 제조하므로 카본나노 구조물이 응집된 상태로 존재할 우려가 적고, 카본나노 구조물의 도전성 등의 특성을 살린 시트형상 카본나노 구조물을 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법에 있어서, 「카본나노 구조물」이란, 거의 탄소 원소만으로 구성된 나노미터 오더의 구조체를 말하며, 그라파이트 구조를 가진 시트인 그라펜시트, 1개의 그라펜시트가 통형상이 된 단층 카본나노 튜브, 2개 이상의 그라펜시트가 통형상으로 층을 이루고 있는 다층 카본나노 튜브, 나노미터 사이즈의 직경을 가진 카본 섬유가 직경 1000nm 이내로 나선 형상이 된 카본나노코일, 카본나노화이바, 카보나노혼, 카본나노캡슐 등을 바람직하게 예시할 수 있다 (이하, 본 명세서에서 「CNT」 용어는 이들 카본나노 구조물을 포함하는 총칭으로 이용하고 있다).

또한, 「시트형상 카본나노 구조물」이란, 카본나노 구조물이 주체가 되어 구성된 시트형상물을 말한다.

또한, 「카본나노 구조물 함유 섬유 시트」란, 섬유가 주체가 되어 구성되고, 카본나노 구조물이 분산되어 있는 시트형상물을 말한다. 이 「카본나노 구조물 함유 섬유 시트」는 습윤 상태의 것 및 건조 상태의 것을 모두 포함한다.

[2] 본 발명의 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법에 있어서, 상기 섬유는 셀룰로스 섬유이고, 또한 상기 혼합 분산액은 수계의 혼합 분산액인 것이 바람직하다.

이와 같은 방법으로 하는 것에 의해 카본나노 구조물이 균일하게 섬유 표면에 균일하게 부착된 구조의 카본나노 구조물 함유 시트를 제작하는 것이 가능해지고, 카본나노 구조물이 균일하게 분산된 시트형상 카본나노 구조물을 제조하는 것이 가능해진다. 셀룰로스 섬유는 카르복실기나 수산기 등의 친수기를 가지므로 물에 잘 분산되기 때문이다.

[3] 본 발명의 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법에 있어서, 상기 혼합 분산액을 그물형상 부재에 분사함으로써 상기 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 연속적으로 제작하는 것이 바람직하다.

이와 같은 방법으로 하는 것에 의해 혼합 분산액 중 일부의 용매를 통과시키면서 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 그물형상 부재상에 제작할 수 있으므로 용매 함유량이 낮은 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 제작하는 것이 가능해지고, 이후의 가열 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

[4] 본 발명의 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법에 있어서, 상기 혼합 분산액을 기재상에 코팅함으로써 상기 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 연속적으로 제작하는 것이 바람직하다.

이와 같은 방법으로 하는 것에 의해 혼합 분산액을 낭비하지 않고 효율적으로 시트형상 카본나노 구조물을 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 기재상에 코팅함으로써 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 제작하므로 얻어지는 시트형상 카본나노 구조물 의 두께의 관리를 용이하게 하는 것이 가능해진다.

[5] 본 발명의 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법에 있어서, 상기 혼합 분산액을 기재상에 실형상으로 늘어지게 하면서 수하(垂下) 위치를 상기 기재면을 따라서 주사함으로써 상기 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 연속적으로 제작하는 것이 바람직하다.

이와 같은 방법으로 하는 것에 의해 부직포 형상의 시트형상 카본나노 구조물을 높은 생산 효율로 제조하는 것이 가능해진다.

[6] 본 발명의 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법에 있어서, 상기 제 1 공정에서는 적어도 카본나노 구조물의 분산액과 섬유와 증점제를 혼합하여 혼합 분산액을 제작하는 것이 바람직하다.

이와 같은 방법으로 하는 것에 의해 카본나노 구조물 섬유 시트를 제작하는 것이 용이해지고, 나아가서는 시트형상 카본나노 구조물을 높은 생산 효율로 제조하는 것이 가능해진다.

증점제로서는 카르복시메틸셀룰로스, 알긴산소다, 메틸셀룰로스, 히드록시메틸셀룰로스, 카제인, 폴리아크릴산소다, 스틸렌-무수 말레인산 공중합체 등의 수용성고분자, 규산염 등의 무기중합체 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.

[7] 본 발명의 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법에 있어서, 상기 제 1 공정에서는 적어도 카본나노 구조물의 분산액과 섬유의 분산액을 혼합하여 혼합 분산액을 제작하는 것이 바람직하다.

이와 같은 방법으로 하는 것에 의해 카본나노 구조물과 섬유가 양호하게 분산되고, 카본나노 구조물이 응집된 상태로 존재할 우려가 더 적은 혼합 분산액을 제작하는 것이 가능해진다.

본 발명은 도전성이 높고, 고온 환경하에서 사용하는 것이 가능한 시트형상 카본나노 구조물을 제조하는 것이 가능한 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법을 제공한다.

도 1은 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 제 2 공정 및 제 3 공정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 제 2 공정의 다른 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 제 2 공정 및 제 3 공정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8은 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 제 2 공정 및 제 3 공정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 10은 변형예 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 11은 변형예 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법에 대해, 도면에 도시한 실시형태에 기초하여 설명한다.

[실시형태 1]

도 1은 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 2는 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 제 2 공정 및 제 3 공정을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 3의 (a)는 제 2 공정을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 3의 (b)는 제 3 공정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 4는 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 제 2 공정의 다른 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 적어도 CNT 분산액과 섬유를 혼합하여 혼합 분산액(1A)을 제작하는 제 1 공정(혼합 분산액 제작 공정)과, 혼합 분산액(1A)을 이용하여 CNT 함유 섬유 시트(5A)를 제작하는 제 2 공정(CNT 함유 섬유 시트 제작 공정)과, CNT 함유 섬유 시트(5A)를 가열하여 섬유를 탄화 또는 제거함으로써 CNT를 주체로 하여 이루어진 시트형상 CNT(7A)를 제작하는 제 3 공정(가열 처리 공정)을 이 순서로 포함한다. 이하, 제조 공정에 따라서 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 상세히 설명한다.

