KR102328434B1 - 전자파 차폐 의류 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자파 차폐 기능을 갖는 의류에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 전자파 차폐 기능을 갖는 시트를 부착한 의류에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 전자파를 효과 좋게 차단할 수 있는 전자파 차폐 시트, 및 이를 적어도 일부에 적용한 전자파 차폐 의류를 얻을 수 있다.

Description

전자파 차폐 의류{Electromagnetic sheilding Clothing}

본 발명은 전자파 차폐 기능을 갖는 의류에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 전자파 차폐 기능을 갖는 시트를 부착한 의류에 관한 것이다.

현대사회는 전자파의 홍수라 해도 과언이 아닐 정도로 전자파에 노출되어 있다.

전자파란 전계와 자계가 상호 연동하면서 정현파 모양으로 에너지가 이동하는 현상으로서, 무선통신이나 레이더와 같은 전자기기에 유용하게 이용된다. 상기 전계는 전압에 의해 생성되고 거리가 멀어지거나 나무 등의 장애물에 의해 쉽게 차폐되는 반면에, 상기 자계는 전류에 의해 생성되고 거리에 반비례하지만 쉽게 차폐되지 않는 특성이 있다.

한편, 최근의 전자기기는 전자기기 내부 간섭원 또는 외부 간섭원에 의해 발생되는 전자파 장애(electromagnetic interference: EMI)에 민감하여, 전자파에 의해 전자기기의 오동작이 유발될 우려가 있다. 또한, 전자기기를 사용하는 사용자 역시 전자기기에서 발생되는 전자파에 의해 유해한 영향을 받을 수 있다.

이에 따라 최근에는 전자파 발생원 또는 외부에서 방사되는 전자파로부터 전자기기의 부품이나 인체를 보호하기 위한 전자파 차폐에 대한 관심이 급증하고 있다.

상기 전자파 차폐는 통상적으로 도전성 재료를 이용하며, 통상적으로 전자파를 다시 반사하거나 그라운드시켜 전자파를 차폐하게 된다. 한편, 상기 전자파는 금속플레이트 등에 의해 차폐될 수 있는데, 이와 같은 플레이트 형태의 전자파 차폐재는 신축성이 발현되기 어렵고, 한 번 제조된 후에는 다양한 형상으로 변형/복원이 쉽지 않음에 따라서 다양한 적용처에 쉽게 채용되기 어려운 문제가 있다. 특히, 금속플레이트나 금속박막과 같은 전차파 차폐재는 굴현이나 꺾임으로 인하여 크랙이 발생할 수 있어서 의복 등에 적용시 전자파 차폐성능을 온전히 발현하기 어려울 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에는 고분자 필름과 같은 경량화된 지지부재 상에 도전성 코팅층을 형성시킨 전자파 차폐재가 소개되고 있으나 지지부재 상에 코팅할 수 있는 면적의 제한에 따라서 전자파 차폐성능에 한계가 있으며, 일정두께 이상의 필름은 유연성이 부족하여 의복 등에 적용이 어렵고, 특정 형상으로 제조된 후에는 형상을 자유자재로 변형하기에 어려울 수 있으며, 형상의 변형이 가능한 경우에도 형상변형 시 피복된 전도성 코팅층에 크랙, 박리 등이 빈번하게 발생하는 문제가 있다. 이에 따라, 의복 등에 적용이 가능한 가벼우면서도 유연성이 뛰어나고 차폐 성능이 우수한 소재에 대한 요구가 대두되고 있는 실정이다.

