KR101574098B1

KR101574098B1 - 한지 면상발열체 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101574098B1
Application number: KR1020140088478A
Authority: KR
Inventors: 임영일
Original assignee: 임영일
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2015-12-03

Abstract

본 발명은 닥, 아바카, 펄프의 혼합물로 이루어진 90~95중량%의 한지원료와 5~10중량% 카본혼합물을 혼합한 후 3~5시간 교반하고, 이를 침지한 후 자연건조하여 초지를 형성하며, 상기 초지를 원하는 크기로 절단한 후 전극을 연결하는 구성으로 이루어진 한지 면상발열체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

한지 면상발열체 및 그 제조방법{A Korean paper planar heating element and a method of preparing the same}

본 발명은 닥, 아바카, 펄프의 혼합물로 이루어진 90~95중량%의 한지원료와 5~10중량% 카본혼합물을 혼합한 후 3~5시간 교반하고, 이를 침지한 후 자연건조하여 초지를 형성하며, 상기 초지를 원하는 크기로 절단한 후 전극을 형성하는 구성으로 이루어진 한지 면상발열체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 면상발열체는 전기 통전에 의해 발생하는 방사열을 이용하고 있어 온도조절이 용이하고 공기가 오염되지 않아 위생적이며 소음이 없기 때문에 히팅 매트, 히팅 패드, 침대 매트리스, 보온 이불이나 담요 및 아파트나 일반주택 등의 주거용 난방장치 등에 폭넓게 이용되고 있다.

또한, 사무실이나 상점 등 상업용 건물의 난방장치, 작업장이나 창고, 막사 등의 산업용 난방장치와 각종 산업용 가열장치, 비닐 하우스와 농산물 시설재배및 건조시스템과 같은 농업용 설비, 도로나 주차장의 눈을 녹이거나 결빙을 방지할 수 있는 각종 동결방지장치를 비롯하여 레저용, 방한용, 가전제품, 거울이나 유리의 김서림 방지장치, 건강보조용, 축산용 등에도 이용되고 있다.

그리고, 카본을 이용한 면상발열체 또는 발열지를 만드는 방법으로 액상카본을 이용하여 인쇄방식으로 제조하는 후막발열체는 열흐름 현상으로 인하여 폭의 제한 및 성능저하의 문제점이 있고, 사용되는 바인더의 휘발성에 의해 발열성능이 현저히 저하되는 단점이 있으며, 카본사를 이용한 발열지로 만든 면상발열체는 카본사의 열화현상 및 모제인 펄프 또는 섬유제의 열화 및 탄화현상으로시간이 지남에 따라 색상의 변화와 발열성능 저하의 현상으로 내구성저하 및 수명연한이 짧은 단점을 가지고 있다.

이와같은 기술과 관련되어 본 발명의 출원인에 의한 발열체 제조방법의 기술이 특허 제783184호에 제시되고 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 면 또는 혼방직물을 직조하는 단계; 하기 단계들을 포함하는 탄소 배합 및 밀 작업하는 단계; 40 내지 70℃의 물을 준비하는 단계; 폴리비닐알콜(PVA) 원액 20 내지 25중량%를 80℃이상의 물에 분산하여 녹이는 단계; 전체 중량에 대하여 소포제 0.5 내지 3.0중량%, 분산제 1 내지 10중량% 및 카본블랙 20내지 25중량%을 차례로 넣어 배합한 후 섬유 침투제 1 내지 10중량%를 넣는 단계; 밀 작업이 끝난 후 바인더 10중량%를 배합하는 단계; 및, E.V.A와 함께 밀 작업을 끝난 다음 바인더 5 내지 7중량%를 넣어주는 단계; 직조한 원단을 카본블랙에 침지하여 물레방아식의 롤러를 거친 후 실리콘 롤러를 거쳐서 1차, 2차 카본블랙에 침지하는 단계; 및, 코팅하는 단계;를 포함하여 직조되는 구성으로 이루어 진다.

그러나, 상기와 같은 면상발열체 제조방법은, 직물에 카본블랙을 침지하고 PET필름과 우레탄 수지 등으로 합지하고 코팅하여 절연작업후 복수개의 석동선을 사용하여 직조한 AC 겸용 DC 발열직물의 제조방법으로서 제직 후 카본블랙을 침지하는 공정으로 개시된 바 있으나, 원하는 발열체의 효율이 떨어지고 원가 상승요인이 되는 단점이 있다.