(1) 제 1 공정(혼합 분산액 제작 공정)

제 1 공정은 CNT가 분산되어 존재하도록 제작된 CNT 분산액과 섬유를 혼합하여 이들 혼합 분산액(1A)을 제작하는 혼합 분산액 제작 공정이다. 이 공정에서는 예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 탱크(11) 내에 CNT 분산액, 섬유 등을 투입하고, 혼합 장치 (13)에 의해 이것들을 혼합하여 혼합 분산액(1A)을 제작한다.

CNT 분산액의 제작 방법은 특별히 한정되지 않고, 국제공개 제ＷＯ2009/054415호, 국제공개 제ＷＯ2008/069150호 등에 예시된 방법을 적합하게 채용할 수 있다. 일례를 들면, CNT의 분산을 돕는 계면활성제를 사용하여 초음파 처리 등에 의해 분산하는 방법이나, 유기용제를 사용하여 초음파 처리 등에 의해 분산하는 방법, 동일한 극성을 가진 분자끼리의 척력(斥力)을 이용하여 분산하는 방법, CNT에 자성체를 부착시켜 분산하는 방법, CNT의 표면을 수식하여 분산하는 방법 등을 단독으로 또는 조합하여 실시하여 CNT가 응집하지 않고 균일하게 분산되어 존재하는 CNT 분산액을 제작할 수 있다.

이용되는 CNT는 특별히 한정되지 않는다. CNT의 예로서는, 그라펜시트, 단층 카본나노튜브, 다층 카본나노튜브, 카본나노코일, 카본나노화이바, 카본나노혼, 카본나노캡슐 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 또한, CNT의 제조 방법에 대해서도 CVD법, 아크 방전법 등 어느 방법이라도 관계없다.

CNT 분산액에 대해 혼합하는 섬유는, 중간체로서 제작되는 CNT 함유 섬유 시트(5A)의 주체가 되는 재료이고, 실시형태 1에서는 셀룰로스 섬유를 이용한다. 셀룰로스 섬유로서는 예를 들면, 목재 펄프 섬유나 비목재 펄프 섬유, 셀룰로스 섬유를 처리하여 얻어지는 마이크로피브릴 섬유, 바이오셀룰로스 섬유 등을 단독으로 또는 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 단, 제 3 공정에서 시트형상 CNT(7A)를 효율적으로 제작하기 위해서는 탄화 또는 소각되는 온도가 CNT의 내열 온도 보다도 낮은 섬유를 사용하는 것이 중요하다.

섬유는 건조 상태의 섬유를 CNT 분산액에 직접 투입하는 것이 아니라 미리 섬유의 분산액(이하, 「섬유 분산액」이라고 함)을 제작하고 나서 CNT 분산액과 혼합하고 있다. 이와 같이 혼합 분산액(1A)을 제작함으로써 섬유가 응집되는 것을 방지할 수 있다.

CNT 분산액으로서는 계면활성제를 함유하는 CNT 분산액을 이용하고, 섬유 분산액으로서는 CNT 정착액을 함유하는 섬유 분산액을 이용한다. 계면활성제 (음이온성 계면활성제)와 정착액(양이온성 정착제)은 반대의 극성을 갖는다. 그리고, CNT 분산액과 섬유 분산액을 혼합하기 전에 섬유에 CNT 정착액을 흡착시키고 있다.

혼합 분산액(1A)에는 이외에도 무기계 또는 유기계 접착제나 증강제, 증점제 등의 첨가물을 적절히 혼합할 수 있다. 제조하는 시트형상 CNT(7A)의 용도에 따라서 혼합하는 재료나 그 종류, 혼합 비율 등을 결정하는 것이 바람직하다. 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법은 그물형상 부재(19)에 혼합 분산액(1A)을 분사하는 제 2 공정을 포함하므로, 분사 장치에 의해 혼합 분산액(1A)을 분사할 수 있도록 점도나 밀도 등을 조정하는 것이 중요하다.

혼합 분산액(1A)은 유기계 분산액 또는 수계 분산액 중 어느 것이라도 좋지만, 그 중에서 적어도 CNT 분산액이나 셀룰로스 섬유를 물이나 물 및 알코올의 혼합 용매 등의 용매중에 분산시킨 수계 분산액으로 하는 것이 바람직하다. 수계분산액이라면 혼합 분산액(1A) 중의 CNT나 셀룰로스 섬유가 균일하게 분산되기 쉬워진다.

또한, 혼합 분산액(1A)의 제작에 이용하는 혼합 장치(13)는 특별히 한정되지 않고, 공지된 믹서중에서 적절히 최적인 것을 선택할 수 있다.

(2) 제 2 공정(CNT 함유 섬유 시트 제작 공정)

제 2 공정은 혼합 분산액(1A)을 이용하여 CNT 함유 섬유 시트(5A)를 제작하는 CNT 함유 섬유 시트 제작 공정이다. 구체적으로는 혼합 분산액(1A)을 그물형상 부재(19)에 분사하여 섬유를 주체로 하여 이루어진 CNT 함유 섬유 시트(5A)를 연속적으로 제작한다.

제 2 공정은 이하와 같이 실시한다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 엔드리스 벨트형상의 그물형상 부재(19)를 이송 롤러(23, 25)에 의해 한쪽 방향으로 회전시킨다. 이 상태에서 도 2 및 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 펌프(15)에 의해 탱크(11) 내의 혼합 분산액(1A)을 분사 노즐(17)을 향해 압송(壓送)하고, 혼합 분산액(1A)의 압력이 분사 노즐(17)의 개방 밸브압을 초과했을 때, 또는 분사 노즐(17)의 개방 밸브 조작을 하여 보내지는 그물형상 부재(19)를 향해 분사 노즐(17)로부터 혼합 분산액(1A)이 분사된다. 분사 노즐(17) 자체가 가압 기구를 갖고 있어도 좋고, 이 경우에는 분사 노즐(17)의 가압 기구의 동작에 의해 혼합 분산액(1A)의 분사 동작을 제어한다.

