KR20080058970A - 무기 성분과 유기 성분을 포함하고 있는 소결 접합용 접착테이프 및 이를 이용한 하니컴 세라믹 필터의 제조방법 - Google Patents

무기 성분과 유기 성분을 포함하고 있는 소결 접합용 접착테이프 및 이를 이용한 하니컴 세라믹 필터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소결 접합용 접착 테이프로서, 구성성분들간의 상온 결합력을 제공하는 유기 성분(A)과, 다공성 기재에 대한 접착력을 제공하는 유기 성분(B), 및 소결 접합시의 다공성 기재에 대한 결합력을 제공하는 무기 성분을 포함하는 것으로 구성된 소결 접합용 접착 테이프를 제공한다.
본 발명에 따른 소결 접합용 접착 테이프는 접합 성분의 낭비를 막을 수 있어 경제적이고, 상기 소결 접합용 접착 테이프를 이용하여 세라믹 필터를 제조시 접합 성분들이 세그먼트의 다공성 구조로 과량 흡입(suction)되는 문제점을 근본적으로 해소할 수 있으며, 균일한 도포가 가능하므로 접착력이 매우 우수하며, 접합 공정이 매우 용이하므로 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

무기 성분과 유기 성분을 포함하고 있는 소결 접합용 접착 테이프 및 이를 이용한 하니컴 세라믹 필터의 제조방법 {Sintering-Binding Adhesive Tape Containing Inorganic Compounds and Organic Compounds, and Method for Preparation of Honeycomb Ceramic Filter Using the Same}
도 1은 일반적인 다공성 세라믹 필터용 세라믹 세그먼트의 모식도이다;
도 2는 일반적인 다공성 세라믹 필터의 필터링 과정의 모식도이다;
도 3은 종래의 방법에 의해 접착되는 과정의 세라믹 세그먼트의 접합층에 대한 확대 단면도이다;
도 4a, 4b, 4c 및 4d는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 다공성 세라믹 필터의 제조 과정에 대한 모식도들이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 접합된 다공성 세라믹 필터에서 소결 전의 부분 확대도이다.
본 발명은 무기 성분과 유기 성분을 포함하고 있는 소결 접합용 접착 테이프 및 이를 이용한 하니컴 세라믹 필터의 제조방법으로서, 더욱 상세하게는, 구성성분들간의 상온 결합력을 제공하는 유기 성분(A)과, 다공성 기재에 대한 접착력을 제공하는 무기 성분(B), 및 소결 접합시의 다공성 기재에 대한 결합력을 제공하는 무기 성분을 포함하는 소결 접합용 접착 테이프에 관한 것이다.
최근 대기오염으로 인해 이상 기후 현상이 발생하는 등 심각한 환경문제가 대두됨에 따라, 가솔린 차량에 비해 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 등의 유해 가스의 배출량이 적은 경유 자동차에 대한 관심이 증가하는 추세이다. 그러나, 경유 자동차는 질소 산화물(NOx) 등과 같은 입자상 물질(Particle Material)이 다량 배출되는 문제를 갖고 있다. 이에 따라, 경유 자동차의 디젤기관으로부터 배출되는 유해가스 및 입자상 물질을 제거하기 위한 매연여과장치(Diesel Particulate Filter, 이하, DPF라 함)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
DPF는, 경유차 배출가스 중의 일산화탄소, 탄화수소, 입자상 물질 등을 포집하고, 소정의 간격으로 연료인 경유 등을 분사하며 차량의 운행 중에 발생하는 배기열을 이용하여, 세라믹 필터에 코팅되어 있는 촉매와의 반응에 의해, 포집된 물질을 무해한 이산화탄소, 물 등으로 산화시킴으로써 필터를 재생시키는 장치이다.
이러한 매연여과장치에는 하니컴 구조로 이루어진 하니컴 세라믹 필터(honeycomb ceramic filter)가 주로 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 하니컴 세라믹 필터용 세그먼트(10)의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 하니컴 세라믹 필터의 필터링 과정의 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 세라믹 세그먼트(10)는 일반적으로 단면이 사각형인 육각 기둥의 형태를 가지고 있고, 그것의 양 단면(20, 30)에서 서로 연통되는 다수의 셀들(12, 13)이 형성될 수 있도록 격벽들(11)이 교차하는 격자 모양의 구조로 이루어져 있다. 이들 셀들(12, 13)은 교번 배열 방식으로 플러깅 됨으로써, 플러그에 의해 밀폐된 폐쇄 셀(closed cell: 12)과 플러그가 형성되어 있지 않은 오픈 셀(open cell: 13)로 이루어져 있어서, 전체적으로 체크 무늬 또는 바둑판 무늬를 나타낸다.
