KR102082054B1 - 연속생산이 가능한 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치 - Google Patents

연속생산이 가능한 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속생산이 가능한 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치에 관한 것으로, 광전자소자, 나노복합체, 화학적 분리기, 생체호환 플랫폼, 에너지 변환 및 저장과 같은 다양한 분야에 적용될 수 있는 탄소나노튜브 버키페이퍼를 신속하게 연속적으로 생산할 수 있는 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치에 관한 것이다.

Description

연속생산이 가능한 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치 {An apparatus for continuous manufacture of carbon nanotube buckypaper materials}
본 발명은 연속생산이 가능한 탄소나노튜브 버키페이퍼(buckypaper) 제조장치에 관한 것으로, 광전자소자, 나노복합체, 화학적 분리기, 생체호환 플랫폼, 에너지 변환 및 저장과 같은 다양한 분야에 적용될 수 있는 탄소나노튜브 버키페이퍼를 신속하게 연속적으로 생산할 수 있는 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치에 관한 것이다.
탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)는 1개의 탄소 원자가 3개의 다른 탄소 원자와 결합한 육각형 벌집 모양의 흑연면이 나노크기의 직경으로 둥글게 말린 형태를 갖고 있으며, 크기나 형태에 따라 독특한 물리적 성질을 갖는 거대 분자이다. 상기 탄소나노튜브는 말려진 형태에 따라서 단층벽 나노튜브(single walled nanotube, SWNT), 다중벽 나노튜브(multi-walled nanotube, MWNTs) 및 다발형 나노튜브(rope nanotube)로 구분된다. 상기와 같은 탄소나노튜브를 나노전자소자로 응용하기 위해서는 상기 탄소나노튜브가 조립된 박막 또는 멤브레인(Membrane) 등과 같은 거대 응집체 구조를 이루어야 한다. 이와 같은 거대 응집체는 일반적으로 버키페이퍼(buckypaper)로 불리는데, 이는 탄소나노튜브가 임의로 배치되어 거미줄처럼 모여 있는 형태로 광학적 투명성, 기계적 유연성, 우수한 전기 전도성, 일정한 크기, 조절 가능한 전자 성질, 큰 표면적, 매끈한 표면 형상 등의 성질을 갖는다. 이러한 특성을 통해 버키페이퍼는 광전자소자, 나노복합체, 화학적 분리기, 생체호환 플랫폼, 에너지 변환 및 저장과 같은 다양한 분야의 기능적 요소 혹은 구조적 성분으로서의 잠재성을 내재하고 있다.
이에, 탄소나노튜브로 이루어진 버키페이퍼의 제조 관련 연구 개발이 활발히 진행되고 있으나, 대부분 화학적 처리를 통한 배치(batch)식 제조방법에 관한 것일 뿐, 연속공정으로 우수한 품질의 버키페이퍼를 제조할 수 있는 장치나 방법에 대한 연구는 미비한 실정이다.
