KR20030028859A - 전자파 흡수용 시멘트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트계 접착재, 입자상 도전성 부가물질 및 탄소섬유를 함유하는 전자파 흡수용 시멘트 조성물에 관한 것으로, 본 조성물은 50KHz에서 3GHz이상의 광대역에서 99% 이상의 전자파 차폐능을 갖는 특징이 있다.

Description

전자파 흡수용 시멘트 조성물{The cement compositions for absorbing electromagnetic waves}

본 발명은 시멘트계 결합재, 전도성 부가물질, 자성체 및 물을 포함하고 있는 전자파 흡수용 시멘트 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시멘트계 결합재에 도전성 및 자성을 띠는 부가 물질을 적절히 배합하여 목적으로 하는 주파수 범위에서 차단층의 두께가 얇으면서도 우수한 전자파 차폐기능을 갖고 또한 작업성, 강도, 내구성 등이 우수한 전자파 흡수용 시멘트 조성물에 관한 것이다. 상기의 전자파 흡수용 시멘트 조성물에 의해 건축물의 벽면에 직접 도포하거나, 조립식 패널의 형태 및 기건축물에 부착하는 내·외장용 재료로서 이용함으로써, 전자파 매개공간을 통한 노이즈의 제거, EMI로 인한 문제의 최소화뿐만 아니라 발생되는 전자파, 수맥파로부터 인체를 보호할 수 있는 기능을 갖는 전자파 흡수용 시멘트 조성물이다.

정보통신 기술의 눈부신 발달에 따라 이용도 및 디지털 기기의 사용이 계속 확산되어 왔으며 이에 따라 전자파 환경이 현저하게 악화되어 이른바 전파공해에 사회적 관심을 끌고 있다. 더욱이 다양화, 고도화되고 있는 정보화 시대에 부응하고 증가 일로에 있는 전자기기의 정밀한 동작을 위하여 전파를 이용할 경우 신뢰성을 보장하기 위하여 불요 전자파의 반사방지 등과 같은 대책이 요구되고 있다.

또한 현대사회에서 특히 중요시되고 있는 것이 유해전자파 환경에서 인체의 보호 기능의 강화이다. 그 중의 하나가 일반 건축물 및 아파트 등의 지하 수맥에서 발생하는 저주파의 수맥파가 인체에 심각한 영향을 불러일으킨다.

따라서 각종 전자기기의 정밀도를 높이는 것뿐만 아니라, 유해 전자파로부터 우리의 건강을 보호하기 위해서도 광대역의 전자파 흡수체의 개발은 중요하다.

전자파 흡수체로 사용될 수 있는 재료로는 전자 에너지를 유효하게 감쇠 시킬 수 있는 전기, 자기손실이 큰 것이 요망된다. 전자에너지 손실 기구로서는 ohm손실, 유전손실, 자기손실 등이 있다.

일반적으로 전자파 흡수체로서 각광을 받고 있는 것은 자성손실재이다. 페라이트라고 불리우는 자성체는 고주파 영역에서 복소투자율의 완화현상을 나타내며 특히 단위 투자율당 손실(tanδ= μ"/μ')이 매우 커서 손실재료로서 적합하나, 보소투자율의 완화 현상이 비교적 좁은 주파수 대역에서 발생하기 때문에 광대역 흡수체로서는 적합하지 않을 뿐만 아니라 수맥파등의 저주파를 흡수하기는 부적절한 재료이다. 또한 일반 건축물의 내·외장용으로 사용하기에는 경제성뿐만 아니라 시공성에 적합하지 않다.

유전손실재료의 대표적인 것은 마이크로파 영역에서 복소유전율의 완화현상을 보이는 BaTiO₃와 같은 강 유전체이다. 그러나 이 경우 완화현상에 따른 단위유전율당 손실(tanδ=ε"/ε')이 작아서 손실재료로서의 사용에 제한이 따른다.

