KR100248978B1 - 전자파 차폐용 석고보드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석고보드의 강화 및 전자파의 차폐가 가능하도록 소정의 탄소섬유를 포함하는 전자파 차폐용 석고보드에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전자파 차폐용 석고보드는, 3 내지 20중량%의 탄소섬유, 0.1 내지 10중량%의 분산제, 0.1 내지 10중량%의 성형보조제와 잔량으로서의 소석고를 혼합한 탄소섬유-석고혼합물을 탄소섬유-석고혼합물 전체에 대하여 60 내지 100 중량%의 물과 혼합하여 반죽한 후, 판상으로 성형하여 이루어짐을 특징으로 한다.

따라서, 생활환경에서 인체에 가장 흔히 피폭될 수 있는 주파수 영역의 전자파에 대한 우수한 차폐효과를 제공함과 동시에 기계적특성이 매우 우수하여 강도높은 석고보드를 제공하여 내장재 등에 유효하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

전자파 차폐용 석고보드{Gypsum board for shielding electromagnetic wave}

본 발명은 전자파 차폐용 석고보드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석고보드의 강화 및 전자파의 차폐가 가능하도록 소정의 탄소섬유를 포함하는 전자파 차폐용 석고보드에 관한 것이다.

전자, 통신산업의 발달과 더불어 현대사회는 고도정보화 사회로 나아가는 추세이며, 그에 따라 현대인은 각종의 전기, 전자기기들에 둘러싸여 생활하게 됨에 따라 점점 전자파에의 노출이 증대되어 이에 대한 대책이 시급하게 요구되고 있다.

1960년대 이후, 세계각국은 레이더 허상제거나 레이더 교란 등 주로 군사적 목적으로 전파흡수체를 개발해왔다. 최근에는 군사적 목적 뿐만 아니라 전자파장애(EMI ; Electromagnetic Interference)방지용 플라스틱이나 유리제품, 고주파 흡수용 석고보드 등 실생활에 적용되는 제품의 개발도 보고되고 있다.

1980년대부터 IEEE(Institute of Electrical Electronics Engineers ; 미전기전자통신학회)에서는 고전압 송전선에서 유도된 초극저주파 등과 같은 다양한 전자파가 인체에 미치는 영향 및 차폐기술에 대한 연구를 해오고 있으며, 미합중국 소재 에너테크사에서는 IEEE와 공동으로 전자파 피폭의 영향과 그 차폐기술에 대한 프로젝트들을 진행중에 있다.

전자파는 매질을 지나면서 투과, 흡수 및 반사가 일어나며, 이러한 현상들은 매질의 종류와 형상 등에 영향을 받으며, 매질의 전자기적 성질에 따라 흡수체와 반사체로 구분될 수 있다.

전자파 흡수체는 반사보다 흡수의 영역이 더 큰 물질을 의미하며, 전자파 흡수는 크게 도전손실, 유전손실 또는 자성손실에 의해 일어나는 것으로 알려져 있으며, 일반적으로 도전손실은 금속 등과 같은 전도성물질에서, 유전손실은 티탄산바륨(Barrium titanate)과 같은 유전성물질에서, 그리고 자성손실은 페라이트 등과 같은 자성물질에서 주로 일어나며, 목적에 따라 이들 중 적절한 물질을 사용하여 전자파를 흡수하는데 사용할 수 있는 것으로 공지되어 있다.

주택 등 건물의 내장재로 널리 사용되는 석고보드에 전자파차폐특성을 부여하기 위한 연구도 이루어져 왔었다.

일본국 특개평6-209180 호는 전자파흡수내벽재에 대하여 기술하고 있으며, 이는 석고보드, 석면시멘트보드 또는 규산칼슘판으로 되어 있는 판재에 전자파손실성재료로서의 탄소, 페라이트, 금속분말 또는 이들의 혼합물을 1 내지 20 중량%의 양으로 포함시켜 이들 전자파손실성재료에 의하여 전자파를 흡수, 차폐토록 하는 내용을 기술하고 있으나, 자체적으로 기계적특성이 우수하지 못한 석고보드에 이들 불순물로 기능할 수 있는 전자파손실성재료의 분말을 상당량 혼합시키는 것에 의해 전자파의 차폐는 어느 정도 가능하나, 석고보드 자체의 기계적특성이 더 저하되는 문제점이 있었다. 더욱이, 전자파손실성재료가 분말상으로 포함되기 때문에 명세서에서 기술하고 있듯이 70MHz 내지 3GHz 이내의 대역의 전자파를 차폐하는 정도에 그치고 있다는 문제점이 있었다.