이에 본 발명자는 상기한 바의 문제점을 해결하기 위해, 의복 등에 적용이 가능한 가벼우면서도 유연성이 뛰어나고 차폐 성능이 우수한 소재 및 이를 적용한 전자파 차폐 의류를 제공하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 은나노 페이스트가 도포된 전자파 차폐 시트, 및 상기 시트가 부착된 전자파 차폐 의류를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 전자파 차폐 시트는 고분자 수지 섬유상에 은나노 페이스트에 의한 코팅을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 은나노 페이스트는 필러로서 은나노 입자와, 바인더로서 우레탄계 수지를 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 은나노 페이스트는 1~1000nm 크기를 가지며 그 순도가 99.9% 이상인 은나노 입자가 10~30중량% 함유된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 실시예에 의하면, 상기 고분자 수지 섬유는 PVDF(폴리비닐리덴플로라이드)계 수지, PPV(폴리[p-페닐렌비닐])계 수지 및 우레탄계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 섬유형성성분으로 형성될 수 있다. 상기 섬유형성성분은 PVDF계 수지, PPV계 수지 및 우레탄계 수지를 1 : 0.43 ~ 2.35의 중량비로 포함할 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예에 의하면, 상기 고분자 수지 섬유는 나노 섬유웹일 수 있다. 상기 나노 섬유웹은 섬유형성성분, 용매 및 메탈입자를 포함하는 방사용액을 전기방사시켜서 제조될 수 있다. 상기 섬유형성성분은 PVDF계 수지, PPV계 수지 및 우레탄계 수지를 1 : 0.43 ~ 2.35의 중량비로 포함할 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예에 의하면, 상기 나노섬유는 평균직경이 150㎚ ~ 5㎛일 수 있다. 상기 나노섬유웹은 두께가 4 ~ 30㎛일 수 있고, 평량이 3.00 ~ 20.00g/㎡일 수 있다. 또한, 상기 도전성 나노섬유웹은 기공도가 30 ~ 80%일 수 있다.

본 발명에 의하면 전자파를 효과 좋게 차단할 수 있는 전자파 차폐 시트, 및 이를 적어도 일부에 적용한 전자파 차폐 의류를 얻을 수 있다.

도 1은 나노섬유를 제조하기 위한 전계방사법을 나타낸 도면이다.
도 2는 나노섬유웹의 전자현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 전자파 차폐 시트의 전자파 차폐 효과 측정 그래프이다.

이하, 본원의 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시형태를 들어 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 단계가 다른 단계와 “상에”또는 “전에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 단계가 다른 단계와 직접적 시계열적인 관계에 있는 경우 뿐만 아니라, 각 단계 후의 혼합하는 단계와 같이 두 단계의 순서에 시계열적 순서가 바뀔 수 있는 간접적 시계열적 관계에 있는 경우와 동일한 권리를 포함할 수 있다.

본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 용어 "~ (하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

최근 전자파의 위해에 대한 인식이 높아지면서, 전자파 차폐 기능을 갖는 다양한 소재에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 주로 전기전도성을 가지는 물질로써 통상적으로 전자파를 다시 반사하거나 그라운드시켜 전자파를 차폐하게 된다.

본 발명에서는 전자파 차폐를 위한 전기전도성 물질로써 은(Ag)을 이용하는 것을 특징으로 하며, 구체적으로는 은나노 페이스트를 고분자 수지 섬유상에 코팅한 섬유를 이용하는 것을 특징으로 한다.

