特表 2024-531696 セラミックペーパー及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-08-29

(54)【発明の名称】セラミックペーパー及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B28B 1/30 20060101AFI20240822BHJP

   B28B 5/02 20060101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

B28B1/30 101

B28B5/02

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024515912

(86)(22)【出願日】2022-06-02

(85)【翻訳文提出日】2024-03-12

(86)【国際出願番号】 KR2022007881

(87)【国際公開番号】W WO2023042997

(87)【国際公開日】2023-03-23

(31)【優先権主張番号】10-2021-0122160

(32)【優先日】2021-09-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523409027

【氏名又は名称】エンバイオニア・カンパニー・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・チョル・ハン

(72)【発明者】

【氏名】ソン・ウン・パク

(72)【発明者】

【氏名】ビョン・ジュン・イ

(72)【発明者】

【氏名】ジ・ス・ウォン

(72)【発明者】

【氏名】ウン・ギ・ジャン

(72)【発明者】

【氏名】ヘ・ヨン・タク

【テーマコード（参考）】

4G052

4G054

【Ｆターム（参考）】

4G052DA03

4G052DA04

4G052DB00

4G054AA00

4G054AC00

4G054CA01

(57)【要約】

本発明は、セラミックペーパー及びその製造方法に関し、より詳細には、多結晶性アルミナファイバー、バインダー、保留剤、分散剤及び増粘剤を含むことを特徴とするセラミックペーパー及びその製造方法に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

多結晶性アルミナファイバー、バインダー、保留剤、分散剤及び増粘剤を含むセラミックペーパー。

【請求項2】

前記バインダーは、有機バインダー及び無機バインダーからなり、
前記保留剤は、ＰＡＣ（ｐｏｌｙａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）及びＣ－ＰＡＭ（Ｃａｔｉｏｎｉｃ－Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）からなる、請求項１に記載のセラミックペーパー。

【請求項3】

前記多結晶性アルミナファイバーは、アルミナ含有量が７０％以上、繊維直径が４μｍ～１０μｍ、ＬＯＩ（Ｌｏｓｓ ｏｆ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が０．１％以下、熱伝導率が１，２００℃で０．４４Ｗ／ｍ／Ｋ以下の範囲に該当し、
前記有機バインダーは、チョップドファイバー形状を有するＰＶＡ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）で、繊度が０．３ｄｔｅｘ～３．０ｄｔｅｘ、繊維長が２ｍｍ～６ｍｍ、水での溶解温度が６０℃～８０℃の範囲に該当し、
前記無機バインダーは、シリカゾル又はアルミナゾルで、
前記分散剤は、ＰＥＧ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｇｌｙｃｏｌ）系非イオン界面活性剤で、
前記増粘剤は、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）である、請求項２に記載のセラミックペーパー。

【請求項4】

前記多結晶性アルミナファイバー、前記有機バインダー、前記無機バインダー、前記ＰＡＣ、前記Ｃ－ＰＡＭ、前記分散剤及び前記増粘剤は、７０～９５：３～１８：３～１２：２～６：１～２：１～３：０．２～２．０の重量比で混合される、請求項３に記載のセラミックペーパー。

【請求項5】

前記多結晶性アルミナファイバー、前記有機バインダー、前記無機バインダー、前記ＰＡＣ、前記Ｃ－ＰＡＭ、前記分散剤及び前記増粘剤は、７３～９２：３～１７：３～１２：２～４：１．２～１．８：１．２～２．７：０．３～１．７の重量比で混合される、請求項４に記載のセラミックペーパー。

【請求項6】

坪量が３９ｇ／ｍ^２～４０ｇ／ｍ^２であるとき、厚さ２７５μｍ～３００μｍ、気孔率６．８ｃｍ^３／ｇ～７．２ｃｍ^３／ｇ、及び密度１３ｋｇ／ｍ^３～１５ｋｇ／ｍ^３を満足する、請求項５に記載のセラミックペーパー。

【請求項7】

（ａ）原料を準備する段階；
（ｂ）準備した前記各原料を混合し、原料混合物を準備する段階；
（ｃ）前記原料混合物をメッシュベルトに積層する段階；
（ｄ）前記メッシュベルトに積層された前記原料混合物を脱水する段階；及び
（ｅ）前記原料混合物を乾燥させる段階；を含み、
前記原料は、多結晶性アルミナファイバー、バインダー、保留剤、分散剤及び増粘剤を含むセラミックペーパーの製造方法。