일본국 공개특허공보 평6-122568호에는 탄소섬유, 석고, 계면활성제 등을 혼합, 경화한 무기질 발포체가 기술되어 있으며, 여기에는 비록 탄소섬유를 사용하여 전자파 차폐효과를 기대토록 한다는 기술적 구성이 기재되어 있기는 하나, 차폐가능한 전자파 대역에 대한 구체적인 기술이 전혀 없고, 전발포체 중에 탄소섬유 함량이 0.011g/cm³으로서 극히 적다는 점, 탄소섬유의 길이가 3 내지 100mm, 바람직하게는 9 내지 50mm로 매우 긴 섬유를 사용한다는 점, 섬유의 길이가 길수록, 또한 섬유의 직경이 가늘수록 분산성이 저하되어 발포체의 도전성이 불균일하다는 것을 명세서에 기재하고 있으면서도 분산성을 향상시키기 위한 어떠한 다른 구성없이 단순히 탄소섬유를 소량 사용한다는 점 및 발포체로 발포하였다는 점만을 기재하고 있는 등 탄소섬유의 분산을 위한 기술이 전혀 없어 다량의 탄소섬유를 포함시키지 못한다는 문제점이 있었다.

또한, 일본국 특개소61-21956 호는 탄소섬유복합강화석고보드 및 그 제조방법에 대하여 기술하고 있으나, 전자파차폐와는 무관하게 석고보드의 기계적성질을 강화하기 위하여 5 내지 100mm의 탄소섬유를 0.01 내지 0.90 중량%의 양으로 포함하는 내용을 기술하고 있으나, 0.01 내지 0.90 중량%의 양이라는 극히 제한된 양의 탄소섬유의 사용으로 섬유보강효과만을 목적으로 하고 있는 것으로서, 단위면적당 전자파손실성재료로 기능할 수 있는 탄소섬유의 밀도가 너무 적어 전자파흡수 및 차폐효과가 거의 나타나지 않는다는 문제점이 있었다. 따라서, 탄소섬유 자체의 특성에 기인하는 단위중량당 섬유의 인장도에 기인하는 우수한 기계적성질의 강화효과를 제외하고는 탄소섬유를 단순히 다른 섬유상물질로 대체하여도 동일한 효과를 얻을 수 있는 정도의 것에 지나지 않는 것이다.

따라서, 본 발명자들은 탄소섬유가 전자파손실성재료로 효과적으로 기능할 수 있으며, 탄소섬유 특유의 강인성으로 인하여 석고보드 자체를 강화할 수 있다는 점에 착안하여 탄소섬유를 포함하는 전자파 차폐용 석고보드를 개발하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은, 전자파 차폐용 석고보드를 제공하는 데 있다.

제1도는 본 발명의 실시예 1에 따라 수득된 석고보드의 E필드(1MHz - 1GHz)에서의 전자파차폐효과를 측정하여 도시한 그래프이다.

제2도는 본 발명의 실시예 1에 따라 수득된 석고보드의 H필드(300kHz - 1GHz)에서의 전자파차폐효과를 측정하여 도시한 그래프이다.

제3도는 본 발명의 실시예 2에 따라 수득된 석고보드의 E필드(1MHz - 1GHz)에서의 전자파차폐효과를 측정하여 도시한 그래프이다.

제4도는 본 발명의 실시예 2에 따라 수득된 석고보드의 H필드(300kHz - 1GHz)에서의 전자파차폐효과를 측정하여 도시한 그래프이다.

제5도는 본 발명의 실시예 3에 따라 수득된 석고보드의 E필드(1MHz - 1GHz)에서의 전자파차폐효과를 측정하여 도시한 그래프이다.

