KR100444746B1 - Ｐｖｐ와 ｐｖａ가 결합제로 사용된 수계 세라믹 슬러리 및 이를 이용한 세라믹 테이프의 제조방법 - Google Patents

Ｐｖｐ와 ｐｖａ가 결합제로 사용된 수계 세라믹 슬러리 및 이를 이용한 세라믹 테이프의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비수계 용매와 비수계 결합제를 사용하던 기존의 세라믹 테이프제조에 있어서의 폭발 위험, 환경오염 및 인체 유해성 등의 문제를 해결하기 위하여, 수계 용매 및 수계 결합제를 사용하여 제조된 안전하고, 환경 친화적이며, 인체에 무해한 수계 세라믹 슬러리 및 이를 이용한 세라믹 테이프의 제조방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 용매로 물을 사용하고 결합제로 PVP 및 PVA 수계 결합제를 사용하는 것을 특징으로 하며, 이들을 금속산화물 분말, 분산제, 가소제 등과 혼합하여 제조된 수계 세라믹 슬러리 및 이를 혼합, 탈포, 성형, 건조하여 세라믹 테이프를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

ＰＶＰ와 ＰＶＡ가 결합제로 사용된 수계 세라믹 슬러리 및 이를 이용한 세라믹 테이프의 제조방법{AQUEOUS CERAMIC SLURRY USING PVP AND PVA AS A BINDING AGENT AND METHOD FOR PRODUCING A CERAMIC TAPE USING THEM}
본 발명은 전자 산업 분야, 치과용 세라믹 크라운 등을 비롯하여 널리 사용되는 세라믹 슬러리 및 이를 이용한 세라믹 테이프의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 수용성 결합제 및 첨가물을 이용한 수계 세라믹 슬러리 및 이를 이용한 세라믹 테이프의 제조 방법에 관한 것이다.
세라믹 테이프의 제조에 관하여 종래에는, 예컨대 미국 특허 5,776,382에 의하면, 쉬트는 닥터블레이드(doctor blade) 방식으로 제조되었다. 닥터블레이드 방식에 의한 테이프 제조는 산화물 분말, 용매, 분산제, 결합제, 가소제를 적정한 비율로 혼합하는 세라믹 슬러리 혼합공정, 슬러리 내의 기포를 제거하며 점도를 증가시키는 탈포공정, 움직이는 블레이드 위에서 일정한 두께의 쉬트로 성형하는 성형공정, 용매를 제거하는 건조공정으로 이루어진다.
이때 사용되는 결합제인 폴리비닐부티랄(Polyvinyl Butyral;PVB)과 또 다른 폴리비닐계 결합제 또는 아크릴계 결합제 그리고 가소제로디부틸프탈레이트(Dibutyl Phthalate;DBP) 또는 프탈레이트계 가소제와 글리콜계 가소제 등의 유기물들을 비수용성으로 비수계 용매인 메틸에틸렌케톤(Methlyethlene Ketone) 60 wt%와 에틸알콜(Ethyl alcohol) 40 wt%를 혼합한 공비(azeotropic) 복합용매에 용해시켜 사용하였다. 이 외에도 용매로서 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene), 에틸알콜(Ethyl alcohol)등 알콜계 용매, 케톤계 용매, 톨루엔 용매 등의 비수계 복합용매 등을 사용하였다.
이와 같이, 종래의 세라믹 테이프를 제조하는 닥터블레이드 방식에 있어서는 일반적으로 재현성 있는 우수한 성질의 테이프를 제조할 수 있다는 장점으로 인하여 케톤이나 톨루엔 등의 휘발성이 강한 유독성 유기용제를 용매로 사용하는 비수계 공정을 사용하여 왔다. 그러나, 비수계 공정에 의한 테이프 캐스팅 법은 유기용매의 휘발성 및 독성으로 인한 폭발의 위험, 환경오염, 인체에 사용될 경우 생체와의 비친화성에 의한 부작용의 발생 등의 문제점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 세라믹 테이프의 제조에 있어서 비수계 용매의 사용에 따른 문제점을 해결하기 위하여, 안전하고 환경 친화적인 수계 공정을 제공하는데 있다. 본 발명은 유기 용매 대신에 물을 사용하여, 세라믹 테이프의 제조가 용이하면서도 기존의 비수계 세라믹 테이프와 유사한 강도를 부여할 수 있고 습도 또는 온도 변화에 물성이 영향을 받지 않는, 수계 결합제와 가소제 등으로 조성된 세라믹 슬러리 및 이를 이용한 세라믹 테이프의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 물을 용매로 사용하고 수계 결합제 및 첨가물을 혼합하여 만들어진 수계 세라믹 슬러리 및 이를 이용한 수계 세라믹 테이프의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 금속산화물 분말, 물, 수계 결합제, 분산제, 가소제 등을 적정한 비율로 포함하는 수계 세라믹 슬러리 및 상기 금속산화물 분말, 물, 수계 결합제, 분산제, 가소제 등을 적정한 비율로 혼합하여 상기 수계 세라믹 슬러리를 제조하는 혼합공정, 슬러리 내의 기포를 제거하여 점도를 증가시키는 탈포공정, 움직이는 블레이드 위에서 일정한 두께의 테이프로 성형하는 성형공정, 용매를 제거하는 건조공정을 포함하는 수계 세라믹 테이프 제조방법으로 이루어진다.
