KR102362584B1 - 밀드 카본을 사용한 emp 차폐용 무기계 도료 조성물 및 이를 이용한 구조물의 emp 차폐 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀드 카본(Milled Carbon)을 함유함으로써, 40dB 이상의 EMP 차폐 성능을 발휘하게 되는 무기계 도료 조성물과, 이를 구조물에 도포하여 EMP를 효과적으로 차폐하게 되는 구조물의 EMP 차폐 방법에 관한 것이다.

Description

밀드 카본을 사용한 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물 및 이를 이용한 구조물의 EMP 차폐 방법{EMP Shield Coating Composition and EMP Shield Method of Structure using such Composition}

본 발명은 EMP(Electromagnetic Pulse/ 전자기 펄스) 차폐를 위한 무기계 도료 조성물과, 이를 이용하여 구조물을 EMP로부터 차폐시키는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 밀드 카본(Milled Carbon)을 함유함으로써, 40dB 이상의 EMP 차폐 성능을 발휘하게 되는 무기계 도료 조성물과, 이를 구조물에 도포하여 EMP를 효과적으로 차폐하게 되는 구조물의 EMP 차폐 방법에 관한 것이다.

각종 시설물이나 건물 등과 같은 구조물을 EMP로부터 차폐시키는 것이 필요한 경우가 증가하고 있다. EMP(Electromagnetic Pulse/ 전자기 펄스)는 자연적으로 또는 인위적으로 발생하는 큰 에너지로서, 낙뢰와 같은 '자연적인' EMP 뿐만 아니라, 핵폭탄이나 전자 폭탄의 폭발시 발생되는 강력한 에너지 펄스 형태의 '인공적인' EMP가 존재한다. EMP에서는 전자파와 자기파가 동시에 발생된다.

대한민국 등록특허 제10-0671000호에는 전자파 차폐 도료 조성물에 대한 종래 기술의 일예가 개시되어 있다. 종래 기술에서는 전자파와 자기파가 동시에 발생되는 EMP 보다는 전자파만을 차단하고 차폐하기 위한 도료 조성물을 제시하고 있다. 그러나 이러한 종래 기술로는 전자파와 자기파가 동시에 발생되는 EMP의 차단 및 차폐 효과를 기대하기 어렵다. EMP의 차폐를 위한 또다른 방안으로서 금속 재료를 포함하는 형태의 도료가 제시되고 있으나 이러한 방안에 대해서는 금속 재료의 분산성, 높은 밀도로 인한 재료 침강 현상 등의 문제가 제기되고 있다. 현재로는 EMP를 효과적으로 차폐할 수 있는 도료 관련 기술이 제시되고 있지 못한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-0671000호(2007. 01. 17. 공고).

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 밀드 카본(Milled Carbon)을 함유함으로써, 40dB 이상의 EMP 차폐 성능을 발휘하게 되는 무기계 도료 조성물과, 이를 구조물에 도포하여 EMP를 효과적으로 차폐하게 되는 구조물의 EMP 차폐 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 밀드 카본 5 - 15중량%; 전도성 흑연 10 - 25중량%; 카본 블랙 1 - 5중량%; 무기바인더 20 - 35중량%; 분산제 2.5 - 4.5중량%; 계면활성제 0.5 - 1.5중량%; 및 물 35 - 45중량%를 포함하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물이 제공된다.

또한 본 발명에서는 상기한 과제를 달성하기 위하여, 구조물에 대하여 EMP를 차폐하는 방법으로서, 상기한 본 발명에 따른 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물을 구조물에 도포하는 것을 특징으로 하는 구조물의 EMP 차폐 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물은 40dB 이상의 우수한 EMP 차폐 성능을 보이며 발림성이 우수하고 도장 시 갈라짐이 없을 뿐만 아니라, 우수한 전기저항 특성을 발휘한다. 특히, 본 발명에 따른 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물은 고가의 금속 조성물을 사용한 도료에 비하여 경제성 및 장기 저장성이 우수하고, EMP 차폐성능과 시공성 면에서도 매우 유리한 장점을 가지며, 건축환경기준에도 부합된다는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명의 실시예와 비교예에 대하여 측정한 EMP 차폐성능 결과를 보여주는 그래프도이다.
도 2 및 도 3은 각각 밀드 카본을 함유하지 않은 비교예1과 비교예2의 조성물을 도포한 시편이 건조되는 과정에서 발생한 갈라짐 현상을 촬영한 도면 대용 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물은, 밀드 카본 5 - 15중량%, 전도성 흑연 10 - 25중량%, 카본 블랙 1 - 5중량%, 무기바인더 20 - 35중량%, 분산제 2.5 - 4.5중량%, 계면활성제 0.5 - 1.5중량%, 및 물 35 - 45중량%를 포함하는 구성을 가진다.

