KR100319496B1

KR100319496B1 - 용매 세척조를 구비한 수계 테이프 캐스팅 장치

Info

Publication number: KR100319496B1
Application number: KR1019990039968A
Authority: KR
Inventors: 윤석진; 김현재; 정형진; 신효순
Original assignee: 박호군; 한국과학기술연구원
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2002-01-05
Also published as: KR20010027968A

Abstract

본 발명은 블레이드를 통과한 세라믹스 후막의 건조시 이 후막을 용매 세척법에 따라 세척하기 위한 유기 용매를 담을 수 있는 용매 세척조를 본체에 구비한 수계 테이프 캐스팅 장치에 관한 것이다.

이와 같은 장치를 사용함으로써, 산업 현장의 연속 공정에 적용 가능한 용매 세척법을 수계 테이프의 제조에 효과적으로 적용할 수 있다. 블레이드를 통과한 성형된 후막이 건조되기 전에 용매 세척법에 의해 물을 유기 용매로 치환하여 세라믹스 후막 공정의 건조 속도가 향상되고 후막이 갈라지는 현상이 현격히 줄어들기 때문에, 산업 현장에서 다양한 테이프 캐스팅법이 물을 사용하는 수계로 전환 가능하게 될 것이며, 이에 따라 유기 용매에 의한 환경 문제가 해결되고 작업 환경 개선에 도움을 줄 것이다.

Description

용매 세척조를 구비한 수계 테이프 캐스팅 장치 {Water Based Tape Casting Equipment Including Bath for Washing Solvent}

본 발명은 용매 세척조를 구비한 테이프 캐스팅 장치에 관한 것이다. 보다구체적으로, 본 발명은 블레이드를 통과한 세라믹스 후막의 건조시 이 후막을 용매 세척법에 따라 세척하기 위한 유기 용매를 담을 수 있는 용매 세척조를 본체에 구비한 수계 테이프 캐스팅 장치에 관한 것이다.

테이프 캐스팅은 세라믹스 후막 제조를 위하여 널리 이용되는 방법이다. 세라믹스 산업의 후막 박막화 경향에 따라 최근 다양한 분야에서 세라믹스 후막이 사용되고 있으며 이의 제조에는 주로 테이프 캐스팅법이 이용되고 있다. 이 테이프 캐스팅법은 사용하는 용매에 따라 크게 두 가지로 분류될 수 있다. 물을 용매로 사용하는 수계 테이프 캐스팅법과 유기 용매를 용매로 사용하는 비수계 테이프 캐스팅법이 그것이다.

종래에는 산업 현장에서 테이프의 제조 공정에 비수계가 주로 사용되었으나, 비수계는 사용되는 용매 대부분이 인체에 유해할 뿐 아니라 가격이 비싸고 최근 환경 오염에 대한 관심의 증가로 수계로 전환되어야 할 시점에 있다. 그러나 수계의 경우에도 물의 특성에 의해 많은 문제가 발생한다. 물의 강한 극성과 높은 표면 에너지는 슬러리의 분산성과 건조된 테이프의 갈라짐의 원인이 될 수 있으며 물의 낮은 휘발 속도는 건조 시간의 증가를 가져온다. 그러므로 최근 수계 테이프 캐스팅법에 관한 많은 연구 결과에도 불구하고 연속 공정이 요구되는 산업 현장에 적용하는데 어려움이 있었다. 이를 극복하기 위해, 수계 테이프 캐스팅법에서 나타나는 분산 문제 및 건조 속도의 문제점을 해결하기 위한 연구가 활발히 이루어져 왔다. 그 결과 다양한 분산제와 결합제의 개발 등을 통하여 수계 테이프 캐스팅법에서 분산의 문제는 어느 정도 개선되었다. 한편, 수계 테이프 캐스팅법에서 건조속도를 증가시키는 문제는 여전히 해결되어야 할 숙제로 남아 있다.

용매 세척법은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 고안된 방법으로 물을 용매로 사용하여 수계 테이프 캐스팅법으로 후막을 제조한 후 건조되지 않은 상태의 후막을 유기 용매에 통과시켜 세척하여 물을 유기 용매로 치환함으로써, 세라믹스 후막 공정의 건조 속도가 향상되고 후막이 갈라지는 현상이 현격히 줄어드는 방법이다.

기존의 테이프 캐스팅 장치는 이미 다양한 모델이 시판되고 있으나, 상기한 용매 세척법에 의한 건조를 시행할 수 있는 장비는 아직까지 발명되지 않고 있었다. 이에, 본 발명자들은 기존의 테이프 캐스팅 장치에, 용매 세척법에 따라 후막을 세척하기 위한 유기 용매를 담을 수 있는 용매 세척조를 포함시킴으로써 상기한 용매 세척법을 효과적으로 수행할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 산업 현장의 연속 공정에 적용 가능한 용매 세척법에 의한 수계 테이프의 제조에 사용될 수 있는, 용매 세척조를 포함하는 테이프 캐스팅 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 용매 세척조를 구비한 테이프 캐스팅 장치의 평면도.