우선, 본 발명은 금속산화물과 상기 금속산화물에 대하여 0.05∼2.0 중량%의 분산제, 10∼50 중량%의 물, 3∼17 중량%의 가소제, 5∼30 중량%의 PVP 결합제 및 상기 PVP 결합제에 대하여 0.5 ~ 30 중량%의 PVA를 포함하는 수계 세라믹 슬러리를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 세라믹 슬러리를 제조하고 이를 이용하여 수계 세라믹 테이프를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 제조방법을 단계별로 설명하면 다음과 같다 ;
(a) 금속산화물과 상기 금속산화물에 대하여 각각 0.05∼2.0 중량%의 분산제, 3∼17 중량%의 가소제, 5∼30 중량%의 PVP 결합제 및 상기 PVP 결합제에 대하여 0.5 ~ 30 중량%의 PVA 결합제를 상기 금속산화물에 대하여 10∼50 중량% 인 물에 혼합하여 수계 세라믹 슬러리를 제조하고(혼합공정),
(b) 상기 제조한 수계 세라믹 슬러리를 일정한 속도로 교반하여 탈포처리한 후(탈포공정),
(c) 상기 탈포처리한 수계 세라믹 슬러리를 쉬트로 성형(성형공정)하는 공정을 포함한다.
본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 세라믹 슬러리 및 이를 제조하는 슬러리의 혼합공정은 다음과 같다.
상기 금속산화물로 입자상의 알루미나(Al2O3), 스피넬 알루미네이트(MgO·Al2O3), 지르코니아(ZrO2) 또는 상기 금속산화물의 혼합물(예컨대, 알루미나/스피넬 알루미네이트, 알루미나/지르코니아 또는 스피넬 알루미네이트/지르코니아) 중에서 선택된 금속산화물을 사용한다. 상기 알루미나를 단독으로 사용할 때 보다 스피넬 알루미네이트를 혼합하여 사용하면 세라믹 테이프 제조 후 처리시 제품의 투명도가 증가하게 되므로 알루미나/스피넬 알루미네이트를 사용하면 유리하다. 그러나, 첨가되는 스피넬 알루미네이트의 양이 알루미나/스피넬 알루미네이트에 대하여 중량비로 50 %을 넘게 되면 강도가 저하되기 때문에 상기 알루미나/스피넬 알루미네이트의 각 금속산화물 혼합비율은 중량비로 100:0 ~ 50:50인 것이 바람직하다. 또한, 강도를 증진시키기 위하여 알루미나 또는 스피넬 알루미네이트에 지르코니아가 혼합된 알루미나/지르코니아 또는 스피넬 알루미네이트/지르코니아를 사용할 수 있는데, 이 때 첨가되는 지르코니아의 양이 알루미나/지르코니아 또는 스피넬 알루미네이트/지르코니아에 대하여 중량비로 30 %를 넘게 되면 세라믹 테이프 제조 후 처리시 원하는 색의 제품을 얻을 수 없게 된다. 따라서, 금속산화물로서 알루미나/지르코니아 또는 스피넬 알루미네이트/지르코니아를 사용할 경우에는 각 금속산화물 혼합비율이 중량비로 100:0 ~ 70:30 범위인 것이 바람직하다. 이 때, 서로 다른 금속산화물을 혼합하여 사용하기 위해서는 혼합되는 금속산화물의 평균입경을 고려하여야 하는데, 다른 세라믹 성형체의 제조와는 달리 테이프캐스팅에 의한 제조방법은 성형에 필요한 용매와 결합제 등 공정 조성물 첨가에 의하여 테이프 내의 첨가분말 함량의 제한이 있기 때문에, 다른 성형공정에 비하여 성형밀도가 상대적으로 낮다는 공정상의 특징을 가지고 있으며, 서로 다른 입자크기의 세라믹 분말들이 혼합되어 있는 경우에는 이들 분말들이 서로 다른 소결 거동을 나타내기 때문에 부분적인 응력 불균형 및 불균일한 조직을 나타낼 수 있다. 