전도성 페이스트는 통상적으로 도막 형성제(바인더)와 금속 분말을 혼합하여 제조된다. 도막 형성제로는 가교성을 이용하는 에폭시류, 아마인유, 콩기름, 옻, 동유, 합성건성유 등의 액체나 셸락, 코펄 등의 천연수지, 석회로진 등의 가공수지, 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지, 비닐수지 등의 합성수지, 니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스 유도체, 합성고무 등의 고무유도체 및 폴리비닐알코올, 카세인 등의 고체를 용제에 녹인 것이 통상적으로 사용되며, 고온에서 형성되는 전극 제조를 위한 전도성 페이스트에는 융점이 낮은 유리 분말과 유기화합물의 혼합체가 도막 형성제로 사용되기도 한다. 이러한 도막 형성제에 충분한 양의 금속 분말을 넣어 혼합하면 금속 분말의 입자들이 서로 닿아 전기를 통하는 성질을 갖는 전도성 페이스트가 만들어진다. 전도성 페이스트 제조에 통상적으로 사용되는 금속 분말의 종류에는 전기 전도도가 높은 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리 등이 있는데, 금, 은, 백금, 팔라듐은 내식성이 높고 전기를 잘 통하는 장점이 있으나 매우 고가인 단점이 있으며, 구리는 저렴하고 전기를 잘 통하는 장점이 있으나 내식성이 낮아 공기 중의 습기에 의하여 분말 입자의 표면이 쉽게 산화층으로 바뀌어 분말끼리 닿아도 전기가 잘 통하지 않게 되는 단점이 있다. 이러한 구리의 단점을 보완하기 위하여 구리 분말 입자의 표면에 은을 도금하여 사용하기도 하나 제조 원가를 상승시키므로 구리의 저렴한 장점을 잃게 된다. 지금까지의 대부분 전도성 잉크들은 주로 은을 전도성 물질로 사용하여 개발되고 있으며, 일부 개발 제품들은 카본 나노 튜브 등을 사용하고 있다. 이렇게 은을 주로 사용하는 이유는 은이 금속 중 가장 좋은 전기 전도도를 보이며, 비교적 쉽게 구할 수 있고, 카본 나노 튜브보다는 저가에 구할 수 있기 때문이다.

한편, 나노섬유는 산업 전반에 걸쳐 고성능을 발현하는 소재로서, 부직포를 이용한 필터, 전자기기들의 소형화, 고기능화, 생체조직 용도 등 나노소재의 적용이 증가하고 있으며, 기계, 화학산업 등 전통산업에서도 고기능화를 위한 나노소재의 적용이 점차 증가하고 있다. 이에 따라 고기능성 나노섬유는 앞으로 수요증가에 따른 높은 시장성장이 예상되고 있다.

나노섬유는 주로 전계방사법에 의해 제조될 수 있는데, 이 전계방사법은 1795년 Bose가 모세관 끝에 매달려있는 물방울에 고전압을 부여하면 표면장력에 의해 물방울 표면에서 미세 필라멘트가 방출되는 정전 스프레이 현상을 발견한 것으로부터 시작되었으며, 점도를 가진 고분자 용액이나 용융체에 정전기력이 주어질 경우 섬유가 형성되는 현상이다. 전계방사로 생산된 섬유의 직경은 단면적당 10개 이하의 고분자 사슬로 이루어진 굵기가 작은 섬유에서부터 통상적인 방직섬유 굵기까지 광범위한 섬유를 생산할 수 있으며, 앞으로도 나노과학이나 재료과학, 생명과학 분야에서 그 수요가 급격하게 늘어날 것으로 전망된다.

나노재료는 적어도 100 nm 이하의 치수를 갖는 것으로서, 직물용 섬유의 경우 직경이 100 nm이고 종횡비가 100 : 1 이상인 1차원의 유연성 고체상 나노재료라고 정의할 수 있다. 극세사란 사람 머리카락 굵기의 100분의 1보다 가늘게 수축, 가공한 섬유로서 microfiber라는 용어로 사용되어왔다. 최근 들어 나노소재 관련기술이 빠르게 발전함에 따라 기존 극세사보다 더욱 얇고 가는 섬유 소재가 개발되고 있으며, 최근에는 굵기가 1micrometer 이하인 섬유를 극세사의 새로운 기준으로 사용하고 있는 추세이며 이를 나노섬유라고 한다.

나노섬유 제조기술은 섬유직경이 나노크기인 섬유를 직접 제조하는 것으로 복합방사, 부직포방사 및 직접방사 등으로 제조된다. 섬유의 크기를 나노크기로 제어함으로써 기존의 기능을 크게 향상시킬 수 있고, 의류용뿐만 아니라 필터, 에너지 저장소재 및 의료용까지 그 용도를 확대하고 있다. 나노섬유란 엄밀한 의미에서 보면, 1 nm부터 100 nm의 직경을 가진 섬유를 말하나 섬유산업에서는 이러한 섬유의 용도가 극히 제한적이어서, 극세사로 칭하는 마이크로섬유(micro fiber)와의 차별화를 위하여 섬유의 직경이 1 ㎛이하인 섬유를 지칭하고 있다. 최근에 언급되고 있는 나노섬유는 일반적으로 전계방사(electrospinning)나 이를 개선한 방법으로 제조된 섬유를 말하고 있으며, 제조방법에 따라 크게 나노방사 분야와 나노구조섬유 분야로 나누어 볼 수 있다. 일반적으로 가는 섬유일수록 생산성이 낮다.