이러한 버키페이퍼 제조관련 종래기술을 살펴보면, 미국특허공보 제9,909,259호(2018.03.06. 공고)가 버키페이퍼를 연속적으로 제조하기 위한 방법과 시스템을 기재하고 있으나, 해당 방법에서는 위치가 고정된 필터영역과 롤러에 의해 이동하는 필터페이퍼가 면접촉을 한 상태에서 진공이 부가되기 때문에 이들 사이의 계면에서 과도한 마찰이 발생하게 되고, 버키페이퍼 내의 탄소나노튜브가 완전히 건조 및 고착되지 않은 상태에서 롤러의 구동력이 부가될 경우 버키페이퍼에 과도한 장력이 부가되어 변형 또는 파손이 발생할 수 있는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 탄소나노튜브 버키페이퍼를 신속하게 연속적으로 생산할 수 있는 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치는 연속적으로 탄소나노튜브 버키페이퍼를 제조할 수 있도록, 솔벤트, 탄소나노튜브, 및 첨가제를 포함하는 슬러리가 제조되는 믹싱 탱크(10); 상기 믹싱 탱크(10)로부터 슬러리를 공급받아 분사하는 슬롯 다이(20); 상기 슬롯 다이(20)의 하부에 위치하여 회전하며 상기 슬롯 다이(20)에서 분사되는 슬러리를 공급받는 와이어 벨트(30); 상기 와이어 벨트(30)를 회전구동하는 구동롤러(40) 및 이를 구동하는 구동모터; 상기 와이어 벨트(30)의 하부에 배치되며 상기 슬러리로부터 솔벤트를 제거하는 탈솔벤트수단(50); 상기 탈솔벤트수단(50)을 통과한 슬러리를 건조하여 버키페이퍼를 제조하는 건조수단(60); 건조된 버키페이퍼의 밀도를 제어하는 압축수단(70); 및 상기 버키페이퍼를 권취하는 권취수단(80)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제조장치에 있어서, 상기 슬롯 다이(20)는 단수 개 또는 복수 개로 구비될 수 있으며, 바람직하게는 복수개로 구비될 수 있다. 또한, 상기 건조수단(60)과 상기 압축수단(70) 사이에는 필요에 따라 상기 건조된 버키페이퍼를 표면처리하기 위한 열처리롤(101) 또는 상기 압축수단(70)의 압축효율을 높이기 위한 예열롤(102)을 추가로 포함할 수 있고, 상기 제조장치가 열처리롤(101)과 예열롤(102)을 함께 포함하는 경우에는 건조수단(60) 이후에 열처리롤(101), 예열롤(102), 및 압축수단(70)의 순으로 포함될 수 있다.
이 때, 상기 열처리롤(101)의 사용온도는 40 내지 200 ℃인 것이 바람직하고, 상기 압축수단(70)은 압축롤인 것이 바람직하며, 상기 압축롤의 사용온도는 40 내지 250 ℃ 이고, 선압은 10 내지 300 kg/cm 인 것이 바람직하다.
본 발명의 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치에 의하면 탄소나노튜브에 대한 화학적 처리 없이도 광전자소자, 나노복합체, 화학적 분리기, 생체호환 플랫폼, 에너지 변환 및 저장과 같은 다양한 분야에 적용될 수 있는 탄소나노튜브 버키페이퍼를 연속적으로 생산할 수 있다. 특히 탄소나노튜브 버키페이퍼의 생산시 기계적 및 물리적 특성의 저하 없이 전기적 특성 및 성형성이 우수한 탄소나노튜브 버키페이퍼를 신속하게 연속적으로 생산할 수 있는 장점이 있다. 다만, 본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 연속식 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치의 일 예를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연속식 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치에 적용될 수 있는 슬롯 다이의 일 예를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연속식 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치에 적용될 수 있는 슬롯 다이의 일 예를 나타낸 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연속식 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치에 적용될 수 있는 지지시트 롤 및 이형시트 롤을 추가로 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 또한, 본 발명의 설명에서 동일 또는 유사한 구성요소는 동일 또는 유사한 도면번호를 부여하고, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명에 따른 연속생산이 기능한 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치에 대하여 첨부된 도면에 의거하여 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명에 첨부된 도 1 은 본 발명에 따른 연속식 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치의 일 예를 나타낸 모식도이며, 도 2는 본 발명에 따른 연속식 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치에 적용될 수 있는 슬롯다이의 일 예를 모식적으로 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 연속식 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치에 적용될 수 있는 슬롯다이의 일 예를 나타낸 분해사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 연속식 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치에 적용될 수 있는 지지시트 롤(110) 및 이형시트 롤(120)을 추가로 나타낸 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 연속생산이 기능한 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치는 솔벤트, 탄소나노튜브, 및 첨가제를 포함하는 슬러리가 제조되는 믹싱 탱크(10); 상기 믹싱 탱크(10)로부터 슬러리를 공급받아 분사하는 슬롯 다이(20); 상기 슬롯 다이(20)의 하부에 위치하여 회전하며 상기 슬롯 다이(20)에서 분사되는 슬러리를 공급받는 와이어 벨트(30); 상기 와이어 벨트(30)를 회전구동하는 구동롤러(40) 및 이를 구동하는 구동모터(미도시); 상기 와이어 벨트(30)의 하부에 배치되며 상기 슬러리로부터 솔벤트를 제거하는 탈솔벤트수단(50); 상기 탈솔벤트수단(50)을 통과한 슬러리를 건조하여 버키페이퍼를 제조하는 건조수단(60); 건조된 버키페이퍼의 밀도를 제어하는 압축수단(70); 및 상기 버키페이퍼를 권취하는 권취수단(80)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 믹싱 탱크(10)는 솔벤트 저장탱크(11), 탄소나노튜브 저장탱크(12), 및 첨가제 저장탱크(13)로부터 각각 해당 재료를 공급받을 수 있도록 유체적 연결수단에 의해 연결되어 있고, 믹싱 탱크(10) 내에는 슬러리가 균일하게 혼합될 수 있도록 교반수단(미도시)을 구비할 수 있다.
