KR102091344B1 - 방사선 차폐용 다층 시트 및 이를 포함하는 점접착성 특수지 - Google Patents

방사선 차폐용 다층 시트 및 이를 포함하는 점접착성 특수지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사선 차폐 성능을 갖는 다층 시트에 관한 것으로, 본 발명에 따른 방사선 차폐용 다층 시트는 알루미늄 시트를 포함하는 금속 시트층; 상기 금속 시트층의 일면에 형성된 제1 접착제층; 상기 금속 시트층의 타면에 형성된 제2 접착제층; 상기 제1 접착제층의 상면에 형성된 제1 종이 시트층; 및 상기 제2 접착제층의 상면에 형성된 제2 종이 시트층;을 포함하되, 상기 제1 접착제층 및 제2 접착제층은 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA) 및 전분을 포함하는 접착제를 이용해 형성시킨 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다층 시트는 유해물질을 배출하는 기존의 접착제 대신 에틸렌비닐아세테이트 및 전분을 도입하고, 납(Pb) 대신 금속, 금속 산화물 및 무기물 분말을 방사선 차폐 물질로 도입하여, 고에너지 방사선을 효과적으로 차폐할 수 있으면서도, 경량성과 친환경성을 동시에 갖추어 다양한 용도로 활용이 가능하다.

Description

방사선 차폐용 다층 시트 및 이를 포함하는 점접착성 특수지{Multilayer sheet for radiation shielding and adhesive special paper comprising the same}
본 발명은 방사선 차폐 성능을 갖는 다층 시트와, 방사선 차폐용 다층 시트를 포함하고 점착성 또는 접착성을 가져 피도면에 손쉽게 부착이 가능하여 다양한 용도로 활용이 가능한 특수지에 관한 것이다.
최근, 원자로 또는 고속 증식로(fast breeder reactor) 등의 원자력 시설, 핵융합 시설 또는 의료용으로 사용되는 방사선 치료 시설 등과 같은 원자력 산업의 발전과 함께 이들 각 시설로부터 발생하는 유해 방사선은 안전하게 차폐하는 고성능 차폐제에 관한 요구가 증가하고 있다.
방사선의 차폐 보호를 위한 방사선 차폐 소재는 차단 대상인 알파선(α-ray), 베타선(β-ray), 감마선(γ-ray), X선(X-ray) 및 여러 가지 에너지를 가지는 중성자선 등을 고려하여 설계하여야 한다.
특히, 감마선 및 중성자선과, 이에 의해 생성되는 2차 방사선을 비롯한 고에너지 방사선은 원자나 분자에 직접적으로 작용하여 DNA나 단백질의 주요 구조를 변경시킬 수 있고, 생식세포에 돌연변이를 유도하여 기형 유발 확률을 증가시키며, 암 등의 질환을 발생시킬 수 있고, 열중성자는 주위의 물질을 방사능화시켜 오염시키는 문제가 있어 이들을 안전하게 차폐하는 고성능 차폐제에 연구 또한 증가하고 있다.
기존에는, 납(Pb) 또는 철과 같은 고밀도 금속분말을 이용하여 감마선 방사의 차폐 재료로 사용하고 있으나, 납(Pb)이 갖는 유해한 특성으로 인해 인체와 환경에 악영향을 초래하는 문제가 있고, 중성자 등과 같은 다양한 방사선에 대한 차폐 능력이 떨어지는 특성을 나타내어, 납(Pb)을 사용하지 않으면서도 고에너지 방사선을 효과적으로 차폐할 수 있는 친환경적인 새로운 차폐 소재에 대한 개발이 필요하다.
한국등록특허 제10-1661115호 (공개일 : 2016.09.30) 한국공개특허 제10-2014-0029502호 (공개일 : 2014.03.10) 한국등록특허 제10-1860052호 (공개일 : 2018.05.23) 한국공개특허 제10-2015-0042745호 (공개일 : 2015.04.21) 한국공개특허 제10-2018-0126326호 (공개일 : 2018.11.27)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 유해물질을 배출하는 기존의 접착제 대신 에틸렌비닐아세테이트 및 전분을 포함하는 접착제를 도입하고, 납(Pb) 대신 금속, 금속 산화물 및 무기물 분말을 방사선 차폐 물질로 도입하여 고에너지 방사선을 효과적으로 차폐할 수 있으면서도, 경량성과 친환경성을 동시에 갖추어 방사선 피폭 방지를 위한 다양한 용도로 활용이 가능한 방사선 차폐용 다층 시트에 관한 기술 내용을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은 피도면에 적용시 별도의 점착제 또는 접착제를 도포할 필요 없이 손쉽게 부착이 가능하여 사용이 편리하며, 피도면에서 유출되는 인체 유해 휘발성유기화합물, 알칼리성 성분 및 환경호르몬과 외부에서 유입되는 방사선의 실내 유입을 효과적으로 차단할 수 있어, 아파트 및 주택의 실내 벽지용 초배지로 활용될 수 있는 점착성 특수지에 관한 기술 내용을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명은, 알루미늄 시트를 포함하는 금속 시트층; 상기 금속 시트층의 일면에 형성된 제1 접착제층; 상기 금속 시트층의 타면에 형성된 제2 접착제층; 상기 제1 접착제층의 상면에 형성된 제1 종이 시트층; 및 상기 제2 접착제층의 상면에 형성된 제2 종이 시트층;을 포함하되, 상기 제1 접착제층 및 제2 접착제층은 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA) 및 전분을 포함하는 접착제를 이용해 형성시킨 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 다층 시트를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 상기 방사선 차폐용 다층 시트에서, 상기 금속 시트층은 두께가 1 내지 1,000 ㎛이고, 상기 제1 접착제층 및 제2 접착제층은 각각 두께가 5 내지 1,000 ㎛이며, 상기 제1 종이 시트층 및 제2 종이 시트층은 각각 두께가 5 내지 1,000 ㎛인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 접착제는 금속 분말, 산화 금속 분말, 무기물 분말 및 붕소 화합물 분말로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 방사선 차폐용 분말을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 종이 시트층 및 제2 종이 시트층은 각각 노루지, 크라프트지, 유산지, 한지, 백판지, 박엽지, 백상지, 골지 및 다공지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 종이 시트를 이용해 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 접착제층 및 제1 종이 시트층 또는 상기 제2 접착제층 및 제2 종이 시트층 사이에 메시 구조의 강도보강층을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방사선 차폐용 다층 시트는 상기 제1 종이 시트층 또는 제2 종이 시트층의 일면에 형성된 점착제층; 및 상기 점착제층의 상면에 형성된 이형시트층을 추가로 포함할 수 있다.