이와 같은 구조의 다공성 세라믹 필터용 세라믹 세그먼트(10)에서, 배출가스의 입자상 물질들(40)은 다공성 세라믹 필터(10)의 전면(20)에 개구되어 있는 오픈 셀(13)로 유입되어 인접한 다공성 격벽(11)을 통과한 후, 후면(30)이 개방되어 있는 오픈 셀(13)로 배출된다. 이때, 배출가스의 입자상 물질들은 격벽(11)에 형성되는 미세 기공(도시하지 않음) 또는 후면의 폐쇄 셀(12)에 위치한 플러그(15)의 내측 단부(15a)에 포집된다. 즉, 배출가스에 포함되어 있는 입자상 물질들은, 전면(20)에서는 개방된 셀(13)이지만 후면(30)에서는 폐쇄된 셀(12)을 통과하면서 다공성 격벽(11)에 걸리어 필터링이 행해진다.
이렇게 포집된 미립자가 다공성 세라믹 필터 내에 과량 축적되는 경우, 필터의 압력 손실이 커지고, 엔진(engine)의 출력 저하를 초래하게 되므로, 포집된 미립자를 정기적으로 전기 히터나 버너 등의 외부 착화 수단을 이용하여 연소시킴으로써 다공성 세라믹 필터의 재생이 행해진다. 따라서, 일반적으로 다공성 세라믹 필터는 어느 한 쪽이 재생중인 경우, 다른 한 쪽을 사용할 수 있도록 2 개/1 조 형 식으로 탑재된 교대 재생 방식을 채택하고 있다.
도 3에는 종래의 방법에 의해 접합된 다공성 세라믹 세그먼트들의 접착 부위에 대한 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 일반적으로 하니컴 세라믹 필터는, 다수의 다공성 세라믹 세그먼트들(60, 70)의 표면에 슬러리 형태의 접합층(52)을 도포하여 적층하고 건조 및 소결함으로써 제조된다. 경우에 따라서는, 접합층(52)과 세라믹 세그먼트(60, 70)의 표면 사이에 버퍼층의 역할을 하는 또 다른 접합층(51)을 부가할 수도 있다. 이렇게 접합된 세라믹 세그먼트들은, 그것이 장착될 매연여과장치의 구조에 맞추어 소정의 형태로 그것의 외형을 재단한 후 외벽에 접합층(52)을 도포한 뒤, 건조 및 소결시켜 제조한다.
그러나, 기공율이 매우 큰 다공성 세라믹 세그먼트(60, 70)의 표면에 슬러리 형태의 접합층(52)을 도포함에 있어서, 접합층(52)을 구성하는 성분들인 무기 바인더, 유기 바인더 등이 세그먼트의 내부로 과도하게 스며들어(sol migration), 접합제 내부에 거대 기공(55)이 발생하는 문제점이 확인되었다.
이러한 거대 기공(55)은, 앞서 설명한 바와 같은 세라믹 필터의 재생 과정에서 국소적인 고온을 유발하고 재생 온도의 불균일화에 의해 재생 효율을 저하시키며, 열응력에 의한 크랙 발생 등을 유발한다. 결과적으로, 세그먼트 상호간의 결합력이 약화되어 이후의 열처리 공정이나 촉매 함침 공정 등의 화학공정에서 접합된 세그먼트가 재차 분리되는 심각한 문제가 발생하게 된다.
또한, 상기 접합층이 슬러리 형태로 도포되어 형성됨으로써, 접합시 슬러리 가 유동되어 접합 성분이 낭비되고, 균일한 접합층이 형성되지 않을 수 있으며, 건조 및 소결 공정에서 기공이 포집(trap)되어 열충격에 의해 크랙이 쉽게 발생하는 등의 많은 문제가 발생한다.