밀드 카본(Milled Carbon)은 실 형태의 카본 섬유를 분말형태로 분쇄한 것, 즉 미분말 형태의 카본 섬유로서, 본 발명의 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물에서 밀드 카본은 전도성 필러재로서의 기능과 시공성 향상을 위하여 점성을 감소시키는 기능을 한다. 본 발명에서 밀드 카본은 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물의 총 중량 100중량% 중에서 5 내지 15중량%로 함유된다. 밀드 카본의 함량이 5중량% 미만이면 도료의 점성이 높아 시공성이 떨어지며 도장 후 건조 과정에서 표면 갈라짐 현상이 일어날 수 있다. 밀드 카본의 함량이 15중량%를 초과하게 되면 EMP 차폐 성능이 저하된다. 본 발명에서 특별히 바람직한 밀드 카본의 함량은 12.8중량%이다. 밀드 카본의 평균 섬유 길이는 30~120μm인 것이 바람직한데, 비표면적이 작아 점성 감소에 효과적일 수 있는 평균 길이 80~120μm인 밀드 카본을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 바람직한 밀드 카본의 물리적 특징은 아래의 표 1과 같다. 본 발명에서 밀드 카본으로는 재활용된 재생제품을 사용할 수도 있다.

본 발명에 따른 EMP 차폐용 무기계 도료에는 전도성 흑연이 포함되는데, 전도성 흑연은 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물의 총 중량 100중량% 중에서 10 내지 25중량%로 함유된다. 전도성 흑연의 함량이 10중량% 미만이면 EMP 차폐 성능이 저하되어 EMP 차폐 도료로서의 요구성능을 만족시키지 못할 수 있다. 전도성 흑연의 함량이 25중량%를 초과하게 되면 도료의 점성이 높아져 시공성이 떨어지며 바인더 혼합물이 받아들일 수 있는 레진의 양을 초과하게 되어 도장 후 표면 마감이 거칠고 바인더와 혼합하고 남은 레진의 잔량이 도장면 위로 떠서 접촉 시 묻어나는 현상이 발생할 수 있다. 본 발명에서 특별히 바람직한 전도성 흑연의 함량은 12.8중량%이다. 전도성 흑연을 밀드 카본과 혼합하여 사용함에 있어서, 전도성 흑연과 밀드 카본은 중량비로서 1:1로 포함되는 것이 가장 바람직하다. 전도성 흑연의 함량에 비해 밀드 카본의 함량이 크면 EMP 차폐 성능이 저하될 수 있다.

본 발명에서 카본 블랙은 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물의 총 중량 100중량% 중에서 1 내지 5중량%로 함유된다. 카본 블랙은 EMP 차폐용 무기계 도료에서 EMP 차폐 성능을 향상시키기보다는 주로 안료 및 증점제로서의 역할을 한다. 카본 블랙의 함량이 1중량% 미만이면 안료로서의 기능이 낮아지며, 5중량%를 초과하게 되면 도료의 점도가 높아져 시공성 저하가 발생하게 된다. 카본 블랙은 3.2중량%로 함유되는 것이 특히 바람직하다.

무기바인더는 혼합 실리케이트를 주성분으로 하는 것으로서, 본 발명에서 무기바인더는 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물의 총 중량 100중량% 중에서 20 내지 35중량%로 함유된다. 무기바인더의 함량이 20중량% 미만이면 하지면에 대한 도막의 부착성이 저하되며, 35중량%를 초과하게 되면 도료의 EMP 차폐 성능이 저하된다. 바람직한 무기바인더의 함유량은 25.5중량%이다.

