KR100454716B1 - 아크릴계 결합제를 사용한 수계 세라믹 슬러리 및 이를이용한 세라믹테이프의 제조방법 - Google Patents

아크릴계 결합제를 사용한 수계 세라믹 슬러리 및 이를이용한 세라믹테이프의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용매로 물을 사용하고 결합제로 아크릴 에멀젼을 사용하며, 이들을 금속산화물 분말, 분산제, 가소제 등과 혼합하여 제조된 수계 세라믹 슬러리를제공하고, 이러한 슬러리를 탈포, 성형, 건조하여 세라믹 테이프를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면 세라믹 테이프 제조 공정에 있어서, 환경 및 인체 유해성을 방지할 수 있고, 세라믹테이프의 건조속도를 향상시키며, 낮은 점도에서의 작업이 가능하다.

Description

아크릴계 결합제를 사용한 수계 세라믹 슬러리 및 이를 이용한 세라믹테이프의 제조방법{AQUEOUS CERAMIC SLURRY USING ACRYLIC EMULSION AS A BINDING AGENT AND METHOD FOR PRODUCING A CERAMIC TAPE USING THE SAME}
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 발명의 목적은 세라믹 테이프의 제조에 있어서 비수계 용매의 사용에 따른 문제점을 해결하기 위하여, 안전하고 환경 친화적인 수계용매와 수계결합제를 포함하는 수계 세라믹 슬러리 및 이를 이용한 수계 세라믹 테이프 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 수용성 결합제가 가질 수 있는 문제점으로 세라믹 테이프의 건조속도가 느리고, 슬러리가 높은 점도를 가져야 공정을 진행할 수 있는 어려움을 해결하는데 있다.
본 발명에서는 물을 용매로 사용하고, 세라믹 분말과, 수계 결합제로서 아크릴 결합제 및 첨가물을 혼합하여 수계 세라믹 슬러리를 제조한다.
아크릴계 결합제는 따로 물에 용해시켜 사용할 필요가 없을 뿐만 아니라, 유리전이온도(Tg)가 낮아 유연성 및 접착성이 우수하고, 특히 수계 결합제의 가장 큰 단점인 습도의 영향에 대해 우수한 특성을 갖고 있다.
그럼에도 불구하고 세라믹분말 함량이 높은 시스템에서는 접착성이 낮아, 적층용 세라믹 테이프 제조시 아크릴계 결합제의 사용이 제한되어왔다. 이는 현재 상용화되는 테이프 캐스팅용 아크릴계 결합제가 주로 -40, -26, -10, -6, 10, 19℃ 등의 유리전이온도를 갖으며, 에멀젼 내 단량체 함량(solid loading)이 55% 이하이기 때문이다.
적층이 요구되는 2차원 및 3차원 형상의 성형을 위한 아크릴계 결합제는 유리전이온도가 -20℃ 부근이어야 하는데 이보다 유리전이온도가 낮게되면 테이프의 강도는 급격하게 감소하여 테이프의 형성 자체가 어렵게되며, 반대로 유리전이온도가 높게되면 접착성의 감소로 인해 적층 등의 성형에 어려움이 따른다.
따라서, 세라믹 테이프의 인장강도 및 소결 후 강도, 그리고 접착성 저하의 문제점을 해결하기 위해서는 에멀젼 상태의 아크릴계 결합제의 유리전이온도 및 에멀젼 내 단량체 함량의 제어가 필요하다.
본 발명은 이러한 점을 고려하여 적층이 요구되는 2차원 및 3차원 형상의 성형을 위한 세라믹 테이프를 제조함에 있어서 -20℃ 정도의 유리전이온도를 가지며종래에 사용되는 아크릴계 결합제보다 에멀젼 내 단량체 함량이 높은 수용성 아크릴 결합제를 제공하고, 이를 이용하여 수계 세라믹 슬러리를 제조한다.
구체적으로, 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 아크릴계 결합제를 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 아크릴계 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 발명에 따른 세라믹 슬러리 및 슬러리의 혼합공정을 더욱 구체적으로설명하면 다음과 같다.
금속산화물
금속산화물로는 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, 알루미나/지르코니아 또는 스피넬 알루미네이트/지르코니아의 각 금속산화물 혼합비율이 중량비로 100:0 ~ 70:30 범위인 것이 바람직하다.
