KR100454746B1

KR100454746B1 - 바이오 웨이브 강판

Info

Publication number: KR100454746B1
Application number: KR10-2000-0081056A
Authority: KR
Inventors: 이재영; 이정식; 김용민; 김일영; 손진군
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2000-12-23
Filing date: 2000-12-23
Publication date: 2004-11-03
Also published as: KR20020051993A

Abstract

본 발명의 바이오 웨이브 강판(bio-wave steel plate)은 탄소 0.02중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고 60Hz에서 시변 자계(time varying magnetic wave)에 의한 최대 투자율이 2000이상인 강판 위에 원적외선 방사효율이 0.9 이상인 원적외선 방사 분말을 함유한 코팅층이 15~ 60마이크로미터의 범위에서 형성된다.

이러한 바이오 웨이브 강판은 저주파 자기장을 차폐하고 동시에 원적외선을 방사하는 장점이 있다.

Description

바이오 웨이브 강판{BIO-WAVE STEEL PLATE}

본 발명은 바이오-웨이브 강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인간에게 유해한 전자파는 차폐를 하고 유익한 원적외선을 방사시키는 인간 친화적 전자파 제어 강판에 관한 것이다.

최근들어 전자파의 유해성이 알려지기 시작하면서 이를 차단하기 위한 방법과 재료들이 등장하고 있다. 전자파란 전자기장 성분을 가지는 파동(wave)을 말하며, 인체에 악영향을 미치는 파를 유해파라고 한다. 특히, 최근들어서는 자기적 성질을 갖는 낮은 주파수의 저주파의 인체에 대한 유해성이 부각되고 있다. 송전탑 주위의 자기장(60Hz)이 발암과의 상관성이 알려지면서 국내외적으로 큰 반향을 불러일으키고 있다. 이와 같은 발암 등의 위해성 논의 외에도 인체가 자기적 성질을 갖는 저주파 전자파에 장기간 노출되면 인체 내에 유도전류가 생성되어 세포막내에 존재하는 Na+, K+, Cl- 등의 각종 이온의 불균형을 초래하여 호르몬 분비 및 면역 세포에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 또한, 자기장은 인체의 수면과 관련 있는 메라토닌의 분비량을 변화시켜 장기 노출시 불면증과 등과 관계된다는 연구 결과가 보고되고 있다.

이에 따라 세계 각국은 전자파 노출한계를 설정하고 전자기기에서 나오는 전자파의 규제는 전자기기의 수출 장벽으로도 활용하고 있다. 예를들어 모니터의 경우 자기누설이 2 mG 이상이면 스웨덴 등 유럽 지역 수출 안된다.

또한, 국내에서도 전자기 관련 학회(한국 전자파 학회지 전자파 기술 1997.6 vol.8 No2 )와 의료계를 중심으로 전자파 규제치를 법령으로 설정하려고 하는 노력이 경주되고 있다(전자파 인체 유해 문제 대책 위원회 국회 활동 백서 1999년 12월, "전자파의 인체영향에 관한 역학조사 및 법제화 방안 연구" 한국무선국관리사업단 KORA 연구 99-09, 2000년 8월).

이와 같은 전자파 차폐를 위해서는 설비적 차폐기술은 물론 재료적 차폐기술이 병행되어야 한다. 현재, 전자파 차단재로서는 동, 알루미늄이 주로 이용되고 있으며, 본 발명자들은 저주파에서 자기장 차폐능이 뛰어난 강재에 관한 내용을 기 출원 한 바 있다(대한민국 특허출원 제1999- 0052018호). 그러나, 저주파 차단능이 우수한 강재는 원적외선 방사능이 낮아 원적외선 방사체로는 활용 할 수 없다는 단점이 있다.

한편, 전자파는 인체에 유해한 것만 아니라 유익한 전자파도 있는데 이것이 원적외선이다. 적외선이란 가시광선보다는 다소 파장이 길지만 주파수가 매우 높은 일종의 전자파라 할 수 있다. 원적외선이란 적외선 중 파장이 다소 긴 2.5 ~ 20마이크로미터 범위의 광 에너지로서 이 역시 전장과 자장 성분을 가지는 파동, 즉 전자파라 할 수 있다. 이와 같은 원적외선은 모든 재료에서 절대온도 0 K 이상에서는 방사되지만 특정 세라믹의 경우 방사량이 매우 높아지는데 이를 원적외선 방사체라불리운다. 원적외선은 방사에 의해 에너지가 전달되므로 에너지 효율이 높아 이를 이용한 많은 응용이 되고 있다. 또한, 최근들어 인체 대한 효능이 알려지면서 원적외선 사우나로부터 가전제품, 건자재, 일반생활용품에 이르기까지 다양한 용도로 활용되고 있다.