제6도는 본 발명의 실시예 3에 따라 수득된 석고보드의 H필드(300kHz - 1GHz)에서의 전자파차폐효과를 측정하여 도시한 그래프이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자파 차폐용 석고보드는, 1 내지 10mm의 길이와 1 내지 30㎛의 직경을 갖는 탄소섬유 3 내지 20중량%, 알킬아미노염, 아미드결합아민염, 에스테르결합아민염 등의 아민염, 알킬암모늄염, 아미드결합암모늄염, 에스테르결합암모늄염, 에테르결합암모늄염 등의 제4급암모늄염, 알킬피리디늄염, 아미드결합피리디늄염, 에테르결합피리디늄염, 에스테르결합피리디늄염 등의 피리디늄염 등과 같은 양이온성 계면활성제, 통상의 비누, 황산화물, 알킬황산염, 알킬술폰산염, 알킬아닐술폰산염, 알킬나프탈렌술폰산염 등과 같은 음이온성 계면활성제 및 알킬아릴에테르, 알킬에테르, 알킬아민 등의 산화에틸렌계 계면활성제, 지방산글리세린에스테르, 안히드로솔비톨, 지방산에스테르 등의 다가알콜지방산에스테르계 계면활성제, 폴리에틸렌아민계 계면활성제 및 지방산알킬졸아미드계 계면활성제 등과 같은 비이온성 계면활성제 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 분산제 0.1 내지 10중량%, 벤즈알데히드 또는 나프틸포름알데히드와 같은 방향족알데히드로 부터 선택된 성형보조제 0.1 내지 10중량%와 잔량으로서의 소석고를 혼합한 탄소섬유-석고혼합물을 탄소섬유-석고혼합물 전체에 대하여 60 내지 100 중량%의 물과 혼합하여 반죽한 후, 판상으로 성형하여 이루어진다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 전자파 차폐용 석고보드는, 3 내지 20중량%의 탄소섬유, 0.1 내지 10중량%의 분산제, 0.1 내지 10중량%의 성형보조제와 잔량으로서의 소석고를 혼합한 탄소섬유-석고혼합물을 탄소섬유-석고혼합물 전체에 대하여 60 내지 100 중량%의 물과 혼합하여 반죽한 후, 판상으로 성형하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기에서 탄소섬유는 1 내지 10mm의 길이와 1 내지 30μm의 직경을 갖는 것이 바람직하게 사용될 수 있으며, 3 내지 6mm의 길이와 5 내지 15μm의 직경을 갖는 것이 더 바람직하게 사용될 수 있다.

상기 탄소섬유의 길이가 1mm 미만의 것이 사용되는 경우, 석고보드 강화효과가 충분치 못하게 될 수 있으며, 10mm 초과의 것이 사용되는 경우, 탄소섬유와 석고혼합물을 혼합함에 있어 단시간 내의 균일한 혼합이 곤란하게 될 수 있어 생산성 등의 저하 또는 제품으로서의 석고보드의 물성의 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다. 또한, 상기 탄소섬유는 1 내지 30μm의 범위 이내의 직경을 갖는 것이 바람직함이 실험적으로 나타났으며, 이 범위를 벗어나는 것은 본 발명의 사상의 범주를 벗어나지는 않으나, 소정의 석고보드를 수득함에 큰 영향을 미치지는 않는 것으로 여겨진다.

상기 탄소섬유의 양이 2 중량% 미만으로 사용되는 경우, 광대역의 전자파에 대하여 충분한 전자파차폐가 나타나지 않게 되는 문제점이 있을 수 있으며, 반대로 11 중량%를 초과하는 경우, 소정의 석고보드가 수득되지 않게 되는 문제점이 있을 수 있다.