【請求項8】

前記（ｂ）段階では、溶媒としての水９，９００重量部～１１，０００重量部、前記多結晶性アルミナファイバー７０重量部～９５重量部、有機バインダー３重量部～１８重量部、無機バインダー３重量部～１２重量部、ＰＡＣ（ｐｏｌｙａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）２重量部～６重量部、Ｃ－ＰＡＭ（Ｃａｔｉｏｎｉｃ－Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）１重量部～２重量部、前記分散剤１重量部～３重量部、及び前記増粘剤０．２重量部～２．０重量部の比率で混合される、請求項７に記載のセラミックペーパーの製造方法。

【請求項9】

前記（ｂ）段階では、前記多結晶性アルミナファイバーと前記有機バインダーを同時に混合した後、前記無機バインダー、前記ＰＡＣ（ｐｏｌｙａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）及び前記Ｃ－ＰＡＭ（Ｃａｔｉｏｎｉｃ－Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）を順次混合する、請求項８に記載のセラミックペーパーの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２１年９月１４日付の韓国特許出願第２０２１－０１２２１６０号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として組み込まれる。

【0002】

本発明は、セラミックペーパー及びその製造方法に関し、より詳細には、耐熱性及び成形加工性に優れると共に、厚さが薄いために、バッテリーモジュールやバッテリーパックへの装着時に体積増加を最小化できるセラミックペーパー及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

既存の火炎を遅延させる放熱材や断熱材のほとんどの製品は、アルミノシリケート（Ａｌｕｍｉｎｏ－ｓｉｌｉｃａｔｅ）セラミックファイバーをベースにした不織布（Ｎｏｎ－ｗｏｖｅｎ ｆａｂｒｉｃ）の形態を有する。

【0004】

これは、乾式（Ｄｒｙ－ｌａｉｄ）方式を用いてニードルパンチ（Ｎｅｅｄｌｅ ｐｕｎｃｈｉｎｇ）やカード（Ｃａｒｄｉｎｇ）方法を通じて織物として作られたり、ラミネーティング及びモールドの形態を有するが、生産性の低下以外にも、大きな体積による移送の難しさ、使用時のセラミックの微細粉塵による大気汚染、及び作業者の健康を害するなどの問題を有する。

【0005】

一方、セラミックペーパーは、ガスケットのシーリング材、耐火断熱壁の膨張パッド充填材、溶融金属温度センサーの保護管、各種耐火物の充填材、自動車排気ガス浄化装置の断熱材などの耐熱及び断熱性が要求される部品として使用されてきた。

【0006】

しかし、近年の環境問題と関係して、モビリティーのエネルギー源に対する大転換が進められている時点で内燃機関自動車の需要が減少する一方で、電気自動車又は燃料電池自動車（ＰＨＥＶ、ＢＥＶ、ハイブリッド、水素自動車）に対する需要が増加している状況にある。しかし、二次電池ベースの電気自動車の場合、充電用バッテリーの火災発生により、財産上の被害のみならず、人命被害まで発生している状況にある。

【0007】

したがって、熱暴走（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｕｎａｗａｙ ｂａｒｒｉｅｒ）による火災の発生時に現場から逃げ得る時間を確保できるように、バッテリー火災を防止し、火炎の移動を最小化できる部品や素材の開発が切実に要求されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】韓国公開特許公報第２００６－００７８６８３号

【特許文献2】韓国公開特許公報第１９９１－０００６１８７号

【特許文献3】韓国公開特許公報第２０１５－００６６８５７号

【特許文献4】韓国公開特許公報第２００６－００８４１２４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記のような問題を解決するために導出されたものであって、耐熱性及び成形性に優れたセラミックペーパー及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、厚さが薄いと共に、柔軟性を有するセラミックペーパー及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記のような技術的課題を解決するために、本発明に係るセラミックペーパーは、多結晶性アルミナファイバー、バインダー、保留剤、分散剤及び増粘剤を含むことを特徴とする。

【0011】

また、本発明のセラミックペーパーにおいて、前記バインダーは、有機バインダー及び無機バインダーからなり、前記保留剤は、ＰＡＣ（ｐｏｌｙａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）及びＣ－ＰＡＭ（Ｃａｔｉｏｎｉｃ－Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）からなることを特徴とする。

【0012】

また、本発明のセラミックペーパーにおいて、前記多結晶性アルミナファイバーは、アルミナ含有量が７０％以上、繊維直径が４μｍ～１０μｍ、ＬＯＩ（Ｌｏｓｓ ｏｆ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が０．１％以下、熱伝導率（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）が１，２００℃で０．４４Ｗ／ｍ／Ｋ以下の範囲に該当し、前記有機バインダーは、チョップドファイバー（Ｃｈｏｐｐｅｄ ｆｉｂｅｒ）形状を有するＰＶＡ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ）で、繊度が０．３ｄｔｅｘ～３．０ｄｔｅｘ、繊維長が２ｍｍ～６ｍｍ、水での溶解温度が６０℃～８０℃の範囲に該当し、前記無機バインダーは、シリカゾル又はアルミナゾルで、前記分散剤は、ＰＥＧ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｇｌｙｃｏｌ）系非イオン界面活性剤で、前記増粘剤は、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）であることを特徴とする。