전계방사는 전하 차이를 이용하여 제조하는 방법으로 다른 방법으로는 가공할 수 없는 극세 고분자섬유를 제조할 수 있는 기술로 각광을 받고 있다. 고분자, 세라믹, 복합재료, 금속 등의 용액이나 용융물을 나노미터에서 서브미크로미터 직경을 가진 섬유를 제조할 수 있는 비교적 간단하고 쉬운 방법이다. 전계방사 장치는 수직으로 위치한 모세관 끝, 즉 방적돌기에서 고분자 용액은 중력과 표면장력 사이에 평형을 이루어 반구형 방울을 형성하며 매달려 있게 된다. 이때 전기장을 부여하면 표면장력과 반대되는 힘이 발생하여, 반구형 방울은 원추형 모양으로 늘어나게 되며, 전기장이 어느 세기 이상이 되면 표면장력을 극복하면서 하전된 고분자 용액의 젯이 테일러 콘에서 계속해서 방출된다. 전계방사 시 원추각은 약 30도이다. 보다 더 높은 전압이 걸리게 되면 변형된 방울로부터 분사가 형성된다. 이 분사물은 반대 전극 방향으로 이동하고 굵기가 얇아진다. 반대 전극으로 향하는 동안 용매가 증발되고, 높은 속도로 반대 전극으로 향함에 따라 직경이 마이크로미터에서 나노미터에 이르는 고체 섬유가 석출된다. 전계방사 장치는 아주 간단하지만, 전계의 영향 하에서의 섬유방사 메커니즘은 아주 복잡하다. 전계방사의 핵심은 매달린 방울 표면에 전하를 고정화시킴으로써 연속적인 제트(jet)를 만들어내는 것이다. 전계방사 과정은 5가지 주요 단계로 나눌 수 있다.

1) 매달린 방울의 전하 부가,

2) 콘-제트(cone-jet)의 형성,

3) 안정화 제트의 세선화,

4) 제트 안정성의 성장을 통한 나노미터 크기로 직경 감소, 그리고

5) 여러 가지 형태로의 섬유 포집이다.

불안정한 액체 필라멘트의 연신을 통해 나노미터 크기 직경의 섬유를 형성하여 고화시킨 후 포집기 상에 섬유가 쌓이게 된다. 액체 제트는 방사 및 연신 과정에서 섬유 형태를 유지시키기 위해 적절한 점탄성을 유지해야 한다. 나노섬유의 종류로는 고분자 나노섬유, 탄소 나노섬유, 및 기타 나노섬유 등이 있다.

고분자는 가장 먼저 개발된 나노섬유 소재로, 현재 가장 일반적인 나노섬유 제조법인 전계방사법의 발전과 함께 시작되었다. 1980년대 초에 Donaldson사가 세계 최초로 500 nm 이하의 전계방사 나노섬유를 제조하여 공기필터 시장에 적용하였다. 원료로는 다양한 고분자가 개발되어 있으며, 대부분의 상용 고분자를 나노섬유로서 응용할 수 있다.

탄소 나노섬유는 1952년 러시아의 Radushkevich와 Lukyanovich가 처음으로 지름 50 nm의 중공 탄소섬유를 발표한 이래, 1976년 프랑스의 Oberlin과 일본 신슈대의 Endo와 Koyama가 CVD 공정을 통한 나노단위의 탄소섬유를 개발하였다. 그 이후 미국, 일본 등에서 중요한 기술적 진보가 이루어졌다.