또한, 테이프캐스팅에 사용되는 유기물(결합제, 가소제, 분산제)의 양을 조절하는데 있어서도 미세한 입자의 분말을 사용할 경우에는 비표면적의 증가로 인하여 상대적으로 많은 양의 상기 유기물을 필요로 하게 되는데, 이는 그린 테이프의 건조, 소결과정 중 치명적인 결함으로 나타날 수 있다. 따라서, 이중 입도분포, 삼중 입도분포와 같은 다중 입도분포 시스템의 적용시 입자 크기의 차이가 소결 수축률과 수결 밀도에 영향을 미치게 되므로, 입자 크기가 비슷한 금속산화물을 사용하여야 한다, 따라서, 혼합된 금속산화물 분말의 평균입경 비율이 1:0.9 ~ 1:1.1인 금속산화물 혼합물이 바람직하다.
분산제는 분말의 응집을 억제하고 고르게 분산시켜 균일한 특성과 높은 충전밀도의 세라믹 테이프를 제조하기 위하여 사용하는 것이며, 상기 분산제로 암모늄 폴리아크릴레이트 염, 폴리메타아크릴산 (polymethacrylic acid), 폴리카르복실산 (polycarboxylic acid), 에테르(ether) 계 등의 수계 분산제를 사용할 수 있다. 분말의 응집을 억제하고 고르게 분산시켜 균일한 특성과 높은 충전 밀도를 갖기 위한 조건을 만족시키기 위해서 분산제의 첨가량은 금속산화물에 대하여 0.05 ∼ 2.0 중량%가 바람직하다. 분산제의 첨가량이 0.05 중량% 보다 낮을 경우에는 금속산화물의 분산이 용이하지 않고, 2.0 중량% 보다 높을 경우에는 분산제에 의해 입자가 응집되어 품질 저하를 일으키게 된다.
또한, 세라믹 슬러리를 제조함에 있어서 각 금속산화물 입자를 결합시키고 세라믹 테이프의 물리적 강도 향상과 함께 세라믹 테이프의 균열, 휨 등을 방지하기 위하여 결합제를 사용한다. 본 발명에서 결합제는 수계의 폴리비닐피롤리돈(PVP) 및 폴리비닐알코올(PVA)을 사용하였고 그 외에도 비닐계 결합제인 폴리비닐아크릴레이트 등을 사용할 수 있다.
PVP는 다른 수계 결합제보다 유연성 및 접착성이 좋아서 치관같은 3차원 구조물의 형상을 제조하는데 유리하고 소결 후 잔류 유기물이 거의 남지 않기 때문에 결합제로서 적합하다( 참고 : Organic Additives and Ceramic Processing, 2nd Eddition, by Daniel J. Shanefield, Kluwer Academic Publishers. p264). 상기 PVP 결합제는 분자량에 따라 물성의 차이가 매우 크기 때문에, 사용할 분자량을 결정하고자, 분자량이 55,000 과 1,300,000 인 PVP를 결합제로 첨가하여 테이프를 제조하여 각각의 물성을 관찰한 결과 낮은 분자량의 PVP(분자량 55,000)로 제조한 테이프에서는 균열이 발생하거나 유연성과 접착성이 비교적 낮게 나타난 반면, 분자량이 1,300,000인 PVP는 높은 결합력, 인장강도 및 슬러리의 점도유지에 적절함을 나타내었다. 따라서, 결합제로 사용될 PVP는 분자량이 1,300,000인 것을 선택하는 것이 바람직하다. 상기 PVP 결합제로 제조된 테이프는 접합면이 견고하게 결합되고, 유연성 및 강도도 개선되는 효과가 관찰되었다. 본 발명에 사용되는 PVP 결합제의 첨가량은 금속산화물에 대하여 5∼30 중량%가 바람직하다. 왜냐하면, PVP 결합제의 첨가량이 금속산화물에 대하여 5 중량% 보다 적으면 금속산화물이 결합력을 잃게 되고, 30 중량% 보다 많으면 결합력은 향상되는 반면 소결 후 밀도가 저하되는 경향이 있기 때문이다.