상기 유체적 연결수단(21)은 호스, 튜브, 또는 파이프일 수 있다. 또한 상기 교반수단은 임펠러 형태의 교반기일 수 있고, 탄소나노튜브의 뭉침 현상을 방지하기 위한 초음파 교반기를 추가로 구비할 수 있다. 이 때, 상기 임펠러 또는 초음파 교반기의 종류와 크기는 특별히 제한되지 않으며 슬러리에 포함되는 솔벤트, 탄소나노튜브, 및 첨가제의 배합비율에 따라 공지된 통상의 장치를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
상기 슬롯 다이(20)는 보다 구체적으로 도 2 및 도 3과 같은 구조를 가질 수 있으며, 필요에 따라서 복수 개의 슬롯 다이(20)가 구비되는 것이 슬러리의 적층 효율 및 공정속도 면에서 바람직하다.
도 2를 참고하면, 상기 슬롯 다이(20)는 상기 믹싱 탱크(10)와 유체적으로 연결되어 슬러리를 공급받는다. 상기 믹싱 탱크(10)와 슬롯 다이(20)의 유체적 연결수단(21)은 그 종류가 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 호스, 튜브, 또는 파이프일 수 있다. 상기 믹싱 탱크(10)로부터 공급받은 슬러리는 슬롯 다이(20) 내의 챔버(211)를 거쳐 일정한 폭을 가지는 선(line) 형태의 노즐(22)로 균일하게 공급되고, 회전하는 와이어 벨트(30) 상에 일정한 폭을 가지는 선(line)의 형태로 분사된다. 상기 노즐(22)은 그 자체로 전체가 선 형태로 뚫린 슬릿형 노즐, 또는 다수의 분할된 노즐이 선 형태로 이웃하여 배치된 형태의 노즐(22)일 수도 있고, 상기 슬롯 다이(20)의 폭은 제조하고자 하는 버키페이퍼의 폭에 따라 결정되며, 슬러리를 공급받는 와이어 벨트(30)의 폭보다는 좁은 것이 바람직하다.
도 3을 참고하면, 상기 슬롯다이(20)는 제 1 프레임(201), 개재유닛(202) 및 제 2 프레임(203)을 포함할 수 있고, 상기 제 1 프레임(201)은 챔버(211), 제1 토출부(221), 고정유닛(231) 및 유입부(241)를 포함하며, 상기 개재유닛(202)에는 개구부(212) 및 고정홀(262)이 형성되며, 상기 제2 프레임(203)은 제2 토출부(213)를 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 프레임들(201, 203)은 상기 고정유닛(231)을 통해 서로 결합되며, 상기 개재유닛(202)이 상기 제 1 및 제 2 프레임들(201, 203) 사이에 개재되며, 상기 고정유닛(231)은 상기 고정홀(262)을 관통하게 된다. 상기 제 1 프레임(201)은 내부의 표면에 챔버(211)가 형성되지만, 상기 제 2 프레임(203)은 내부의 표면이 매끄럽게 가공될 뿐이며 별도의 챔버 등의 공간은 형성되지 않거나, 또는 그 반대의 경우도 가능하다.