또 다른 전자파 흡수체로 작용하는 재료로는 오옴(ohm) 손실재이다. 발포우레탄이나 발포스티로폼에 카본 또는 카본혼합체를 코팅시켜 제조하는 것이 있다. 그러나 이것은 경량이며 광대역에서 전자파 흡수특성을 발휘하는 등의 특성 장점이 있지만, 시공상의 문제, 사용범위의 제한, 그리고 두께가 두껍다는 단점이 있다. 최근에는 시멘트계를 접착재료로 사용하여 도전성 부가물질로 카본등을 첨가한 전자파 흡수체가 보고되고 있지만, 대부분 2dB이하의 낮은 흡수능을 가지고 있을 뿐만 아니라 카본섬유 첨가의 과다로 작업성에 문제점을 가지고 있다. 또한 내·외장용으로 만족할 수 있는 기계적, 물리적인 특성에 대한 데이터는 없다.

또한 종래의 카본분말, 인조흑연 및 기타 분말형 탄소재료를 첨가하는 경우에는 충분한 ohm손실재로의 작용이 없을 뿐만 아니라, 전자파 흡수체로 제조시, 강도, 수축율, 균열들의 기계적 물성이 떨어져 실제의 응용에는 어려움이 있었다. 또한 섬유형 탄소재료만을 사용하는 경우, 도전성 물질 없이는 다량 첨가해야만 목적으로 하는 특성을 얻을 수 있어 작업성에 큰 문제점을 안고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반문제점을 감안하여 대량의 제조가 가능하고 또한 50KHz에서 3GHz이상의 광대역에서 99%이상의 전자파 흡수능을 가지며, 내·외장용으로 적합한 기계적 물성을 제공할 수 있는 전자파 흡수용 시멘트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 연구에서 본 발명자는 전도성 또는 자성 부가물질(이하, "도전성 부가물질"이라 통칭한다.)과 섬유형 탄소재료를 시멘트계 접착재와 적절히 조합하여 목적하는 전자파 차폐기능을 갖는 시멘트 조성물을 개발할 수 있게 되었다.

도 1 내지 도 5는 각각 본 발명의 실시예 1 내지 5의 전자파 흡수용 시멘트 조성물들의 전자파 차폐 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프들이다.

본 발명에 의하면 시멘트 조성물에 있어서, 시멘트계 접착재 100중량부당 코크스, 자철광(Magnetite), 동슬래그, 소성 페라이트 입자 또는 이들중 2종 이상의 혼합물로부터 선택되는 입자상 도전성 부가물질 50∼400 중량부(모래 포함); 및 탄소섬유 0.5∼2.0 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수용 시멘트 조성물이 제공된다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 ohm손실재를 이용한 복합 전자파 흡수용 무기물 조성에 관한 것으로, 본 조성물은 도전성 부가물질로 입자형의 코크스, 자철광, 동슬래그 및/또는 소성페라이트 입자를 사용하고 소량의 카본섬유 첨가로 충분한 전자파 흡수능을 갖고 또한 우수한 시공성 및 기계적 특성을 갖는 것으로 내·외장용 및 바닥용 모르타르를 제조하는데 유용한 특징을 가지고 있다.

본 발명의 전자파 흡수용 시멘트 조성물의 결합재로 사용되는 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트, 중용열 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 초조강 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트, 플라이애쉬 시멘트, 알루미나 시멘트, 백시멘트, 초속경 시멘트, 팽창시멘트 또는 고강도 시멘트를 사용할 수 있다.

본 조성물의 ohm손실재로 도전성을 부여하기 위한 도전성 부가물질로 입자형의 코크스, 자철광, 동슬래그 및/또는 소성 페라이트 입자는 시멘트계 접착재 100중량부당 50∼400 중량부가 적당하다. 특히, 도전성 부가물질로는 시멘트계 접착재 100중량부당 0.1∼2.5mm, 보다 바람직하게 0.3∼1.18mm의 입자형 코크스 또는 동슬래그(Cu-Slag)를 50∼200 중량부 사용하거나, 또는 시멘트계 접착재 100중량부당 0.1∼2.5mm의 소성 페라이트 입자 50∼100 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

