KR100627472B1

KR100627472B1 - 원적외선 방사능이 우수한 폴리에스테르계 수지 피복 강판

Info

Publication number: KR100627472B1
Application number: KR1020010082268A
Authority: KR
Inventors: 이재영; 조뇌하; 오지은; 조재억; 김일영; 손진군
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2006-09-22
Also published as: KR20030055356A

Abstract

5∼8㎛ 파장에서의 원적외선 방사효율이 우수한 폴리에스테르 수지 피복 강판이 제공된다. 5∼8㎛ 파장대에서의 원적외선 방사율이 0.90 이상인 원적외선 방사분말을 폴리에스테르 수지 100중량부당 5∼100중량부로 함유하는 폴리에스테르 수지가 15∼60㎛ 건조두께로 도장된 폴리에스테르 수지 피복 강판은 원적외선 방사율, 특히 인체에 유익한 5∼8㎛ 대역에서의 원적외선 방사율이 우수한 것이다.

나아가, 전자파 차폐성 강판에 상기 원적외선 방사 분말 함유 폴리에스테르 수지를 도장함으로써 전자파 차폐능과 원적외선 방사능을 동시에 도모할 수 있다.

원적외선 방사, 폴리에스테르, 전자파차단

Description

원적외선 방사능이 우수한 폴리에스테르계 수지 피복 강판{Polyester Resin Coated Steel Plate Having Superior Far Infrared Radiation Property}

도 1a는 종래의 폴리에스테르계 PCM 강판의 파장에 따른 원적외선 방사율을 나타내는그래프,

도 1b는 종래의 폴리에스테르계 PCM 강판의 파장에 따른 원적외선 방사에너지를 나타내는 그래프,

도 2는 폴리에스테르 수지의 원적외선 방사특성을 나타내는 그래프,

도 3a는 비교재 TiO2 분말의 파장에 따른 원적외선 방사율을 나타내는 그래프,

도 3b는 발명재 MgO 분말의 파장에 따른 원적외선 방사율을 나타내는 그래프,

도 3c는 발명재 CaCO₃ 분말의 파장에 따른 원적외선 방사율을 나타내는 그래프,

도 3d는 발명재 ZnO 분말의 파장에 따른 원적외선 방사율을 나타내는 그래프,

도 4는 MgO와 TiO₂ 분말을 포함하는 폴리에스테르 수지가 도장된 본 발명의 바이오 웨이브 강판의 파장대별 원적외선 방사율을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 원적외선 방사능이 우수한 폴리에스테르 수지 피복 강판에 관한 것이며, 보다 상세하게는 5∼8㎛ 파장에서의 원적외선 방사효율이 우수한 폴리에스테르 수지 피복 강판에 관한 것이다.

최근들어 전자파의 유해성이 알려지기 시작하면서 이를 차단하기 위한 방법과 재료들이 등장하고 있다. 전자파란 전자기장 성분을 갖는 파동(wave)을 말하며, 인체에 악영향을 미치는 파를 유해파라고 한다. 특히, 최근들어 자기적 성질을 갖는 저주파의 인체에 대한 유해성이 부각되고 있다. 송전탑 주위 자기장(60Hz)의 발암과의 상관성이 알려지면서 국내외적으로 큰 반향을 불러일으키고 있다. 이와 같은 발암 등의 위해성 논의 외에도 인체가 자기적 성질을 갖는 저주파 전자파에 장기간 노출되면 인체내에 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 관련있는 메라토닌의 분비량을 변화시켜 장기 노출시 불면증과 등과 관계된다는 연구 결과가 보고된 바 있다.

이에 따라 세계 각국은 전자파 노출한계를 설정하고 전자기기에서 나오는 전자파의 규제는 전자기기의 수출 장벽이 되고 있다. 예를들어 모니터의 경우 자기누설이 2 mG 이상이면 스웨덴 등 유럽지역에 수출할 수 없다.

또한, 국내에서도 전자기 관련 학회(한국 전자파 학회지 전자파 기술 1997.6 vol.8 No. 2 )와 의료계를 중심으로 전자파 규제치를 법령으로 설정하려고 하는 노 력이 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, 알루미늄등이 주로 이용되고 있으며, 본 발명자들은 저주파수의 전자장 차폐능이 뛰어난 강재에 관한 내용을 기출원한 바 있다.(대한민국 특허출원 제 1999-52018호). 그러나, 전자파 차단능이 우수한 상기 비철소재 및 강판은 원적외선 방사능이 저조함으로 원적외선 방사체로는 활용할 수 없다는 단점이 있다.