상기 유입부(241)는 상기 믹싱 탱크(10)로부터 상기 유체적 연결수단(21)을 통해 제공된 슬러리가 유입되며, 상기 유입부(241)는 상기 챔버(211)의 상부 끝단에 상기 제 1 프레임(201)을 관통하도록 형성된다.
상기 챔버(211)는 상기 유입부(241)로 유입된 유체가 상기 제1 토출부(221) 방향으로 제공되면서 저장되는 공간으로, 상기 챔버(211)의 구체적인 형상은 특별히 한정되지 않으나 슬러리를 선형 노즐에 고르게 분배하기 위해서는 상부가 좁고 하부가 넓어지는 형태, 바람직하게는 삼각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 토출부(221)는 상기 제 2 토출부(213)와 함께 상기 챔버(211)를 통과한 슬러리가 상기 슬롯다이(20)의 외부로 토출되도록 가이드하는 부분으로, 상기 제 1 프레임(201) 및 상기 제 2 프레임(203)의 하부 끝단부에 돌출되도록 형성된다. 이 경우, 상기 제 1 및 제 2 토출부들(221, 213) 사이는 상기 개재유닛(202)에 의해 유도된 간극(gap)에 의해 공간이 발생하며, 이에 따라 상기 공간을 통해 상기 유체가 상기 슬롯다이(20)의 외부로 토출된다. 상기 개재유닛(202)은 소정의 두께를 가지며, 상기 개재유닛(202)의 두께에 따라 상기 제 1 프레임(201) 및 상기 제 2 프레임(203) 사이의 간극이 결정되며, 상기 제 1 및 제 2 토출부들(221, 213) 사이의 간극도 결정된다.
보다 구체적으로, 상기 개재유닛(202)은 상기 유입부(241)와 동일한 위치로부터 서로 대칭으로 사선으로 연장되는 제 1 및 제 2 빗면들(222, 232), 및 상기 제 1 및 제 2 빗면들(222, 232) 각각의 끝단으로부터 서로 평행하게 연장되는 제 1및 제 2 수직면들(242, 252)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 개재유닛(202)의 개구부(212)는 상기 제 1 및 제 2 빗면들(222, 232) 및 상기 제 1 및 제 2 수직면들(242, 252)에 의해 개구되며, 상기 제 1 및 제 2 빗면들(222, 232)은 상기 챔버(211)의 제 1 및 제 2 외부 빗면들(251, 261)과 동일하게 연장된다.
한편, 상기 제 1 및 제 2 수직면들(242, 252)은 상기 제 1 및 제 2 토출부들(221, 213)과 함께 슬릿형 노즐을 형성하게 된다. 그리하여, 상기 유입부(241)로 유입된 슬러리는 상기 슬릿형 노즐의 개구부(212)를 통해서 와이어 벨트(30) 상으로 선(line) 분사된다.
다만, 이상의 슬롯 다이(20)에 관한 내용은 본 발명에 적용 가능한 슬롯 다이(20)의 일 예를 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이로만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 형태의 슬롯 다이(20)를 선택하여 적용할 수 있다.
상기 와이어 벨트(30)는 상기 슬롯 다이(20)의 하부에 위치하여 회전하며 상기 슬롯 다이(20)에서 분사되는 슬러리를 공급받아 버키페이퍼의 기본적 형상을 만드는 지지체의 역할과, 슬러리에 포함된 솔벤트를 배출시키는 필터기재의 역할을 하며, 슬러리에 포함된 솔벤트의 원활한 배출을 위해서 다공성 소재일 수 있고 바람직하게는 와이어로 이루어지는 네트(Net) 구조일 수 있다. 상기 와이어 벨트(30)는 구동 모터(미도시)에 의해 회전 구동되는 구동 롤러(40)에 의해 무한궤도식 회전을 하고, 그 상면에는 슬롯 다이(20)에서 분사된 슬러리가 적층된 습식웹(90)이 형성되며 상기 와이어 벨트(30)의 하부에 구비된 탈솔벤트수단(50)에 의해 솔벤트가 제거되면서 이송된다. 이 때, 상기 탈솔벤트수단(50)은 감압식 탈솔벤트수단(50)일 수 있다.