또한, 직조가 완료된 면 또는 혼방직물을 카본블랙에 담궈 카본블랙을 침투시키는 구성으로 카본의 완벽한 침투가 힘들어 균일한 발열이 힘들게 되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 한지원료와 카본혼합물을 일체로 함침·교반함으로서 열전도율이 양호하면서 전체에서 일정한 전도율을 갖도록 하고, 소재 자체의 친환경성 및 기능성을 모두 포함하도록 하며, 두께가 얇고 가벼우면서 원하는 길이로 제작이 가능토록 하고, 발열성능이 우수하면서 원적외선을 방출함은 물론 우수한 내구성과 소비 전력 및 전자파 감소시킬 수 있도록 하는 한지 면상발열체 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 닥, 아바카, 펄프의 혼합물로 이루어진 90~95중량%의 한지원료와 5~10중량% 카본혼합물을 혼합한 후 3~5시간 교반하는 단계; 이를 침지한 후 자연건조하여 초지를 형성하는 단계; 상기 초지를 원하는 규격으로 절단한 후 전극을 각각 연결하는 단계로서 이루어진 한지 면상발열체 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 한지원료는, 닥 10~15중량%, 아바카 60~70중량%, 펄프 20~30중량%로 이루어지고, 상기 카본혼합물은, 바인더 2~5중량%, 분산제 8~10중량%, 소포제 8~12중량%, 카본분말 60~77중량%, 침투제 5~10중량%로 이루어진 한지 면상발열체 제조방법을 제공한다.

그리고, 본 발명의 한지원료는, 닥 10~15중량%, 아바카 60~70중량%, 펄프 20~30중량%로 이루어지는 한지원료에 한지원료 총중량의 2~4배 물을 추가하되 물의 온도는 50~80℃로 하여 함침·교반한 다음 20~25시간 삶은 후 자연상태에서 냉각하여 죽 형상으로 형성하고, 상기 카본혼합물은, 바인더 2~5중량%, 분산제 8~10중량%, 소포제 8~12중량%, 카본분말 60~77중량%, 침투제 5~10중량%로 하여 2~3시간 교반하는 한지 면상발열체 제조방법을 제공한다.

다른 한편, 닥, 아바카, 펄프의 혼합물로 이루어진 90~95중량%의 한지원료와 5~10중량% 카본혼합물을 혼합하여 교반한 후 이를 침지시켜 형성되는 초지에 전극이 연결되는 구성으로 이루어진 한지 면상발열체를 제공한다.

또 다른 한편, 본 발명은 초지를 권취 빔에 권취한 다음 절단폭을 8mm로 하고 두께는 0.05mm로 하여 얇은 필름형태로 제조한 후 15회/in 연사하여 실을 제조하고, 제조된 실은 평직으로 하며 변조직에 사용되는 경사용은 석동선으로 굵기는 0.08mm로서 10가닥으로 합사 후 이를 15회/in로 연사하며, 연사된 실을 경·위사 15/in의 밀도로 제직하는 한지 면상발열체 제조방법을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 한지원료와 카본혼합물을 일체로 함침·교반함으로서 열전도율이 양호하면서 전체에서 일정한 전도율을 구비하고, 소재 자체의 친환경성 및 기능성을 모두 포함하며, 두께가 얇고 가벼우면서 원하는 길이로 제작이 가능하고, 발열성능이 우수하면서 원적외선을 방출함은 물론 우수한 내구성과 소비 전력 및 전자파 감소시키는 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 발열체를 도시한 사시도이다.
도2 및 도3은 각각 본 발명에 따른 한지 면상발열체를 도시한 사시도이다.
도4 및 5는 각각 본 발명에 따른 한지 면상발열체 제조방법을 도시한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 따른 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2 및 도3은 각각 본 발명에 따른 한지 면상발열체를 도시한 사시도이고, 도4 및 도5는 각각 본 발명에 따른 한지 면상발열체 제조방법을 도시한 순서도이다.

본 발명은, 닥(300), 아바카(200), 펄프(400)의 혼합물로 이루어진 90~95중량%의 한지원료와 5~10중량% 카본혼합물을 혼합한 후 3~5시간 교반하는 단계; 이를 침지한 후 자연건조하여 초지를 형성하는 단계; 상기 초지를 원하는 규격으로 절단한 후 전극(A1)을 각각 연결하는 단계로서 이루어진다.