본 발명에서 분산제는 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물의 총 중량 100중량% 중에서 2.5 내지 4.5중량%로 함유된다. 분산제의 함량이 2.5중량% 미만이면 전도성 흑연, 밀드 카본 및 카본 블랙이 혼합된 카본 혼합물의 분산이 잘 이루어지지 않아 도료로서의 품질이 낮아지며, 4.5중량%를 초과하게 되면 점성이 낮아져 시공이 어려워지고 EMP 차폐성능도 저하되는 현상이 발생한다. 본 발명에서는 분산제는 4.3중량%로 사용하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명에서 계면활성제는 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물의 총 중량 100중량% 중에서 0.5 내지 1.5중량%로 함유된다. 계면활성제는 소수성인 카본 블랙의 분산을 위한 용도로 사용되는데, 계면활성제의 함량이 0.5중량% 미만이면 카본 블랙이 충분히 분산되지 않아 도료의 품질 및 시공성이 낮아지고, 전도성 흑연, 밀드 카본 및 카본 블랙이 혼합된 카본 혼합물의 조직을 치밀하게 해주지 못하기 때문에 EMP 차폐 성능이 저하된다. 계면활성제의 함량이 1.5중량%를 초과하게 되면 카본 블랙을 분산시키고 남은 잔여 계면활성제로 인하여 EMP 차폐 성능이 저하되는 현상이 발생할 수 있다. 본 발명에 따른 계면활성제의 최적 함유량은 1.0중량%이다.

본 발명에 따른 구조물의 EMP 차폐 방법에서는 상기한 본 발명의 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물을 구조물의 표면에 도포하게 된다. 이를 통해서 구조물에 대하여 효과적인 EMP 차폐가 가능하게 된다.

다음에서는 본 발명의 실시예와 비교예를 설명한다. 아래의 표 2는 본 발명의 실시예와 비교예의 조성을 정리한 것이다. 도 1에는 상기한 본 발명의 실시예와 비교예에 대하여 측정한 EMP 차폐성능 결과를 보여주는 그래프도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 실시예 및 이와 대비되는 비교예에 대한 특성 평가를 위해서 실시예와 비교예 모두에 대해 JIS K 7194 및 ASTM D 4935의 규격에 따라 아크릴 시편을 제작하여 두께 평균 200 um 도막을 형성하도록 도장을 실시하고, 전기저항 및 EMP 차폐 성능을 측정하였다. 도막의 전기저항 측정은 MITSUBISHI CHEMICAL ANALYTECH사의 Loresta-GX MCP-T700 장비를 사용하였으며, JIS K 7194 법에 따라 측정하였다. EMP 차폐 성능 평가는 Keysight 사의 네트워크 분석기 E5071C 장비를 사용하였으며, ASTM D 4935 시험규격에 의해 수행하였다.

위 표 2에서 비교예1, 2의 경우는, 성분 중 액상에 해당하는 무기바인더, 분산제 및 물의 함유량이 높음에도 불구하고 흐름성이 거의 없어서, 설계된 두께로 도장된 시편을 제작하는데 상당한 어려움을 겪었으며, 특히 시편의 건조 과정에서 도장된 것의 갈라짐 현상이 심하게 발생하여 여러 번의 시편 제작 시도 끝에 간신히 시편을 제작할 수 있었다. 도 2 및 도 3은 각각 밀드 카본을 함유하지 않은 표 2의 비교예1, 2의 조성물을 각각 도포한 시편이 건조되는 과정에서 발생한 갈라짐 현상을 촬영한 도면 대용 사진이다. 도 2 및 도 3에서 알 수 있듯이, 밀드 카본을 함유하지 않은 표 2의 비교예1, 2의 조성물이 도포된 시편을 건조시킬 때, 갈라짐과 들뜸이 심하게 발생하였고, 이로 인하여 시험 시편의 제작에 상당한 어려움을 겪었다.