그러나, 이와 같은 원적외선 방사체는 전도성과 투자율이 거의 없어 전자파 차폐능을 기대할 수 없다. 예를들면, 강판에 원적외선 세라믹을 도포하여 내열성을 높이는 기술(일본 특허공개 제95-248231호), 동판 위에 원적외선 방사소자를 피복한 기술(대한민국 특허 제93-023639호)과 스테인레스판을 부식시켜 원적외선 방사체가 되도록 하는 기술(대한민국 특허 제90-022365호)이 제시되어 있으나, 저주파 자기장의 차폐와 고효율 원적외선 방사를 동시에 기대할 수 없다는 단점이 있다.

본 발명은 이와같은 종래의 단점을 해결하고자 제안된 것으로서, 그 목적은 인체에 유해한 저주파 자기장은 차폐하고 인체에 유익한 전자파(원적외선)는 방사시키는 인간 친화적인 전자파를 제어할 수 있는 강판[이하, 바이오 웨이브 강판(bio-wave steel plate)]을 제공하는데 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 60Hz에서 시변 자계(time varying magnetic wave)에 의한 최대 투자율이 2000이상인 강판 위에 원적외선 방사효율이 0.9 이상인 원적외선 방사 분말을 함유한 코팅층이 15~ 60마이크로미터의 범위에서 형성된 바이오 웨이브 강판에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 저주파 자기장 차폐능을 결정하는 인자로는 자속의 경로(이하, 단지 `자로') 변경과 와전류 손실(eddy current loss)이다. 즉, 차폐능은 이 두가지 인자에 의하여 차폐가 되는데, 자로 변경이란 어떤 유해 자기장이 차폐재에 입사될 때 차폐재가 자기장의 흐르는 길을 만들어 주어 자기장이 특정 구역안으로 들어오지 못하고 차폐재 표면을 통해 다른 쪽으로 흐르도록 만드는 것을 말한다. 여기서 특정구역이란 우리가 차폐재로 보호하기 위한 공간을 말한다. 이와 같은 자로 변경에는 높은 투자율일수록 유리하다. 또한, 와전류 손실이란 자기장이 파동 형태로 들어오면 이 자기장을 없애려는 방향으로 와전류(맴돌이전류, eddy current)가 생성된다. 이와 같은 와전류는 강판 표면에서 열에너지로서 소실된다. 이를 와전류 손실이라 한다. 이와 같은 와전류 손실은 재료의 전기전도도와 투자율이 클수록 높아진다. 따라서, 이러한 차폐능 결정하는 인자들을 고려하여 본 발명에 부합되는 강판을 선정함이 매우 중요하다.

강판은 금속이므로 기본적으로 매우 높은 전기전도를 가지고 있고 실제 가공상태에 따라 전기전도도가 약간 달라지기는 하지만, 차폐능을 좌우할 만큼 크지 못하다.

이에 본 발명자들은 거듭된 실험 및 연구 결과, 강판의 어떤 주파수(예를 들면 60Hz)에서의 자기장 차폐 능력은 정자계 상태에서 측정한 투자율값보다는 60Hz 상태에서의 최대 투자율(max permeability)과 매우 밀접한 관계를 가짐을 확인할 수 있었다. 즉, 시변자계 자기장에 대한 차폐능은 시변자계하의 투자율(주파수를가진 자기장을 걸어 측정하는 투자율)과 매우 높은 상관관계를 가진다.

철은 강자성체로서 비교적 높은 시변자계(60Hz)하의 최대투자율을 가지고 있다. 그러나, 강도, 내식성 등을 목적으로 강판은 합금원소, 탄소함량, 결정입도 등에 있어서 많은 차이를 가지며, 강판도 이에 따라 시변자계(60Hz)하의 최대투자율은 크게 달라진다.