도 3의 (a)에 도시한 예에서는 펌프(15)에 의해 압송되는 혼합 분산액(1A)이 2 계통으로 분배되고, 2개의 분사 노즐(17)로부터 혼합 분산액(1A)이 분사되도록 되어 있다. 이것에 의해 그물형상 부재(19)상에 CNT 함유 섬유 시트(5A)가 제작되고, 상면에 CNT 함유 섬유 시트(5A)가 제작된 그물형상 부재(19)가 순차적으로 가열 처리 공정에 보내진다.

실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에서는 혼합 분산액(1A)을 그물형상 부재(19)에 분사하므로 분사 후, 건조시키기까지의 사이에 혼합 분산액(1A)중 용매의 일부가 그물형상 부재(19)를 통과하여 낙하한다. 그물형상 부재(19)를 통과하여 낙하된 용매는 용매 받이부(28) 내에 회수된다.

그물형상 부재(19)를 구성하는 재료 자체는 특별히 한정되지 않지만, 그물형상 부재(19)는 이송 롤러(23, 25)에 의해 한쪽 방향으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 또한, 실시형태 1의 시트형상 CNT의 제조 방법에서는 그물형상 부재(19)상에 CNT 함유 섬유 시트(5A)가 퇴적된 상태로 가열 장치(30) 내에 투입되므로 금속 등의 내열성이 높은 재료에 의해 그물형상 부재(19)를 구성하는 것이 바람직하다.

분사 노즐(17)의 수는 특별히 한정되지 않고, 1개 또는 복수의 분사 노즐(17)로부터 혼합 분산액(1A)을 분사할 수 있다. 또는, 도 4에 도시한 바와 같이 그물형상 부재(19)의 이동 방향에 직교하는 방향으로 배열된 복수의 토출구를 구비한 분사 노즐(17’)에 의해 혼합 분산액(1A)을 분사할 수도 있다.

제작되는 CNT 함유 섬유 시트(5A)의 두께는, 예를 들면 10㎛～1000㎛이다. 분사 노즐(17)에 의해 분사가 가능해지도록 용매가 비교적 많은 혼합 분산액(1A)이 이용되므로, 분사 직후의 CNT 함유 섬유 시트(5A) (도 3의 (a)의 CNT 함유 섬유 시트(5A))의 두께는 제조되는 시트형상 CNT(7A)의 두께에 비하여 약간 두꺼워진다.

제 2 공정에서는 제작하는 CNT 함유 섬유 시트(5A)의 두께에 따라서 혼합 분산액(1A)의 분사 유량(流量)과 그물형상 부재(19)의 이송 속도를 조절하는 것이 바람직하다.

(3) 제 3 공정(가열 처리 공정)

제 3 공정은 CNT 함유 섬유 시트(5A)를 가열하여 섬유를 탄화 또는 제거함으로써 CNT를 주체로 하여 이루어진 시트형상 CNT(7A)를 제작하는 가열 처리 공정이다.

제 3 공정은 이하와 같이 실시한다. 즉, 도 2 및 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 순차적으로 보내져 오는 그물형상 부재(19)를 가열장치(30) 내에 통과시켜 CNT 함유 섬유 시트(5A)를 가열 처리한다. 이것에 의해, CNT 함유 섬유 시트(5A) 중의 섬유가 탄화 또는 제거되어 시트형상 CNT(7A)를 연속적으로 제작할 수 있다. 제작된 시트형상 CNT(7A)는 감기 롤러(27)에 의해 감겨진다.

사용하는 가열 장치(30)는 특별히 한정되지 않는다. 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에서는 가열 장치(30)로서 연소로를 사용하고 있지만, 그 외에도 전열선을 이용하여 구성한 가열 장치나 적외선을 이용한 가열 장치 등을 적절히 사용할 수 있다.

또한, 제 2 공정과 제 3 공정 사이에 CNT 함유 섬유 시트(5A)을 도시하지 않은 한 쌍의 롤러 사이에 통과시킴으로써 CNT 함유 섬유 시트를 탈수하는 공정을 실시하도록 해도 좋다. 또한, 제 2 공정과 제 3 공정 사이에 CNT 함유 섬유 시트(5A)를 도시하지 않은 건조기에 통과시켜 CNT 함유 섬유 시트를 건조하는 공정을 실시하도록 해도 좋다.

온도나 시간 등의 가열 조건은 셀룰로스 섬유의 종류나 가열 장치(30)의 구조, 제조하는 시트 형상 CNT(7A)의 특성에 따라서 적절히 최적의 값을 선택할 수 있다. 셀룰로스 섬유의 일부 또는 전부를 탄화시킨 상태로 남길지 또는 셀룰로스 섬유를 완전히 소각하여 제거할지에 따라서 가열 온도나 가열 시간 등이 다르다. 셀룰로스 섬유를 완전히 제거하는 데에는 셀룰로스 섬유를 확실히 소실(燒失)할 수 있는 온도 및 시간으로 가열하는 것이 필요하다.

셀룰로스 섬유를 완전히 제거한 경우에는 경량, 또 CNT의 특성을 더 발휘시킬 수 있는 시트형상 CNT(7A)로 할 수 있다. 한편, 일부 또는 전부의 셀룰로스 섬유를 탄화하여 남기는 경우에는 숭밀도가 높고, 비교적 고강도의 시트형상 CNT(7A)로 할 수 있다.

가열 처리 후에 제작되는 시트형상 CNT(7A)의 두께는, 예를 들면 10㎛～1000㎛이다.

이상의 공정을 거쳐 시트형상 CNT(7A)를 연속적으로 제조할 수 있다. 제조된 시트형상 CNT(7A)는 그 후, 사용 목적이나 용도에 따라서 적절한 크기로 재단되어 사용된다.