【0013】

また、本発明のセラミックペーパーにおいて、前記多結晶性アルミナファイバー、有機バインダー、無機バインダー、ＰＡＣ、Ｃ－ＰＡＭ、分散剤及び増粘剤は、７０～９５：３～１８：３～１２：２～６：１～２：１～３：０．２～２．０の重量比で混合されることを特徴とする。

【0014】

また、本発明のセラミックペーパーにおいて、前記多結晶性アルミナファイバー、有機バインダー、無機バインダー、ＰＡＣ、Ｃ－ＰＡＭ、分散剤及び増粘剤は、７３～９２：３～１７：３～１２：２～４：１．２～１．８：１．２～２．７：０．３～１．７の重量比で混合されることを特徴とする。

【0015】

また、本発明のセラミックペーパーにおいて、坪量が３９ｇ／ｍ^２～４０ｇ／ｍ^２であるとき、厚さ２７５μｍ～３００μｍ、気孔率６．８ｃｍ^３／ｇ～７．２ｃｍ^３／ｇ、密度１３ｋｇ／ｍ^３～１５ｋｇ／ｍ^３を満足することを特徴とする。

【0016】

また、本発明のセラミックペーパーの製造方法は、（ａ）原料を準備する段階；（ｂ）準備した各原料を混合し、原料混合物を準備する段階；（ｃ）原料混合物をメッシュベルトに積層する段階；（ｄ）メッシュベルトに積層された原料混合物を脱水する段階；及び（ｅ）原料混合物を乾燥させる段階；を含み、前記原料は、多結晶性アルミナファイバー、バインダー、保留剤、分散剤及び増粘剤を含むことを特徴とする。

【0017】

また、本発明のセラミックペーパーの製造方法において、前記（ｂ）段階では、溶媒としての水９，９００重量部～１１，０００重量部、多結晶性アルミナファイバー７０重量部～９５重量部、有機バインダー３重量部～１８重量部、無機バインダー３重量部～１２重量部、ＰＡＣ（ｐｏｌｙａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）２重量部～６重量部、Ｃ－ＰＡＭ（Ｃａｔｉｏｎｉｃ－Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）１重量部～２重量部、分散剤１重量部～３重量部、及び増粘剤０．２重量部～２．０重量部の比率で混合されることを特徴とする。

【0018】

また、本発明のセラミックペーパーの製造方法において、前記（ｂ）段階では、多結晶性アルミナファイバーと有機バインダーを同時に混合した後、無機バインダー、ＰＡＣ（ｐｏｌｙａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）及びＣ－ＰＡＭ（Ｃａｔｉｏｎｉｃ－Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）を順次混合することを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

以上のように、本発明のセラミックペーパー及びその製造方法によると、アルミナ含有量が７０％以上である結晶性繊維を主成分として使用しており、耐熱性に優れるという利点がある。

【0020】

また、本発明のセラミックペーパー及びその製造方法によると、成形加工が容易になり、製造されたペーパーの厚さが薄いために、バッテリーモジュールやバッテリーパックへの装着時に体積増加を最小化できるという長所がある。

【0021】

さらに、本発明のセラミックペーパー及びその製造方法によると、密度及び気孔率に優れるので、自動車用バッテリーモジュールなどへの適用時、軽量化を通じた燃費改善にも寄与できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の好適な実施例に係るセラミックペーパーの製造方法を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の好適な実施例及び図面を参照して本発明をより具体的に説明する。これは、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる程度に詳細に説明するためのものであって、これによって本発明の技術的な思想及び範疇が限定されることを意味しない。

【0024】

また、他の方式で定義されない限り、技術的又は科学的な用語を含めて、ここで使用される全ての用語は、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同一の意味を有している。一般的に使用される事前に定義されている各用語は、関連技術の文脈上の意味と一致する意味を有するものと解釈しなければならなく、本出願で明らかに定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味に解釈しない。

【0025】

以下、本発明に係るセラミックペーパー及びその製造方法に関して詳細に説明する。

【0026】

まず、本発明のセラミックペーパーは、セラミックファイバー、バインダー、保留剤、分散剤及び増粘剤を含んで構成される。

【0027】

セラミックファイバーは、アルミナシリカを主成分とした人造無機繊維を総称し、アルミナ含有量が４０％～６０％である非結晶繊維（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｆｉｂｅｒ）と、アルミナ含有量が７０％以上である結晶性繊維（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｆｉｂｅｒ）とに分類され、また、合成方法によってアルミナファイバーとムライトファイバーとに区分されるが、これらを総合してアルミナファイバーと言う。