상기와 같은 구조의 방사선 차폐용 다층 시트는 방사선 차폐를 위한 벽지 등의 용도로 활용되는 점착성 특수지로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 다층 시트는 유해물질을 배출하는 기존의 접착제 대신 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 및 전분(starch)을 도입하고, 납(Pb) 대신 금속, 금속 산화물 및 무기물 분말을 방사선 차폐 물질로 도입하여, 고에너지 방사선을 효과적으로 차폐할 수 있으면서도, 경량성과 친환경성을 동시에 갖추어 다양한 용도로 활용이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 다층 시트는 종이시트층의 상면에 형성된 점착제층과 이형시트층을 추가로 포함하도록 구성하여 시트 자체에 점접착성이 부여되어 있으므로 별도의 점착제 또는 접착제를 도포할 필요가 없이 피도면에 손쉽게 부착이 가능하여 사용이 편리하다.
또한, 점착성 특수지는 피도면에서 유출되는 인체 유해 휘발성유기화합물, 알칼리성 성분 및 환경호르몬과 외부에서 유입되는 방사선의 실내 유입을 효과적으로 차단할 수 있어, 아파트 및 주택의 실내 벽지용 초배지로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다층 시트의 단면 구조를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방사선 차폐용 다층 시트를 포함하는 특수지의 구조를 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다층 시트(10)의 단면 구조를 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 방사선 차폐용 다층 시트(10)는, 알루미늄 시트를 포함하는 금속 시트층(100); 금속 시트층(100)의 양면에 형성된 제1 접착제층(200); 및 제2 접착제층(300); 제1 접착제층(200) 및 제2 접착제층(300)의 상면에 각각 형성된 제1 종이 시트층(400); 및 제2 종이 시트층(500)을 포함하는 구조를 갖는다.
다층 시트(10)에서 금속 시트층(100)은 알루미늄 시트를 이용해 형성시킬 수 있다.
상기 금속 시트층(100)은 두께가 1 내지 1,000 ㎛인 알루미늄 시트를 이용해 형성시킬 수 있으며, 금속 시트층(100)의 두께가 1 ㎛ 미만일 경우 베타선의 차폐 효율이 다소 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 금속 시트층(100)의 두께가 1,000 ㎛를 초과할 경우 다층 시트(10)의 경량화를 달성하기 힘든 문제가 발생할 수 있다.
바람직하게는, 금속 시트층(100)은 두께가 3 내지 500 ㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는, 금속 시트층(100)은 두께가 5 내지 30 ㎛일 수 있다.
다층 시트(10)에서 제1 접착제층(200) 및 제2 접착제층(300)은 금속 시트층(100) 및 후술할 종이 시트층을 접착시켜 다층 시트(10)를 구성할 수 있도록 하며, 제1 접착제층(200) 및 제2 접착제층(300)은 전분(starch) 및 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA)를 포함하는 접착제를 이용해 형성시킬 수 있다.
접착제에 포함되는 전분은 접착력을 부여하여 에틸렌비닐아세테이트와 함께 금속 시트층(100) 및 종이 시트층을 접착시키는 역할을 하며, 천연 전분, 변성 전분 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
구체적으로, 전분은 감자 전분, 옥수수 전분, 밀 전분, 쌀 전분, 타피오카, 트리티케일(triticale) 또는 이들의 혼합물 등과 같은 천연 전분을 사용할 수 있고, 또는, 배소덱스트린(Beso-dextrin), 산화 전분, 산처리 전분, 에스테르화 전분, 에테르화 전분 또는 이들의 혼합물 등과 같은 변성 전분을 사용할 수도 있으며, 상기 천연 전분 및 변성 전분의 혼합물 또한 사용할 수도 있다.
바람직하게는, 변성 전분은 산처리 후 알칼리 용액을 첨가하여 알칼리성이 되도록 pH 8 내지 13이 되도록 조절한 전분을 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 전분은 차아염소산나트륨(sodium hypochlorite), 과망가니즈산 칼륨(potassium permanganate), 과산화수소(hydrogen peroxide) 또는 이들의 혼합물 등과 같은 산화제를 첨가하는 산처리를 통해서 전분의 점도를 조절하고, 산화칼슘(CaO), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화나트륨(NaOH) 등의 알칼리 용액을 첨가하여 전분의 알칼리 호화가 가능하도록 알칼리성이 되도록 pH 8 내지 13이 되도록 조절한 전분을 사용할 수 있다.