코크스 및 동슬래그를 50 중량부 미만 첨가 시에는 목적으로 하는 주파수 범위에서 20dB이상의 감쇄량을 보이기 위해서는 카본섬유의 첨가량이 증가하게 되어 혼합성능이 좋지 않아 작업성능이 떨어지게 되고, 200 중량부 보다 많이 첨가하면 강도특성이 떨어져 실용면에서 문제점으로 작용할 수 있다. 소성페라이트의 경우 분말을 사용하면 시멘트계 광물과의 접착성이 떨어지게 된다. 또한 입자형 페라이트의 경우에도 50 중량부 이하에서는 목적으로 하는 전자파 흡수능을 발휘하지 못하고, 100중량부 이상에서는 기계적인 강도가 떨어진다. 소성 페라이트 입자는 페라이트 공장에서 폐기물로서 발생하는 Ni-Zn, Mn-Zn계 폐 소성 페라이트 입자를 사용하는 것이 유리하다.

그리고 도전성 부가물질로서 0.1mm 이하의 분말을 사용하게 되면 목적으로 하는 작업성을 얻기 위해서는 물량이 많아지기 때문에 강도 특성이 나빠지고, 또한 전자파 차폐능이 현격히 떨어져 전 주파수 범위에서 2dB정도의 미세한 감쇄능만 보이게 된다. 또한 2.5mm이상의 입자를 사용할 경우에는 작업성이 떨어짐과 동시에, 강도가 저하된다는 문제점이 있다. 따라서 도전성 부가물질의 입자크기는 0.1∼2.5mm 사이가 분포를 갖는 것이 적당하다.

자철광 및 폐 소성페라이트는 저항율이 0.1 Ωㆍm 이하이며, 초기투자율이 100 이상인 것이 바람직하다.

본 조성물에 있어서, 도전성 부가물질과 함께 사용하는 탄소섬유로는 팬(PAN)계 탄소섬유, 피치(Pitch)계 탄소섬유, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 탄소섬유의 경우에는 길이 1∼40mm, 보다 바람직하게 2∼20mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 탄소섬유의 길이가 너무 짧으면 네트워킹에 의한 ohm손실재료로서의 기능이 약해질 뿐만 아니라 강도 보강효과도 저하된다. 섬유형 탄소재료의 길이가 너무 길면 재료 혼합시 분산성이 나빠져 작업성에 문제점이 생겨 바람직하지 않다. 그리고 탄소섬유의 첨가량은 0.5∼2.0중량부가 바람직하다. 0.5중량부 미만일 경우에는 충분한 ohm손실재로서의 작용이 약해질 뿐만 아니라 강도개선 효과도 미비하게 작용한다. 탄소섬유를 2.0중량부 이상 첨가를 하면 전자파 흡수기능은 유지할 수 있으나, 탄소섬유의 과량 첨가로 입자의 분산성의 문제가 있어 작업성이 나빠진다.

한편, 본 발명에 따른 전자파 흡수성 복합물의 충전율을 높여 강도를 증진시키고, 시멘트계 결합재의 응결시간을 촉진시키기 위하여 응결촉진제를 사용할 수 있다. 응결촉진제로는 탄산나트륨, 탄산수소리튬, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨 중에서 선택된 일종 이상의 혼합물을 결합재 100 중량부에 대해서 0.5∼5 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

그리고 실제 작업을 원활하게 하기 위하여 입자의 분산성을 유지시켜 유동성을 부여하는 유동화제를 첨가할 수 있다. 이러한 유동화제로는 멜라닌계. 나프탈렌계, 리그닌계 그리고 폴리칼본산계 유동화제 등을 사용할 수 있고, 시멘트계 결합재 100중량부당 0.5∼2.0 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명의 전자파 흡수용 시멘트 조성물로 성형체를 제조하는 경우 조성물 100 중량부당 배합수 30~60 중량부를 혼합하여 제조하는 것이 바람직하며, 이러한 성형체는 50kHz에서 3GHz의 광대역 주파수 대역에서 99% 이상의 전자파 차폐 성능을 나타낸다.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로 본 발명이 실시예에 한정된 것은 아니다.