한편, 전자파중에는 유익한 전자파도 있는데 이것이 원적외선이다. 적외선이란 가시광선보다는 다소 파장이 길지만 주파수가 매우 높은 일종의 전자파라 할 수 있다. 원적외선이란 적외선 중 파장이 다소 긴 2.5~20 마이크로미터 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 방사체라 한다. 원적외선은 방사에 의해 에너지가 전달되므로 에너지 효율이 높아 많이 응용되고 있다. 또한, 최근들어 인체에 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.

강판의 원적외선 방사능을 향상시키기 위해서 강판에 원적외선 세라믹을 도포하여 내열성을 높이는 기술(일본 특허공개 제95-248231호), 스테인레스판을 부식시켜 원적외선 방사체가 되도록 하는 기술(대한민국 특허출원 제90-022365호)이 제시되어 있으나, 저주파 전자기장의 차폐와 고효율 원적외선 방사를 동시에 기대할 수 없다는 단점이 있다. 이에 본 발명자들은 대한민국 특허출원 제 2000-81056호에서는 냉연 강판 소재로 전자파 차폐 기능을 가지며 그 표층에 원적외선을 방사시키는 기능을 가지는 도료를 코팅한 바이오 웨이브 강판에 관한 기술을 기출원한 바 있다.

한편, 원적외선 방사성을 갖는 강판의 제조방법으로 폴리에틸렌 수지등 열경화성 수지에 원적외선 방사기능을 갖는 Al₂O₃, SiO₂등을 함유하는 제올라이트 분말을 첨가하여 소부 열처리하여 제조하는 방법(한국특허 공개 1998-083239)이 제시된 바 있다. 그러나 이 강판은 적절한 원적외선 방사체를 선택하지 못하여 전파장대에서의 원적외선 방사효율이 0.90이하로 낮을 뿐만 아니라 특히 인체에 유익한 5-8마이크론 범위의 파장대에서의 원적외선 방사율이 0.5-0.8 정도로 매우 낮다. 예로써 도 1a에 종래 PCM 도장강판의 파장에 따른 원적외선 방사율을 그리고 도 1b에 종래 PCM 도장강판의 파장에 따른 원적외선 방사에너지 곡선을 나타내었다.

이에 본 발명의 목적은 원적외선 방사율이 우수한 폴리에스테르계 수지 피복 강판을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 인체에 유해한 전자파는 차폐함과 동시에 인체에 유익한 5-8마이크론 범위의 파장대에서의 원적외선 방사율은 우수한 폴리에스테르 수지 피복된 바이오 웨이브 강판(Bio-Wave Steel Plate)를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면,

5∼8㎛ 파장대에서의 원적외선 방사율이 0.90 이상인 원적외선 방사분말을 폴리에스테르 수지 100중량부당 15∼100중량부로 함유하는 폴리에스테르 수지가 15∼60㎛ 건조두께로 도장된 폴리에스테르 수지 피복 강판이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

강판소재상에 원적외선 방사효율이 우수한 방사분말을 함유하는 폴리에스테르 수지층을 도장함으로써 원적외선 방사능이 우수한 폴리에스테르 수지 피복 강판이 제공된다.

나아가, 전자파 차폐능이 우수한 강판상에 원적외선 방사효율이 우수한 방사분말을 함유하는 폴리에스테르 수지층을 도장함으로써 전자파 차폐능뿐만 아니라 원적외선 방사능이 우수한 바이오 웨이브 강판이 제공된다. 본 발명에서 바이오 웨이브 강판(Bio Wave Steel Plate)란 인체에 유해한 전자파는 차단하고 인체에 유익 한 원적외선은 방사하는 강판을 말한다.

PCM(Pre Coated Metal)법 도장에 전형적으로 사용되는 폴리에스테르 수지는 도 2에 나타낸 바와 같이 5∼20㎛의 원적외선 파장대에서의 방사율에 비하여 특히, 인체에 유익한 5∼8㎛ 파장대역에서의 원적외선 방사율이 현저하게 저하된다.

