KR200336954Y1 - 저주파 자기장의 차폐 기능을 갖는 벽지 - Google Patents

Abstract

본 고안은 외부로부터 미치는 저주파 자기장으로부터 건물 내부에서 생활하는 사람을 보다 안전하게 보호할 수 있도록 해주는 벽지를 마련하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 저주파 자기장의 차폐 기능을 갖는 벽지는 저주파 자기장의 차폐 효과가 우수한 퍼멀로이 또는 급속응고 합금으로 된 금속필름층의 양면에 벽지원단층이 접착된다. 상기 퍼멀로이는 300 ∼ 600 가우스의 자기장과 600 ∼ 1100℃의 온도에서, 상기 급속응고 합금은 100 ∼ 600 가우스의 자기장과 300 ∼ 500℃의 온도에서 각각 1 ∼ 2시간 동안 자장 열처리되는 것이 바람직하다.

Description

저주파 자기장의 차폐 기능을 갖는 벽지{Wall paper with layer for shielding low frequency magnetic field}

본 고안은 저주파 자기장의 차폐 기능을 갖는 벽지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건물의 내장재로 사용되는 벽지 내에 저주파 자기장의 차폐 효과가 우수한 금속필름층을 접착함으로써 전자파 중 인체에 특히 유해한 것으로 알려진 저주파 자기장(50 ~ 60Hz)을 효과적으로 차폐할 수 있는 벽지에 관한 것이다.

전자파 차폐(electromagnetic shielding) 기술은 공간의 어떤 부분을 전기적도체로 둘러싸고 내부에 있는 인체나 전기기기 등에 외부로부터 전자기장의 영향이 미치지 않도록 하거나, 반대로 내부에서 발생한 전자기장의 영향이 외부에 미치지 않도록 하는 것을 말한다.

전자파 차폐재에 의한 전자파 감쇠의 원리를 도1을 참조하여 간단히 설명한다. 전자파 감쇠의 원리는 크게 두 가지로 나뉘는데 하나는 공기층과 차폐 재료간의 임피던스 부정합으로 인해 전자파가 재료의 표면에서 반사되어 생기는 반사손실(Reflection loss, R)이며, 다른 하나는 전자파가 차폐 재료를 통과하면서 저항성 손실에 의해 열로 발산하는 흡수손실(Absorption loss, A)이다.

전자파의 차폐는 전기장 차폐와 자기장 차폐로 나뉘어진다. 전기장 차폐는 전도성이 높은 금속재료를 이용하여 이루어지는데, 저주파 영역에서는 반사손실이 커서 높은 차폐효과를 나타내며 주파수가 증가함에 따라 반사손실이 줄어드는 반면 흡수손실이 크게 증가하여 고주파 영역에서도 높은 차폐효과를 가진다. 반면, 자기장 차폐는 고투자율의 금속재료를 이용하여 이루어지는데, 고주파 영역에서는 높은 흡수손실로 인해 차폐 효과가 크나 저주파 영역에서는 반사손실과 흡수손실이 모두 낮아 차폐 효과가 작다. 따라서, 50 ~ 60Hz 대의 저주파 자기장은 쉽게 차폐되기 어렵고, 높은 차폐를 얻기 위해서는 두꺼운 고투자율 재료를 사용하여 흡수손실을 증가시켜야 한다.

저주파 자기장이 인체에 미치는 유해한 영향에 대해서는 다양한 연구 결과가 보고되고 있는 바, 인체에 전자파가 흡수되면 그 전자에너지로 인해 인체의 온도가 상승하여 조직이 손상되거나 기능이 저하되기 때문에 골수 백혈병, 뇌암, 유방암,기형아 출산 등의 발병율을 상승시키는 주요 원인이 되는 것으로 알려져 있다.

따라서, 최근 저주파 자기장의 차폐에 대한 관심이 높아지고 있으며, 텔레비전, 라디오, 세탁기, 전기침구, 전기스탠드 등 우리가 일상적으로 사용하고 있는 대부분의 가전제품은 이러한 저주파수대 자기장을 발생시키고 있어 정부에서도 EMI(Electro-magnetic interference)에 대한 규제를 강화하는 등 해당 제품에 대한 규격승인을 더욱 엄격히 하고 있다. 그러나, 이러한 규제는 컴퓨터, 가전기기 등과 같은 전기·전자제품에 주로 적용되는 있어 주택, 사무실, 공장 등과 같이 사람이 생활하는 공간 전체에 대한 전자파 안전 대책은 미흡한 실정이다.