서로 다른 금속산화물을 혼합하여 사용하기 위해서는 혼합되는 금속산화물의 평균입경을 고려하여야 하는데, 다른 세라믹 성형체의 제조와는 달리 테이프캐스팅에 의한 제조방법은 성형에 필요한 용매와 결합제 등의 공정 조성물 첨가로 인하여테이프 내의 첨가분말 함량의 제한이 있기 때문에, 다른 성형공정에 비하여 성형밀도가 상대적으로 낮다. 또한, 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. 뿐만 아니라, 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.
분산제
분산제는 분말의 응집을 억제하고 고르게 분산시켜 균일한 특성과 높은 충전밀도의 세라믹 테이프를 제조하기 위하여 사용한다. 상기 분산제로는 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 위해서 분산제의 첨가량은 금속산화물에 대하여 0.05 ~ 2.0 %가 바람직하다. 분산제의 첨가량이 이보다 낮을 경우에는 금속산화물의 분산이 용이하지 않고, 이보다 높을 경우에는 분산제에 의해 입자가 응집되어 품질 저하를 일으키게 된다.
결합제
세라믹 슬러리를 제조함에 있어서, 각 금속산화물 입자를 결합시키고, 세라믹 테이프의 물리적 강도를 향상시키며, 세라믹 테이프의 균열 또는 휨 등을 방지하기 위하여 결합제를 사용한다. 본 발명에서 결합제는 수용성의 아크릴계 결합제를 사용하고, 그 외에도 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올(PVA) 및 폴리비닐아크릴레이트(PVAc) 등을 사용할 수 있다.
아크릴계 결합제는 다른 수계 결합제와는 달리 에멀젼 상태이기 때문에 따로 용해시키지 않고 그대로 정량하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 유리전이온도의 조절이 용이하고, 그 온도가 낮아 유연성, 접착성이 우수하고 습도의 영향을 많이 받지 않는 특성을 지니고 있다.
본 발명에 의한 아크릴계 결합제는 유리전이온도가 - 20 ±5℃ 범위이며, 이 온도범위에서 적층을 요구하는 2차원 및 3차원 형상의 성형을 위한 세라믹 테이프 제조가 가장 적합한데, 이보다 유리전이온도가 낮으면 세라믹 테이프의 강도는 급격히 저하되어 세라믹 테이프의 제작이 어려워지며, 반대로 높게되면 접착성이 감소하여 성형시 어려움이 따르게 된다.
또한, 아크릴계 결합제에서 에멀젼 내 단량체 함량은 그 값이 높은 것을 사용할수록 좋은데, 그 이유는 적은 양의 첨가로도 슬러리를 구성할 수 있으며, 탈포공정시 점도 조절의 시간을 단축시킬 수 있으며, 세라믹 테이프의 강도를 증진시킬 수 있기 때문이다. 본 발명에서는 에멀젼 내에서 단량체가 60% 이상의 함량을 갖는 아크릴 결합제를 사용하였다. 현재 상용되는 아크릴계 결합제의 에멀젼 내 단량체함량이 최고 55%로, 본 발명에서는 이보다 높은 함량을 갖는다. 단량체의 함량은 요구되는 세라믹 테이프의 강도에 따라 달라질 수 있으나 60% 이상 80% 이하가 적당하다.
본 발명에 의한 아크릴계 결합제는 pH가 5.0 ~ 6.0 의 산성을 나타내는데 기존의 상용화된 아크릴계 결합제가 약산성 또는 약알칼리성을 나타내는 것과는 달리 pH가 낮기 때문에 슬러리의 혼합시 금속산화물에 흡착되어 더 큰 표면전하를 나타내 슬러리의 분산을 더욱 증가시키게된다. 분산 성능의 향상은 슬러리의 혼합을 용이하게 하여 사용되는 금속산화물의 응집이 발생되지 않아 세라믹 테이프 성형시 우수한 질의 테이프를 얻게 해주며 이들의 소결 특성을 향상시켜주기 때문에 세라믹 슬러리 제조시 매우 중요한 것이다. 또한 아크릴 결합제는 에멀젼 상태이기 때문에 혼합 슬러리의 점도를 낮출 수 있어 슬러리의 혼합이 용이하며 탈포공정시 슬러리 내의 기공을 쉽게 제거할 수 있으며, 세라믹 테이프 성형시 건조 후 결함을 줄일 수 있다.
이러한 아크릴 결합제로서 본 발명에서는 중량비로 부틸아크릴레이트(buthyl acrylate) 40 ~ 70%, 메틸메타아크릴레이트(methyl methacrylate) 10 ~ 20%, 2-수산화에틸메타아크릴레이트(2-hydroxy ethyl methacrylate) 10 ~ 40%, 메타아크릴산(methacrylic acid) 2 ~ 10%로 구성되는 아크릴 에멀젼을 제조하였다.