실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 적어도 CNT 분산액과 섬유를 혼합한 혼합 분산액(1A)을 이용하여 제작한 CNT 함유 섬유 시트(5A)중의 섬유를 탄화 또는 제거하여 CNT를 주체로 하여 이루어진 시트형상 CNT(7A)를 제조하므로 도전성이 높고, 고온 환경하에서 사용 가능한 시트형상 CNT(7A)를 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 적어도 CNT 분산액과 섬유를 혼합한 혼합 분산액(1A)을 이용하여 제작한 CNT 함유 섬유 시트(5A)를 기초로 시트형상 CNT(7A)를 제조하고 있으므로, CNT가 응집된 상태로 존재할 우려가 적고, CNT의 도전성 등의 특성을 살린 시트형상 CNT(7A)를 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 혼합 분산액(1A)을 그물형상 부재(19)에 분사하여 CNT 함유 섬유 시트(5A)를 연속적으로 제작하면서 CNT 함유 섬유 시트(5A)를 가열 처리하여 시트형상 CNT(7A)를 제조하도록 하므로, 생산 라인을 구축하여 혼합 분산액(1A)으로 시트형상 CNT(7A)를 높은 생산 효율로 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 혼합 분산액(1A)을 그물형상 부재(19)에 분사함으로써 중간체로서의 CNT 함유 섬유 시트(5A)를 제작하므로 용매 함유량이 낮은 CNT 함유 섬유 시트(5A)를 제작하는 것이 가능해지고, 이후의 가열 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 섬유가 셀룰로스 섬유이고, 또한 혼합 분산액(1A)이 수계의 혼합 분산액이므로 CNT가 섬유 표면에 균일하게 부착된 구조의 CNT 함유 섬유 시트(5A)를 제작하는 것이 가능해지고, CNT가 균일하게 분산된 시트형상 CNT(7A)를 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, CNT 분산액에 계면활성제가 함유되어 있으므로, CNT 분산액중에서 CNT가 잘 분산되게 된다.

또한, 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, CNT 분산액과 섬유 분산액을 혼합하기 전에 섬유에 CNT의 정착액을 흡착시키므로, CNT가 섬유의 표면에 양호하게 정착하게 된다.

또한, 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 정착액과 계면활성제가 반대의 극성을 가지므로 CNT가 섬유의 표면에 더 양호하게 정착하게 된다.

또한, 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 적어도 CNT 분산액과 섬유 분산액을 혼합하여 혼합 분산액(1A)을 제작하므로 CNT와 섬유가 양호하게 분산되고, CNT가 응집된 상태로 존재할 우려가 더 적은 혼합 분산액(1A)을 제작하는 것이 가능해진다.

[실시형태 2]

도 5는 실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 한편, 이하의 도면에서 특별히 설명이 없는 한, 도 1과 동일한 부호가 부여되어 있는 것은 동일한 구성 요소를 나타내며, 이들 구성 요소는 실시형태 1에서 설명한 내용에 따라서 동일하게 구성할 수 있다.

실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법은 도 5에 도시한 바와 같이, 기본적으로는 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와 동일한 공정을 포함하지만, 제 1 공정의 내용이 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와는 다르다.

즉, 실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에서는 적어도 CNT 분산액과 섬유와 증점제를 혼합하여 이들 혼합 분산액(1B)을 제작한다.

CNT 분산액 및 섬유는 실시형태 1의 시트형상 CNT의 제조 방법에서 사용한 것을 적절하게 사용할 수 있다. 섬유는 미리 섬유의 분산액으로 한 것을 혼합할 수도 있다. 또한, 혼합 분산액(1B)은 바람직하게는 수계 분산액이다.

증점제는 보류(步留) 향상제나 지력(紙力) 증강제로서 이용할 수 있고, 혼합 분산액중에서 접착제로서 기능하는 재료로서, 그물형상 부재(19)상에 분사하는 혼합 분산액(1B)을 시트 형상으로 유지하는 것을 용이하게 하기 위해 혼합된다. 증점제로서는 카르복실메틸셀룰로스, 알긴산소다, 메틸셀룰로스, 히드록시메틸셀룰로스, 카제인, 폴리아크릴산소다, 스틸렌-무수 말레인산 공중합체 등의 수용성 고분자, 규산염 등의 무기 중합체 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이 중, 수용성 폴리머로서는 예를 들면, 천연 수용성 폴리머의 양이온성 전분, 합성 수용성 폴리머의 폴리에틸렌이민, 양이온성 폴리비닐알콜, 양이온성 아크릴아미드계 중합체 등의 양이온성 수용성 폴리머 및 음이온성 아크릴아미드계 중합체 등의 음이온성 폴리머를 이용할 수 있다. 수용성 폴리머는 이외에도 수용성 비이온 폴리머나 수용성 양성 폴리머 등을 사용할 수도 있다.

제 2 공정(CNT 함유 섬유 시트 제작 공정) 및 제 3 공정(가열 처리 공정)은 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 각 공정과 동일하게 실시된다. 이상의 공정을 거쳐 시트형상 CNT(7B)를 연속적으로 제조할 수 있다.

실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의해 얻어지는 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 접착제로서 기능하는 증점제가 혼합 분산액(1Ｂ)중에 함유되어 있으므로 그물형상 부재(19)상에 분사되었을 때, 혼합 분산액(1B)을 시트 형상으로 유지하는 것이 용이해진다. 따라서, CNT 함유 섬유 시트(5B)를 제작하는 것이 용이해지고, 시트형상 CNT(7B)를 높은 생산 효율로 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 제조하는 시트형상 CNT(7B)의 두께의 관리를 용이하게 하는 것이 가능해지는 효과도 얻어진다.

[실시형태 3]

도 6은 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 7은 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 제 2 공정 및 제 3 공정을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 7의 (a)는 제 2 공정을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도7의 (b)는 제 3 공정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법은 기본적으로는 실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와 동일한 공정을 포함하지만, 제 2 공정(CNT 함유 섬유 시트 제작 공정)의 내용이 실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와는 다르다.