이때, 상기 닥(kozo)은 한지 발열체의 기본 재료로 사용하며, 질기고 강한 특성을 구비하여 얇고 질긴 종이를 제조하며, 상기 아바카(마닐라삼) 길이는 1~3mm로서 섬유 굵기가 균일하며 표면의 광택이 비단과 같이 강한 광택이 있어 미려한 외관을 형성하면서 한지 제조에서 닥의 대용 원료로 많이 사용되고, 상기 펄프(용해용 DP)는 식물체의 섬유모양 물질을 기계적 혹은 화학적으로 다져 죽 형상 형상으로 만든 것이 사용된다.

그리고, 상기 카본혼합물은, 카본분말이 주재료이면서 바인더, 분산제, 소포제, 침투제가 첨가되어 혼합되는 구성으로 상기 카본혼합물이 물에 용해되는 수용성 혼합물이다.

더 구체적으로, 본 발명에 사용되는 한지원료는, 닥 10~15중량%, 아바카 60~70중량%, 펄프 20~30중량%로 이루어지고, 상기 카본혼합물은, 바인더 2~5중량%, 분산제 8~10중량%, 소포제 8~12중량%, 카본분말 60~77중량%, 침투제 5~10중량%로 이루어진다.

그리고, 본 발명의 한지원료는, 닥 10~15중량%, 아바카 60~70중량%, 펄프 20~30중량%로 이루어지는 한지원료에 한지원료 총중량의 2~4배 물을 추가하되 물의 온도는 50 내지 80℃로 하여 함침·교반한 다음 20~25시간 삶은 후 자연상태에서 냉각하여 죽 형상으로 형성하고, 상기 카본혼합물(100)은, 바인더 2~5중량%, 분산제 8~10중량%, 소포제 8~12중량%, 카본분말 60~77중량%, 침투제 5~10중량%로 하여 2~3시간 교반하여 제조한다.

이때, 상기 바인더(접착제 역할, 에틸렌초산비닐(EVA))는, 종이의 특성을 개선하기 위하여 첨가하는 하는 것으로서 유연성，광학성，접착성 양호하게 되고, 이 때 사용되는 EVA는 10wt% 이상의 초산비닐 함량이 바람직하다.

즉, 본 발명의 바인더는, 원액 15~30중량%를 70℃이상의 물에 분산하여 녹이며, 그 함량은 카본혼합물 총중량에 대하여 2~5중량%가 바람직하며, 2중량% 미만인 경우는 접착이 용이하지 않으며 5중량%를 초과하는 경우에는 카본블랙에 얼룩이 생기는 문제가 있다.

그리고, 상기 분산제-KOSANTC-140(정우정밀화학)는 고체의 미립자를 액체 속에 분산시키는 데 사용되며, 그 함량이 카본혼합물 총 중량에 대하여 8중량% 미만인 경우 카본블랙이 분산되지 않는 문제점이 있고 10중량%를 초과하는 경우에는 전류저항에 지장을 주는 문제가 있다.

더하여, 상기 소포제(삼비놀 FK100. 삼원화학)는 계면활성제에 의하여 생성되는 거품을 제거토록 8~12중량%로 사용하며, 그 함량이 카본혼합물 총중량에 대하여 8중량% 미만인 경우는 거품이 생기는 문제가 있고 12중량%를 초과하는 경우에는 전도성에 문제가 있다.

또한, 상기 카본분말은 카본블랙(Ketjenblack EC.평화약품)을 사용하며, 그 함량은 카본혼합물 총중량에 대하여 60~77중량%가 바람직하며, 그 함량이 60중량% 미만인 경우는 전도체의 약화로 저항이 미달되는 문제가 있고 77중량%를 초과하는 경우에는 침지 작업에 문제가 있고 저 저항으로 인한 소비전력이 높아지고 원가상승 등의 문제점이 있다.

계속하여, 상기 침투제는, 유화, 침투 및 습윤작용이 강한 계면활성제로서 그 함량은 카본혼합물 총중량에 대하여 5~10중량%가 바람직하며, 그 함량이 5중량% 미만인 경우는 직물에 침투가 되지 않아 전도성에 문제점이 있고 10중량%를 초과하는 경우에는 원가 상승과 과대한 침투요인이 발생하는 문제가 있다.