【0028】

本発明では、アルミナ含有量が７０％以上である結晶性繊維を使用する。また、繊維直径が４μｍ～１０μｍ、より好ましくは５μｍ～７μｍ、ＬＯＩ（Ｌｏｓｓ ｏｆ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が０．１％以下、製品の外観特性及び品質の低下を引き起こすショット含有量（Ｓｈｏｔ ｃｏｎｔｅｎｔ）（％）が２％、熱伝導率（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ、Ｗ／ｍ／Ｋ）が６００℃で０．１５以下、１，０００℃で０．３１以下、１，２００℃で０．４４以下に該当し、さらに、熱収縮（Ｈｅａｔ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ）が１，４００℃及び８ｈｒで１％以下、１，６００℃及び８ｈｒで１％以下に該当する結晶性繊維であると良い。

【0029】

バインダーは、ペーパーの機械的強度を向上させるためのものであって、有機バインダーと無機バインダーを共に使用すると良いが、これは、ウェブ（ｗｅｂ）形成時の強度を維持し、紙切れの発生を抑制し、特に、無機バインダーがセラミックファイバーの結束力を向上できるためである。

【0030】

ここで、有機バインダーとしては、チョップドファイバーの形態を有するポリビニルアルコール（ＰＶＡ、Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ）を使用すると良いが、これは、液状製品の場合、使用時の保留度が低いために投入量が増大し、その結果、脱水が低下し、廃水負荷増加による処理費用が増加し、長期保管・使用上の腐敗などの品質低下が発生するためである。このようなチョップドファイバーの繊度は、０．３ｄｔｅｘ～３．０ｄｔｅｘ、より好ましくは１．０ｄｔｅｘ～２．０ｄｔｅｘ、繊維長は、２ｍｍ～６ｍｍ、より好ましくは３ｍｍ～５ｍｍ、水での溶解温度は６０℃～８０℃の範囲であると良い。

【0031】

無機バインダーとしてシリカゾルやアルミナゾルを使用することによって、高温でも安定的な結合力を発揮できるようにする。

【0032】

保留剤（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ａｉｄｓ）は、乾燥及び脱水などの製造過程で高価なセラミックファイバーが流出しないように保留させる目的で添加する。

【0033】

具体的には、ポリ塩化アルミニウム（ｐｏｌｙａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ、ＰＡＣ）、Ｃ－ＰＡＭ（Ｃａｔｉｏｎｉｃ－Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）の２つを単独で又は混合して使用できるが、ポリ塩化アルミニウム（ｐｏｌｙａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ、ＰＡＣ）とＣ－ＰＡＭ（Ｃａｔｉｏｎｉｃ－Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）を共に使用するときには、Ｃ－ＰＡＭの使用量を減少させ得るので、原価を節減し、廃水負荷を減少させることができる。また、系内のアニオン性（Ａｎｉｏｎｉｃ）物質によるＣ－ＰＡＭの効果減少を抑制できるので、単独で使用するよりは、二種を混合して使用するときにセラミックファイバーの保留率を高めることができる。

【0034】

ここで、ＰＡＣの固形分含有量は、１０％～１８％、好ましくは１０％であると良い。

【0035】

また、Ｃ－ＰＡＭの重量平均分子量（Ｍｗ）は、６百万～千万、好ましくは千万前後であると良い。

【0036】

セラミックファイバーの水中分散を円滑に誘導し、バンドル現象を抑制するための分散剤としては、界面活性剤、より具体的にはエチレンオキシド（Ｅｔｙｌｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ、ＥＯ）が７ｍｏｌｅ～９ｍｏｌｅ含有されたＰＥＧ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｇｌｙｃｏｌ）系非イオン界面活性剤を使用すると良い。

【0037】

増粘剤は、分散の効果を極大化する目的で添加し、ポリエチレンオキシド（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ、ＰＥＯ）であり得る。通常の製紙工程では、分子量が２百万～３百万であるポリエチレンオキシド製品を使用する一方で、本発明では、約５００万前後の分子量を有するポリエチレンオキシドを使用するが、これは、セラミックファイバーの比重が高いだけでなく、これによって保留が難しくなるためである。