산처리는 전분 분말 100 중량부에 대해 0.1 내지 5 중량부의 산화제를 첨가하여 수행할 수 있으며, 전분에 침전이 발생되지 않을 정도로 알칼리성 용액을 첨가하여 알칼리성이 되도록 pH 8 내지 13이 되도록 조절한 변성 전분을 사용할 수 있고, 이와 같은 변성 전분은 천연 전분에 비해 접착성이 우수한 특성을 나타낸다.
특히, 변성 전분은 탄화수소를 다량 포함하고, 미세 기공을 다량 포함하는 접착제층을 형성시켜 중성자 포집 능력이 천연 전분에 비해 높으며, 후술할 붕소 화합물 분말과 함께 중성자를 고효율로 포집하는 특성을 나타낼 수 있어 탄소 분말을 별도로 첨가하지 않아도 우수한 중성자 차폐 효율을 나타내도록 한다.
또한, 접착제에 포함되는 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA)는 에틸렌(ethylene)과 비닐아세트산(vinyl acetate)의 공중합체로, 유연성, 내구성, 복원력, 저온취성, 방수성능 등이 우수하고, 비닐아세트산의 함량에 따라 탄성력과 열접착 온도, 내구성, 투과력 등이 달라지는 특성을 보이며, 유해 물질을 배출하지 않아 친환경적이다.
상기와 같은 에틸렌비닐아세테이트 및 전분을 포함하는 접착제는 금속 시트층(100) 및 후술할 종이 시트층(400, 500)을 강하게 접착시킬 수 있으면서도, 다층 시트(10)가 접히거나 구겨지는 상태에서도 안정적으로 외형을 유지할 수 있는 특성을 나타내게 된다.
바람직하게는, 접착제는 접착제 100 중량부를 기준으로 5 내지 30 중량부의 전분, 에틸렌비닐아세테이트 20 내지 50 중량부 및 물 20 내지 75 중량부를 포함하는 혼합물을 사용할 수 있다.
접착제에 에틸렌비닐아세테이트가 20 중량부 미만 포함될 경우 접착력이 저하되는 문제가 있고, 50 중량부를 초과할 경우 점도가 크게 증가하여 작업성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 접착제에 전분이 5 중량부 미만 포함될 경우 접착력이 저하되는 문제가 있고, 20 중량부를 초과할 경우 전분 호화도에 의해 접착력이 감소하는 문제가 발생할 수 있으며, 물이 30 중량부 미만 포함될 경우 전분 호화도가 감소하여 접착력이 저하되고, 70 중량부를 초과할 경우 수분 증발시 에너지 손실의 우려가 있다.
또한, 상기 접착제는 접착력을 보다 향상시킬 수 있도록 폴리비닐알코올 등과 같은 접착 보조제를 추가로 포함할 수 있으며, 접착 보조제는 접착제 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부 포함할 수 있다.
상기와 같은 조성을 갖는 접착제는 에틸렌비닐아세테이트에 접착 능력을 갖는 전분을 공중합시킴으로써 내습성, 접착성 및 안정성이 향상되어, 기존의 에틸렌비닐아세테이트 접착제에 비해 우수한 특성을 나타내며, 인체 유해 성분이 함유되지 않아 친환경적인 특성을 나타내게 된다.
또한, 상기 접착제는 방사선 차폐능을 향상시키기 위해서 방사선 차폐용 분말을 추가로 포함하도록 구성할 수 있으며, 방사선 차폐용 분말은 금속 분말, 산화 금속 분말, 무기물 분말, 붕소 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 금속 분말은 티타늄, 지르코늄, 스칸듐, 이트륨, 코발트, 탄탈륨, 몰리브덴, 텅스텐, 주석, 구리 또는 이들의 혼합물을 대표적인 예로 들 수 있고, 상기 금속산화물 분말은 산화철, 산화티타늄, 산화텅스텐, 산화마그네슘, 산화주석, 산화구리, 산화 팔라듐, 산화이리듐, 산화루테늄, 산화오스뮴, 산화로듐, 산화백금, 산화니켈, 산화코발트, 산화인듐, 산화알루미늄 또는 이들의 혼합물을 대표적인 예로 들 수 있다.
금속 분말 및 금속 산화물 분말은 전자 밀도가 상대적으로 큰 금속을 사용할 수 잇으며, 이와 같은 금속 분말 및 금속 산화물 분말은 접착제층에서 감마선을 고효율로 차폐할 수 있도록 한다.
상기 무기물 분말은 수산화칼슘, 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 염화바륨, 황산바륨 또는 이들의 혼합물을 대표적인 예로 들 수 있고, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘 등은 접착제층에 난연성을 부여하고, 염화바륨, 황산바륨 등은 고밀도로 접착제층에서 감마선을 고효율로 차폐할 수 있도록 한다.