즉, 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에서는 도 6 및 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 혼합 분산액(1C)을 기재(29)상에 코팅함으로써 CNT 함유 섬유 시트(5C)를 연속적으로 제작하고 있다. 이하, 제조 공정에 따라서 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 설명한다.

(1) 제 1 공정(혼합 분산액 제작 공정)

제 1 공정은 CNT가 분산되어 존재하도록 제작된 CNT 분산액과 섬유와 증점제를 혼합하여 이들 혼합 분산액(1C)을 제작하는 혼합 분산액 제작 공정이다. 예를 들면, 도 6에 도시한 바와 같이 탱크(11) 내에 CNT 분산액이나 섬유, 수용성 폴리머 등을 투입하고, 혼합 장치(13)에 의해 이것들을 혼합하여 혼합 분산액(1C)을 제작한다.

제 1 공정에 대해서는 기본적으로 실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 혼합 분산액 제작 공정과 동일하게 실시할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다. 단, 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에서는 기재(29)상에 혼합 분산액(1C)을 코팅하므로, 이용하는 도공기(塗工機)(31)의 구성이나 제작하는 CNT 함유 섬유 시트(5C)의 두께 등에 따라서 점도나 밀도 등을 조정하는 것이 중요하다.

또한, 기재(29)상에 코팅하는 혼합 분산액(1C)을 시트 형상으로 유지하는 것을 용이하게 하기 위해, 실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와 마찬가지로 혼합 분산액(1C)에 증점제를 혼합하는 것이 중요하다.

(2) 제 2 공정

제 2 공정은 혼합 분산액(1C)을 기재(29)상에 코팅하여 CNT 함유 섬유 시트(5C)를 연속적으로 제작하는 CNT 함유 섬유 시트 제작 공정이다.

제 2 공정은 이하와 같이 실시한다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같이 기재(29)을 이송 롤러(23, 25)에 의해 한쪽 방향으로 회전시킨다. 이 상태에서 도 6 및 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 펌프(15)에 의해 혼합 분산액(1C)을 도공기(31)에 공급하고, 또한 도공기(31)에 의해 기재(29)상에 혼합 분산액(1C)을 코팅하여 연속적으로 CNT 함유 섬유 시트(5C)를 제작한다. 도 6 및 도 7의 (a)에 도시한 예에서는 도공기(31)로서 롤코터를 이용하는 예가 도시되어 있지만, 도공기(31)는 롤코터에 한정되지 않는다.

기재(29)는 실시형태 1의 시트형상 CNT의 제조 방법에서 사용하는 그물형상 부재(19)와는 달리 혼합 분산액(1C) 또는 그 용매가 통과되지 않도록 구성되어 있다. 기재(29)를 구성하는 재료 자체는 특별히 한정되지 않는다. 수지 필름과 같이 용매를 투과시키지 않는 재료로 이루어져도 좋고, 종이나 부직포와 같이 용매를 투과시키는 재료로 이루어져도 좋다. 단, 기재(29)상에 CNT 함유 섬유 시트(5C)가 퇴적된 상태로 가열 장치(30) 내에 투입되므로, 내열성이 높은 재료에 의해 기재(29)를 구성하는 것이 바람직하다.

CNT 함유 섬유 시트(15C)의 두께는, 예를 들면 10㎛～1000㎛이다. 코팅에 의해 CNT 함유 섬유 시트(5C)를 제작하는 방법의 경우에는 점도 또는 농도가 높은 혼합 분산액(1C)을 이용할 수 있으므로 실시형태 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 있어서 제작되는 CNT 함유 섬유 시트(5A)의 두께에 비하여 다소 얇아지는 경향이 있다.

제 2 공정에서는 제작하는 CNT 함유 섬유 시트(5C)의 두께에 따라서 혼합 분산액(1C)의 점도와 기재(29)의 이송 속도를 조절하는 것이 바람직하다.

(3) 제 3 공정(가열 처리 공정)

제 3 공정은 CNT 함유 섬유 시트(5C)를 가열 처리하여 섬유를 탄화 또는 제거함으로써 CNT를 주체로 하여 이루어진 시트형상 CNT(7C)를 제작하는 가열 처리 공정이다. 도 6 및 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 순차적으로 보내져 오는 기재(29)를 가열 장치(30) 내에 통과시켜 기재(29)상의 CNT 함유 섬유 시트(5C)를 가열 처리하여, CNT 함유 섬유 시트(5C) 중의 섬유를 탄화 또는 제거한다. 이것에 의해 시트형상 CNT(7C)를 연속적으로 제조할 수 있다. 제조된 시트형상 CNT(7C)는 감기 롤러(27)에 의해 감겨진다.

실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 제 3 공정에서도 실시형태 1 또는 실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법과 마찬가지로 사용하는 가열 장치(30)는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 온도나 시간 등의 가열 조건은 혼합 분산액(1C)의 원료나 가열 장치(30)의 구조에 따라서 적절히 최적의 값을 선택할 수 있다.

이상의 공정을 거쳐 CNT를 주체로 하여 이루어진 시트형상 CNT(7C)를 연속적으로 제조할 수 있다. 제조된 시트형상 CNT(7C)는 그 후, 사용 목적이나 용도에 따라서 적절한 크기로 재단되어 사용된다.

이상 설명한 바와 같이, 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법은 제 2 공정의 내용이 실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와는 다르지만, 적어도 CNT 분산액과 섬유와 증점제를 혼합한 혼합 분산액(1C)을 이용하여 제작한 CNT 함유 섬유 시트(5C) 중의 섬유를 탄화 또는 제거하여, CNT를 주체로 하여 이루어진 시트형상 CNT(7C)를 제조하므로 도전성이 높고, 고온 환경하에서 사용 가능한 시트형상 CNT(7C)를 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 상기 혼합 분산액(1C)을 이용하여 제작한 CNT 함유 섬유 시트(5C)를 기초로 시트형상 CNT(7C)를 제조하므로 CNT가 응집된 상태로 존재할 우려가 적고, CNT의 도전성 등의 특성을 살린 시트형상 CNT(7C)를 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 상기 혼합 분산액(1C)을 이용하여 중간체로서의 CNT 함유 섬유 시트(5C)를제작하므로 혼합 분산액(1C)을 낭비하지 않고 유효하게 이용하는 것이 가능해지고, 제조하는 시트형상 CNT(7C)의 두께의 관리를 용이하게 하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 상기 혼합 분산액(1C)을 이용하여 연속적으로 제작한 CNT 함유 섬유 시트(5C)를 기초로 시트 형상 CNT(7C)를 제조하므로 실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와 마찬가지로 높은 생산 효율로 시트 형상 CNT(7C)를 제조하는 것이 가능해지고, 공업화에 따른 시트형상 CNT(17)의 대량 생산이 가능해진다.