【0038】

一方、上述した各原料であるセラミックファイバー、有機バインダー、無機バインダー、ＰＡＣ、Ｃ－ＰＡＭ、分散剤及び増粘剤は、溶媒としての水１０，０００Ｌを基準にして７０～９５：３～１８：３～１２：２～６：１～２：１～３：０．２～２．０の重量比で混合されることが好ましく、７３～９２：３～１７：３～１２：２～４：１．２～１．８：１．２～２．７：０．３～１．７の重量比で混合されることがより好ましい。

【0039】

セラミックファイバーが前記範囲を逸脱する場合は、不織布の通気度が低くなり、商品化が難しくなる一方で、セラミックファイバーが前記範囲より大きい場合は、分散性が低くなるために、表面の地合いが不均一になり、紙粉が発生するので、セラミックファイバーの含有量は前記範囲であることが好ましい。

【0040】

有機バインダーが前記範囲を逸脱する場合は、湿潤強度が低いために、紙切れが発生したり、無機繊維の分散及び脱水を妨害し、生産性の低下及び製品の地合いの阻害をもたらし得るので、有機バインダーの含有量は前記範囲であることが好ましい。

【0041】

無機バインダーが前記範囲を逸脱する場合は、製品の耐熱性が低下したり、製品の脱水低下及び製品の密度低下をもたらすおそれがあるので、無機バインダーの含有量は前記範囲であることが好ましい。

【0042】

ＰＡＣが前記範囲を逸脱する場合は、高価なＣ－ＰＡＭの投入量が増加し、原価及び脱水に悪影響を及ぼしたり、Ｃ－ＰＡＭの効果を低下させるおそれがあるので、ＰＡＣの含有量は前記範囲であることが好ましい。

【0043】

Ｃ－ＰＡＭが前記範囲を逸脱する場合は、無機繊維の脱水低下及び地合いの低下が発生したり、無機繊維の分散を阻害し、バンドル（Ｂｕｎｄｌｅ）現象の増大による地合い及び強度を低下させ得るので、Ｃ－ＰＡＭの含有量は前記範囲であることが好ましい。

【0044】

分散剤が前記範囲を逸脱する場合は、無機繊維の分散低下による品質低下が発生したり、分散剤による系内汚染と原料の分散低下をもたらすので、分散剤の含有量は前記範囲であることが好ましい。

【0045】

増粘剤が前記範囲を逸脱する場合は、系内溶媒の粘度が低いために、無機繊維の分散を阻害したり、脱水が低下し、原料のバンドル現象の増加によって地合い品質が低下するので、増粘剤の含有量は前記範囲であることが好ましい。

【0046】

結果的に、前記配合範囲を満足する場合は、セラミックペーパーに要求される薄い厚さ、高い湿潤引張強度、高い保留率、低い気孔率及び低い密度などの物性を充足する。

【0047】

続いて、本発明に係るセラミックペーパーの製造方法に関して説明する。

【0048】

図１は、本発明の好ましい実施例に係るセラミックペーパーの製造方法を説明するためのフローチャートである。

【0049】

図１に示したように、本発明のセラミックペーパーは、（ａ）原料を準備する段階、（ｂ）準備した各原料を混合し、原料混合物を準備する段階、（ｃ）原料混合物をメッシュベルトに積層する段階、（ｄ）メッシュベルトに積層された原料混合物を脱水する段階、及び（ｅ）原料混合物を乾燥させる段階を含んで構成される。

【0050】

まず、原料を準備する（ａ）段階に関してより具体的に説明すると、（ａ）段階は、セラミックファイバー、有機バインダー、無機バインダー、ＰＡＣ、Ｃ－ＰＡＭ、分散剤、増粘剤及び溶媒をそれぞれ準備する段階である。

【0051】

ここで、溶媒は、各原料を均一に混合させるためのものであって、水であり得る。

【0052】

セラミックファイバー、有機バインダー、無機バインダー、ＰＡＣ、Ｃ－ＰＡＭ、分散剤及び増粘剤と関連した具体的な物質などは上述した通りであるので、これについての重複する説明は省略する。

【0053】

準備した各原料を混合し、原料混合物を準備する（ｂ）段階では、まず、水、分散剤及び増粘剤をパルパー（Ｐｕｌｐｅｒ）に投入してから一定の時間にわたって撹拌するが、これは、セラミックファイバーがバンドルの形成なしで個々に分散され得る環境を作るためである。

【0054】

その後、セラミックファイバーと有機バインダーを同時に投入した後、８分～１２分間７００ｒｐｍ～８００ｒｐｍで撹拌する。ここで、セラミックファイバーと有機バインダーを同時に投入する理由は、セラミックファイバーと有機バインダーの撹拌時間を確保することによってミキシング効果を高め、また、未分散原料の最小化及び現場作業時間の短縮を通じて生産性を高めることができるためである。