또한, 필요에 따라서는, 버키페이퍼의 손상을 방지하고 형태를 유지하기 위하여 도 4에 도시된 것과 같이 지지시트 롤(110) 또는 이형시트 롤(120)을 추가로 구비하여 상기 와이어 벨트(30) 상에 탄소나노튜브 슬러리를 분사하기 이전에 지지시트(111)를 먼저 깔고 그 위에 탄소나노튜브 슬러리를 분사하여 버키페이퍼를 제조하거나, 또는 상기 분사된 슬러리 위에 이형시트(121)를 추가로 적층하여 버키페이퍼를 제조할 수도 있다.
상기 건조수단(60)은 상기 탈솔벤트수단(50)을 통과한 슬러리에 잔류하는 솔벤트를 건조하기 위한 것으로 통상적인 건조수단(60)이 제한없이 본 발명에 사용될 수 있으나, 바람직하게는 열풍, 적외선, 오븐 등의 건조장치일 수 있다.
상기 건조장치에서 건조된 버키페이퍼는 압축수단(70)에 의해 압축되며 이 단계에서 버키페이퍼의 밀도를 제어할 수 있다. 상기 압축수단(70)의 종류는 특별히 한정되지 않으나 버키페이퍼를 사이에 두고 압력을 가할 수 있는 압축롤인 것이 바람직하고, 상기 압축롤은 버키페이퍼를 사이에 두고 가압할 수 있는 2 이상의 롤로 구성되며, 각 롤의 중심축 사이의 거리를 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 압축롤의 사용온도는 40 내지 250 ℃ 이며, 선압은 10 내지 300 kg/cm인 것이 버키페이퍼의 고밀도화를 통한 물성 제어의 측면에서 바람직하다.
상기 압축수단(70)을 통과하여 제조가 완료된 버키페이퍼는 권취수단(80), 바람직하게는 권취롤에 권취됨으로써 버키페이퍼의 제조가 완료된다.
이하, 본 발명의 제조장치를 이용하여 연속생산이 가능한 탄소나노튜브 버키페이퍼를 제조하는 방법에 관하여 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명한다.
[실시예]
본 발명의 버키페이퍼 제조장치에 사용되는 탄소나노튜브 슬러리는 솔벤트에 탄소나노튜브를 분산시키고 첨가제를 혼합하여 제조될 수 있으며, 제조된 슬러리는 믹싱 탱크(10) 내에서 임펠러 등의 교반수단에 의해 균일하게 분산되고, 필요에 따라서는 임펠러와 함께 초음파 조사를 병행하여 분산 효과를 높일 수 있다.
예를 들어, 믹싱 탱크(10) 내의 임펠러는 500 내지 15,000 rpm으로 회전하며 탄소나노튜브를 고해시키고, 믹싱 탱크(10) 내의 슬러리에 초음파를 조사하는 경우에는 15 내지 60 kHz의 초음파를 조사하여 탄소나노튜브를 분산시킬 수 있고, 필요에 따라서는 두 종류의 초음파를 순차적으로 조사하여 분산효과를 높일 수 있는데, 바람직하게는 20분 내지 30분 동안에는 250 내지 300 W로 15 내지 25 kHz의 제 1 초음파를 조사하여 뭉쳐있던 탄소나노튜브를 분산시키고, 5 내지 15분 동안 400 내지 450 W로 40 내지 60 kHz의 제 2 초음파를 조사하여 분산된 탄소나노튜브들을 더 균일하게 분산시킨다.