이와 관련하여, 극히 미세한 탄화규소 분말을 사용한다든가, 길이가 매우 짧은 세라믹 섬유를 사용하는 등의 접합제의 조성을 최적화 하는 기술이 제안되어 있다. 또한, 일본 특허출원공개 제2001-306097호에는 접합 공정시 접합층의 두께를 일정하게 하기 위하여, 스페이서를 접착면 사이에 개재시킴으로써, 치수 정밀도의 불량이 적은 하니컴 구조체 및 그 제조방법에 관한 기술을 개시하고 있다.
그러나, 상기 기술은 스페이서의 재질이 접합재의 재질과 이질적인 경우 열팽창률 등의 열적 물성의 차이에 의해서 고온에서 접합강도가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 상기 기술들은 모두 슬러리 상태의 접착층을 도포하는 기술에 기반하고 있으므로, 접합 성분들이 세그먼트 내부로 과도하게 흡입되는 현상을 완전하게 방지할 수는 없으므로, 상기 언급한 문제점들이 근본적으로 해결되지는 못하고 있다.
따라서, 이러한 접합층 구성 성분들의 흡입 현상 및 접합층이 슬러리 상태로 도포됨으로써 발생할 수 있는 문제들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 하니컴 세라믹 필터의 제조에, 구성성분들간의 상온 결합력을 제공하는 유기성분(A)과, 다공성 기재에 대한 접착력을 제공하는 유기 성분(B), 및 소결 접합시의 다공성 기재에 대한 결합력을 제공하는 무기 성분을 포함하는 소결 접합용 접착 테이프를 사용하는 경우, 접합 성분의 낭비를 막을 수 있고, 균일한 접합층이 형성되며, 접합 성분들이 세그먼트의 다공성 구조로 과량 흡입(suction)되는 문제점을 근본적으로 해소할 수 있으며, 더욱이, 접합 공정이 용이하므로 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 하니컴 세라믹 필터용 소결 접합용 접착 테이프는 구성성분들간의 상온 결합력을 제공하는 유기성분(A)과, 다공성 기재에 대한 접착력을 제공하는 유기 성분(B), 및 소결 접합시의 다공성 기재에 대한 결합력을 제공하는 무기 성분을 포함하는 것으로 구성된다.
본 발명의 소결 접합용 접착 테이프는, 상기 유기성분(A)에 의해 상온에서 구성성분들의 상호 결합력이 얻어지므로, 접착 테이프 자체의 형태를 안정적으로 유지함으로써 취급이 용이하고, 다공체의 표면에 부가된 상태에서 구성성분들의 부분적인 흡입을 억제하여 소결 전까지 안정적인 형태를 유지하므로 구성성분들의 균일한 도포가 가능할 수 있으며, 상기 유기 성분(B)은 다공성 기재에 대한 접착력을 발휘하므로, 소정 부위에 대한 도포가 용이하며, 치밀한 도포 상태를 제공할 수 있다.
결과적으로, 소결 접합층의 부가가 접착 테이프의 형태로 행해지므로, 앞서 설명한 바와 같이 세그먼트의 다공성 구조로 지나치게 흡입됨으로써 유발되는 문제점들을 근본적으로 해소하여, 접합한 세그먼트들 간에 매우 우수한 결합력을 제공할 수 있다.
상기 유기성분(A)은 접착 테이프의 구성성분들이 상온에서 서로 분리되지 않고 균일하게 혼합된 상태를 유지할 수 있는 상온 결합력을 제공하므로, 이러한 역할을 수행할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 수용성의 직쇄형 고분자이다.
상기 수용성의 직쇄형 고분자는 예를 들어, 폴리프로필렌설파이드(Polyphenylene Sulfide), 폴리비닐알코올(PVA) 등이 사용될 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니며, 바람직하게는 폴리비닐알코올(PVA)을 사용할 수 있다.
상기 유기 성분(B)은 상온에서 접착력을 가짐과 동시에 고온에서 용융되어 세그먼트 표면의 다공성 기재로 이동함으로써, 무기 성분들이 다공성 기재로 침투할 수 있도록 하는 역할을 하는 바, 이러한 역할을 하는 수지라면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 열가소성 고분자가 사용될 수 있다.
상기 열가소성 고분자는 예를 들어, 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등이 사용될 수 있으나, 이들만으로 한 정되는 것은 아니며, 바람직하게는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)가 사용될 수 있다.