[실시예 1]

보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대해서 입자형 코크스를 50∼200 중량부 첨가하고 PAN계 탄소섬유를 1중량부 첨가한 시멘트 조성물의 전자파 차폐 특성을 ASTM4935에 의거 측정하여 그 결과를 도 1의 그래프에 나타내었다.

[실시예 2]

보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대해서 입자형 코크스를 100 중량부 첨가하고 PAN계 탄소섬유를 0.5∼2중량부 첨가한 시멘트 조성물의 전자파 차폐 특성을 ASTM4935에 의거 측정하여 그 결과를 도 2의 그래프에 나타내었다.

[실시예 3]

보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대해서 입자형 동슬래그를 50∼200 중량부 첨가하고 PAN계 탄소섬유를 1중량부 첨가한 시멘트 조성물의 전자파 차폐 특성을 ASTM4935에 의거 측정하여 그 결과를 도 3의 그래프에 나타내었다.

[실시예 4]

보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대해서 입자형 동슬래그를 100 중량부 첨가하고 PAN계 탄소섬유를 0.5∼2중량부 첨가한 시멘트 조성물의 전자파 차폐 특성을 ASTM4935에 의거 측정하여 그 결과를 도 4의 그래프에 나타내었다.

[실시예 5]

보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대해서 입자형 소성 페라이트를 50∼100 중량부 첨가하고 PAN계 탄소섬유를 1중량부 첨가한 시멘트 조성물의 전자파 차폐 특성을 ASTM4935에 의거 측정하여 그 결과를 도 5의 그래프에 나타내었다.

상기한 실시예들의 실험결과를 나타낸 도 1 내지 도 5의 그래프들로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 조성물은 50KHz∼3GHz의 광대역 주파수 범위에서 99%이상의 전자파 흡수능을 가질 뿐만아니라 차단층의 두께가 얇으면서도 우수한 전자파 차폐기능을 갖고, 시공성, 작업성, 강도, 내구성 등이 우수한 특징이 있으며, 또한 본 조성물은 기존의 일반적인 전자파 차폐물에 비하여 대량으로 제조가 가능하여 경제적으로도 큰 이점이 있고, 건축물의 벽면에 직접 도포하거나, 조립식 패널의 형태 및 기건축물에 부착하는 내·외장용 재료로서 이용함으로써, 전자파 매개공간을 통한 노이즈의 제거, EMI로 인한 문제의 최소화뿐만 아니라 발생되는 전자파, 수맥파로부터 인체를 보호할 수 있는 기능을 갖는다.

Claims (5)

1. 시멘트 조성물에 있어서, 시멘트계 접착재 100중량부당 코크스, 자철광(Magnetite), 동슬래그, 소성 페라이트 입자 또는 이들중 2종 이상의 혼합물로부터 선택되는 입자상 도전성 부가물질 50∼400 중량부(모래 포함); 및 탄소섬유 0.5∼2.0 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수용 시멘트 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 도전성 부가물질의 입자크기가 0.1∼2.5mm인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수용 시멘트 조성물.
3. 제 1항에 있어서, 상기 자철광 및 폐 소성페라이트는 저항율이 0.1 Ωㆍm 이하이며, 초기투자율이 100 이상인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수용 시멘트 조성물.
4. 제 1항에 있어서, 상기 탄소섬유는 길이가 1∼40mm이고, 팬(PAN)계 탄소섬유, 피치계 탄소섬유 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수용 시멘트 조성물.
5. 상기 청구항 1 기재의 전자파 흡수용 시멘트 조성물 100 중량부와 배합수 30∼60 중량부를 혼합하여 제조되며, 50kHz에서 3GHz 의 광대역 주파수 대역에서 99% 이상의 전자파 차폐 성능을 갖는 것을 특징으로 하는 성형체.