예를 들어, 고전압 송전선이 지나가는 송전탑 가까이에 지어진 주택이나, 고전력이 사용되는 대형빌딩 내에 마련된 사무실에 있어서는 외부에서 발생한 저주파 자기장이 주택이나 사무실 전체에 미치는 바, 이를 차폐하기 위해서는 건물 내부에 저주파 자기장의 차폐효과가 우수한 내장재 특히 벽지 등을 설치하는 것이 바람직하다.

이러한 목적으로 사용되는 종래의 전자파 차폐 기능을 갖는 벽지는 대한민국 공개특허 제2003-47972호에 기재되어 있는 바와 같이, 직포나 코팅종이로 된 배면지의 표면에 전도성이 높은 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 은(Ag) 등을 도금하여 전자파를 차폐하는 것이다. 그러나, 전도성이 높은 금속재료는 전기장의 차폐효과는 우수하나 자기장 특히 인체에 유해한 것으로 알려진 저주파 자기장의 차폐효과가 미흡하므로, 외부 전자파로부터 인체를 실질적으로 보호해주지 못하는 문제점이 있었다.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 전자파 중에서 인체에 특히 해로운 저주파 자기장에 대한 차폐효과가 우수한 퍼멀로이(permalloy) 또는 급속응고 합금으로 된 금속필름층을 벽지 내에 삽입함으로써, 주거 공간 내의 전자파 차폐효과를 실질적으로 향상시킨 벽지를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 본 고안의 벽지에 의하면 외부로부터 미치는 저주파 자기장으로부터 건물 내부에서 생활하는 사람을 보다 안전하게 보호할 수 있다.

도1은 전자파 차폐 원리를 도시한 도면.

도2는 본 고안에 따른 벽지의 일 실시예를 도시한 도면.

도3은 본 고안에 따른 벽지의 또 다른 실시예를 도시한 도면.

도4는 본 고안에 따른 벽지의 저주파 자기장 차폐 효과를 나타낸 그래프.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10: 금속필름층 20: 벽지원단층

30: 고분자필름층

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 저주파 자기장의 차폐 기능을 갖는 벽지는 저주파 자기장을 차폐하는 퍼멀로이 또는 급속응고 합금으로 구성된 금속필름층의 양면에 벽지원단층이 접착된다.

상기 퍼멀로이는 300 ∼ 600 가우스의 자기장과 600 ∼ 1100℃의 온도에서, 상기 급속응고 합금은 100 ∼ 600 가우스의 자기장과 300 ∼ 500℃의 온도에서 각각 1 ∼ 2시간 동안 자장 열처리되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 벽지원단층 상에는 고분자필름층, 직물층, 세라믹층 중 어느 한 개 또는 두 개 이상의 층이 더 접착된다.

이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 고안에 따른 바람직한 일 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도2는 본 고안에 따른 벽지의 가장 간단한 형태를 도시한 것으로, 저주파 자기장에 대한 차폐효과가 우수한 금속재료로 구성된 금속필름층(10)과, 이 금속필름층(10)의 양면에 접착된 벽지원단층(20)으로 이루어진다.

상기 금속필름층(10)은 5 ∼ 50㎛의 두께를 가진 퍼멀로이 또는 급속응고 합금으로 구성된다.

상기 퍼멀로이는 보통 니켈 78.5 %와 철 21.5 %으로 된 고투자율 이원합금(二元合金)의 상품명으로 78퍼멀로이라고 하기도 한다. 최근에는 이것을 개량한 니켈 75 ∼ 90%, 니켈 30 ∼ 50% 등의 여러 종류가 있고, 때로는 크롬 ·몰리브덴 ·티탄을 첨가하여 제조된다. 적당한 열처리를 하면 높은 자기 투과도를 나타내기도 한다.