따라서, 본 발명에서는 5∼8 ㎛ 파장에서 원적외선 방사율이 높은 세라믹 방사체를 폴리에스테르 수지와 혼합하여 강판에 코팅함으로써 폴리에스테르계 수지피복 강판에서의 원적외선 방사특성, 특히 인체에 유익한 5∼8 ㎛ 파장에서의 원적외선 방사율을 개선하는 것이다. 상기 도장 강판의 예로는 폴리에스테르계 PCM 도장 강판등을 들 수 있다.

세라믹 방사체는 통상적으로 5∼20㎛의 원적외선 전파장대에서는 높은 방사율을 갖는다. 그러나, 5∼8㎛ 파장에서의 우수한 원적외선 방사율을 나타내는 물질은 매우 제한적이다.

폴리에스테르 수지를 이용한 강판 코팅시 원적외선 방사율을 증대시키기 위해 폴리에스테르 수지와 혼합되는 원적외선 방사분말로는 5∼8㎛ 파장에서의 원적외선 방사능이 우수한 어떠한 세라믹분말이 사용될 수 있다.

본 발명자들은 5∼8㎛ 파장에서의 원적외선 방사율이 우수한 방사분말을 선택하기 위한 많은 실험을 거쳐 MgO, Mg(OH)₂, ZnO, Zn(OH)₂및 CaCO₃는 5∼8㎛ 파장에서 0.90이상의 높은 방사율을 갖음을 발견하였다. 따라서, 폴리에스테르 수지와 혼합가능한 원적외선 방사분말을 이로써 한정하는 것은 아니지만, 그 예로는 MgO, Mg(OH)₂, ZnO, Zn(OH)₂및 CaCO₃ 분말을 포함한다.

상기, 5∼8㎛파장에서의 원적외선 방사율이 0.9이상인 MgO, Mg(OH)₂, ZnO, Zn(OH)₂및 CaCO₃ 원적외선 방사 분말중 최소 1종 이상의 분말이 폴리에스테르 수지 100중량부당 5-100중량부, 바람직하게는 15-100중량부로 폴리에스테르 수지에 첨가된다.

폴리에스테르 수지중 원적외선 방사 분말의 함량이 5중량부보다 적으면 원적외선, 특히 5∼8㎛ 파장에서의 원적외선 방사효율이 저조하며, 100중량부를 초과하면 도막 밀착성 및 다른 안료와의 혼화성등에 바람직하지 않다.

상기 원적외선 방사분말이 첨가되는 폴리에스테르 수지에는 강판 코팅용 수지조성물에 알반적으로 첨가되는 경화제, 소광제, 분산제등이 필요에 따라 첨가될 수 있다.

상기 원적외선 방사 분말을 함유하는 폴리에스테르 수지는 강판상에 건조 코팅층의 두께가 15∼60㎛, 바람직하게는 15∼30㎛가 되도록 코팅된다. 코팅층의 두께가 15㎛보다 얇으면 충분한 방사효율을 나타내지 못하고 60㎛를 초과하면 오히려 도막 밀착성이 저하된다.

상기 본 발명의 원적외선 방사 분말이 첨가된 폴리에스테르 수지를 적용하는 강판을 특히 한정하는 것은 아니며, 원적외선 방사능을 부여하고자 하는 어떠한 강판에 적용할 수 있다.

나아가, 본 발명의 원적외선 방사 분말이 첨가된 폴리에스테르 수지를 전자파 차폐성을 갖는 강판에 코팅하여 전자파 차폐능 뿐만아니라 원적외선 방사능을 갖는 고효율 바이오 웨이브 강판으로 제공될 수 있다. 전자파 차폐성을 갖는 강판을 이로서 한정하는 것은 아니나, 그 예로는 대한민국 특허출원 제 2000-81056의 60Hz에서의 시변자계에 의한 최대 투자율이 2000 이상인 강판을 포함한다.

상기한 바와 같이 특정한 물성을 갖는 원적외선 방사분말을 특정한 양으로 혼합된 폴리에스테르 수지가 15∼60㎛ 건조두께로 코팅된 강판은 5∼20㎛의 원적외선 전파장대에서 0.90 이상의 원적외선 방사효율 그리고 특히, 5∼8㎛ 파장영역에서는 0.85이상의 원적외선 방사율을 나타낸다.