또한, 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 혼합 분산액(1C)을 기재(29)에 코팅하여 CNT 함유 섬유 시트(5C)를 연속적으로 제작하면서 CNT 함유 섬유 시트(5C)를 가열 처리하여 시트형상 CNT(7C)를 제조하도록 하므로, 실시형태 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와 마찬가지로 생산 라인을 구축하여 혼합 분산액(1C)으로 시트형상 CNT(7C)를 높은 생산 효율로 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 증점제가 혼합 분산액(1C) 중에 함유되어 있으므로 혼합 분산액(1C)을 기재(29)상에 코팅할 때, CNT 함유 섬유 시트(5C)를 시트형상으로 유지하는 것이 용이해진다. 따라서, 중간체로서의 CNT 함유 섬유 시트(5C)를 제작하는 것이 용이해지고, 시트형상 CNT(7C)를 높은 생산 효율로 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 제조하는 시트형상 CNT(7C)의 두께의 관리를 용이하게 하는 것이 가능해지는 효과도 얻어진다.

[실시형태 4]

도 8은 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 9는 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 제 2 공정 및 제 3 공정을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 9의 (a)는 제 2 공정을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 9의 (b)는 제 3 공정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법은 기본적으로는 실시형태 2 또는 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와 동일한 공정을 포함하지만, 제 2 공정(CNT 함유 섬유 시트 제작 공정)의 내용이 실시형태 2 또는 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와는 다르다.

즉, 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에서는 도 8 및 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 혼합 분산액(1D)을 기재(29)상에 실형상으로 늘어지게 하면서 수하 위치를 기재면을 따라서 주사함으로써 CNT 함유 섬유 시트(5D)을 연속적으로 제작하고 있다. 이하, 제조 공정에 따라서 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 설명한다.

(1) 제 1 공정(혼합 분산액 제작 공정)

제 1 공정은 CNT가 분산되어 존재하도록 제작된 CNT 분산액과 섬유와 증점제를 혼합하여 이들 혼합 분산액(1D)을 제작하는 혼합 분산액 제작 공정이다. 예를 들면, 도 8에 도시한 바와 같이, 탱크(11) 내에 CNT 분산액, 섬유, 수용성 폴리머 등을 투입하고, 혼합 장치(13)에 의해 이것들을 혼합하여 혼합 분산액(1D)을 제작한다.

제 1 공정에 대해서는 기본적으로 실시형태 2 또는 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 혼합 분산액 제작 공정과 동일하게 실시할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다. 단, 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에서는 기재(29)상에 혼합 분산액(1D)을 실형상으로 늘어지게 하면서 CNT 함유 섬유 시트(5D)를 제작하므로, 이용하는 노즐(33)의 구성이나 제작하는 CNT 함유 섬유 시트(5D)의 두께 등에 따라서 점도나 밀도 등을 조정하는 것이 중요하다.

또한, 기재(29)상에 제작하는 CNT 함유 섬유 시트(5D)를 시트 형상으로 유지하는 것을 용이하게 하기 위해, 실시형태 2 또는 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와 마찬가지로 혼합 분산액에 증점제를 혼합하는 것이 중요하다.

이용하는 증점제로서는 실시형태 2 또는 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우로 동일한 증점제를 적절히 이용할 수 있다.

(2) 제 2 공정(CNT 함유 섬유 시트 제작 공정)

제 2 공정은 혼합 분산액(1D)을 기재(29)상에 실형상으로 늘어지게 하면서 수하 위치를 기재면을 따라서 주사함으로써 CNT 함유 섬유 시트(5D)를 연속적으로 제작하는 CNT 함유 섬유 시트 제작 공정이다.

제 2 공정은 이하와 같이 실시한다. 즉, 도 8에 도시한 바와 같이, 엔드리스벨트형상의 기재(29)를 이송 롤러(23, 25)에 의해 한쪽 방향으로 회전시킨다. 이 상태로 도 8 및 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 펌프(15)에 의해 혼합 분산액(1D)을 노즐(33)에 공급하여 노즐(33)로부터 혼합 분산액(1D)을 기재(29)를 향해 실형상으로 늘어지게 한다. 이 때, 혼합 분산액(1D)은 증점제에 의해 점도가 높고, 또한 실형상으로 늘어지는 과정에서 용매가 증발하므로 실형상을 유지한 채 기재상에 퇴적한다.

도 9의 (a)에 도시한 예에서는 펌프(15)에 의해 압송되는 혼합 분산액(1D)이 3 계통으로 분배되어 3개의 노즐(33)로부터 실형상의 혼합 분산액(1D)이 늘어지도록 되어 있다. 제 2 공정에서는 노즐(33)의 배치 위치를 기재면을 따라서 규칙적으로 또는 불규칙적으로 고속으로 주사함으로써 혼합 분산액(1D)의 수하 위치를 기재면을 따라서 주사하고, 부직포 형상의 CNT 함유 섬유 시트(5D)를 연속적으로 제작한다. 이것에 의해 기재(29)상에 CNT 함유 섬유 시트(5D)가 제작되고, 상면에 CNT 함유 섬유 시트(5D)가 제작된 기재(29)가 순차적으로 제 3 공정에 보내진다.

노즐(33)의 수는 특별히 한정되지 않고, 1개 또는 복수의 노즐(33)로부터 혼합 분산액(1D)을 늘어지게 할 수 있다. 또한, 복수의 토출구를 구비한 1개 또는 복수의 노즐을 이용할 수도 있다.