가소제
가소제로서는 디-에틸렌 글리콜 디벤조네이트(di-ethylene glycol dibenzonate: DEG)과 디-프로필렌 글리콜 디벤조네이트(di-propylene glycoldibenzonate: DPG)의 혼합물이 사용되며, 이외에도 고분자 공업에서 널리 사용되는 범용 가소제를 사용할 수 있는 바, 여타 글리콜(glycol), 글리세린(glycerine), 프탈레이트(phthalate) 계의 가소제도 사용 가능하다.
일반적으로 가소제를 사용하는 기본 목적은 폴리머의 점도를 낮추어 성형작업을 용이하게 하며 적층시 세라믹 테이프에 접착력을 부여하기 위한 것이다. 본 발명에서는 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.
용매
가소제, 결합제 등의 유기 첨가물을 용해시키고 금속산화물 입자를 분산시키기 위하여 용매가 필요한데, 본 발명에서는 용매로서 환경오염 등의 문제가 없고 생체 친화적인 물을 사용하였다. 이 때, 물이 과다하면 탈포공정이 장시간 요구되며, 알루미나/지르코니아 복합분말과 같은 비중차가 큰 분말들은 혼합시 서로 분리되어 응집체가 생성될 수 있고, 반면 물의 양이 너무 적으면 분산 효율이 떨어지고 기포의 제거가 어려워져서 이들 기포가 세라믹 테이프 내부에 잔류하게 될 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 슬러리에는 혼합과정에서 유입되는 공기와 볼의 마찰로 인한 물의 증기압으로 발생되는 기포가 존재하게 된다. 이러한 기포들은 세라믹 테이프 성형공정 전에 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 400 ~ 1,000 cps 의 범위가 되도록 한다.
탈포 공정후의 슬러리는 pH 값이 7 ~ 9 범위의 중성 또는 약염기성을 나타내는 것이 바람직한데 이는 슬러리가 산성을 띠게 되면 슬러리 제조공정 또는 성형공정 중에 장비 및 기타 다른 재료를 부식시킬 수 있기 때문이다.
본 발명의 성형 공정은 다음과 같다.
탈포된 세라믹 슬러리를 닥터 블레이드 장치를 이용하여 테이프로 성형한다.세라믹 테이프 운반 필름으로는 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 방법 이외에도 테이프 코터, 롤 콤팩션, 압출성형법 등 공지의 어떠한 테이프 제조기로도 제조가 가능하며, 세라믹 테이프의 두께는 사용 목적에 따라 임의로 조정하여 제조할 수 있다.
본 발명은 세라믹 테이프의 강도를 더욱 증진시키고 성형 공정을 용이하게 하기 위하여 결합제로서 젤라틴(소나 돼지의 피부 등에서 얻을 수 있음)을 첨가할 수 있다. 이 때, 첨가하는 양은 금속산화물에 대하여 0.1 ~ 2.0 중량%가 바람직하며, 그 이상일 경우 소결후 수축이 심하게 된다. 이와 같이, 결합제로서 젤라틴을 추가적으로 첨가하는 경우에는, 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.
한편, 아크릴계 결합제를 사용한 세라믹테이프의 강도를 더욱 증진시키기 위해 다른 수용성 결합제인 PVA를 첨가할 수 있다. 이때 첨가하는 양은 사용되는 아크릴계 결합제에 대해 중량비로 10% 이내가 바람직한데, 그 이상일 경우 접착성이 저하되고 세라믹테이프 성형시 건조후 균열이 발생하기 때문이다. 이와 같은 PVA를 결합제로 첨가하는데 있어서 아크릴 결합제와 PVA를 함께 혼합하면 슬러리가 서로엉키는 현상이 나타나는데, 이를 방지하기 위해 금속산화물, 물, 분산제로 1차 볼밀을 한 슬러리에 먼저 PVA를 넣고 1시간 2차 볼밀한 후 아크릴 결합제와 가소제를 넣어 3차 볼밀을 수행한다.
이하의 실시 예는 본 발명을 더욱 상세히 예증할 것이나 본 발명의 범위가 본 실시 예에 국한되는 것은 아니다.