상기와 같은 구성으로 이루이진 한지 면상발열체(A)의 구체적인 제조방법을 설명한다.

도2 내지 도5에서와 같이, 한지원료의 제조는, 닥(kozo), 아바카(마닐라삼), 펄프를 함침하고 물 함량을 한지원료 총중량의 2~4배 추가하되 물의 온도는 50~80 ℃로 하여 함침,교반한 다음 20~25시간 삶은 후 자연상태에서 식히면 죽 형상으로 형성되며, 이를 별도 보관한다.

그리고, 카본혼합물의 제조는, 바인더, 분산제, 소포제, 카본분말, 침투제를 혼합하여 2~3시간 교반한다.

계속하여, 이상과 같이 제조된 죽 형상 상태의 한지원료와 카본혼합물인 조성물을 교반하여 혼합한다.

이때, 상기 한지원료와 카본혼합물의 비율은 한지원료 90~95중량%와 카본혼합물 5~10중량%로 하되, 이들을 3~5시간 교반하여 침지한 후 자연 건조후 슬레이트화(slate)하여 초지가 형성되며, 상기 초지를 권취 빔에 권취하여 사용하고, 사용시에는 권취된 초지를 용도에 맞게 절단한다.

그리고, 상기 슬레이트의 절단(슬레서 기계)폭은 2~10mm 정도로 하되 2mm보다 좁으면 필름 형태가 절단되는 등 불안전하고 10mm초과할 경우 필름형태 작업에 어려움이 있으며, 슬레이트화한 두께는 0.02mm~0.08mm를 갖되 0.02mm미만인 경우 이 역시 필름 형태가 찢어지거나 절단되고 0.08mm를 초과하는 경우 필름 형태로서의 효과가 떨어진다.

바람직하게는, 상기와 같이 초지 즉 슬레이트의 절단폭을 8mm로 하고 두께는 0.05mm로 하여 얇은 필름형태로 제조한 후 15회/in 연사하여 실을 제조하고,제조된 실은 평직으로 하며 변조직에 사용되는 경사용은 석동선으로 굵기는 0.08mm로서 10가닥으로 합사 후 이를 15회/in로 연사하며, 연사된 실을 경·위사 15/in의 밀도로 제직한다.

또한, 상기와 같은 폭과 두께로서 얇은 필름형태로 제조된 면상발열체는 5 내지 20회/in 연사하여 실을 제조하고, 제조된 실은 경사, 위사용 또는 경·위사로 하여 평직으로 하되 필요에 따라 능직으로 직조할 수도 있으며 변조직에 사용되는 경사용은 석동선이며, 석동선의 굵기는 0.08mm로서 7~14가닥으로 합사 후 이를 8 ~20회/in로 연사한다.

이때, 상기 변조직에 사용되는 경사용 변사로는 교반하여 혼합한 죽 형상 형태의 중간 발열체에 침지 후 꺼내어 자연 건조시킨 복수개의 석동선을 사용하되 AC 겸 DC로 하여 제직하고, 경·위사의 밀도는 각각 8 내지 20/in로 제직하여 사용할 수도 있다.

닥 12중량%, 아바카 65중량% 및 펄프 23중량%를 함침하고 물 함량을 한지원료 총중량의 3배 추가하되 물의 온도는 70℃로 하여 함침·교반한 다음 24시간 삶은 후 자연상태에서 식혀 죽 형상 형상으로 제조한다.

다음으로, 카본혼합물인 바인더 3중량%, 분산제 9중량%, 소포제 10중량%, 카본분말 70중량%, 침투제 8중량%를 혼합하여 3시간 교반 후 별도 임시 보관한다.

그리고, 죽 형상으로 형성된 별도의 한지원료와 카본혼합물을 혼합하여 교반한다.

계속하여, 혼합 및 교반된 한지원료와 카본혼합물의 비율은 힌지원료 92중량%와 카본혼합물 8중량%로 하되, 이들을 4시간 재교반하여 침지한 후 자연 건조하고, 슬레이트화(slate)하여 초지가 완성되면 이를 권취 빔에 권취한 다음 초지를 용도에 맞게 절단한다.