도 2는 본 발명의 용매 세척조를 구비한 테이프 캐스팅 장치의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 테이프 캐스팅 장치의 본체

2 : 용매 세척조

3 : 세라믹 시트

4 : 고분자 필름

5 : 블레이드

6 : 제1 가열부

6': 제2 가열부

7 : 유기 용매

상기 본 발명의 목적은, 블레이드를 통과한 세라믹스 후막의 건조시 이 후막을 용매 세척법에 따라 세척하기 위한 유기 용매를 담을 수 있는 용매 세척조를 본체에 구비한 수계 테이프 캐스팅 장치에 의해 달성될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 통상적으로 사용되고 있는 테이프 캐스팅 장치에 용매 세척조를 포함시킨 본 발명의 테이프 캐스팅 장치의 평면도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 테이프 캐스팅 장치의 단면도이다.

테이프 캐스팅용으로 제조된 슬러리를 블레이드 (5)에 넣고 캐스팅 속도를 조절한 후 캐스팅하면 고분자 필름 (4)가 움직이면서 세라믹 시트 (3)이 형성된다. 형성된 세라믹 시트 (3)이 제1 가열부 (6)을 통과하면서 물이 어느 정도 건조되고, 이어서 용매 세척조 (2)를 통과하게 된다. 제1 가열부 (6)을 통과한 이후에도 대부분 잔류하는 물은, 용매 세척조 (2)를 통과하는 중에 이 베쓰 (2)에 채워진 유기 용매 (7)에 의해 치환된다. 용매 세척조 (2)를 통과한 세라믹 시트 (3)은 제2 가열부 (6')을 통과하면서 완전히 건조된다.

이 때, 블레이드 (5)와 용매 세척조 (2) 간의 거리는 세라믹 시트 (3)의 두께가 두꺼울수록, 포함된 물의 양이 많을수록, 열풍의 온도가 낮을수록, 캐스팅 속도가 빠를수록 길어져야 한다. 그러나, 일정한 거리에 대하여 열풍의 온도, 캐스팅 속도, 슬러리의 조성비 등을 조절하여 최적의 조건을 찾을 수 있다. 블레이드 (5)와 용매 세척조 (2) 간의 거리는 약 1.5 m 정도가 요구된다. 이 길이 내에서는 비교적 두꺼운 세라믹 시트 (3)도 어느 정도 건조될 수 있기 때문이다. 그러나 이 단계에서 완전히 건조되면 시트 (3)이 갈라지기 때문에 완전히 건조되지 않도록 하면서 테이프에 함유된 물의 양을 줄여야 한다. 그리고 이 과정에서는 건조 온도를 높여도 문제가 발생하지 않기 때문에, 1.5 m 정도의 블레이드 (5)와 용매 세척조(2) 간의 거리로도 충분히 양산에 필요한 캐스팅 속도(1cm/sec 이상)를 얻을 수 있다.

캐스팅 속도에 따라 용매 세척조 (2)를 통과하는 시간이 다르지만 블레이드 (5)와 베쓰 (2) 사이에서 이미 많은 양의 물이 건조되었기 때문에, 약 30초 이상의 시간만 확보된다면 물을 유기 용매 (7)로 충분히 치환할 수 있다. 적용 가능한 세라믹 시트 (3)의 두께는 1 mm 이내로, 이 두께는 테이프 캐스팅법으로 제조할 수 있는 세라믹 시트의 가장 두꺼운 두께이다.

또한 베쓰 (2)의 최적 길이는 케스팅 속도와 세라믹 시트 (3)의 두께에 의해서 결정되지만, 일반적으로 1 m 이상의 길이가 요구된다.

베쓰 (2)를 통과한 세라믹 시트 (3)은 제2 가열부 (6')으로 옮겨진다. 제2 가열부 (6')의 길이는 일반적으로 약 1 m 정도이다. 세라믹 시트 (3)은 휘발성이 강하고 표면 에너지가 낮은 용매 (7)로 이미 치환이 이루어진 상태이므로 제2 가열부 (6')의 거리가 짧아도 충분히 건조될 수 있다. 세라믹 시트 (3)의 두께에 따라 온도를 조절해야 하기 때문에, 제2 가열부 (6')에는 80℃까지 온도를 가열할 수 있는 장치가 구비되어야 한다.