본 발명자들의 연구 결과에 의하면, 시변자계 자기장에 대한 차폐능 향상, 즉 시변자계하에서 높은 투자율을 얻기 위해서는 강판의 조성이 기본적으로 탄소 0.02중량% 이하, 잔부 Fe가 적어도 95중량% 이상을 함유한 강판임을 알았다. 무엇보다도 중요한 점은 상기 강판이 60Hz에서 시변 자계에 의한 최대 투자율이 2000이상되어야 한다는 것이다. 즉, 탄소 함량이 0.02%를 넘어서면 시변자계(60Hz)하에서의 최대투자율이 저하되므로 본 발명의 바이오 웨이브 강판 소재로 부적합할 수 있다. 본 발명에 부합되는 강판으로서, 예를들면 탄소함량이 0.02%이하이고 적어도 Fe 함량이 95중량% 이상인 냉연강판 또는 Si 0.5~ 3.5%을 포함한 규소강판을 들 수 있다. 또한, 이들을 전기아연도금 또는 용융도금하거나 크로메이트처리, 수지처리한 도금강판 등도 충분하다.

본 발명의 바이오 웨이브 강판은 차폐능이 우수한 상기 강판 소재 위에 원적외선 방사효율이 우수한 방사 분말을 포함한 코팅층이 형성되어 구성된다. 바람직하게는 상기 코팅층 내에는 적어도 0.9 이상인 원적외선 방사 분말을 함유하는 것이다. 상기한 방사 분말로는, 예를들면 Mg(OH)₂가 포함된 분말 뿐만 아니라 기존에 알려진 옥·맥반석이 포함된 분말도 상기 조건하에서 도장하면 원적외선 방사 강판, 즉 바이오 웨이브 강판이 될 수 있다. 특히, 이러한 원적외선 방사 분말은 코팅층 내에 약 25~ 60중량%로 함유되는 것이 더욱 바람직하다. 방사 분말이 너무 적으면 방사 효율이 저하되며 너무 많으면 방사 효율이 더 이상 개선되지는 않는다.

또한, 상기 코팅층은 이 15~ 60마이크로미터의 범위에서 형성됨이 바람직한데, 15마이크로미터 이하로 형성되면 방사 효율이 저하되며 60마이크로미터를 넘으면 더 이상 방사 효율이 증대되지 않으므로 도막 두께의 증가가 무의미하고 오히려 도막 밀착성을 저해할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예1]

인간친화적 전자파 제어강판인 바이오 웨이브 강판의 소재로 적합한 강판을 알아보기 위하여 다양한 종류의 강재와 비철 소재의 저주파 자기장 차폐능을 측정하였다. 이때, 차폐능은 차폐율{(가해준 자기장-투과한 자기장)/가해준 자기장 x 100}로 측정하고, 시변자계(60Hz)에서의 최대투자율과 차폐 효율을 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.

구분	판의 강종	조성 및 특성	최대투자율	차폐효율(%)
비교재1	순동	99.9%이상 Cu	1	0.4
비교재2	순 Al	99.9%이상 Al	1	0.3
비교재3	냉연강판	0.04% C- 99%이상 Fe	1350	74.8
발명재1	냉연강판	0.003% C- 99%이상 Fe	3700	96.4
발명재2	냉연강판	0.02% C- 99%이상	2100	90.4
발명재3	규소강판	99% Fe- 1% Si 무방향성	4800	98.2
발명재4	규소강판	97% Fe- 3% Si 방향성	18000	99.0
비교재4	스테인레스	70%Fe-18%Ni-8%Cr-4%기타 원소	12	1.55
비교재5	퍼멀로이	60%Ni-30%Fe-10%기타 원소	25000	99.3

비교예(1)(2)의 순동과 순 Al판은 전도도는 우수하지만 최대투자율이 너무 작아 저주파 자기장 차폐소재로는 적합하지 않다. 또한, 비교재(4)의 스테인레스 판도 시변자계(60Hz)하의 최대 투자율 값이 너무 작아 본 발명의 목적에 부합되지 않는다. 또한, 비교재(3)과 같이 탄소 함량이 0.02%를 넘어서면 냉연강판은 시변자계(60Hz)하의 최대투자율이 급격하게 저하하므로 바이오 웨이브 강판의 소재로 적합하지 않다. 한편, 투자율이 매우 높은 비교재(5)의 퍼말로이 등의 Fe합금은 투자율은 높지만 Fe함량이 너무 낮아 강판이라 할 수 없으며 가격 대비한 경제성도 떨어진다.