기재(29)는 실시형태 3의 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와 마찬가지로 혼합 분산액(1D) 또는 그 용매가 통과되지 않도록 구성되어 있다. 기재(29)를 구성하는 재료 자체는 특별히 한정되지 않는다. 수지 필름과 같이 용매를 투과시키지 않는 재료로 이루어져도 좋고, 종이나 부직포와 같이 용매를 투과시키는 재료로 이루어져도 좋다. 단, 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와 마찬가지로 내열성이 높은 재료에 의해 기재(29)를 구성하는 것이 바람직하다.

CNT 함유 섬유 시트(5D)의 두께는, 예를 들면 10㎛～1000㎛이다. 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에서는 부직포 형상의 CNT 함유 섬유 시트(5D)가 제작되므로, 실시형태 1 내지 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우보다도 두껍고 통기도가 높은 시트형상 CNT를 용이하게 제조하는 것이 가능해진다.

제 2 공정에서는 제작하는 CNT 함유 섬유 시트(5D)의 두께, 밀도, 통기도 등에 따라서 혼합 분산액(1D)의 점도와, 기재(29)의 이송 속도와, 노즐(33)의 내부 직경을 조절하는 것이 바람직하다.

(3) 제 3 공정(가열 처리 공정)

제 3 공정은 CNT 함유 섬유 시트(5D)를 가열 처리하여 CNT 함유 섬유 시트(5D)중의 섬유를 탄화 또는 제거함으로써 시트형상 CNT(7D)를 제작하는 가열 처리 공정이다. 도 8 및 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 순차적으로 보내져 오는 기재(29)를 가열 장치(30) 내에 통과시켜 기재(29)상의 CNT 함유 섬유 시트(5D)를 가열 처리한다. 이것에 의해 시트형상 CNT(7D)를 연속적으로 제조할 수 있다. 제조된 시트형상 CNT(7D)는 감기 롤러(27)에 의해 감겨진다.

실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 가열 처리 공정에서도, 실시형태 1 내지 실시형태 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법과 마찬가지로 사용하는 가열 장치(30)는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 온도나 시간 등의 건조 조건은 혼합 분산액(1D)의 원료나 가열 장치(30)의 구조에 따라서 적절히 최적의 값을 선택할 수 있다.

이상의 공정을 거쳐 시트형상 CNT(7D)를 연속적으로 제조할 수 있다. 제조된 시트형상 CNT(7D)는 그 후, 사용 목적이나 용도에 따라서 적절한 크기로 재단되어 사용된다.

이상 설명한 바와 같이, 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법은 제 2 공정의 내용이 실시형태 2 또는 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와는 다르지만, 적어도 CNT 분산액과 섬유를 혼합한 혼합 분산액(1D)을 이용하여 제작한 CNT 함유 섬유 시트(5D) 중의 섬유를 탄화 또는 제거하여 CNT를 주체로 하여 이루어진 시트형상 CNT(7D)를 제조하므로, 실시형태 2 또는 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와 마찬가지로 도전성이 높고, 고온 환경하에서 사용 가능한 시트 형상 CNT(7D)를 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 상기 혼합 분산액(1D)을 이용하여 제작한 CNT 함유 섬유 시트(5D)를 기초로 CNT(7D)를 제조하므로 CNT가 응집된 상태로 존재할 우려가 적고, CNT의 도전성 등의 특성을 살린 시트 형상 CNT(7C)를 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 상기 혼합 분산액(1D)을 이용하여 연속적으로 제작한 CNT 함유 섬유 시트(5D)를 기초로 시트형상 CNT(7D)를 제조하므로, 실시형태 2 또는 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와 마찬가지로 높은 생산 효율로 시트형상 CNT(7D)를 제조하는 것이 가능해지고, 공업화에 따른 CNT 함유 시트(7D)의 대량 생산이 가능해진다.

또한, 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 혼합 분산액(1D)으로 중간체로서의 CNT 함유 섬유 시트(5D)를 연속적으로 제작하므로, 실시형태 2 또는 3에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법의 경우와 마찬가지로 생산 라인을 구축하여 혼합 분산액(1D)으로 CNT 함유 시트(7D)를 높은 생산 효율로 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 증점제가 혼합 분산액중에 함유되어 있으므로, 기재(29)를 향해 노즐(33)로부터 혼합 분산액(1D)을 실형상으로 늘어지게 하면서 CNT 함유 섬유 시트(5D)를 제작할 때, CNT 함유 섬유 시트(5D)를 시트 형상으로 유지하는 것이 용이해진다. 따라서, CNT 함유 섬유 시트(5D)을 제작하는 것이 용이해지고, 시트형상 CNT(7D)를 높은 생산 효율로 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 제조하는 시트형상 CNT(7D)의 두께의 관리를 용이하게 하는 것이 가능해지는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 실시형태 4에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법에 의하면, 혼합 분산액(1D)을 낭비하지 않고 유효하게 이용하는 것이 가능해지고, 또한 부직포 형상의 시트형상 CNT(7D)를 높은 생산 효율로 제조하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명의 시트형상 CNT의 제조 방법을 상기 실시형태에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 실시하는 것이 가능하며, 예를 들면, 다음과 같은 변형도 가능하다.

(1) 상기 각 실시형태에서 나타낸 각 요소의 치수, 형상, 배치, 재료는 예시이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 임의로 결정할 수 있다.