실시예1
아크릴 결합제를 이용한 알루미나 테이프의 제조
금속산화물로 평균 입경 3㎛인 알루미나에 용매로서 물과 분산제로 폴리카르복실산을 넣어 상온에서 130rpm으로 4시간 동안 1차 혼합한 후, 가소제로 DEG와 DPG의 혼합물을 넣어 1시간 동안 2차 혼합한 후, 결합제로 아크릴 에멀젼을 첨가하고 1시간 동안 3차 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리의 조성은 표 1과 같다.
성 분 첨가량 (g)
알루미나(평균입경 3 ㎛) 100
분산제 0.25
결합제(아크릴) 9.58
가소제 9.58
용매 19
혼합이 완료된 후 슬러리 내에 유입되거나 발생된 기포를 진공펌프로 제거하고 혼합 및 분산이 용이하도록 첨가된 과량의 용매함량을 감소시키기 위해 슬러리를 250 rpm의 일정 속도로 탈포공정을 수행하였다.
탈포공정을 거친 슬러리의 점도, 성형조건 및 제조 후의 특성은 표 2와 같다.
특성 특성치
캐스팅 속도 (cm/min) 30
블레이드 높이 (mm) 0.9
점 도 (ｃｐｓ) 500
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
아크릴-PVA 결합제를 이용한 알루미나 테이프의 제조
금속산화물로 평균 입경 3 ㎛인 알루미나와 용매로서 물과 분산제로 폴리카르복실산을 넣어 상온에서 130 rpm으로 4시간 동안 1차 혼합한 후, 결합제로 PVA를 넣어 1시간 동안 2차 혼합한 후, 가소제로 DEG와 DPG의 혼합물을 넣어 1시간 동안 3차 혼합하고 다른 결합제인 아크릴 에멀젼을 첨가하고 1시간 동안 4차 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리의 조성은 표 3과 같다.
성 분 첨가량 (g)
알루미나(평균입경 3 ㎛) 100
분산제 0.25
결합제 (아크릴) 9.08
결합제 (PVA) 0.5
가소제 9.58
용매 19
혼합이 완료된 후 슬러리 내에 유입되거나 발생된 기포를 진공펌프로 제거하고 혼합 및 분산이 용이하도록 첨가된 과량의 용매함량을 감소시키기 위해 슬러리를 250 rpm의 일정 속도로 탈포공정을 수행하였다.
탈포공정을 거친 슬러리의 점도, 성형조건 및 제조 후의 특성은 표 4와 같다.
특성 특성치
캐스팅 속도 (cm/min) 30
블레이드 높이 (mm) 0.9
점 도 (ｃｐｓ) 600
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
아크릴-젤라틴 결합제를 이용한 알루미나 테이프의 제조
금속산화물로 평균 입경 3 ㎛인 알루미나와 용매로서 물과 분산제로 폴리카르복실산을 넣어 상온에서 130 rpm으로 4시간 동안 1차 혼합하고, 가소제로 DEG와 DPG의 혼합몰을 넣어 1시간 동안 2차 혼합한 후, 결합제로 아클릴 에멀젼을 넣어 1시간 동안 3차 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리의 조성은 표 5와 같다.
성 분 첨가량 (g)
알루미나 100
분산제 0.25
결합제 (아크릴) 9.08
결합제 (젤라틴) 0.5
가소제 9.58
용매 19
혼합이 완료된 후 슬러리 내에 유입되거나 발생된 기포를 진공펌프로 제거하고 혼합 및 분산이 용이하도록 첨가된 과량의 용매함량을 감소시키기 위해 슬러리를 250 rpm의 일정 속도로 탈포공정을 수행하였다. 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 특성은 표 6과 같다..
특성 특성치
캐스팅 속도 (cm/min) 30
블레이드 높이 (mm) 0.9
점 도 (ｃｐｓ) 800
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
아크릴 결합제를 이용한 알루미나-스피넬 알루미네이트 테이프의 제조
금속산화물로 평균 입경 3 ㎛인 알루미나 80g과 평균 입경 3 ㎛인 스피넬 알루미네이트 20g 그리고 용매로서 물과 분산제로 폴리카르복실산을 넣어 상온에서 130 rpm으로 4시간 동안 1차 혼합한 후, 가소제로 DEG와 DPG의 혼합물을 넣어 1시간 동안 2차 혼합한 후, 결합제로 아크릴 에멀젼을 첨가하고 1시간 동안 3차 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리의 조성은 표 7과 같다.