【0055】

その後、無機バインダーと保留剤を追加的に供給し、再度８分～１２分間７００ｒｐｍ～８００ｒｐｍで撹拌することによって原料混合物を準備するが、このとき、無機バインダー、ＰＡＣ及びＣ－ＰＡＭを順次、すなわち、一定の時間間隔を置いて注入すると良い。

【0056】

ここで、これらの無機バインダー、ＰＡＣ及びＣ－ＰＡＭを順次供給する理由は、各原料を水中で十分に分散させ、特に、高分子物質の溶解性を確保することによって、高分子鎖を十分にオープンし、これを通じて反応性の極大化を図るためである。

【0057】

ここで、セラミックファイバー、有機バインダー、無機バインダー、ＰＡＣ、Ｃ－ＰＡＭ、分散剤及び増粘剤は、溶媒としての水１０，０００Ｌを基準にして７０～９５：３～１８：３～１２：２～６：１～２：１～３：０．２～２．０の重量比で混合されることが好ましく、７３～９２：３～１７：３～１２：２～４：１．２～１．８：１．２～２．７：０．３～１．７の重量比で混合されることがより好ましい。

【0058】

一方、溶媒としての水は、２５℃～４５℃に予め加温しておくことが好ましいが、これは、水温が前記範囲より低い場合は、分散性及び脱水性が低下する一方で、水温が前記範囲より高い場合は、原料混合物と（ｃ）段階でのメッシュなどに無理がかかるので、溶媒の水温は前記範囲であることが好ましい。

【0059】

原料混合物をメッシュベルトに積層する（ｃ）段階は、上記のような配合比で準備されたスラリー状態の原料混合物をメッシュベルトに積層する段階である。より詳細には、１分当たり１５ｍ～３０ｍの速度で移動するメッシュベルトに原料混合物を供給し、供給量は１分当たり９，０００Ｌ～１０，０００Ｌであることが好ましい。

【0060】

メッシュベルトに積層された原料混合物を脱水する（ｄ）段階は、メッシュベルトに積層された原料混合物を脱水し、溶媒としての水を１次的に除去する段階である。

【0061】

このとき、脱水は、原料混合物がメッシュベルトに積層される瞬間に１次真空を加えながら行い、続いて、２次真空を追加的に付与しながら脱水工程を行う。

【0062】

１次真空脱水過程では、４段階の真空圧を加えるようになり、１段階では０ｃｍＨｇ～５ｃｍＨｇ、２段階では１０ｃｍＨｇ～２０ｃｍＨｇ、３段階では３０ｃｍＨｇ～４０ｃｍＨｇ、４段階では５０ｃｍＨｇ～６５ｃｍＨｇの範囲の真空圧を加えるようになる。また、この過程で、脱水を通じて各繊維間の結合を誘導し、結果的に不織布タイプのセラミックペーパーが形成される。

【0063】

２次真空脱水過程では、約１８ｃｍＨｇ～２２ｃｍＨｇの範囲の真空圧を加えながら残余水分を除去すると同時に、各繊維間の結合をさらに緻密にする。

【0064】

最後に原料混合物を乾燥させる（ｅ）段階は、残余水分を完全に除去する段階であって、原料混合物を熱風乾燥器とドラムドライヤーに順次通過させることによって達成される。具体的には、原料混合物を１００℃～１７０℃、より好ましくは１１０℃～１３０℃で運転される熱風乾燥器で１次的に乾燥させ、１３５℃～１４５℃で２次的に熱風乾燥させ、１００℃～１１０℃で３次的に熱風乾燥させた後、１３５℃～１４５℃で４次的にドラムドライヤーに通過させる過程が順次行われる。

【0065】

ここで、乾燥段階初期に乾燥を高温で行う場合は、乾燥が急速に行われ、収縮や紙切れが発生する一方で、乾燥を過度に低温で行う場合は、バインダー繊維の完全なバインディングが行われなく、巻き取り後の残余水分が高いために、以降の工程で毛羽が発生したり、結合力が弱化するなどの否定的な影響を及ぼすので、上記のように１次乾燥から４次乾燥までの４段階の乾燥条件で乾燥を行うことが好ましい。

【0066】

その後、必要に応じて、スリッティング装置でスリッティングした後、保管する過程が追加的に行われ得る。

【0067】

以下、本発明を実施例及び実験例によってより詳細に説明する。ただし、下記の実施例及び実験例は、本発明を例示するものに過ぎなく、本発明の内容が下記の実施例及び実験例によって限定されることはない。