상기 붕소 화합물은 붕산(Boric acid, B(OH)3), 붕산아연(Zinc Borate, Zn2O14·5H7B6, Zn4O8B2H2, Zn2O11B6), 탄화붕소(B4C), 질화붕소(Boron Nitride, BN), 산화붕소(Boron Oxide, B2O3), 콜레마나이트(colemanite, Ca2O14B6H10) 또는 이들의 혼합물을 대표적인 예로 들 수 있으며, 이와 같은 붕소 화합물 분말은 접착제층을 형성하는 전분과 함께 중성자와 질량이 비슷한 수소, 산소 및 탄소의 함유량이 높고 흡수 단면적이 넓어 접착제층에서 중성자를 고효율로 차폐할 수 있도록 한다.
상기와 같은 방사선 차폐용 분말은 평균 입자크기가 내지 0.01 내지 100 ㎛인 분말을 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 평균 입자크기가 0.05 내지 1 ㎛인 분말을 사용할 수 있다.
또한, 제1 접착제층(200) 및 제2 접착제층(300)을 형성시키기 위해 사용하는 접착제는 접착제 100 중량부를 기준으로 금속 분말 5 내지 30 중량부, 금속 산화물 분말 5 내지 20 중량부, 무기물 분말 1 내지 10 중량부 및 붕소 화합물 분말 1 내지 20 중량부를 혼합하여 사용할 수 있으며, 첨가량이 낮은 경우 방사선 차폐능력이 크게 향상되지 못하는 문제가 있고, 첨가량이 높은 경우 접착력과 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 제1 접착제층(200) 및 제2 접착제층(300)은 각각 두께가 5 내지 1,000 ㎛일 수 있으며, 제1 접착제층(200) 및 제2 접착제층(300)의 두께가 5 ㎛ 미만일 경우 금속 시트층(100) 및 후술할 종이 시트층(400, 500)의 접착력이 충분하지 못해 쉽게 박리되는 문제가 발생할 수 있으며, 제1 접착제층(200) 및 제2 접착제층(300)의 두께가 1,000 ㎛를 초과할 경우 불균일한 기공이 발생되어 균일한 물성의 다층 시트(10)를 구현하기 힘들고, 다층 시트(10)의 경량화를 달성하기 힘든 문제가 발생할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 접착제층(200) 및 제2 접착제층(300)은 두께가 5 내지 30 ㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는, 상기 제1 접착제층 및 제2 접착제층은 두께가 5 내지 20 ㎛일 수 있다.
제1 종이 시트층(400) 및 제2 종이 시트층(500)은 제1 접착제층(200) 및 제2 접착제층(300)의 상면에 각각 형성되어 다층 시트(10)를 구성한다.
제1 종이 시트층(400) 및 제2 종이 시트층(500)은 노루지, 크라프트지, 유산지, 한지, 백판지, 박엽지, 백상지, 골지, 다공지를 포함하는 종이 시트를 이용해 형성시킬 수 있으며, 바람직하게는, 노루지를 이용할 수 있다.
상기 제1 종이 시트층(400) 및 제2 종이 시트층(500)은 상면에 잉크를 도포하여 도안, 문양, 문자, 이미지 등을 형상화시킬 수 있으며, 오프셋 인쇄, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄 등과 같은 통상적인 다양한 인쇄 방식으로 표면에 도안, 문양, 문자, 이미지 등을 형상화시킬 수 있다.
상기 제1 종이 시트층(400) 및 제2 종이 시트층(500)은 각각 두께가 5 내지 1,000 ㎛일 수 있으며, 제1 종이 시트층(400) 및 제2 종이 시트층(500)의 두께가 5 ㎛ 미만일 경우 종이 시트의 내구성과 가공성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 제1 종이 시트층(400) 및 제2 종이 시트층(500)의 두께가 1,000 ㎛를 초과할 경우 접착력이 떨어지고 다층 시트(10)의 경량화를 달성하기 힘든 문제가 발생할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 종이 시트층(400) 및 제2 종이 시트층(500)은 각각 두께가 10 내지 100 ㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는, 30 내지 80 ㎛일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다층 시트(10)는 상기 제1 접착제층(200) 및 제1 종이 시트층(400) 또는 상기 제2 접착제층(300) 및 제2 종이 시트층(500) 사이에 메시 구조의 강도보강층을 추가로 포함할 수 있다.
강도보강층은 다층 시트(10)의 치수 안정성을 향상시키는 역할을 하며, 유리 섬유, 탄소 섬유, 현무암 섬유 폴리아미드 섬유 등의 직물 섬유를 그물 형상으로 직조하거나 편직하여 그물망과 같은 메시 구조의 직물 원단을 도입하여 형성시킬 수 있으며, 두께가 0.1 내지 500 ㎛인 직물 원단을 도입할 수 있다.
본 발명에 따른 다층 시트(10)는 금속 시트층(100)의 양면에 접착제를 도포하고, 종이 시트를 접착제의 상면에 위치시킨 다음 가압하고, 건조 및 경화시키는 통상적인 다층 시트(10) 제조방법을 통해서 제조할 수 있다.
또는, 금속 시트층(100)의 양면에 접착제 시트를 배치하고, 종이 시트를 접착제 시트의 상면에 적층시킨 다음 70 내지 120 ℃의 온도에서 30 내지 60초 동안 가열한 다음 건조 및 경화시키는 방법을 통해서 제조할 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 다층 시트(10)는 일면에서 유입되는 방사선이 타면으로 배출되는 것을 막는 방사선 차폐기능을 갖게 된다.