이밖에 기타로 다양한 소재가 응용되고 있다. 고분자와 탄소 이외에도 세라믹, 유리, 금속, 그리고 이들의 복합체가 나노섬유로 응용되고 있으며, 거의 모든 산업분야에 적용되고 있다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 따라 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 이들이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

[실시예]

1. 은나노 페이스트 제조

TPU 바인더 70중량%에 고비점 용제인 ECA(2-(2-Ethoxyethoxy)ethyl Acetate) 19중량% 및 첨가제로서 BYK사의 습윤분산제 BYK-180 1 중량%를 첨가하였다. 이후 임펠러로 1차 믹싱을 완료하고 은나노 분말 20중량%를 소량씩 투입하면서 추가로 믹싱하였다. 은나노 분말은 평균입경 20nm인 99.9% 순도의 것을 사용하였다. 상기 은나노 분말의 믹싱이 완료된 페이스트를 추가로 3롤밀로 5회 연속적으로 분산시킨 후, 볼밀로 24시간동안 안정화시켰다.

2. 차폐 시트 제조

폴리에틸렌계 섬유에 상기 은나노 페이스트를 실크스크린 인쇄법으로 약 20㎛의 두께로 인쇄하고, 오븐 건조기로 130℃에서 30분간 경화시켰다.

3. 전자파 차폐성능 시험

전자파 차폐 효과(SE)는 다음과 같이 정의된다.

SE = 10 × log(P2/P1) [dB]

여기서,

P1 = 차폐물이 있을 때의 수신 전력

P2 = 차폐물이 없을 때의 수신 전력

이다.

이에 따라, 차폐 효과는 예를 들면 10dB = 90% 차폐, 20dB = 99% 차폐, 30dB = 99.9% 차폐, 40dB = 99.99% 차폐를 의미한다.

측정기기는 Agilent 사의 Network Analyzer를 사용하였다. 측정조건은 ASTM D4935-10를 준수하여 진행되었고, 측정 주파수는 30MHz~1.5GHz 범위에 걸쳐서 측정하였다. 측정결과, 최고/최소 차폐효과는 아래와 같이 측정되었고, 구체적인 측정치 그래프는 도 3에 나타내었다.

상기 측정결과가 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 전자파 차폐시트는 30MHz~1.5GHz 범위의 전자파에 대해 45~49dB 범위의 차폐효과(99.99% 이상)를 나타내었다.

Claims (5)

1. 고분자 수지 섬유상에 은나노 페이스트에 의한 코팅을 포함하고,
   상기 은나노 페이스트는 필러로서 은나노 입자와, 바인더로서 우레탄계 수지를 함유하는 것을 특징으로 하며,
   상기 은나노 페이스트는 1~1000nm 크기를 가지며 그 순도가 99.9% 이상인 은나노 입자가 10~30중량% 함유된 것이고,
   상기 고분자 수지 섬유는 나노섬유로 형성되고 다수의 기공을 포함하는 나노섬유웹이고,
   상기 나노섬유는 평균직경이 150㎚ ~ 5㎛이고,
   상기 나노섬유웹은 두께가 4 ~ 30㎛이고, 평량이 3.00 ~ 20.00g/㎡이고, 기공도가 30 ~ 80%인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐 시트.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 고분자 수지 섬유는 PVDF(폴리비닐리덴플로라이드)계 수지, PPV(폴리[p-페닐렌비닐])계 수지 및 우레탄계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 섬유형성성분으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐 시트.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 나노섬유는 PVDF(폴리비닐리덴플로라이드)계 수지, PPV(폴리[p-페닐렌비닐])계 수지 및 우레탄계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 섬유형성성분으로 형성되고, 상기 섬유형성성분은 PVDF계 수지, PPV계 수지 및 우레탄계 수지를 1 : 0.43 ~ 2.35의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐 시트.
   
5. 제1항 내지 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 전자파 차폐 시트를 적어도 일부에 부착한 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 의류.

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