성 분 첨가량 (g)
알루미나(평균입경 3 ㎛) 80
스피넬 알루미네이트(평균입경 3㎛) 20
분산제 0.25
결합제 (아크릴) 9.58
가소제 9.58
용매 19
혼합이 완료된 후 슬러리 내에 유입되거나 발생된 기포를 진공펌프로 제거하고 혼합 및 분산이 용이하도록 첨가된 과량의 용매함량을 감소시키기 위해 슬러리를 250 rpm의 일정 속도로 탈포공정을 수행하였다.
탈포공정을 거친 슬러리의 점도, 성형조건 및 제조 후의 특성은 표 8과 같다.
특성 특성치
캐스팅 속도 (cm/min) 30
블레이드 높이 (mm) 0.8
점 도 (ｃｐｓ) 600
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
아크릴 결합제를 이용한 알루미나/지르코니아 테이프의 제조
금속산화물로 평균 입경 3 ㎛인 알루미나 90g과 평균 입경 3 ㎛인 지르코니아 10g 그리고 그리고 용매로서 물과 분산제로 폴리카르복실산을 넣어 상온에서 130 rpm으로 4시간 동안 1차 혼합한 후, 가소제로 DEG와 DPG의 혼합물을 넣어 1시간 동안 2차 혼합한 후, 결합제로 아크릴 에멀젼을 첨가하고 1시간 동안 3차 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리의 조성은 표 9와 같다.
성 분 첨가량 (g)
알루미나(평균입경 3 ㎛) 90
지르코니아(평균입경 3㎛) 10
분산제 0.25
결합제 (아크릴) 9.58
가소제 9.58
용매 19
혼합이 완료된 후 슬러리 내에 유입되거나 발생된 기포를 진공펌프로 제거하고 혼합 및 분산이 용이하도록 첨가된 과량의 용매함량을 감소시키기 위해 슬러리를 250 rpm의 일정 속도로 탈포공정을 수행하였다.
탈포공정을 거친 슬러리의 점도, 성형조건 및 제조 후의 특성은 표 10과 같다.
특성 특성치
캐스팅 속도 (cm/min) 30
블레이드 높이 (mm) 0.8
점 도 (ｃｐｓ) 600
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 안전하고 환경 친화적이며 인체에 무해한 수계 세라믹 슬러리의 제조 및 이를 이용한 세라믹 테이프의 제조방법으로 특히 건조속도가 빠르고 습도 등의 분위기에 덜 민감하며 세라믹 테이프로의 제조시 성형성과 접착성이 우수한수계용 아크릴 결합제를 사용하여 그 이용이 기대되는 유용한 제조방법이라 할 수 있다. 이러한 아크릴계 결합제를 사용한 본 발명에 의해 제조된 테이프는 치과용 세라믹크라운, 전자부품용 기판, 캐패시터 등 공지 응용분야에 안전하게 적용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 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 아크릴 결합제를 포함하며,
    상기 아크릴 결합제는 부틸아크릴레이트(buthyl acrylate) 40 ~ 70 중량%, 메틸메타아크릴레이트(methyl methacrylate) 10 ~ 20 중량%, 2-수산화에틸메타아크릴레이트(2-hydroxy ethyl methacrylate) 10 ~ 40 중량%, 메타아크릴릭 산(methacrylic acid) 2 ~ 10 중량%로 구성되며, 유리전이온도가 - 20 ±5℃, pH가 5.0 ~ 6.0 이고, 에멀젼 내 단량체 함량이 60 % 이상인 것을 특징으로 하는
    수계 세라믹 슬러리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물이 알루미나, 스피넬 알루미네이트, 지르코니아 또는 이들 금속산화물의 혼합물인 수계 세라믹 슬러리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속산화물의 혼합물은 알루미나/스피넬 알루미네이트, 알루미나/지르코니아 또는 스피넬 알루미네이트/지르코니아인 수계 세라믹 슬러리.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속산화물의 혼합물은, 스피넬 알루미네이트를 금속산화물의 혼합물에 대하여 50 중량% 이하로 포함하는 알루미나/스피넬 알루미네이트, 또는 지르코니아를 금속산화물의 혼합물에 대하여 30 중량% 이하로 포함하는 알루미나/지르코니아 또는 스피넬 알루미네이트/지르코니아인 수계 세라믹 슬러리.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분산제는 폴리메타아크릴산, 폴리카르복실산, 암모늄 폴리아크릴레이트 염, 에테르 중의 어느 하나 이상인 수계 세라믹 슬러리.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가소제는 디-에틸렌 글리콜 디벤조네이트(di-ethylene glycol dibenzonate)와 디-프로필렌 글리콜 디벤조네이트(di-propylene glycol dibenzonate)의 혼합물 또는 트리에틸렌글리콜(TEG), 폴리에틸렌글리콜 또는 이들의 혼합물인 수계 세라믹 슬러리.