본 발명에 따른 다층 시트(10)는 차단 대상인 알파선(α-ray), 베타선(β-ray), 감마선(γ-ray), X선(X-ray) 및 여러 가지 에너지를 가지는 중성자선을 차폐할 수 있도록 설계되었으며, 유연성, 가공성, 열 안정성과 치수 안정성이 우수하며, 얇은 두께에서도 높은 인장강도를 유지하는 특성을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 다층 시트(10)는 접착제에 방사선 차폐용 분말 및 붕소화합물을 추가로 포함하도록 구성하여 1 mm 미만의 얇은 두께에서도 고에너지 방사선인 감마선과 중성자를 효과적으로 차폐할 수 있으며, 산처리한 변성 전분을 접착제로 사용할 수 있어 붕소화합물과 시너지 작용으로 인해 중성자 차폐 능력이 더욱 향상된 특성을 갖는다.
상기와 같은 구조의 다층 필름은 기존에 인체 유해 성분인 납(Pb)을 포함하지 않아 친환경적이며, 알파, 베타, 양성자, 중성자, 감마선, X-선 등의 전리 방사선, 검색장치, 의료검진에 쓰이는 X-ray, 암치료장치, 원자력발전소 등에서 외부로 방출되는 인공 방사선, 라듐, 우라늄, 라돈, 칼륨 등과 같은 자연 방사선을 효과적으로 차폐할 수 있어 다양한 용도로 사용할 수 있으며, 방사선 피폭을 방지하기 위한 용도의 의복, 파우치, 박스, 백 등에서 방사선 차폐를 위한 부재로 도입되어 방사선 피폭량을 줄일 수 있는 소재로 활용될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 다층 필름(10)은 방사선 차폐 효율을 더욱 향상시키기 위해서, 2겹 이상을 적층하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 다층 시트(10)는 알루미늄 시트를 사용하여 형성시킨 두께 5 내지 30 ㎛의 금속 시트층(100), 접착제를 사용해 형성시킨 두께 5 내지 20 ㎛의 제1 접착제층(200) 및 제2 접착제층(300), 노루지를 종이 시트로 도입한 두께 30 내지 80 ㎛의 제1 종이 시트층(400) 및 제2 종이 시트층(500)을 포함하여 총두께가 75 내지 230 ㎛일 수 있다.
이때, 상기 다층 시트(10)는 변성 전분 15 중량부, EVA 25 중량부 및 증류수 60 중량부를 포함하는 접착제를 이용하고, 접착제 100 중량부를 기준으로 텅스텐 분말 10 중량부, 몰리브덴 분말 5 중량부, 산화텅스텐 분말 20 중량부, 황산바륨 2.5 중량부, 염화바륨 2.5 중량부, 탄화붕소 5 중량부 및 산화 붕소 5 중량부를 혼합한 접착제 혼합물을 사용하여 제1 접착제층(200) 및 제2 접착제층(300)을 각각 형성시킨 것일 수 있다.
상기 변성 전분은 전분 분말 100 중량부에 3 중량부의 산성 물질과 50 중량부의 물을 첨가하여 혼합물을 제조하고, 제조한 혼합물을 반응시켜 산처리한 다음, 산처리한 혼합물에 알칼리성 물질을 공급하여 pH 10 내지 12의 변성 전분 혼합물을 사용할 수 있다.
상기와 같은 다층 시트(10)는 총두께가 1 mm 미만임에도 불구하고 Sr-90에 대한 차폐율이 90%를 초과하고, Y-90에 대한 차폐율이 83 내지 97%이며, Co-57에 대한 차폐율이 39 내지 53%이고 Cs-137에 대한 차폐율이 43 내지 56%로서, 베타선 및 감마선에 대해 우수한 차폐율을 나타낼 뿐만 아니라, 중성자 차폐 성능 또한 우수하여 방사선 피복을 방지하기 위한 차폐 소재로 활용될 수 있다.
또한, 상기와 같은 다층 시트(10)는 1겹 적층하여 방사선 차폐 능력을 더욱 강화시킬 수 있으므로, 용도에 따라 선택적으로 1겹 이상 적층하여 사용할 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방사선 차폐용 다층 시트(10)를 포함하는 특수지(10′)의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 특수지(10′)는 전술한 방사선 차폐용 다층 시트(10)에서 제1 종이 시트층(400) 또는 제2 종이 시트층(500)의 상면에 형성된 점착제층(600)과, 점착제층(600)의 상면에 형성된 이형시트층(700)을 추가로 형성된 구조를 가질 수 있다.
상기 점착제층(600)은 접착 벽지, 점착 테이프, 종이 테이프 등의 제조를 위해 통상적으로 사용되는 공지된 다양한 형태의 점착제를 이용해 형성시킬 수 있으며, 바람직하게는, 수성 아크릴 에멀젼 점착제를 도입하여 형성시킬 수 있다.
구체적으로, 수성 아크릴 에멀젼 점착제는 아크릴산 알킬 에스테르 등의 아크릴계 공중합체, ａ, β-불포화 카복실산 등과 같은 중합성 불포화 카르복실산 및 이들과 공중합 가능한 단량체를 유화 중합해서 얻어진 수성 고분자 분산체와 로진 수지, 터펜 수지, 탄화수소 수지 등의 점착 부여 수지 및 나머지 물을 포함하는 혼합물을 사용할 수 있다.