위의 표 2 및 도 1에 정리된 바와 같이, 본 발명에 따른 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물의 실시예1 및 실시예2는 모두 비교예1 내지 6에 비하여 매우 우수한 전기저항 성능 및 EMP 차폐 성능을 발휘하고 있음이 확인되었다.

특히, 실시예1, 2는 모두 밀드 카본과 전도성 흑연이 중량비로서 1:1로 함유된 것이고, 비교예 3 내지 6의 경우는 밀드 카본과 전도성 흑연의 중량비가 상이한 것이다. 즉, 실시예1, 2와 비교예6은 밀드 카본과 전도성 흑연을 모두 사용하고 있고, 밀드 카본과 전도성 흑연을 합한 총량이 26.0중량%라는 공통점이 있지만, 실시예1, 2는 모두 밀드 카본과 전도성 흑연이 1:1의 중량비를 가지고 있는데 반하여 비교예6의 경우는 밀드 카본과 전도성 흑연의 중량비가 1:1에 해당하지 않는다는 차이점이 있는 것이다. 그런데 실시예1, 2와 비교예6은 EMP 및 전자파 차폐성능에서 큰 차이를 보인다. 실시예1, 2와 비교예6은 모두 밀드 카본과 전도성 흑연을 합한 총량이 26.0중량%로서 동일함에도 불구하고, 밀드 카본과 전도성 흑연의 중량비가 1:1인 본 발명의 실시예1,2는 모두 EMP 및 전자파 차폐성능에서 비교예4에 비하여 약 10dB 정도 더 높은 수치를 보이고 있는 것이다. 이러한 결과는 밀드 카본과 전도성 흑연이 1:1의 중량비로 함유되는 것이 높은 EMP 및 전자파 차폐성능을 발휘하는데 매우 바람직한 것임을 확인시켜준다.

한편, EMP 차폐용 무기계 도료 조성물에서 발림성과 도장시 갈라짐 발생여부는 모두 시공성과 관련이 있는 물리적 성능으로서 이는 도료 조성물을 시공한 후 부착 상태의 유지 성능을 좌우하게 된다. 위의 표 2에 정리된 바와 같이, 도료 조성물 시공 후의 부착 강도 측정치에 있어서, 밀드 카본을 사용하지 않고 전도성 흑연만을 단독으로 사용한 비교예1, 2 및 밀드 카본과 전도성 흑연의 함유량이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예3 내지 6의 경우보다, 본 발명에서 정한 함유량으로 밀드 카본과 전도성 흑연을 포함하는 실시예1, 2가 약 2~4배의 높은 부착 강도를 보이는 것으로 검증되었다.

이와 같이, 본 발명에 따른 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물은 40dB 이상의 우수한 EMP 차폐 성능을 보이며, 발림성이 우수하고, 도장 시 갈라짐이 없을 뿐만 아니라, 우수한 전기저항 특성을 발휘한다. 특히, 본 발명에 따른 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물은 고가의 금속 조성물을 사용한 도료에 비하여 경제성, 장기 저장성이 우수하고, EMP 차폐성능, 시공성 면에서도 매우 유리한 장점을 가지며, 건축환경기준에도 부합된다는 장점을 가진다.

Claims (4)

1. 밀드 카본 12.8중량%;
   전도성 흑연 12.8중량%;
   카본 블랙 3.2중량%;
   무기바인더 25.5중량%;
   분산제 4.3중량%;
   계면활성제 1중량%; 및
   물 40.4중량%를 포함하여,
   전도성 흑연과 밀드 카본은 중량비 1:1로 포함되는 구성을 가지며;
   밀드 카본의 평균 섬유 길이는 80~120μm이고, 밀드 카본의 밀도는 0.22~0.28g/ml 이며, 밀드 카본의 필라멘트 직경은 7μm인 것을 특징으로 하는 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 구조물에 대하여 EMP를 차폐하는 방법으로서,
   청구항 1에 따른 EMP 차폐용 무기계 도료 조성물을 구조물에 도포하는 것을 특징으로 하는 구조물의 EMP 차폐 방법.

Images