나아가, 상기 원적외선 방사분말은 백색을 띄는 것이 좋다. 백색 분말은 다른 유색안료와 혼합하여 PCM 도장법으로 다양한 색상의 칼라(color) 도장 강판을 제조할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

<실시예 1>

도 1에 나타낸바와 같은 종래 대한민국 특허 공개 제 1998-08329의 PCM 도장법으로 제조되는 원적외선 방사 강판은 5∼8㎛에서 원적외선 방사 효율이 0.5-0.8로 매우 낮으며, 이는 도 2에 나타낸 바와같이 폴리에스테르 수지의 5∼8 ㎛에서의 원적외선 방사특성이 매우 낮음에 기인한 것이다.

따라서, 파장에 따른 각종 백색분말, 수지 및 종래 강판의 원적외선 방사율을 측정하여 도 3a∼3d 및 하기 표 1에 나타내었다.

구분	종류	비고	5∼8㎛원적외선 방사율	5∼20㎛원적외선 방사율
종래재	PCM 강판	대한민국 공개특허 1998-083239	0.5-0.8	0.90이하
비교재 1	PCM 수지	폴리에틸렌	0.70	0.829
비교재 2	TiO₂	분말	0.830	0.923
비교재 3	Al₂O₃	분말	0.823	0.923
비교재 4	SiO₂	분말	0.870	0.918
발명재 1	ZnO	분말	0.901	0.930
발명재 2	MgO	분말	0.925	0.943
발명재 3	CaCO₃	분말	0.923	0.940
발명재 4	MgO + TiO₂	MgO 50중량% TiO₂ 50중량%	0.912	0.928

표 1에서 알 수 있듯이 원적외선 방사체는 파장대역별로 다양한 원적외선 방사율을 나타내었으며, 폴리에스테르 수지의 5∼8㎛ 대역에서 낮은 방사율을 개선하 기 위한 폴리에스테르 수지에 첨가되는 원적외선 방사분말인 MgO, CaCO₃, ZnO (발명재 1,2,3) 및 이들 분말의 1종 이상의 혼합 분말 (발명재 4)은 5∼20㎛파장 뿐만 아니라 5∼8㎛파장의 우수한 원적외선 방사특성을 나타내었다.

<실시예 2>

PCM용 폴리에스테르 수지에 하기 표 2의 원적외선 방사분말을 각각 하기 표 2의 양으로 혼합하여 도료를 준비하였다.

그 후, 저주파에서의 투자율이 3000인 C = 0.0025%를 함유하는 전자파 차폐특성이 우수한 강판에 상기 도료를 바코터를 사용하여 건조두께를 하기 표 2와 같이 달리하여 코팅하였다. 코팅 후, 225 ℃에서 소부 경화하여 폴리에스테르계 수지피복강판을 제조하였다. 그 후, 각 폴리에스테르 수지 피복강판의 원적외선 방사율을 주파수 대역 별로 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

구분	수지내 분말의 종류	PE 수지 100중량부당 방사분말 함량 (중량부)	도막 두께 (㎛)	5∼8㎛ 원적외선 방사율	5∼20㎛ 원적외선 방사율
비교재 5	없음	0	20	0.721	0.834
비교재 6	TiO₂	30	20	0.742	0.890
비교재 7	Al₂O₃	30	20	0.728	0.902
비교재 8	MgO	10	20	0.790	0.890
비교재 9	CaCO₃	30	10	0.798	0.903
발명재 5	CaCO₃	30	30	0.860	0.927
발명재 6	MgO	20	20	0.858	0.923
발명재 7	MgO	80	20	0.868	0.927
발명재 8	CaCO₃	30	20	0.859	0.925
발명재 9	ZnO	25	25	0.857	0.912
발명재 10	MgO + TiO₂	MgO 25 TiO₂25	25	0.854	0.916

표 2에서 알수 있듯이 원적외선 방사 분말이 함유되지 않은 폴리에스테르 수지만이 도장된 시료는 폴리에스테스 수지 자체의 원적외선 방사 특성으로 인하여 5∼8㎛에서의 원적외선 방사율이 매우 낮았다.(비교재 5) 또한, Al₂O₃ 및 TiO₂ 분말이 수지내에 함유된 경우에는 5∼20㎛ 대역에서의 원적외선 방사율이 다소 증가하지만 5∼8㎛ 대역에서는 매우 저조한 방사율을 나타내었다. (비교재 6,7)