수성 아크릴 에멀젼 점착제에서 아크릴계 공중합체는 점착성을 부여하고, 중합성 불포화 카르복실산은 응집력을 증가시키며, 점착 부여 수지는 점착력을 강화시켜 제1 종이 시트층 또는 제2 종이 시트층의 일면에 도포되어 후술할 이형 시트를 부착시키는 역할을 한다.
상기와 같은 수성 아크릴 에멀젼 점착제는 인체에 유해한 휘발성유기화합물(volatiile organic compounds, VOCs)을 배출하지 않아 친환경적이면서도 유성 점착제와 동등 이상의 점착 물성을 확보할 수 있다.
또한, 수성 아크릴 에멀젼 점착제는 고형분 함량이 50% 내지 70%인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 고형분 함량이 50% 미만일 경우 에멀젼의 안정성은 증가하지만, 원가 상승으로 경제성이 저하될 수 있고, 70%를 초과할 경우 에멀젼의 안정성이 저하되는 문제가 있다.
그리고, 아크릴 에멀젼 점착제에 포함되는 아크릴계 공중합체는 점도가 2000 내지 5000 cps인 것을 사용할 수 있고, 점도가 2000 cps 미만일 경우 난연제 등의 첨가물이 침전될 우려가 있고, 점도가 5000 cps를 초과할 경우 가공성이 저하되거나 응집에 의한 침전이 발생할 우려가 있다.
아울러, 아크릴 에멀젼 점착제는 중량평균분자량(Weight average molecular weight, Mw)이 20만 내지 200만인 아크릴계 공중합체를 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다. 아크릴계 공중합체의 Mw가 20만 미만일 경우 점착제의 내구성이 저하될 우려가 있고, 200만을 초과할 경우 점착 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 수성 아크릴 에멀젼 점착제는 인계 난연제, 할로겐계 난연제, 유기계 난연제, 무기계 난연제 또는 이들의 혼합물 등과 같은 난연제, 경화제 등을 추가로 포함하는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 상기 수성 아크릴 에멀젼 점착제는 점착제 100 중량부 기준으로 아크릴산 알킬 에스테르 30 내지 50 중량부, 0.5 중량부 내지 10 중량부의 ａ, β-불포화 카복실산, 0.01 내지 10 중량부의 탄화수소 수지 및 나머지 물을 포함하는 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 점착제층(600)은 5 내지 100 ㎛의 두께가 되도록 제1 종이시트층 또는 제2 종이시트층의 일면에 형성시킬 수 있으며, 이와 같은 범위로 두께를 제어하도록 하여 다층 시트의 경량화를 달성하도록 구성할 수 있으며, 다층 시트가 얇은 경우에도 우수한 점착 물성을 나타내도록 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다층 시트(10)는 점착제층(600)의 상면에 형성되는 이형 시트층(700)을 추가로 포함하도록 구성할 수 있다.
이형 시트층(700)은 통상적인 다양한 이형 시트를 도입하여 형성시킬 수 있으며, 실리콘 종이 이형지, 폴리에스테르 필름(PET 필름), 폴리테트라플로오루에틸렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리부텐 필름, 폴리부타디엔 필름, 염화비닐 공중합체 필름, 폴리우레탄 필름, 에틸렌-비닐 아세테이트 필름, 에틸렌-프로필렌 공중합체 필름, 에틸렌-아크릴산 에틸 공중합체 필름, 에틸렌-아크릴산 메틸 공중합체 필름 또는 폴리이미드 필름 등과 같은 이형 시트를 도입하여 형성시킬 수 있다.
특히, 상기 이형 시트는 시트의 일면 또는 양면에는 적절한 이형 처리가 수행되어 있을 수 있고, 이에 의해 이형력이 50 내지 300 g일 수 있으며, 이형처리에 사용되는 이형제는 알키드계, 실리콘계, 불소계, 불포화 에스테르계, 폴리올레핀계 또는 왁스계 등을 대표적인 예로 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기와 같은 이형 시트층(700)의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 적용되는 용도에 따라서 적절히 선택될 수 있고, 예를 들면, 상기 이형 시트층(700)은 두께가 10 내지 1,000 ㎛, 바람직하게는 20 내지 100 ㎛일 수 있다.
바람직하게는, 상기 이형 시트층은 두께 20 내지 100 ㎛인 실리콘 종이 이형지를 도입하여 형성시킬 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 다층 시트(10)는 종이시트층(400, 500)의 상면에 형성된 점착제층(600)과 이형시트층(700)을 추가로 포함하여 점접착성 특수지(10′)로 활용이 가능하고, 이와 같은 구조를 갖는 특수지(10′)는 시트 자체에 점착성 또는 접착성이 부여되어 있으므로 피도면에 적용시 별도의 점착제 또는 접착제를 도포할 필요 없이 손쉽게 부착이 가능하여 사용이 편리하다.
또한, 특수지(10′)는 콘크리트 등과 같은 피도면에서 유출되는 인체 유해 휘발성유기화합물, 알칼리성 성분 및 환경호르몬과 외부에서 유입되는 방사선의 실내 유입을 효과적으로 차단할 수 있어, 아파트 및 주택의 실내 벽지용 초배지로 활용될 수 있다.