상기 슬러리에 포함되는 솔벤트는 탄소나노튜브를 분산시킬 수 있는 것이라면 제한 없이 사용 가능하나, 물, 아세톤, 에탄올, 메탄올, n-헥산, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드 (DMAc) 또는 이들의 혼합물인 것이 탄소나노튜브의 분산 특성 및 건조 특성상 바람직하며, 취급의 용이성과 환경적인 측면에서는 물이 가장 바람직하다.
또한, 상기 탄소나노튜브는 일반적으로 알려진 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 이중벽 탄소나노튜브(DWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT), 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 바람직하게는 길이 5 ㎛ 이상의 탄소나노튜브일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라서 탄소나노섬유(CNF), 플러렌, 활성탄소섬 탄소나노튜브의 농도는 특별히 한정되지 않으나 분산성과 적층 효율의 측면에서 0.05 내지 30 중량%인 것이 바람직하다.
상기 슬러리에 포함되는 첨가제는 응집제 또는 분산제일 수 있으며, 기타 필요에 따라 다른 첨가제가 추가될 수도 있다. 상기 슬러리에 포함되는 첨가제의 농도는 특별히 한정되지 않으나 해당 첨가제의 효과를 적절히 발현시키기 위해서 0.1 내지 5 중량%인 것이 바람직하다.
이와 같이 믹싱 탱크(10)에서 균일하게 혼합된 탄소나노튜브 슬러리는 슬롯 다이(20)의 유입부(241)를 통해 챔버(211)로 공급된 후, 슬릿형 노즐의 개구부(212)를 통해서 와이어 벨트(30) 상으로 분사되어 적층된다. 이 때, 신속하고 균일한 슬러리 적층을 위해서 상기 슬롯 다이(20)가 복수 개로 구비되는 것이 바람직하다.
상기 슬롯 다이(20)로부터 분사되는 탄소나노튜브 슬러리는 상기 회전하는 와이어 벨트(30) 상에 직접 적층될 수 있으나, 버키페이퍼의 손상을 방지하고 형태를 유지하기 위하여 와이어 벨트(30) 상에 다공성의 지지시트를 먼저 깔고 그 위에 탄소나노튜브 슬러리를 분사하여 적층되거나, 또는 상기 분사된 슬러리 위에 이형시트(121)를 추가로 적층하여 버키페이퍼를 제조할 수도 있다.
이 때, 상기 다공성의 지지시트는 슬러리로부터 솔벤트 성분만을 통과시키고 탄소나노튜브 성분을 통과시키지 않는 것이라면 특별히 한정되지 않고 사용될 수 있으나, 바람직하게는 다공성 직포 또는 부직포 시트일 수 있고, 셀룰로오스 섬유, 폴리에스터 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리올레핀 섬유, 불소수지, 유리 섬유, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 다공성 지지시트는 탈솔벤트 기능 및 공정속도의 측면에서 1 내지 40 ㎛의 공경을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 이형시트(121)는 상기 예시된 다공성 시트 중에서 선택되거나, 또는 통상적인 이형필름일 수 있다.
상기 제조 공정에서 지지시트(111)또는 이형시트(121)가 사용되는 경우에는 버키페이퍼의 일면 또는 양면에 상기 시트들이 적층된 상태로 탈솔벤트, 건조, 및 압축공정을 거쳐 제품화되며, 상기 지지시트나 이형시트(121)는 버키페이퍼의 사용시에 사용자에 의해 손쉽게 제거될 수 있다.
상기 와이어 벨트(30)의 하부에는 감압식 탈솔벤트수단(50)이 구비되어 상기 적층된 탄소나노튜브 슬러리로부터 솔벤트만을 제거하고 탄소나노튜브는 웹의 형태로 상기 와이어 벨트(30) 상에 남아 건조수단(60)으로 이송되어 잔류 솔벤트의 건조 공정을 거친다. 상기 건조 공정은 통상적인 건조수단(60)을 이용하여 진행될 수 있으나, 바람직하게는 열풍, 적외선, 오븐 등의 건조장치를 이용할 수 있고, 바람직하게는 50 내지 140 ℃의 온도에서 진행될 수 있다.