그러나, PVP 만을 결합제로 사용할 경우에는 결합제 자체의 강도가 낮고 온도, 습도 등의 조건 변화에 의하여 세라믹 테이프의 물성이 저하되는 경향이 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 조건 변화에 영향을 받지 않으며 강도가 증진된 세라믹 테이프의 제조를 위하여 결합제로 PVA를 추가적으로 첨가하였다. 이 때, 첨가되는 PVA의 분자량에 따른 세라믹 테이프의 물성이 변화를 알아보기 위하여, 수화도가 98 ~ 99 % 이고 분자량이 각각 13,000 ~ 23,000, 31,000 ~ 50,000, 124,000 ~ 186,000 인 PVA를 사용하여 세라믹 테이프를 제조하여 관찰한 결과, 분자량이 13,00 ~ 23,000 및 31,000 ~ 50,000 인 PVA를 사용하여 제조된 세라믹 테이프 모두에서 균열이 발생한 반면, 분자량이 124,000 ~ 186,000인 PVA를 사용하여 제조한 세라믹 테이프에서는 균열이 관찰되지 않았다. 따라서, 분자량이 124,000 ~ 186,000 인 PVA를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 범위의 높은 분자량의PVA를 사용하면 높은 분자량으로 인하여 세라믹 슬러리의 결합력 및 인장강도가 증대되고 적절한 점도가 유지된다는 이점도 있다. 이 때, 첨가되는 PVA의 양이 PVP 결합제의 사용량에 대하여 0.5 중량%보다 적으면 상기의 효과가 미약하며, 30 중량%보다 많으면 오히려 세라믹 테이프의 유연성이 저하되고, 특히 3차원 성형물 제조에 중요한 접착성이 크게 저하되기 때문에, PVA를 PVP 결합제의 사용량에 대하여0.5 ~ 30 중량% 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명은 결합제로 PVP와 PVA를 혼합사용함으로써, PVP를 사용하여 제조된 세라믹 테이프의 유연성, 접착성 및 생체 안정성 특징을 그대로 유지하면서, PVP만을 사용하였을 경우의 문제점이었던 세라믹 테이프의 낮은 강도와 온도, 습도 등의 환경에 민감한 성질을 개선시킬 수 있다. 이 때, 혼합물의 엉킴을 방지하기 위하여, PVA를 1차로 넣고 1 시간 동안 볼밀한 후, 2차로 PVP를 넣고 혼합할 수 있다.
상기 가소제로서 트리-에틸렌 글리콜 (tri-ethylene glycol : TEG) 등이 사용되며, 이외에도 고분자 공업에서 널리 사용되는 범용 가소제를 사용할 수 있는 바, 본 발명의 구체예에서 사용된 TEG이외에도 여타 글리콜(glycol), 글리세린(glycerine), 프탈레이트(phthalate) 계의 가소제도 사용가능하다. 일반적으로 가소제를 사용하는 기본목적은 폴리머의 점도를 낮추어 성형작업을 용이하게 하며 세라믹 테이프에 접착력을 부여하기 위한 것이다. 본 발명에서 첨가된 가소제의 양은 금속산화물에 대해 3∼17 중량%가 바람직하다. 왜냐하면, 가소제의 첨가량이 이 보다 적으면 결합제에 가소성을 부여하기에 부족하고, 이 보다 높으면 충전밀도가 떨어지기 때문이다.
한편, 가소제, 결합제 등의 유기 첨가물을 용해시키고 금속산화물 입자를 분산시키기 위하여 용매가 필요한데, 본 발명에서는 상기 용매로 환경오염 등의 문제가 없고 생체 친화적인 물을 사용하였다. 이 때, 물이 과다하면 탈포공정이 장시간 요구되며, 또한 알루미나/지르코니아 복합분말과 같은 비중 차가 큰 분말들은 혼합시 분리되어 응집체가 생성될 수 있고, 반면 물의 양이 너무 적으면 분산 효율이 떨어지고 기포의 제거가 어려워져서 이들 기포가 세라믹 테이프 내부에 잔류하게될 가능성이 높아진다. 따라서 탈포공정과 혼합에 유리한 점도를 유지하기 위해서, 증류수의 첨가량은 금속산화물에 대하여 10∼50 중량%가 바람직하며, 15∼30 중량%가 더욱 바람직하다.