일례로, 본 발명에 따른 특수지를 벽지용 초배지로 활용할 경우, 피도면에 아크릴 에멀젼을 일정 두께로 도포한 다음, 이형 시트층을 제거한 상태의 특수지를 부착시키도록 하여 특수지를 피도면에 강하게 접착시킬 수 있으며, 특수지의 상면에 일반 벽지를 적층시키도록 하여 인체 유해 휘발성유기화합물, 알칼리성 성분 및 환경호르몬과 외부에서 유입되는 방사선의 실내 유입을 효과적으로 차단할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하도록 한다.
제시된 실시예는 본 발명의 구체적인 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
<실시예 1-1>
(1) 접착제 제조
옥수수 전분 15 중량부, EVA 25 중량부 및 증류수 60 중량부를 혼합한 혼합물을 70 내지 80 ℃로 가열하고, 200 내지 300 rpm으로 2시간 동안 교반하여 접착제를 제조하였다.
(2) 다층 시트 제조
두께가 6 ㎛인 알루미늄 시트 및 두께가 30 ㎛인 노루지를 각각 준비하고, 알루미늄 시트의 양면에 접착제를 10 ㎛의 두께로 도포한 다음 접착제의 상면에 노루지를 각각 가압롤러로 가압해 적층하고 적층물을 경화시켜 다층 시트(총두께 86 ㎛)를 제조하였다.
<실시예 1-2>
두께가 30 ㎛인 알루미늄 시트를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 다층 시트(총두께 110 ㎛)를 제조하였다.
<실시예 1-3>
실시예 1-1과 동일한 방법으로 제조한 접착제를 사용하였고, 방사선 차폐용 분말을 투입하여 혼합 접착제를 제조하였다.
구체적으로, 혼합 접착제는 텅스텐 분말 10 중량부, 몰리브덴 분말 5 중량부, 산화텅스텐 분말 20 중량부, 황산바륨 및 염화바륨 혼합 분말(1:1 중량비 포함) 5 중량부, 탄화붕소 및 산화 붕소의 혼합 분말(1:1 중량비 포함) 10 중량부를 각각 접착제 100 중량부에 공급하고 2시간 동안 교반하여 균일하게 혼합하여 제조하였다. 이때, 금속 분말 및 산화 금속 분말은 평균입자 크기가 0.5 ㎛인 것을 사용하였고, 무기물 분말 및 붕소 화합물은 평균입자 크기가 0.2 ㎛인 것을 사용하였다. 제조한 혼합 접착제를 이용해 실시예 1-1과 동일한 형태의 다층 시트를 제조하였다.
<실시예 2-1>
(1) 접착제 제조
옥수수 전분 분말 100 중량부에 3 중량부의 과망가니즈산 칼륨 및 물 50 중량부를 첨가하여 혼합물을 제조하고, 제조한 혼합물을 2시간 동안 반응시켜 산처리한 다음, 산처리한 혼합물에 수산화나트륨을 공급하여 pH 11의 변성 전분 혼합물을 제조하였다. 제조한 변성 전분 혼합물 15 중량부, EVA 25 중량부 및 증류수 60 중량부를 혼합한 혼합물을 70 내지 80 ℃로 가열하고, 200 내지 300 rpm으로 2시간 동안 교반하여 혼합 접착제를 제조하였다.
(2) 다층 시트 제조
변성 전분을 포함하는 혼합 접착제를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 동일한 구조의 다층 시트(총두께 86 ㎛)를 제조하였다.
<실시예 2-2>
실시예 2-1과 동일한 방법으로 제조한 변성 전분을 포함하는 혼합 접착제를 사용하였고, 방사선 차폐용 분말을 투입하여 접착제를 제조하였다.
구체적으로, 접착제는 텅스텐 분말 10 중량부, 몰리브덴 분말 5 중량부, 산화텅스텐 분말 20 중량부, 황산바륨 및 염화바륨 혼합 분말(1:1 중량비 포함) 5 중량부, 탄화붕소 및 산화 붕소의 혼합 분말(1:1 중량비 포함) 10 중량부를 각각 변성 전분을 포함하는 혼합 접착제 100 중량부에 공급하고 2시간 동안 교반하여 균일하게 혼합하여 제조하였다. 이때, 금속 분말 및 산화 금속 분말은 평균입자 크기가 0.5 ㎛인 것을 사용하였고, 무기물 분말 및 붕소 화합물은 평균입자 크기가 0.2 ㎛인 것을 사용하였다. 제조한 혼합 접착제를 이용해 실시예 1-1과 동일한 형태의 다층 시트를 제조하였다.
<실시예 2-3>
알루미늄 시트의 양면에 접착제를 각각 20 ㎛의 두께로 도포하는 것을 제외하고는, 실시예 2-1과 동일한 방법으로 다층 시트(총두께 106 ㎛)를 제조하였다.
<실시예 2-4>
알루미늄 시트의 양면에 접착제를 50 ㎛의 두께로 도포하는 것을 제외하고는, 실시예 2-3과 동일한 방법으로 다층 시트(총두께 166 ㎛)를 제조하였다.
<실시예 2-5>
알루미늄 시트의 양면에 접착제를 100 ㎛의 두께로 도포하는 것을 제외하고는, 실시예 2-4와 동일한 방법으로 다층 시트(총두께 266 ㎛)를 제조하였다.
<비교예 1>
EVA 25 중량부 및 증류수 75 중량부를 포함하고, 옥수수 전분을 첨가하지 않은 접착제를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다층 시트를 제조하였다.