반면, MgO, CaCO₃ 및 ZnO등과 같이 5∼8㎛ 대역에서 원적외선 방사특성이 우수한 분말을 함유하는 폴리에스테르 수지 피복강판에서는 5∼8㎛ 대역에서 0.85이상의 원적외선 방사율을 나타냈다.(발명재 6-10)

폴리에스테르 수지 대비 원적외선 방사체의 함량이 10중량부인 비교재 8의 경우에는 충분한 원적외선 방사특성을 나타내지 않았다. 그러나, 방사체 함량이 너무 많아 폴리에스테르 수지 100중량부당 100중량부를 넘게 되면 다른 안료와의 혼화성이 저조하며 또한 도막 부착능이 열화되었다.

건조 피막 두께가 15㎛미만인 비교재 9의 경우 또한, 충분한 방사율 증대 효과를 볼 수 없었다. 발명예 10에서 알 수 있듯이 MgO이 TiO₂ 분말과 함께 첨가된 에스테르계 수지가 도장된 강판 또한 5∼8㎛에서 우수한 원적외선 방사능을 나타내었으며, 이는 도 4에 나타낸 바와 같다.

<실시예 3>

실시예 2의 표 2의 각 도장조건으로 폴리에스테르 수지 도장된 강판들과 수지 도장되지 않은 시변자계에 의한 최대 투자율이 3000인 C=0.003 중량%인 냉연강판의 60Hz에서의 자기장 차폐 효율과 전기장 차폐능을 각각 측정하였다.

즉, 소재가 동일한 냉연강판과 수지 피복강판의 자기장 차폐효율은 94.5-95.5%이내에 분포하였으며, 이는 실험 오차내의 거의 대등한 값을 나타내었다. 또한, 전기장 차폐능은 99-99.2%이내의 동일한 값을 나타내었다.

이와 같이 원적외선 방사 분말을 포함하는 폴리에스테르 수지를 전기장 및 자기장 차폐능 강판에 적용하더라고 강판고유의 자기장 및 전기장 차폐능은 변화하지 않음으로 원적외선 방사 분말이 첨가된 폴리에스테르 수지를 전자파 차폐 강판에 적용하여 바이오 웨이브 강판으로 제조가능하다.

원적외선 방사 분말이 첨가된 폴리에스테르 수지가 강판에 코팅된 원적외선 방사율, 특히 인체에 유익한 5∼8㎛ 대역에서의 원적외선 방사율이 우수한 폴리에 스테르 수지 피복 강판이 제공된다. 또한, 상기 원적외선 방사 분말이 첨가된 폴리에스테르 수지가 전자파 차폐강판에 적용된 바이오 웨이브 강판은 우수한 전자파 차폐성 및 원적외선 방사성을 갖는다.

Claims

5∼8㎛ 파장대에서의 원적외선 방사율이 0.90 이상인 MgO, Mg(OH)₂, ZnO, Zn(OH)₂ 및 CaCO₃로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 최소 하나 이상의 원적외선 방사분말을 폴리에스테르 수지 100중량부당 5∼100중량부로 함유하는 폴리에스테르 수지가 15∼60㎛ 건조두께로 도장된 폴리에스테르 수지 피복강판.
제 1항에 있어서, 상기 건조두께는 15∼30㎛임을 특징으로 하는 수지 피복 강판.
제 1항에 있어서, 상기 원적외선 방사분말을 폴리에스테르 수지 100중량부당 15∼100중량부로 함유됨을 특징으로 하는 수지 피복강판.
삭제
제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리에스테르 수지 피복 강판은 원적외선 전파장대에서의 원적외선 방사효율이 0.90이상이고 5∼8㎛ 파장영역에서의 원적외선 방사율이 0.85이상임을 특징으로 하는 폴리에스테르 수지 피복강판.
제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 강판은 60 Hz에서 시변자계에 의한 최대투자율이 2000이상인 전자파 차폐성 강판에 도장됨을 특징으로 하는 폴리에스테르 수지 피복강판.