이때, 상기 초지는 일정면적을 갖는 전체를 면상발열체(A)로 사용하여도 되며, 본 발명에서와 같이 면상발열체인 초지를 절단폭은 8mm로 하고 두께는 0.05mm로 하여 얇은 필름형태로 제조한 후 15회/in 연사하여 실을 제조하고, 제조된 실은 평직으로 하며 변조직에 사용되는 경사용은 석동선으로 굵기는 0.08mm로서 10가닥으로 합사 후 이를 15회/in로 연사한다.

또한, 변조직에 사용되는 경사용 변사로는 교반하여 혼합한 죽 형태의 중간 발열체에 침지 후 꺼내어 자연 건조시킨 복수개의 석동선을 사용하되 AC 겸 DC로 하여 제직하고 경·위사의 밀도는 각각 15/in로 제직한다.

아래의 [표1]의 실시 예 1~7에서 물은 한지원료 및 카본혼합물의 합에 2배를 혼합하고 중량%는 각기 달리하여 그 특성을 살펴보았다.

그 결과, 하기의 표1과 같이 나타났다.

한지원료 및 카본혼합물 (중량%)	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	실시예 7
닥	12	8	12	12	12	12	12
아바카	65	69	70	65	65	65	65
펄프	23	23	18	23	23	23	23
바인더	3	3	3	5	3	3	3
분산제	9	9	9	7	9	10	9
소포제	10	10	10	10	8	9	8
카본분말	70	70	70	70	70	70	75
침투제	8	8	8	8	10	8	5
물	400	400	400	400	400	400	400
결과	극히 양호	양호	보통	불량	보통	불량	불량

이상과 같이, 바인더를 과하게 투입하여 카본블랙에 얼룩이 생기고, 거품제거가 용이하지 아니하며, 분산제를 과하게 투입하여 전류저항에 지장을 주는 것으로 나타났고, 침투제를 소량 사용함으로서 원하는 침투작용이 불량한 결과가 나왔다.

따라서, 원하는 면상발열체의 한지원료와 카본혼합물의 혼합은 실시 예 1이 가장 양호한 것으로 나타났다.

상기에서 설명되는 실시 예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시 예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다.

100...카본 200...아바카
300...닥 400...펄프
A...면상발열체 A1...전극

Claims

닥, 아바카, 펄프의 혼합물로 이루어진 90~95중량%의 한지원료와 5~10중량% 카본혼합물을 혼합한 후 3~5시간 교반하는 단계;
이를 침지한 후 자연건조하여 초지를 형성하는 단계;
상기 초지를 원하는 규격으로 절단하는 단계로서 이루어지고,
상기 한지원료는, 닥 10~15중량%, 아바카 60~70중량%, 펄프 20~30중량%로 이루어지고,
상기 카본혼합물은, 바인더 2~5중량%, 분산제 8~10중량%, 소포제 8~12중량%, 카본분말 60~77중량%, 침투제 5~10중량%로 이루어지며,
상기 한지원료는, 물함량이 닥 10~15중량%, 아바카 60~70중량%, 펄프 20~30중량%로 이루어지는 한지원료 총중량의 2~4배 추가하되 물의 온도는 50~80℃로 하여 함침·교반한 다음 20~25시간 삶은 후 자연상태에서 냉각하여 죽 형상으로 형성되고,
상기 카본혼합물은 바인더 2~5중량%, 분산제 8~10중량%, 소포제 8~12중량%, 카본분말 60~77중량%, 침투제 5~10중량%로 하여 2~3시간 교반하는 구성으로 이루어지는 한지 면상발열체 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 초지는, 절단한 후 전극을 각각 연결하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 한지 면상발열체 제조방법.
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제1항의 방법으로 제조된 한지 면상발열체를 권취 빔에 권취한 다음 초지를 절단폭은 2~10mm로 하고 두께는 0.02~0.08mm로 하여 얇은 필름형태로 제조한 후 15회/in 연사하여 실을 제조하고,
제조된 실은 평직으로 하며 변조직에 사용되는 경사용은 석동선으로 굵기는 0.08mm로서 7~10가닥으로 합사 후 이를 8~20회/in로 연사하며,
연사된 실을 경·위사 8~20/in의 밀도로 제직하는 한지 면상발열체 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 변조직에 사용되는 경사용 변사로는 교반하여 혼합한 죽 형태의 중간 발열체에 침지 후 자연 건조시키고, 복수개의 석동선을 사용하되 AC 겸 DC로 하여 제직하는 것을 특징으로 하는 한지 면상발열체 제조방법.
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