<실험예> 방사선 차폐 능력 평가
(1) 다층 시트의 방사선 차폐 능력 평가
실시예 및 비교예에 따른 방법으로 제조한 다층 시트의 방사선 차폐 능력을 평가하였다. 또한, 실시예 2-1에 따른 방법으로 제조한 다층 시트를 3겹 적층(실시예 3)하여 다층 시트의 방사선 차폐 능력을 평가하였다.
구체적으로, 실시예 및 비교예에 따른 방법으로 제조한 다층 시트를 각각 50 X 50 cm2의 크기로 절단하여 시편을 제조하고, 선형 가속기 실험실에서 제조한 시편의 방사선 차폐율을 측정하였으며, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다. 방사선 차폐율은 10회 반복 측정한 결과의 평균값으로 나타내었다.
Figure 112019007086791-pat00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 다층 시트는 방사선 차폐 능력이 있다는 사실을 확인할 수 있었으며, 금속 분말, 금속 산화 분말, 무기물 분말을 포함하는 경우 감마선에 대한 차폐율이 현저히 증가하여 감마선과 고에너지 X선에 대한 차폐율이 크게 증가하는 것으로 확인되었으며, 변동율 또한 감소하는 것으로 확인되었다.
따라서, 다층 시트는 얇은 두께임에도 불구하고 베타선, 감마선, 엑스선의 방사선에 있어서 차폐 효과가 우수하다는 사실을 확인할 수 있었다.
(2) 다층 시트의 중성자 차폐 능력 평가
실시예 및 비교예에 따른 방법으로 제조한 다층 시트의 중성자 차폐 능력을 평가하였다.
구체적으로, 실시예 및 비교예에 따른 방법으로 제조한 다층 시트를 각각 50 X 50 cm2의 크기로 절단하여 시편을 제조하고, 하나로 원자로를 이용해 일정 간격으로 이격 배치한 시편에 중성자빔을 조사하였으며, 입사된 중성자수와 다층 시트를 통과한 중성자수의 비를 이용하여 열중성자 흡수단면적 계수를 산출하였으며, 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
참고로, 흡수단면적 계수는 하기의 식 2를 이용해 흡수단면적 계수를 산출하였다(단, 하기 식 1에서, I0는 입사빔, I는 투과빔, L은 산란 단면적 계수, μ는 흡수단면적 계수를 의미하는 것임).
[식 1]
Figure 112019007086791-pat00002
Figure 112019007086791-pat00003
표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예에 따른 방법으로 제조한 다층 시트는 비교예 1의 다층 시트에 비해 열중성자 흡수단면적계수가 낮게 측정되는 것을 확인할 수 있어 중성자 차폐 성능이 향상되었음을 확인할 수 있었으며, 붕소 화합물을 포함하는 경우 중성자 차폐 성능이 더욱 향상된다는 사실을 확인할 수 있었다.
특히, 변성 전분을 포함하는 실시예 2-1 내지 2-5의 다층 시트가 중성자 차폐 능력이 더욱 우수하다는 사실을 확인할 수 있었으며, 이는 전분이 산처리를 통해 호화되어 탄화수소가 저분자화 됨에 따라 붕소 화합물과 함께 중성자 차폐 능력을 더욱 향상시키는 것에 의한 것이라고 예측할 수 있었다.
10 : 다층 시트 100 : 금속 시트층
200 : 제1 접착제층 300 : 제2 접착제층
400 : 제1 종이 시트층 500 : 제2 종이 시트층

Claims (7)

  1. 알루미늄 시트를 포함하는 금속 시트층;
    상기 금속 시트층의 일면에 형성된 제1 접착제층;
    상기 금속 시트층의 타면에 형성된 제2 접착제층;
    상기 제1 접착제층의 상면에 형성된 제1 종이 시트층; 및
    상기 제2 접착제층의 상면에 형성된 제2 종이 시트층;을 포함하되,
    상기 제1 접착제층 및 제2 접착제층은 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA) 및 전분을 포함하는 접착제를 이용해 형성시킨 것을 특징으로 하고,
    상기 제1 접착제층 및 제1 종이 시트층 또는 상기 제2 접착제층 및 제2 종이 시트층 사이에 메시 구조의 강도보강층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 다층 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시트층은 두께가 1 내지 1,000 ㎛이고,
    상기 제1 접착제층 및 제2 접착제층은 각각 두께가 5 내지 1,000 ㎛이며,
    상기 제1 종이 시트층 및 제2 종이 시트층은 각각 두께가 5 내지 1,000 ㎛인 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 다층 시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접착제는 금속 분말, 산화 금속 분말, 무기물 분말 및 붕소 화합물 분말로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 방사선 차폐용 분말을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 다층 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 종이 시트층 및 제2 종이 시트층은 각각 노루지, 크라프트지, 유산지, 한지, 백판지, 박엽지, 백상지, 골지 및 다공지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 종이 시트를 이용해 형성시킨 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 다층 시트.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 종이 시트층 또는 제2 종이 시트층의 일면에 형성된 점착제층; 및
    상기 점착제층의 상면에 형성된 이형시트층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 다층 시트.
  7. 제1항 내지 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 기재된 방사선 차폐용 다층 시트를 포함하는 특수지.
KR1020190007461A 2019-01-21 2019-01-21 방사선 차폐용 다층 시트 및 이를 포함하는 점접착성 특수지 KR102091344B1 (ko)

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