상기 무기 성분은 소결 공정 후 세그먼트 표면의 다공성 기재에 대한 결합력을 제공하는 역할을 하는 바, 예를 들어, 세라믹 분말, 무기물 파이버, 무기물 졸 및 무기물 중공구로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
상기 세라믹 분말은 예를 들어, 탄화규소(SiC), 알루미나, 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있으며, 상기 무기물 파이버는, 예를 들어, 실리카, 멀라이트, 알루미나, 실리카-알루미나 등과 같은 세라믹 파이버 등과 탄화규소(SiC) 섬유, 질화규소(Si3N4) 섬유, 붕소 섬유(Boron Fiber), 알루미늄 섬유(Alumina Fiber), 스테인리스 스틸 섬유(Stainless Steel Fiber), 유리 섬유(Glass Fiber) 등이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 하나의 바람직한 예에서, 상기 세라믹 분말과 세라믹 파이버는 탄화규소, 알루미나 및 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
상기 무기물 졸은, 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 실리카 졸, 알루미나 졸 또는 이들의 혼합물 등의 콜로이달 졸이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 알루미나 졸 및/또는 실리카 졸이다.
상기 무기물 중공구는, 예를 들어, 세라믹 중공구로서 실리카, 알루미나, 멀라이트, 플라이 애쉬 등일 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니며, 바람직하게는, 다수의 멀라이트 침상체들이 외경 20 ~ 100 ㎛의 중공구조를 이루고 있는 물 질이다.
상기 침상체는 인장강도가 매우 높은 바늘형상 단결정인 위스커(whisker) 구조일 수 있다. 일반적으로, 위스커는 서브미크론 크기에서 수십 ㎛ 범위의 직경과 10 이상의 에스펙트비(길이/직경비)를 지니며, 위스커의 직경이 작을수록 인장강도가 더욱 높아져 이론적인 강도에 가깝게 된다. 따라서, 멀라이트 위스커 중공구는 강도가 매우 높고, 다공성 필터로 사용시 재생 공정 등의 고온의 열순환에 견딜 수 있으므로 다공체를 유지하는 것이 가능하다. 더욱이, 종래의 조공제는 소결 과정에서 일부 붕괴 현상이 나타나기도 하지만, 멀라이트 위스커 중공구는 상당한 온도까지 중공 구조를 유지한 이후에 결합재로서 작용하므로, 더욱 균일하고 안정적인 결합이 가능하다.
상기 유기성분(A)의 함량이 너무 많을 경우, 상대적으로 소결 접합시 결합력을 제공할 무기 성분들의 함량이 줄어들 수 있으므로 바람직하지 않고, 반면에 너무 적을 경우, 상온에서의 구성성분들의 결합력이 약해짐으로써, 안정적인 테이프 형태를 유지하기 어렵고, 접합 성분들의 불균일한 분포로 인하여 균일한 접착 강도를 가질 수 없으며, 접착 부위에 기공 또는 크랙이 발생할 염려가 있으므로, 이러한 사항들을 고려하여 범위에서 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유기성분(B)의 함량이 너무 많을 경우, 소결 접합시 과다하게 많은 양의 상기 무기 성분들이 다공성 기재로 이동하게 되어 접착 부위에 기공 또는 크랙이 형성될 수 있고, 반면에, 유기성분(B)의 함량이 너무 적을 경우, 반대로 소결 접합시 무기 성분들의 다공성 기재로 이동이 곤란하게 되어 접합력이 약해질 수 있으므로, 이러한 사항들을 고려하여 범위에서 선택하는 것이 바람직하다.
상기 무기 성분의 함량은 유기성분들(A, B)의 함량과의 관계에서, 상온 결합력을 유지함으로써 무기 성분들이 세그먼트 표면의 다공성 기재로 과도하게 이동되지 않고, 소결 공정 후 세그먼트의 접착강도를 유지할 수 있는 범위 내에서 적절히 조절된다.
상기 소결 접합용 접착 테이프의 두께는 1 내지 10 mm인 것이 바람직하다. 접착 테이프의 두께가 너무 얇을 경우에는 충분한 접착 강도를 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼운 경우에는 오히려 결합력을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 접착 테이프는 분진을 포집하고 촉매 담체로서의 기능을 수행하지는 않기 때문에, 접착 테이프의 두께가 지나치게 두꺼운 경우에는, 하니컴 세라믹 필터의 단위체적 당 비표면적이 줄어들게 되어, 상대적으로 필터의 성능이 저하되게 되므로 바람직하지 않다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 소결 접합용 접착 테이프의 양면에는 이형지가 부착될 수 있는 바, 상기 이형지는 테이프의 취급을 용이하게 하고, 테이프의 접착성을 유지시키며, 필요에 따라 제거하여 테이프의 부가를 용이하게 한다.