[실시예 2]

Mg(OH)₂(원적외선 방사효율=0.941)가 포함된 분말, 옥(원적외선 방사효율=0.934)·맥반석(원적외선 방사효율=0.956)이 포함된 분말 시료들을 일련의 가공처리를 거쳐서 비표면적 1㎡/g 이하의 미세한 분말로 만들었다. 그 후, 상기 원적외선 방사분말을 유기 도료와 일정비율로 혼합하였다. 여기서 유기 도료란 아크릴계 수지, 신나, 크실렌 용제가 포함된 전형적인 페인트 도장제를 말한다. 원적외선 방사능을 가지는 분말이 포함된 상기와 도료를 상기 실시예 1의 발명재(2)에 도장, 건조하여 원적외선 방사능이 있는 피막을 강판에 형성되도록 처리하였다. 유기도료와 원적외선 분말과의 혼합 비율, 도막두께에 따른 원적외선 방사효율을 원적외선 방사율 분석기(Midic사 제조)로 특성 평가하였다. 표 2에 도료가 도장된 피막(신나는 건조과정 중 증발되므로 신나를 제외한 건조 후 도막 무게)에 대한 원적외선 방사체의 비율(이하, `도막내 방사체 함량')과 도막두께에 따른 강판의 원적외선 방사효율을 나타내었다.

구분	분말의 종류	도막 내 방사체 함량(중량%)	도막 두께(㎛)	원적외선 방사율
비교재6	없음	0	0	0.759
비교재7	없음	0	30	0.838
비교재8	Mg(OH)₂	10	30	0.877
발명재5	Mg(OH)₂	25	30	0.921
발명재6	Mg(OH)₂	33	30	0.937
발명재7	Mg(OH)₂	50	30	0.940
발명재8	Mg(OH)₂	67	30	0.939
비교재9	Mg(OH)₂	33	10	0.890
발명재9	Mg(OH)₂	33	20	0.930
발명재10	Mg(OH)₂	33	60	0.941
비교재10	Mg(OH)₂	33	90	0.941
발명재11	옥분말	33	30	0.930
발명재12	맥반석	33	30	0.940

냉연소재에 도막이 형성되지 않은 비교재(6)은 물론 유기물로만 도막을 형성한 비교재(7)은 원적외선 방사 효율이 매우 낮음을 알 수 있다. 또한, 강판의 원적외선 방사량은 도막내 방사체 함량에 크게 의존하는데, 도막내 방사체 함량이 10중량%이하인 비교재(8)의 경우 강판의 방사체 효율이 0.90을 넘지 못한다. 그리고, 도막 두께가 10 마이크로미터 이하인 비교재(9)의 경우 방사효율은 급격히 저하하고, 도막 두께 60마이크로미터를 초과한 비교재(11)에서는 더 이상 강판의 원적외선 방사효율이 증대되지 않고 오히려 도막 밀착성이 떨어지는 경향이 있다.

이에 반하여, 도막두께는 15-60 마이크로미터 정도가 함유된 도막을 갖는 발명재(5~12)의 경우 원적외선 방사 효율이 우수함을 보이고 있다.

[실시예 3]

한편, 실시예 2를 통하여 만들어진 발명재(5~12)의 바이오 웨이브 강판에 대하여 저주파 자기장 차폐능을 평가한 결과, 차폐율이 90-91%의 범위를 나타내었다.

이는 발명재(2)의 소재의 저주파 자기장 차폐능과 실험 오차 내에서 일치한 것이었다.

따라서, 본 발명의 바이오 웨이브 강판은 저주파 자기장을 차폐하고 원적외선을 방사하는 인간친화적 전자파 제어 강판임을 확인 할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바이오 웨이브 강판은 저주파 전자파를 효과적으로 차폐할 뿐만 아니라 원적외선 방사능이 높아 주택, 가구용 소재로서 활용이 가능하며, 특히 저주파 전자파에 노출이 심한 송전선로 부근의 주택이나 학교 등 지역에서의 활용이 기대된다.

Claims

주파수 60Hz에서 시변 자계에 의한 최대 투자율이 2000이상인 강판 위에 원적외선 방사효율이 0.9 이상인 원적외선 방사 분말을 함유한 코팅층이 15~ 60마이크로미터의 범위에서 형성되는 바이오 웨이브 강판.
제1항에 있어서,

상기 강판은 탄소함량이 0.02중량% 이하이고 적어도 Fe 함량이 95중량% 이상인 냉연강판 또는 이들의 도금강판임을 특징으로 하는 바이오 웨이브 강판.
제1항에 있어서,

상기 강판은 Si 0.5~ 3.5%을 포함한 규소강판 또는 이들의 도금강판인 것을 특징으로 하는 바이오 웨이브 강판.
제1항에 있어서,

상기 코팅층은 원적외선 방사 분말 함량이 25~ 60%임을 특징으로 하는 바이오 웨이브 강판.