추가적으로, 수계공정에 의한 세라믹 쉬트의 제조시 용매인 물의 표면장력이 매우 높아 테이프 운반 필름에 형성된 세라믹 쉬트의 수축이 심하게 발생되는데 이를 방지하기 위해 피-터트-옥틸페녹시-폴리에톡시에틸 알콜계의 계면활성제를 슬러리 총량에 대하여 0.3∼2.0 중량% 범위로 첨가할 수 있다.
본 발명의 탈포 공정은 다음과 같다.
볼밀로 혼합과정을 거쳐 제조된 세라믹스 현탁액인 슬러리는 혼합과정에서 유입되는 공기와 볼의 마찰로 인한 물의 증기압으로 발생되는 기포가 존재하게 된다. 이러한 기포들은 세라믹 테이프 성형공정 전 제거시키지 않으면 건조과정에서 세라믹 테이프의 균열이나 휨의 원인으로 작용하게 되어 결국 세라믹 테이프의 물리적 특성을 저하시키게 된다. 따라서, 바람직한 세라믹 테이프를 제조하기 위해서는 기포를 제거하여야하며, 본 발명에서는 진공펌프(진공용량:50L/min, 진공시간:20-90/min)를 이용하여 기포를 제거하는 탈포공정을 수행한다. 균일한 탈포를 위해 슬러리를 250 rpm의 일정속도로 교반한다. 슬러리의 탈포과정을 수행하는 동안 슬러리내의 기포뿐만 아니라 물의 증발도 동시에 발생하므로 슬러리의 점도에 영향을 미치게 된다. 슬러리의 점도조절은 성형공정에서 중요한 인자로 작용하므로, 탈포공정 중에 일정시간 간격으로 점도를 측정하여 점도가 4,000∼30,000 cps 의 범위가 되도록 한다.
본 발명의 성형 공정은 다음과 같다.
탈포된 알루미나, 스피넬 알루미네이트, 지르코니아 또는 이들의 혼합물 세라믹 슬러리를 닥터 블레이드 장치를 이용하여 테이프로 성형한다. 세라믹 테이프 운반 필름은 표면에 실리콘 레진이 코팅된 두께 100 ㎛의 표면이 깨끗하고 유연하며 유기 첨가제와 반응을 하지 않는 마일러 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 세라믹 테이프의 두께는 블레이드 장치에 부착되어있는 1차 및 2차 마이크로 미터를 사용하여 조절한다.
세라믹 테이프는 닥터 블레이드 방법이외에도 테이프 코터, 롤 콤팩션, 압출성형법 등 공지의 어떠한 테이프 제조기로도 제조가 가능하며 세라믹 테이프의 두께는 사용 목적에 따라 임의로 조정하여 제조할 수 있다.
상기와 같이, PVP 결합제 및 PVA 결합제를 사용함에 있어서, 세라믹 테이프의 강도를 더욱 증진시키고 성형 공정을 용이하게 하기 위하여 젤라틴(소나 돼지의 피부 등에서 얻을 수 있음)을 첨가할 수 있다. 이 때, 첨가하는 양은 금속산화물에대하여 0.1∼2.0 중량%가 바람직하며, 그 이상일 경우 소결후 수축이 심하게 된다.이와 같이, 결합제로서 젤라틴을 추가적으로 첨가하는 경우에 있어서, 젤라틴은 상온에서 혼합 및 용해가 되지 않기 때문에, 젤라틴을 혼합시키기 위하여 상기 탈포 공정을 50 ~ 80 ℃의 물에 중탕하면서 1차적으로 수행한 후, 상기 탈포 온도와 같은 온도에서 젤라틴이 과량의 물에 용해된 젤라틴용액을 혼합하고 2차 탈포공정을 수행한다.
다음 실시예는 본 발명을 더욱 상세히 예증할 것이나 본 발명의 범위가 본 실시예에 국한되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
PVP-PVA 결합제를 이용한 알루미나 쉬트의 제조
금속산화물로서 알루미나에 용매로서 물 및 분산제로서 암모늄 폴리아크릴레이트 염을 넣어 상온에서 130 rpm으로 4시간 동안 1차 혼합하고, 결합제로 PVA, 가소제로 TEG를 넣어 1시간 동안 2차 혼합한 후, 다른 결합제인 PVP, 계면활성제를 첨가하고 18시간 동안 3차 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리의 조성은 표1과 같다.