상기 건조공정을 거친 탄소나노튜브 웹은 압축수단(70), 바람직하게는 압축롤에 의해서 고밀도의 버키페이퍼 형태로 제조된 후, 권취롤러(80)에 연속적으로 권취된다. 이 때 상기 압축롤의 사용온도는 40 내지 250 ℃ 이며, 선압은 10 내지 300 kg/cm 일 수 있으며, 상기 범위 내에서 선압을 조절함으로써 원하는 밀도의 버키페이퍼를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조장치는 필요에 따라서 상기 건조수단(60) 이후에 버키페이퍼의 표면을 경화시키기 위한 열처리롤(101)을 더 구비하거나, 상기 버키페이퍼의 압축 효율을 높이기 위해서 상기 압축수단(70) 이전에 예열롤(102)을 추가로 구비할 수 있다. 즉, 상기 건조수단(60) 이후에 열처리롤(101), 예열롤(102), 그리고 압축수단(70)의 순으로 배치될 수 있다. 이 때 상기 열처리롤(101)의 사용온도는 40 내지 200 ℃인 것이 표면처리 효과 및 물성 유지 측면에서 바람직하고, 상기 예열롤(102)의 사용온도는 40 내지 200 ℃인 것이 버키페이퍼의 고밀도화 및 물성제어에 바람직하다.
본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 믹싱 탱크
11 : 솔벤트 저장탱크
12 : 탄소나노튜브 저장탱크
13 : 첨가제 저장탱크
20 : 슬롯 다이
21 : 유체적 연결수단
22 : 노즐
201 : 제1 프레임
211 : 챔버
221 : 제1 토출부
231 : 고정유닛
241 : 유입부
251 : 제1 외부 빗면
261 : 제2 외부 빗면

Claims (7)

  1. 솔벤트, 탄소나노튜브 및 첨가제를 포함하는 슬러리가 제조되는 믹싱 탱크(10);
    상기 믹싱 탱크(10)로부터 슬러리를 공급받아 분사하되, 제 1 프레임(201), 개재유닛(202) 및 제 2 프레임(203)으로 구성되고,
    상기 제 1 프레임(201)은 챔버(211), 제 1 토출부(221), 고정유닛(231) 및 유입부(241)를 포함하고,
    상기 개재유닛(202)에는 개구부(212) 및 고정홀(262)이 형성되며,
    상기 제 2 프레임(203)은 제 2 토출부(213)를 포함하는 슬롯 다이(20);
    상기 슬롯 다이(20)의 하부에 위치하여 회전하며 상기 슬롯 다이(20)에서 분사되는 슬러리를 공급받는 와이어 벨트(30);
    상기 와이어 벨트(30)를 회전구동하는 구동롤러(40) 및 이를 구동하는 구동모터;
    상기 와이어 벨트(30)의 하부에 배치되며 상기 슬러리로부터 솔벤트를 제거하는 탈솔벤트수단(50);
    상기 탈솔벤트수단(50)을 통과한 슬러리를 건조하여 버키페이퍼를 제조하는 건조수단(60);
    건조된 버키페이퍼의 밀도를 제어하는 압축수단(70); 및
    상기 버키페이퍼를 권취하는 권취수단(80);을
    포함하는 연속생산이 가능한 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    상기 슬롯 다이는 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치.
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 건조수단(60) 이후에 버키페이퍼의 표면처리를 위한 열처리롤(101)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치.
  4. 청구항 3 에 있어서,
    상기 열처리롤(101)의 사용온도는 40 내지 200 ℃인 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치.
  5. 청구항 1 에 있어서,
    상기 압축수단(70) 이전에 예열롤(102)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치.
  6. 청구항 1 에 있어서,
    상기 압축수단(70)은 압축롤인 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치.
  7. 청구항 6 에 있어서,
    상기 압축롤의 사용온도는 40 내지 250 ℃ 이며, 선압은 10 내지 300 kg/cm 인 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 탄소나노튜브 버키페이퍼 제조장치.

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