본 발명은 또한 상기 소결 접합용 접착 테이프를 제조하는 방법을 제공하는 바, 이러한 제조방법은, 유기 성분(A)와 유기 성분(B)의 에멀션 용액을 준비하는 단계(1); 무기 성분을 포함하는 용액을 준비하는 단계(2); 상기 두 용액을 혼합한 후 필름의 형태로 캐스팅하는 단계(3); 및 상기 필름을 건조하는 단계(4)를 포함한다.
구체적으로, 먼저, 폴리비닐알코올(PVA)와 같은 수용성 수지인 유기 성분(A)와 스티렌-부타디엔 고무(SBR)과 같은 열가소성 수지로서 물에 대한 용해도가 낮은 유기성분(B)를 균일하게 혼합할 수 있도록 에멀션화(Emulsification)함으로써, 에멀션 용액을 준비한다. 경우에 따라서는, 계면활성제 등을 더 첨가하여 에멀션화 할 수도 있다.
한편, 소정의 무기 성분을 소정의 용매에 적절히 용해시킴으로써 무기 성분을 포함하는 용액을 준비한다.
상기 단계(1)에서 준비된 에멀션 용액 및 상기 단계(2)에서 준비된 무기 성분이 포함된 용액을 서로 혼합하고, 바람직하게는, 교반하여 적정한 점도에서 탈포 공정을 거친다. 그런 다음, 필름의 형태로 캐스팅 하는 바, 상기 필름 캐스팅의 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 방법을 그대로 사용할 수 있다.
상기 캐스팅 필름에 포함된 수분 및 용매를 제거함으로써, 접합 공정을 용이하게 할 수 있도록 건조 공정을 행한다. 이때, 수분 및 용매를 완전히 제거할 필요는 없으며, 또한 부분 경화시켜 반경화 상태로 만들 수도 있다.
본 발명은 또한 상기 소결 접합용 접착 테이프를 이용하여 다공성 세라믹 필터를 제조하는 방법을 제공하는 바, 이러한 제조방법은 다수의 세라믹 세그먼트들의 사이에 상기 소결 접합용 접착 테이프를 개재하여 순차적으로 적층하고 건조한 후, 소정의 형태로 외형을 재단하며, 상기 재단된 외면에 그린 시트 또는 접합재를 부가한 후, 건조 및 소결시키는 과정을 포함한다.
따라서, 상기 소결 접합용 접착 테이프에 의해 세그먼트의 접합이 행해지고, 상기 그린 시트 또는 접합재에 의해 필터의 외벽 도장이 행해지는 바, 접합 공정이 용이하고, 자동화에 의한 접합이 가능하다.
상기 세라믹 필터의 제조방법을 더욱 상술하면, 우선, 세라믹 세그먼트들 각각에 소결 접합용 접착 테이프를 밀착되도록 붙이고, 이들 세그먼트를 순차적으로 적층한다. 이때, 적층되어 서로 결합되는 세라믹 세그먼트의 수는 촉매 성분이 담지되는 하니컴 세라믹 필터의 소망하는 규격에 따라서 적절히 결정된다.
상기 소결 접합용 접착 테이프에는 수분, 용매 등이 포함되어 있는 바, 이러한 성분들이 계속 잔존하는 경우, 이후 행해질 소결 과정에서 소결 성분들의 결합을 방해하여, 세그먼트간의 결합력 및 하니컴 세라믹 구조체의 전체적인 강도를 약화시키므로, 이들 성분을 제거하기 위하여 건조공정을 수행한다. 이 때, 세그먼트 접합체에 적당한 압력을 가하면서 건조 공정을 행하는 것이 바람직하다.
상기 건조 공정은 소결 접합용 접착 테이프의 수분 및 용매를 완전히 제거하기 위해 수행되므로, 소결 접합용 접착 테이프에 포함되는 액상 성분들의 종류와 함량에 따라 적절히 선택될 수 있다. 건조 공정에 사용되는 건조기는, 예를 들어, 마이크로파 건조기(microwave dryer), 열풍 건조기(hot air dryer), 유전체 건조기(dielectric dryer), 감압건조기(reduced pressure dryer), 진공 건조기, 동결 건조기 등이 사용될 수 있다.