【実施例】

【0068】

実施例１
水を１０，０００Ｌ、セラミックファイバーを７５ｋｇ、有機バインダーを１５ｋｇ、無機バインダーを１０ｋｇ、保留剤としてのＰＡＣ（ｐｏｌｙａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）とＣ－ＰＡＭ（Ｃａｔｉｏｎｉｃ－Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）をそれぞれ３ｋｇ及び１．５ｋｇ、分散剤としてのＰＥＧ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅＧｌｙｃｏｌ）を２．５ｋｇ、増粘剤としてのＰＥＯ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）を１．５ｋｇ準備した。

【0069】

ここで、セラミックファイバーは、多結晶性アルミナファイバーであって、アルミナ含有量が７２％、繊維直径が４μｍ～１０μｍ、ＬＯＩ（Ｌｏｓｓ ｏｆ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が０．１％以下、熱伝導率（Ｗ／ｍ／Ｋ）が１，２００℃で０．４４以下、熱収縮（％）が１，６００℃及び８ｈｒで１未満である。

【0070】

有機バインダーは、チョップドファイバーの形態を有し、繊度が１．０ｄｔｅｘ～２．０ｄｔｅｘ、長さが３ｍｍ～５ｍｍ、溶解温度が６０℃～８０℃で、無機バインダーとしては、ＳｉＯ_２含有量が３２％であるシリカゾルを使用した。

【0071】

ＰＡＣ（ｐｏｌｙａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）は、固形分含有量が１４％で、Ｃ－ＰＡＭ（Ｃａｔｉｏｎｉｃ－Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）の分子量（Ｍｗ）は千万である。また、ＰＥＧ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅＧｌｙｃｏｌ）は、ＥＯ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ）が７ｍｏｌ～９ｍｏｌで、ＰＥＯ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）の分子量（ＭＷＣＯ）は５百万である。

【0072】

まず、水、分散剤及び増粘剤をパルパーに投入してから一定の時間にわたって撹拌した後、多結晶性アルミナファイバーと有機バインダーを同時に投入してから１０分間７５０ｒｐｍで撹拌した。その後、無機バインダーと保留剤を順次追加的に供給し、再度１０分間７５０ｒｐｍで混合することによって原料混合物を準備した。

【0073】

準備された原料混合物を極細糸メッシュベルトに積層し、このとき、メッシュベルトの移送速度は３０ｍ／ｍｉｎで、供給される原料混合物は１０，０００Ｌ／ｍｉｎに維持した。

【0074】

このとき、坪量は、約４０ｇ／ｍ^２になるように調節した。

【0075】

また、原料混合物がメッシュベルトに積層される瞬間に０ｃｍＨｇの真空圧で１段階の自然脱水を行い、続いて、２段階の１０ｃｍＨｇの真空圧、３段階の３０ｃｍＨｇの真空圧、４段階の５０ｃｍＨｇの真空圧で１次脱水を行った。

【0076】

１次脱水を行った後、２０ｃｍＨｇの真空圧で２次脱水を行った。

【0077】

最後に、原料混合物を１１０℃～１３０℃で運転される熱風乾燥器で１次的に乾燥させ、１３５℃～１４５℃で２次的に乾燥させ、１００℃～１１０℃で３次的に乾燥させ、１３５℃～１４５℃でドラムドライヤーに通過させることによって残余水分を除去し、セラミックペーパーを製造した。

【0078】

実施例２
原料混合物において、多結晶性アルミナファイバーを８０ｋｇに、有機バインダーを１０ｋｇに、無機バインダーを１０ｋｇに、分散剤としてのＰＥＧ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅＧｌｙｃｏｌ）を２．０ｋｇに、増粘剤としてのＰＥＯ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）を１．０ｋｇに変更したことを除いては、実施例１と同一の条件でセラミックペーパーを製造した。

【0079】

実施例３
原料混合物において、多結晶性アルミナファイバーを９０ｋｇに、有機バインダーを５ｋｇに、無機バインダーを５ｋｇに、分散剤としてのＰＥＧ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅＧｌｙｃｏｌ）を１．５ｋｇに、増粘剤としてのＰＥＯ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）を０．５ｋｇに変更したことを除いては、実施例１と同一の条件でセラミックペーパーを製造した。

【0080】

実施例４
坪量を６０ｇ／ｍ^２になるように調節したことを除いては、実施例１と同一の条件でセラミックペーパーを製造した。

【0081】

実施例５
坪量を８０ｇ／ｍ^２になるように調節したことを除いては、実施例１と同一の条件でセラミックペーパーを製造した。

【0082】

＜比較例＞
比較例１
原料混合物において、多結晶性アルミナファイバーの代わりに鉱物綿（Ｍｉｎｅｒａｌ ｗｏｏｌ）を７５ｋｇ使用したことを除いては、実施例１と同一の条件でセラミックペーパーを製造した。