상기에서 분산제는 상기 탄소섬유와 후술되는 소석고의 분말이 서로 잘 혼화되도록 하는 기능을 하는 것으로서, 탄소섬유가 석고보드를 구성하는 석고 중에서 고르게 분산될 수 있도록 한다. 상기 분산제로는 알킬아미노염, 아미드결합아민염, 에스테르결합아민염 등의 아민염, 알킬암모늄염, 아미드결합암모늄염, 에스테르결합암모늄염, 에테르결합암모늄염 등의 제4급암모늄염, 알킬피리디늄염, 아미드결합피리디늄염, 에테르결합피리디늄염, 에스테르결합피리디늄염 등의 피리디늄염 등과 같은 양이온성 계면활성제, 통상의 비누, 황산화물, 알킬황산염, 알킬술폰산염, 알킬아닐술폰산염, 알킬나프탈렌술폰산염 등과 같은 음이온성 계면활성제 및 알킬아릴에테르, 알킬에테르, 알킬아민 등의 산화에틸렌계 계면활성제, 지방산글리세린에스테르, 안히드로솔비톨, 지방산에스테르 등의 다가알콜지방산에스테르계 계면활성제, 폴리에틸렌아민계 계면활성제 및 지방산알킬졸아미드계 계면활성제 등과 같은 비이온성 계면활성제 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것이 사용될 수 있다.

상기에서 성형보조제는 석고의 페이스트상의 석고나 페이스트상의 탄소섬유-석고혼합물의 흐름성을 좋게 하여 몰드내에서 충분히 유동성을 유지하도록 하여 석고보드로의 성형성을 극대화시키는 역할을 하며, 벤즈알데히드 또는 나프틸포름알데히드와 같은 방향족알데히드가 사용될 수 있다.

상기에서 소석고는 통상의 석고보드 등을 제조하는 데 사용되는 소석고로서 석고(gypsum ; 무수염 및 함수염의 통칭)를 60 내지 150℃의 온도에서 가열하여 반수염의 상태로 한 것(통상 β형 반수염이라 한다)으로서, 수화경화성이 있어 분말상의 소석고를 물과 혼합하여 반죽한 후, 건조시키므로써 수화경화하여 단단한 고체상을 형성하면서 함수염의 구조로 전환되며, 이 성질을 이용하여 판상의 석고보드를 만들 수 있으며, 이러한 소석고는 천연석고 또는 합성석고를 불문하고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 여러 제조업체들에 의하여 대량으로 생산되어 상용적으로 이를 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있는 것임은 자명한 것이다.

따라서, 소석고의 수화경화성을 이용한 석고보드의 제조시에 소석고의 수화경화전에 석고보드의 기계적성질의 강화와 더불어 전자파차폐(전자파흡수)효과를 위하여 소석고의 분말에 탄소섬유를 소정비율로 혼합하여 석고보드를 제조할 수 있었다.

상기에서 탄소섬유는 상기 석고분말에 무방향성으로 혼합됨이 바람직하며, 이는 전자파의 진행방향에 대하여 수직으로 형성되는 파형이 상기 전자파의 진행방향을 축으로 360°전체로 무방향성으로 진행될 수 있음을 가정할 때, 탄소섬유가 무방향성으로 배열됨에 따라 진행방향을 축으로 전방향에 대하여 전자파차폐효과가 고르게 나타날 수 있음을 고려한 것으로, 이는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 당연히 이해될 수 있는 바이다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.

실시예 1

7.2g의 탄소섬유와 4.3g의 알파올레핀설포네이트, 0.86g의 나프틸포름알데히드를 247.7g의 물에 풀어 충분히 교반한 후, 288g의 소석고분말을 혼합하여 탄소섬유-석고혼합물의 페이스트를 준비하고, 이 페이스트를 360ml 용적의 몰드에 부어넣고, 유리판으로 표면을 다듬고, 1시간 정도 방치한 후, 탈형하였다. 탈형된 습판은 42±5℃에서 항량건조시킨 후, 강도를 유지할 수 있도록 종이테이프를 부착시켰다. 전자파흡수능 측정은 RF법(Adventest사의 TR-1730/A에 의한 측정법)에 따라 1 내지 1,000MHz의 주파수 대역에 대하여 측정하였으며, 그 결과를 표 1, 도 1(E필드 ; 1MHz - 1GHz) 및 도 2(H필드 ; 300kHz - 1GHz)에 나타내었다.

실시예 2

14.4g의 탄소섬유와 4.3g의 알파올레핀설포네이트, 0.86g의 나프틸포름알데히드를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 그 결과를 표 1, 도 3(E필드 ; 1MHz - 1GHz) 및 도 4(H필드 ; 300kHz - 1GHz)에 나타내었다.