상기 건조 공정은 바람직하게는 상기 유기성분(B)의 융점(Melting Point)에 근접한 온도에서 수행할 수 있는 바, 부분적으로 용융된 유기성분(B)은 접착 테이프에 포함된 무기 성분들이 세그먼트의 다공성 구조 내부로 일부 침투할 수 있도록 이송 담체로서의 역할을 한다.
상기 건조된 다공성 세라믹 필터는 촉매 성분이 담지되는 하니컴 세라믹 필터의 소망하는 규격에 따라 소정의 형태로 외형을 재단하고, 상기 재단된 외면에 그린 시트를 부착하거나 접합재를 부가한 다음, 상기와 마찬가지로, 그린 시트 또는 접합재에 포함되어 있는 수분, 용매 등을 제거하기 위한 건조 공정을 행한다.
상기 소결 공정은 접합층의 유기 성분들을 완전히 제거하고 무기 성분들의 상호 결합반응에 의해 세그먼트들을 결합시키는 공정으로서, 접합층에 포함된 무기성분들의 결합반응 온도를 고려하여 결정할 수 있다. 다만, 소결온도가 너무 높을 경우에는 세그먼트에 형성되어 있는 미세기공들이 붕괴되어 단위체적당 비표면적이 줄어들 수 있으므로, 이러한 점을 고려하여 적절한 범위에서 수행하여야 한다. 소결 공정에서는 대응하는 세그먼트들을 상호 밀착시킨 상태에서 소정의 압력을 가하면서 행하는 것이 바람직하다.
따라서, 하나의 바람직한 예에서, 상기 건조는 테이프의 수분 및 유기용매가 완전히 제거될 수 있는 온도에서 수행하고, 상기 소결은 테이프의 유기 성분들이 완전히 제거되고 무기 성분들이 결합될 수 있는 온도에서 수행할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 다공성 세라믹 필터를 포함하는 하니컴 세라믹 필터를 제공한다.
상기 하니컴 세라믹 필터의 구조 및 제조방법은 공지되어 있는 바, 이에 관한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다
도 4a, 4b, 4c 및 4d에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 다공성 세라믹 필터의 제조 과정이 일련의 공정도로서 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 다공성 세라믹 필터는 세라믹 세그먼트(100)를 제조하는 단계(STEP 1), 세라믹 세그먼트(100) 상에 소결 접합용 접착 테이프(200)를 부착하는 단계(STEP 2), 소결 접합용 접착 테이프(200)가 개재된 세라믹 세그먼트들(101, 102, 103, 104, 105, 106)을 순차적으로 적층하는 단계(STEP 3), 및 상기 적층된 세그먼트들을 건조한 후, 소정의 형태로 외형을 재단하며, 상기 재단된 외면에 접착 테이프(200) 또는 접착층을 부가한 후, 적당한 압력을 가하며 건조 및 경화시키는 단계(STEP 4)로 제조될 수 있다. 재단의 형태는 필요한 형상에 따라 다양할 수 있으며, 예를 들어, 도 4d의 점선에서와 같이 타원형 단면의 원기둥 형태일 수 있다.
따라서, 접착부위의 두께가 균일하고, 특히 접착 테이프를 부착하는 공정(STEP 2)이 매우 용이하므로, 연속적, 자동적 공정에 의해 필터를 제조할 수 있으므로 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
도 5에는 본 발명에 따른 다공성 세라믹 필터에서 소결 전의 접합 부분의 단면 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 세라믹 세그먼트들(110, 120)의 소결 접합용 접착 테이프(200)가 개재되어 있는 구조로 이루어져 있다.
소결 접합용 접착 테이프(200)는 구성성분들간의 상온 결합력을 제공하는 유기 성분(A)과, 다공성 기재에 대한 접착력을 제공하는 유기 성분(B), 및 소결 접합시의 다공성 기재에 대한 결합력을 제공하는 무기 성분을 포함한다. 이러한 소결 접합용 접착 테이프(200)는, 앞서의 설명과 같이, 유기 성분(A), 유기 성분(B), 및 계면활성제 등을 혼합한 에멀션 용액과, 무기 성분을 포함하는 용액을 혼합한 후 필름의 형태로 캐스팅하고, 이를 필름을 건조함으로써 제조할 수 있다.