용매 세척조 (2)는 세라믹 시트 (3)이 베쓰 (2) 내에 채워진 유기 용매 (7)를 통과할 수 있도록 설계된다. 고분자 필름을 사용하여 캐스팅할 경우에는 필름의 가이드를 설치함으로써 시트가 유기 용매 (7)에 함침되도록 해야 한다. 그리고 금속 벨트형 기판을 사용할 경우에는 기판이 회전하여 하향할 때 시트가 유기 용매 (7)을 통과하도록 베쓰 (2)를 부착할 수도 있다.

본 발명의 수계 테이프 캐스팅 장치의 구동 및 그로부터 얻어지는 효과는 하기의 실시예로부터 보다 명확하게 이해될 것이다. 물론, 이 실시예에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1>

먼저, PZT [Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃] 원료 분체 (100 g), 물 (45 g), 소포제 (2 ∼ 3 방울) 및 분산제 (0.7 cc)의 균일한 현탁액을 제조한 후, PVA (4.5 g)를 결합제로 PEG (2 g)를 가소제로 사용하여 PZT 세라믹스 슬러리를 제조한다. 이 슬러리를 0.5 mm 높이의 블레이드에 넣고 캐스팅 속도를 2 cm/sec로 조절하여 캐스팅하여 세라믹 시트를 형성한다. 형성된 세라믹 시트를 45 ℃의 온도로 조절된 제1 가열부로 통과시켜 물을 어느 정도 건조시킨다. 이어서 유기 용매로 메탄올을 함유한 용매 세척조에 세라믹 시트를 통과시킨다. 용매 세척조를 통과한 세라믹 시트를 다시 50 ℃의 온도로 조절된 제2 가열부를 통과시켜 완전히 건조시킨다.

이와 같이 본 발명의 장치를 이용하여 테이프를 제조하는 경우 장치를 통과함과 동시에 추가의 건조 공정없이 다음 공정으로 진행할 수 있어서 연속 공정에서 갈라짐이 없는 양질의 테이프를 얻을 수 있었다.

<비교예 1>

실시예 1과 동일한 조건에서 용매 세척조를 구비하지 않은 종래의 수계 테이프 캐스팅 장치를 사용하는 경우, 건조가 완전히 이루어지지 않아 1 시간 이상 상온에서 추가로 건조해야 할 뿐 아니라, 빠른 건조로 인한 갈라짐 현상이 나타났다.

<실시예 2>

블레이드 높이를 0.7 mm로 유지한 것을 제외하고는 실시예 1의 공정을 반복하여 추가의 건조 공정없이 연속 공정에서 갈라짐이 없는 양질의 테이프를 연속적으로 제조할 수 있었다.

<비교예 2>

실시예 2와 동일한 조건에서 용매 세척조를 구비하지 않은 종래의 수계 테이프 캐스팅 장치를 사용하는 경우, 건조가 완전히 이루어지지 않아 1 시간 이상 상온에서 추가로 건조해야 할 뿐 아니라, 빠른 건조로 인한 갈라짐 현상이 나타났다.

<실시예 3>

메탄올을 에탄올과 아세톤으로 치환한 것을 제외하고는 실시예 1의 공정을 반복하여 추가의 건조 공정없이 연속 공정에서 갈라짐이 없는 양질의 테이프를 연속적으로 제조할 수 있었다.

<비교예 3>

실시예 3와 동일한 조건에서 용매 세척조를 구비하지 않은 종래의 수계 테이프 캐스팅 장치를 사용하는 경우, 건조가 완전히 이루어지지 않아 1 시간 이상 상온에서 추가로 건조해야 할 뿐 아니라, 빠른 건조로 인한 갈라짐 현상이 나타났다.

본 발명에 의하여 제안된 수계 테이프 캐스팅 장치를 사용함으로써, 용매 세척법을 수계 테이프의 제조에 효과적으로 적용할 수 있다. 성형된 후막이 건조되기 전에 용매 세척법에 의해 물을 유기 용매로 치환하여 세라믹스 후막 공정의 건조 속도가 향상되고 후막이 갈라지는 현상이 현격히 줄어들기 때문에, 산업 현장에서 다양한 테이프 캐스팅법이 물을 사용하는 수계로 전환 가능하게 될 것이며, 이에 따라 유기 용매에 의한 환경 문제가 해결되고 작업 환경 개선에 도움을 줄 것이다.

Claims

수계 테이프 캐스팅 장치에 있어서, 블레이드를 통과한 세라믹스 후막을 건조하는 동안 이 후막을 용매 세척법에 따라 세척하기 위한 유기 용매를 담을 수 있는 용매 세척조를 본체에 구비한 것을 특징으로 하는 테이프 캐스팅 장치.