  7. 제1항에 있어서, 결합제로 금속산화물에 대하여 0.1 ~ 2.0 중량%의 젤라틴을 추가적으로 포함하는 수계 세라믹 슬러리.
  8. 제1항에 있어서, 결합제로 아크릴 결합제에 대하여 0.1 ~ 10 중량%의 폴리비닐알콜(PVA)을 추가적으로 포함하는 수계 세라믹 슬러리.
  9. 금속산화물과, 상기 금속산화물에 대하여 각각 0.05 ~ 2.0 중량%의 분산제, 3 ~ 17 중량%의 가소제, 5 ~ 30 중량%의 아크릴 결합제를 상기 금속산화물에 대하여 10 ~ 50 중량%의 물에 혼합하여 수계 세라믹 슬러리를 제조하고,
    상기 세라믹 슬러리를 일정한 속도로 교반하여 탈포 처리를 하고,
    상기 탈포처리한 세라믹 슬러리를 쉬트 형태로 성형하는 것을 포함하여 구성되며,
    상기 아크릴 결합제는 부틸아크릴레이트(buthyl acrylate) 40 ~ 70 중량%, 메틸메타아크릴레이트(methyl methacrylate) 10 ~ 20 중량%, 2-수산화에틸메타아크릴레이트(2-hydroxy ethyl methacrylate) 10 ~ 40 중량%, 메타아크릴릭 산(methacrylic acid) 2 ~ 10 중량%로 구성되며, 유리전이온도가 - 20 ±5℃, pH가 5.0 ~ 6.0 이고, 에멀젼 내 단량체 함량이 60 % 이상인 것을 특징으로 하는
    수계 세라믹 테이프 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 금속산화물은 알루미나, 스피넬 알루미네이트, 지르코니아 또는 이들 금속산화물의 혼합물을 사용하는 수계 세라믹 테이프 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 금속산화물의 혼합물은 알루미나/스피넬 알루미네이트, 알루미나/지르코니아 또는 스피넬 알루미네이트/지르코니아 중의 어느 하나인 수계 세라믹 테이프 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 금속산화물의 혼합물은 스피넬 알루미네이트를 금속산화물의 혼합물에 대하여 50 중량% 이하로 포함하는 알루미나/스피넬 알루미네이트, 또는 지르코니아를 금속산화물의 혼합물에 대하여 30 중량% 이하로 포함하는 알루미나/지르코니아 또는 스피넬 알루미네이트/지르코니아 중의 어느 하나인 수계 세라믹 테이프 제조방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 분산제는 폴리메타아크릴산, 폴리카르복실산, 암모늄 폴리아크릴레이트 염, 에테르 중의 어느 하나 이상인 수계 세라믹 테이프 제조방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 가소제는 디-에틸렌 글리콜 디벤조네이트(di-ethylene glycol dibenzonate)와 디-프로필렌 글리콜 디벤조네이트(di-propylene glycol dibenzonate)의 혼합물 또는 트리에틸렌글리콜(TEG), 폴리에틸렌글리콜 또는 이들의 혼합물인 수계 세라믹 테이프 제조방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 세라믹 슬러리 제조단계에 있어서, 추가적으로 PVA 결합제를 넣고 1 시간 동안 볼밀한 후, 아크릴 결합제를 넣고 혼합하는 수계 세라믹 테이프의 제조방법.
  16. 제9항에 있어서, 탈포공정은 50∼80 ℃의 물에 중탕하면서 1차적으로 탈포한 후, 상기 1차 탈포 공정과 같은 온도에서 금속산화물에 대하여 0.1∼2.0 중량%의 젤라틴이 그 양의 10배의 물에 용해된 젤라틴 용액을 첨가하고 2차 탈포공정을 수행하는 단계를 추가적으로 포함하는 수계 세라믹 테이프의 제조방법.
  17. 제9항에 있어서, 상기 세라믹 슬러리의 점도가 400 ~ 1,000 cps 범위가 되도록 탈포처리하여 성형공정을 수행하는 수계 세라믹 테이프의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 탈포공정 후 세라믹 슬러리의 pH가 7 ~ 9의 범위에서 성형공정을 수행하는 수계 세라믹 테이프의 제조방법.
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