【0083】

ここで、鉱物綿は、繊維の平均太さが７μｍ以下、密度が１４０Ｋｇ／ｍ^３、熱伝導率が０．０４４Ｗ／ｍｋ以下、粒子含有率が４％以下、熱間収縮温度が５５０℃である。

【0084】

比較例２
原料混合物において、多結晶性アルミナファイバーの代わりにアルカリ土類ケイ酸塩（Ａｌｋａｌｉ ｅａｒｔｈ ｓｉｌｉｃａｔｅ）を７５ｋｇ使用したことを除いては、実施例１と同一の条件でセラミックペーパーを製造した。

【0085】

ここで、アルカリ土類ケイ酸塩は、シリカ含有量が７３％以上、繊維直径が３μｍ～１２μｍ、ＬＯＩが０．１％以下、熱伝導率が０．６１Ｗ／ｍ／ｋ以下である。

【0086】

比較例３
原料混合物において、多結晶性アルミナファイバーの代わりにアルミナファイバー（Ａｌｕｍｉｎａ ｆｉｂｅｒ）を７５ｋｇ使用したことを除いては、実施例１と同一の条件でセラミックペーパーを製造した。

【0087】

ここで、アルミナファイバーは、アルミナ含有量が７０％以上、繊維直径が４μｍ～１０μｍ、ＬＯＩが０．１％以下、熱伝導率が１，２００℃で０．４４Ｗ／ｍ／Ｋの範囲である。

【0088】

【表1】

【0089】

＜実験例＞
実施例１乃至５及び比較例１乃至３で製造されたペーパーの物性を測定し、その結果を次の表２に示した。

【0090】

坪量は、ＴＡＰＰＩ Ｔ ４１０規格に従って１００ｃｍ^２の試料を１０個以上採取し、それぞれの重さを測定した後、平均値を求め、これを補正することによって（補正値×１００）測定した。

【0091】

不織布の厚さは、ＴＡＰＰＩ Ｔ ４１１規格に従って、これに合う厚さ測定機で測定した。

【0092】

湿潤引張強度は、ＴＡＰＰＩ Ｔ－４５６方法によって測定した。

【0093】

保留率は、ＴＡＰＰＩ Ｔ－２６１ ｃｍ－９０方法によって測定した。

【0094】

フォーメーションインデックス（Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ）は、ＴＡＰＰＩ Ｔ－２７２方法によって測定し、フォーメーションインデックスの値が低いほど、ペーパーが良いことを意味する。

【0095】

気孔率（Ｂｕｌｋ（ｃｍ^３／ｇ））は、ＴＡＰＰＡ Ｔ－５３６方法によって測定した。

【0096】

密度（Ｄｅｎｓｉｔｙ）は、ＴＡＰＰＩ Ｔ－２５８方法によって測定した。

【0097】

【表2】

【0098】

表２にまとめたように、本発明の好ましい実施例１乃至３の製造方法で製造した、３９．５ｇ／ｍ^２～４０．０ｇ／ｍ^２の秤量を有するペーパーは、厚さ、湿潤引張強度、保留率及びフォーメーションインデックスなどの全体的な物性に非常に優れることを確認することができる。

【0099】

また、坪量を４０．０ｇ／ｍ^２（実施例１）から６０．０ｇ／ｍ^２（実施例４）及び８０．０ｇ／ｍ^２（実施例５）に高める場合、それぞれの厚さは３８２μｍ及び４８２μｍに過ぎないために非常に薄いことが分かる。

【0100】

しかし、比較例１乃至３では、坪量が２３．１ｇ／ｍ^２～５２．５ｇ／ｍ^２であるにもかかわらず、厚さが１，９００μｍ～２，２００μｍの範囲であるために非常に厚く、さらに、気孔率及び密度も本発明の各実施例に比べて遥かに高いことが分かる。

【0101】

このように、現在商業的に販売されている放熱材と比較したとき、本発明に係るペーパーは、厚さが遥かに薄いために体積を減少させることができる。特に、二次電池などのバッテリーモジュールやバッテリーパックにペーパーが放熱材として使用されるとき、密度及び気孔率に優れるので、軽量化を通じた燃費改善にも寄与することができる。

【0102】

以上では、本発明に対してその好ましい各実施例を中心に説明した。本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明がその本質的な特性から逸脱しない範囲で変形した形態に具現可能であることを理解できるだろう。そのため、開示された各実施例は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮しなければならない。本発明の範囲は、上述した説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと均等な範囲は、本発明に含まれたものとして解釈すべきであろう。

【図1】

【国際調査報告】