성 분 첨가량 (g)
알루미나 100
분산제 0.25
결합제(PVP) 9.5
결합제 (PVA) 1.1
가소제 5.7
용매 19
계면활성제 0.4
혼합이 완료된 후, 슬러리 내에 유입되거나 발생된 기포를 진공펌프로 제거하고, 혼합 및 분산을 용이하게 하기 위하여 첨가된 과량의 용매함량을 감소시키기 위하여 250 rpm의 일정 속도로 슬러리의 탈포공정을 수행하였다.
탈포공정을 거친 슬러리의 점도, 성형조건 및 제조 후의 특성을 표 2에 나타내었다.
특성 특성치
캐스팅 속도 (cm/min) 30
블레이드 높이 (mm) 0.9
점 도 (ｃｐｓ) 7000
그린쉬트 두께(mm) 왼쪽끝 0.49
가운데 0.50
오른쪽끝 0.49
외관검사 결함없음
탈지시 휨, 균열발생 유무 무
소결시 휨, 균열발생 유무 무
실시예 2
PVP-PVA 결합제를 이용한 스피넬 알루미네이트 쉬트의 제조
금속산화물로 평균 입경 3 ㎛인 스피넬 알루미네이트, 용매로서 물 및 분산제로서 암모늄 폴리아크릴레이트 염을 넣어 상온에서 130 rpm으로 4시간 동안 1차 혼합하고, 결합제로 PVA, 가소제로 TEG를 넣어 1시간 동안 2차 혼합한 후, 다른 결합제인 PVP, 계면활성제를 첨가하고 18시간 동안 3차 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리의 조성은 표 3과 같다.
성 분 첨가량 (g)
스피넬 알루미네이트(평균입경 3 ㎛) 100
분산제 0.25
결합제 (PVP) 12.9
결합제 (PVA) 1.4
가소제 6.2
용매 19
계면활성제 0.4
탈포공정을 거친 슬러리의 점도, 성형조건 및 제조 후의 특성을 표 4에 나타내었다.
특성 특성치
캐스팅 속도 (cm/min) 30
블레이드 높이 (mm) 0.9
점 도 (ｃｐｓ) 7600
그린쉬트 두께(mm) 왼쪽끝 0.49
가운데 0.50
오른쪽끝 0.49
외관검사 결함없음
탈지시 휨, 균열발생 유무 무
소결시 휨, 균열발생 유무 무
실시예 3
PVP-PVA 결합제를 이용한 알루미나/스피넬 알루미네이트 쉬트의 제조
금속산화물로서 평균 입경 3 ㎛인 알루미나 80g과 평균 입경 3 ㎛인 스피넬 알루미네이트 20g, 용매로서 물 및 분산제로서 암모늄 폴리아크릴레이트 염을 넣어 상온에서 130 rpm으로 4시간 동안 1차 혼합하고, 결합제로 PVA, 가소제로 TEG를 넣어 1시간 동안 2차 혼합한 후, 다른 결합제인 PVP, 계면활성제를 첨가하고 18시간 동안 3차 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리의 조성은 표 5와 같다.
성 분 첨가량 (g)
알루미나(평균입경 3 ㎛) 80
스피넬 알루미네이트(평균입경 3㎛) 20
분산제 0.25
결합제 (PVP) 12
결합제 (PVA) 1.3
가소제 5.7
용매 19
계면활성제 0.4
탈포공정을 거친 슬러리의 점도, 성형조건 및 제조 후의 특성을 표 6에 나타내었다.
특성 특성치
캐스팅 속도 (cm/min) 30
블레이드 높이 (mm) 0.8
점 도 (ｃｐｓ) 7600
그린쉬트 두께(mm) 왼쪽끝 0.49
가운데 0.50
오른쪽끝 0.49
외관검사 결함없음
탈지시 휨, 균열발생 유무 무
소결시 휨, 균열발생 유무 무
실시예 4
PVP-PVA 결합제를 이용한 알루미나/지르코니아 쉬트의 제조
금속산화물로서 평균 입경 3 ㎛인 알루미나 90g과 평균 입경 3 ㎛인 지르코니아 10g, 용매로서 물 및 분산제로서 암모늄 폴리아크릴레이트 염을 넣어 상온에서 130 rpm으로 4시간 동안 1차 혼합한 후, 결합제로 PVA, 가소제로 TEG를 넣어 1시간 동안 2차 혼합한 후, 다른 결합제인 PVP, 계면활성제를 첨가하고 18시간 동안3차 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리의 조성은 표 7과 같다.