세라믹 세그먼트들(110, 120) 사이에 소결 접합용 접착 테이프(200) 부착시, 무기 성분들이 세라믹 세그먼트들(110, 120)의 표면에 일부 침투하여 소결 공정에서 결합될 수 있도록, 상기 유기성분(B)의 융점 부근에서 접합 공정을 행할 수 있다.
따라서, 접합 성분들은 유기 성분(A)에 의해 균일하게 분포되고 접합 성분의 유출 등에 의한 손실이 없으며, 유기 성분(B)에 의하여 세그먼트의 다공성 구조로 흡입되지 않으므로, 접합 성분의 과도한 흡입 현상으로 인한 거대기공 또는 이로 인한 크랙이 발생하지 않으며 뛰어난 접착강도를 가지게 된다.
이상, 본 발명의 내용을 상술하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 소결 접합용 접착 테이프는 구 성 성분들간의 상온 결합력을 제공하는 유기 성분(A)과, 다공성 기재에 대한 접착력을 제공하는 유기 성분(B), 및 소결 접합시의 다공성 기재에 대한 결합력을 제공하는 무기 성분을 포함되어 있음으로써, 접합 성분의 낭비를 막을 수 있어 경제적이고, 이를 이용하여 다공성 필터의 제조시 접착 접합 성분들이 세그먼트의 다공성 구조로 과량 흡입(suction)되는 문제점을 근본적으로 해소할 수 있음은 물론, 균일한 도포가 가능하므로 접착력이 매우 우수하며, 접합 공정이 용이하므로 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 구성성분들간의 상온 결합력을 제공하는 유기 성분(A)과, 다공성 기재에 대한 접착력을 제공하는 유기 성분(B), 및 소결 접합시의 다공성 기재에 대한 결합력을 제공하는 무기 성분을 포함하는 것으로 구성된 소결 접합용 접착 테이프.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 성분(A)은 수용성의 직쇄형 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 접합용 접착 테이프.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 직쇄형 고분자는 폴리비닐알코올(PVA)인 것을 특징으로 하는 소결 접합용 접착 테이프.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 성분(B)은 상온 접착력과 고온에서 용융되어 다공성 기재로 이동하는 열가소성 고분자인 것을 특징으로 하는 소결 접합용 접착 테이프.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 열가소성 고분자는 스티렌-부다디엔 고무(SBR)인 것을 특징으로 하는 소결 접합용 접착 테이프.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 무기 성분은 세라믹 분말, 세라믹 파이버, 무기물 졸 및 무기물 중공구로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 소결 접합용 접착 테이프.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 세라믹 분말과 세라믹 파이버는 탄화규소, 알루미나 및 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상이고;
    상기 무기물 졸은 알루미나 졸 및/또는 실리카 졸이며;
    상기 무기물 중공구는 다수의 멀라이트 침상체들이 외경 20 ~ 100 ㎛의 중공구조를 이루고 있는 물질인 것을 특징으로 하는 소결 접합용 접착 테이프.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 테이프는 1 내지 10 mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 소결 접합용 접착 테이프.
  9. 유기 성분(A)와 유기 성분(B)의 에멀션 용액을 준비하는 단계; 무기 성분을 포함하는 용액을 준비하는 단계; 상기 두 용액을 혼합한 후 필름의 형태로 캐스팅하는 단계; 및 상기 필름을 건조하는 단계를 포함하는 것으로 구성된 제 1 항에 따른 소결 접합용 접착 테이프를 제조하는 방법.
  10. 다수의 세라믹 세그먼트들의 사이에 제 1 항에 따른 소결 접합용 접착 테이프를 개재하여 순차적으로 적층하고 건조한 후, 소정의 형태로 외형을 재단하며, 상기 재단된 외면에 그린 시트 또는 접합재를 부가한 후, 건조 및 소결시키는 과정을 포함하는 것으로 구성된 다공성 세라믹 필터의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 건조는 테이프의 수분이 완전히 제거되는 온도에서 수행하고, 상기 소결은 테이프의 유기 성분들이 완전히 제거되고 무기 성분들이 결합되는 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 따른 방법으로 제조된 하니컴 세리믹 필터.
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