(2) 상기 실시형태 1 내지 실시형태 4에서는 그물형상 부재(19) 또는 기재(29)를 이송 롤러(23, 25)에 의해 순차적으로 보내도록 하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 소정의 크기의 기재를 벨트 컨베이어상에 얹어 설치하여 흐르도록 해도 좋다. 도 10은 변형예 1에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 이송 롤러(23, 25)에 의해 한쪽 방향으로 회전된 벨트 컨베이어(35)상에 직사각형 형상의 기재(37)를 얹어 설치하여 상기 기재(37)를 반송하고, 또한 반송되어 가는 기재(37)상에 혼합 분산액(1E)을 분사하여 직사각형 형상의 CNT 함유 섬유 시트(5E)를 제작하고, 또한 상기 CNT 함유 섬유 시트(5E)를 가열 처리하여 시트 형상 CNT(7E)를 제조함으로써 직사각형 형상의 시트형상 CNT(7E)를 연속적으로 제조할 수도 있다. 이 경우에 있어서 혼합 분산액을 분사하는 것이 아니라 코팅하거나 실형상으로 늘어지게 하면서 수하 위치를 기재면을 따라서 주사하는 것에 의해서도 CNT 함유 섬유 시트를 제작할 수 있다.

(3) 상기 실시형태 1 내지 실시형태 4에서는 제 2 공정과 제 3 공정을 일련의 라인상에서 실시하도록 하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 제 2 공정과 제 3 공정을 별도의 라인으로 나눠 실시하는 것도 가능하다. 도 11은 변형예 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 이송 롤러(23, 25)에 의해 기재(43)를 한쪽 방향으로 회전시키면서 분사 노즐(17)에 의해 기재(43)상에 혼합 분산액(1F)을 분사하여 습윤 상태의 CNT 함유 섬유 시트(50)를 형성하고, 그대로 습윤 상태의 CNT 함유 섬유 시트(50)를 히터(21a, 21b)를 구비한 건조 장치 내에 통과시켜 건조 상태의 CNT 함유 섬유 시트(5F)를 제작한다. 계속해서, 제작된 CNT 함유 섬유 시트(5F)를 가열 장치(30) 내에서 가열하여 섬유를 탄화 또는 제거함으로써, CNT를 주체로 하여 이루어진 시트형상 CNT(7F)가 제조된다. 이와 같은 방법에 의해서도 도전성이 높아지고, 고온 환경하에서도 사용 가능한 시트형상 CNT를 높은 생산 효율로 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 변형예 2에 따른 시트형상 CNT의 제조 방법과 같이 제 2 공정과 제 3 공정을 나누는 경우에는, 상기 도 10에 도시한 직사각형 형상의 기재(37)를 사용함으로써 제 2 공정과 제 3 공정 사이의 이동을 용이하게 하는 것이 가능해지고, 또한 대형의 가열 장치(30)를 이용하여 한번에 대량의 CNT 함유 섬유 시트를 가열 처리하는 것이 가능해진다.

(4) 상기 실시형태 1 내지 실시형태 4에서는 그물형상 부재(19)나 기재(29)를 한쪽 방향으로 회전시켜 CNT 함유 섬유 시트(5A, 5B, 5C, 5D) 또는 시트형상 CNT(7A, 7B, 7C, 7D)를 연속적으로 제조하도록 하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 적어도 CNT 분산액과 섬유를 혼합한 혼합 분산액을 고래(古來)의 초지법을 배워 쇠그물을 이용하여 초지(抄紙)하여 CNT 함유 섬유 시트를 제작한 후, 상기 CNT 함유 섬유 시트를 가열하여 섬유를 탄화 또는 제거함으로써 CNT를 주체로 하여 이루어진 시트형상 CNT를 제조할 수도 있다.

(5) 상기 실시형태 4에서는 혼합 분산액(1D)을 노즐(33)로부터 실형상으로 토출하면서 상기 노즐(33)을 기재면을 따라서 주사하여 CNT 함유 섬유 시트(5D)를제작하고 있지만, 혼합 분산액을 노즐로부터 실형상으로 토출하면서 상기 노즐의 토출 각도를 규칙적으로 또는 불규칙적으로 변하게 하여 CNT 함유 섬유 시트를 제작하도록 해도 좋다. 이와 같이 하는 것에 의해서도 부직포 형상의 시트형상 CNT를 높은 생산 효율로 제조하는 것이 가능해진다.

1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F: 혼합 분산액
5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F: CNT 함유 섬유 시트
7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F: 시트형상 CNT
11: 탱크
13: 혼합 장치
15: 펌프
17, 17’: 분사 노즐
19: 그물형상 부재
21a, 2lb: 히터
23, 25: 이송 롤러
27: 감기 롤러
28: 용매 받이부
29, 37, 43: 기재
30: 가열 장치
31: 도공기(롤코터)
33: 노즐
35: 벨트 컨베이어
50: 습윤 상태의 CNT 함유 섬유 시트

Claims (7)

1. 적어도 카본나노 구조물의 분산액과 섬유를 혼합하여 혼합 분산액을 제작하는 제 1 공정,
   상기 혼합 분산액을 이용하여 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 제작하는 제 2 공정, 및
   상기 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 가열하여 상기 섬유를 탄화 또는 제거함으로써, 상기 카본나노 구조물을 주체로 하여 이루어진 시트형상 카본나노 구조물을 제작하는 제 3 공정을 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 하는 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 섬유는 셀룰로스 섬유이고, 또한 상기 혼합 분산액은 수계의 혼합 분산액인 것을 특징으로 하는 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 혼합 분산액을 그물형상 부재에 분사함으로써 상기 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 연속적으로 제작하는 것을 특징으로 하는 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 혼합 분산액을 기재상에 코팅함으로써 상기 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 연속적으로 제작하는 것을 특징으로 하는 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 혼합 분산액을 기재상에 실형상으로 늘어지게 하면서 수하(垂下) 위치를 상기 기재의 면을 따라서 주사함으로써 상기 카본나노 구조물 함유 섬유 시트를 연속적으로 제작하는 것을 특징으로 하는 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제 1 공정에서는 적어도 카본나노 구조물의 분산액과 섬유와 증점제를 혼합하여 혼합 분산액을 제작하는 것을 특징으로 하는 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법.
7. 제 1 항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제 1 공정에서는 적어도 카본나노 구조물의 분산액과 섬유의 분산액을 혼합하여 혼합 분산액을 제작하는 것을 특징으로 하는 시트형상 카본나노 구조물의 제조 방법.

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