성 분 첨가량 (g)
알루미나(평균입경 3 ㎛) 90
지르코니아(평균입경 3㎛) 10
분산제 0.25
결합제 (PVP) 12
결합제 (PVA) 1.3
가소제 5.7
용매 19
계면활성제 0.4
탈포공정을 거친 슬러리의 점도, 성형조건 및 제조 후의 특성을 표 8에 나타내었다.
특성 특성치
캐스팅 속도 (cm/min) 30
블레이드 높이 (mm) 0.8
점 도 (ｃｐｓ) 7600
그린쉬트 두께(mm) 왼쪽끝 0.49
가운데 0.50
오른쪽끝 0.49
외관검사 결함없음
탈지시 휨, 균열발생 유무 무
소결시 휨, 균열발생 유무 무
실시예 5
PVP-PVA 결합제와 젤라틴을 이용한 알루미나 쉬트의 제조
금속산화물로서 알루미나에 용매로서 물 및 분산제로서 암모늄 폴리아크릴레이트 염을 넣어 상온에서 130 rpm으로 4시간 동안 1차 혼합하고, 결합제로 PVA, 가소제로 TEG를 넣어 1시간 동안 2차 혼합한 후, 다른 결합제인 PVP, 계면활성제를첨가하고 18시간 동안 3차 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리의 조성은 표 9과 같다.
성 분 첨가량 (g)
알루미나 100
분산제 0.1
결합제 (PVP) 9.5
결합제 (PVA) 1.1
젤라틴 0.5
가소제 5.7
용매 19
계면활성제 0.4
혼합이 완료된 후, 슬러리 내에 유입되거나 발생된 기포를 진공펌프로 제거하고, 혼합 및 분산이 용이하게 하기 위하여 첨가된 과량의 용매함량을 감소시키기 위하여 슬러리를 250 rpm의 일정한 속도로 탈포시켰다. 이 때, 또 다른 결합제인 젤라틴을 첨가하기 위하여, 80℃의 물에 중탕하면서 상기 탈포공정을 수행하였으며, 이 슬러리에 같은 온도에서 0.5 g의 젤라틴이 그 양의 10 배의 물에 용해된 젤라틴 용액을 혼합하여 10 분 더 탈포공정을 수행하였다. 탈포공정을 거친 슬러리의 점도, 성형조건 및 제조 후의 특성을 표 10에 나타내었다.
특성 특성치
캐스팅 속도 (cm/min) 30
블레이드 높이 (mm) 1.25
점 도 (ｃｐｓ) 7000
그린쉬트 두께(mm) 왼쪽끝 0.49
가운데 0.50
오른쪽끝 0.49
외관검사 결함없음
탈지시 휨, 균열발생 유무 무
소결시 휨, 균열발생 유무 무
본 발명은 수계 결합제 및 물을 이용하여 수계 공정으로 세라믹 슬러리 및 세라믹 테이프를 제조하기 때문에 안전하고 환경 친화적이며, 또한 수계 용매 및 젤라틴 결합제의 생체 친화성 때문에 인체에 사용되는 경우 유해성이 줄어드는 등 그 이용이 기대되는 유용한 제조방법이라 할 수 있다. 본 발명에 의해 제조된 테이프는 치과용 세라믹크라운, 전자부품 등 공지 응용분야에 안전하게 적용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 금속산화물과 상기 금속산화물에 대하여 0.05 내지 2.0 중량%의 분산제, 10 내지 50 중량%의 물, 3 내지 17 중량%의 가소제, 5 내지 30 중량%의 PVP 결합제 및 상기 PVP 결합제에 대하여 0.5 내지 30 중량%의 PVA 결합제를 포함하고,
    상기 금속산화물이 알루미나, 스피넬 알루미네이트, 지르코니아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된 것이고,
    상기 분산제가 폴리메타아크릴산, 폴리카르복실산, 암모늄 폴리아크릴레이트 염 및 에테르로 이루어진 군 중에서 선택된 것이고,
    상기 가소제가 트리에틸렌글리콜(TEG), 폴리에틸렌글리콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된 것인,
    수계 세라믹 슬러리.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속산화물의 혼합물이 알루미나/스피넬 알루미네이트 혼합물, 알루미나/지르코니아 혼합물 또는 스피넬 알루미네이트/지르코니아 혼합물인 수계 세라믹 슬러리.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 금속산화물의 혼합물이,
    스피넬 알루미네이트를 금속산화물의 혼합물에 대하여 10 내지 50 중량%의 양으로 포함하는 알루미나/스피넬 알루미네이트 혼합물; 또는
    지르코니아를 금속산화물의 혼합물에 대하여 10 내지 30 중량%의 양으로 포함하는 알루미나/지르코니아 혼합물 또는 스피넬 알루미네이트/지르코니아 혼합물인,
    수계 세라믹 슬러리.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 금속산화물 혼합물의 각 금속산화물 평균 입경 비율이 1:0.9 내지 1:1.1 범위인 수계 세라믹 슬러리.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 결합제로서 금속산화물에 대하여 0.1 내지 2.0 중량%의 젤라틴을 추가적으로 포함하는 수계 세라믹 슬러리.