실시예 3

21.6g의 탄소섬유와 4.3g의 알파올레핀설포네이트, 0.86g의 나프틸포름알데히드를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 그 결과를 표 1, 도 5(E필드 ; 1MHz - 1GHz) 및 도 6(H필드 ; 300kHz - 1GHz)에 나타내었다.

	주파수 대역(MHz)	차폐능 (db)	차폐율 (%)
실시예 1	1	4	69.8
	20	8	84.6
	100	6	77.9
실시예 2	1	5	74.0
	20	9	87.4
	100	2	60.3
실시예 3	1	12	93.7
	20	15	96.8
	100	9	87.4
시험방법은 Adventest사의 TR-1730/A(공진특성에 의한 신호변율≒3db)에 의해 측정

상기 실시예들의 결과에서와 같이, 탄소섬유를 포함하여 분산제와 성형보조제의 함량의 증가로 인하여 1 내지 100MHz에 해당하는 광범위한 전자파 대역에 대하여 우수한 차폐효과를 나타냄이 확인되었다.

상기에서 1MHz의 대역은 AM(500kHz 내지 1.5MHz)의 주파수 대역으로, 20MHz의 대역은 PC(Personal Computer ; 10 내지 100MHz)의 주파수 대역으로, 그리고 60 내지 100MHz의 대역은 FM(88 내지 110MHz)의 주파수 대역으로서의 기준으로 샘플링한 것으로서, 인체에 가장 흔히 피폭될 수 있는 주파수 영역들 전체에 대하여 우수한 전자파차폐효과가 나타남을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 의하면 생활환경에서 인체에 가장 흔히 피폭될 수 있는 주파수 영역의 전자파에 대한 우수한 차폐효과를 제공할 수 있는 전자파 차폐용 석고보드를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 석고보드는 전자파차폐효과에 더해 기계적특성이 매우 우수하여 강도높은 석고보드를 제공하여 내장재 등에 유효하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

1. (정정) 1 내지 10mm의 길이와 1 내지 30㎛의 직경을 갖는 탄소섬유 3 내지 20중량%, 알킬아미노염, 아미드결합아민염, 에스테르결합아민염 등의 아민염, 알킬암모늄염, 아미드결합암모늄염, 에스테르결합암모늄염, 에테르결합암모늄염 등의 제4급암모늄염, 알킬피리디늄염, 아미드결합피리디늄염, 에테르결합피리디늄염, 에스테르결합피리디늄염 등의 피리디늄염 등과 같은 양이온성 계면활성제, 통상의 비누, 황산화물, 알킬황산염, 알킬술폰산염, 알킬아닐술폰산염, 알킬나프탈렌술폰산염 등과 같은 음이온성 계면활성제 및 알킬아릴에테르, 알킬에테르, 알킬아민 등의 산화에틸렌계 계면활성제, 지방산글리세린에스테르, 안히드로솔비톨, 지방산에스테르 등의 다가알콜지방산에스테르계 계면활성제, 폴리에틸렌아민계 계면활성제 및 지방산알킬졸아미드계 계면활성제 등과 같은 비이온성 계면활성제 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 분산제 0.1 내지 10중량%, 벤즈알데히드 또는 나프틸포름알데히드와 같은 방향족알데히드로 부터 선택된 성형보조제 0.1 내지 10중량%와 잔량으로서의 소석고를 혼합한 탄소섬유-석고혼합물을 탄소섬유-석고혼합물 전체에 대하여 60 내지 100 중량%의 물과 혼합하여 반죽한 후, 판상으로 성형하여 이루어짐을 특징으로 하는 전자파 차폐용 석고보드.
2. (정정) 제 1 항에 있어서,

   상기 탄소섬유가 3 내지 6mm의 길이와 5 내지 15μm의 직경을 갖는 것임을 특징으로 하는 상기 전자파 차폐용 석고보드.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄소섬유가 상기 석고에 무방향성으로 혼합됨을 특징으로 하는 상기 전자파 차폐용 석고보드.

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