  9. 금속산화물과 상기 금속산화물에 대하여 각각 0.05 내지 2.0 중량%의 분산제, 3 내지 17 중량%의 가소제, 5 내지 30 중량%의 PVP결합제 및 상기 PVP 결합제에 대하여 0.5 내지 30 중량%의 PVA 결합제를 상기 금속산화물에 대하여 10 내지 50 중량% 인 물에 혼합하여 수계 세라믹 슬러리를 제조하고,
    상기 제조한 수계 세라믹 슬러리를 일정한 속도로 교반하여 탈포 처리를 한 후,
    상기 탈포처리한 수계 세라믹 슬러리를 쉬트로 성형하는 단계를 포함하고,
    상기 금속산화물을 알루미나, 스피넬 알루미네이트, 지르코니아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택하여 사용하고,
    상기 분산제를 폴리메타아크릴산, 폴리카르복실산, 암모늄 폴리아크릴레이트 염 및 에테르로 이루어진 군 중에서 선택하여 사용하고,
    상기 가소제를 트리에틸렌글리콜(TEG), 폴리에틸렌글리콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택하여 사용하는,
    수계 세라믹 테이프 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 금속산화물의 혼합물로 알루미나/스피넬 알루미네이트 혼합물, 알루미나/지르코니아 혼합물 또는 스피넬 알루미네이트/지르코니아 혼합물을 사용하는 수계 세라믹 테이프 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 금속산화물의 혼합물로서,
    스피넬 알루미네이트를 금속산화물의 혼합물에 대하여 10 내지 50 중량%의 양으로 포함하는 알루미나/스피넬 알루미네이트 혼합물; 또는
    지르코니아를 금속산화물의 혼합물에 대하여 10 내지 30 중량의 양으로 포함하는 알루미나/지르코니아 혼합물 또는 스피넬 알루미네이트/지르코니아 혼합물을를 사용하는,
    수계 세라믹 테이프 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 금속산화물의 혼합물로 각 금속산화물이 평균 입경 비율 1:0.9 내지 1:1.1 범위로 혼합된 금속산화물의 혼합물을 사용하는 수계 세라믹 테이프 제조방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 9 항에 있어서, 상기 수계 세라믹 슬러리 제조단계에 수계 세라믹 슬러리 총량에 대하여 0.3 내지 2.0 중량%의 피-터트-옥틸페녹시-폴리에톡시에틸 알콜계 계면활성제를 첨가하는 단계를 추가적으로 포함하는 수계 세라믹 테이프의 제조방법.
  17. 제 9 항에 있어서, 상기 수계 세라믹 슬러리 제조단계에 있어서, PVA 결합제를 넣고 1 시간 동안 볼밀한 후, PVP 결합제를 넣고 혼합하여 수계 세라믹 슬러리를 제조하는 단계를 포함하는 수계 세라믹 테이프의 제조방법.
  18. 제 9 항에 있어서, 상기 수계 세라믹 슬러리가 점도가 브룩필드 점도계로 4,000 내지 30,000 cps 범위가 되도록 탈포처리하여 성형공정을 수행하는 수계 세라믹 테이프의 제조방법.
  19. 제 9 항에 있어서, 결합제로서 젤라틴을 추가적으로 혼합시키기 위하여,
    상기 탈포공정을 50 내지 80 ℃의 물에 중탕하면서 1 차적으로 수행한 후,
    상기 1차 탈포 공정과 같은 온도에서 금속산화물에 대하여 0.1 내지 2.0 중량%의 젤라틴이 그 양의 10 배의 물에 용해된 젤라틴 용액을 첨가하고 2 차 탈포공정을 수행하는 단계를 추가적으로 포함하는,
    수계 세라믹 테이프의 제조방법.
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