상기 급속응고 합금은 용융합금이 10⁴∼ 10⁶K/sec의 빠른 냉각속도로 응고되어 초세립 결정 또는 비정질상의 미세조직을 가지는 합금을 말한다. 상기 용융합금은 철(Fe)-계, 코발트(Co)-계, 니켈(Ni)-계 등이 있으며 주로 Fe-Si의 합금이 사용된다. 이들 급속응고 합금을 제조하기 위해 주로 사용되는 방법으로 싱글 롤(single roll)법이 있다. 이 방법은 회전하는 롤 상에 용융합금을 분사하여 연속적인 리본형 합금을 제조하는 것으로 초기에는 둥근 형태의 노즐을 사용하여 폭이 3mm 이상인 리본을 만들 수 없었으나, 슬릿(slit) 노즐을 이용하는 방법(planar flow casting, PFC)이 개발되어 폭 10㎝의 리본을 제조할 수 있게 되고 슬릿 노즐을 일렬로 배열시키면 폭이 수십 ㎝인 리본도 만들 수게 되었다. 이렇게 제조된 급속응고 합금은 초세립 결정 또는 비정질상의 미세조직을 가지므로 결정 자기이방성(crystal magnetic anisotropy)이 존재하지 않아 높은 투자율을 나타내고 연자성(soft magnetic)을 띠는 등 우수한 자기적 성질을 가진다.

이와 같이, 상기 퍼멀로이와 급속응고 합금은 우수한 자기적 성질을 가지므로 각종 변압기의 철심, 고주파용 코어(core), 센서, 필터 및 자기헤드의 재료로 많이 연구되어왔다. 고안자는 상기 퍼멀로이 및 급속응고 합금의 자기적 성질에 대하여 여러 번의 실험을 수행한 결과 상기 금속재료가 자기장 차폐효과 특히 인체에 유해한 50 ∼ 60Hz의 저주파 자기장에 대한 차폐효과가 매우 우수하다는 것을 발견하였다. 이는 각각 50㎛, 28㎛의 두께를 가진 퍼멀로이 및 급속응고 합금과 종래의 건축용 차폐재로 사용되던 니켈, 구리, 은과 같은 높은 전도성의 금속재료와의 차폐능을 나타낸 도4를 보면 알 수 있다.

차폐능(Shielding Effectiveness, SE)은 각 재료의 차폐효과를 수치로 정량화한 것으로 다음과 같이 계산된다.

차폐능(dB) = 20log(입사 자기장 세기/투과 자기장 세기) ----- (1)

상기 (1)식에 의해 구해진 각 차폐재료의 차폐능을 도4를 참조로 비교해보면, 본 고안에서 차폐하고자 하는 50 ∼ 60Hz의 저주파 영역에서 퍼멀로이는 30dB, 급속응고 합금은 10dB의 차폐능을 나타내 2dB 밖에 안 되는 종래의 건축용 차폐재보다 훨씬 우수한 차폐효과를 나타내었다. 주파수가 증가하게 되면 급속응고 합금은 비교적 안정적인 차폐능을 유지하나 퍼멀로이의 경우에는 소정의 주파수 구간에서 차폐능이 급격하게 감소되었다. 그러나, 우리가 목적으로 하는 저주파 영역(50 ∼ 60Hz)에서는 퍼멀로이, 급속응고 합금 모두 우수한 차폐능을 안정적으로 나타내고 있음을 알 수 있다.

금속재료의 투자율이 높을수록 자기장의 자폐효과가 향상되기 때문에 상기 퍼멀로이 및 급속응고 합금을 특정한 자장 열처리를 하여 투자율을 더욱 향상시킬 수도 있다.

퍼멀로이의 자장 열처리는 300 ∼ 600 가우스(Gauss)의 자기장 내에서 600 ∼ 1100℃의 온도로 1 ∼ 2시간 행한다. 상기 자기장의 세기가 300 가우스 미만이 경우에는 자화의 효과가 나타나지 아니하고 600 가우스를 초과하더라도 자화가 포화상태에 이르러 더 이상 증가되지 않는다. 열처리 온도가 300℃가 되면 급격한 투자율의 증가를 보이다가 1100℃에 이르면 포화되는 경향을 보이므로, 온도를 1100℃보다 높게 하는 것은 처리비용의 증가만을 가져온다. 열처리 시간은 1시간 미만의 경우에는 원자의 자기 모멘트가 정렬되기 위해 필요한 충분한 시간을 확보할 수 없어 완전히 자화되지 않으며 2시간을 초과하면 자화가 포화된다.

급속응고 합금의 자장 열처리는 100 ∼ 600 가우스의 자기장 내에서 300 ∼ 500℃의 온도로 1 ∼ 2시간 행한다. 급속응고 합금의 자화는 자기장의 세기가 100 가우스 이상일 때부터 급격히 증가하기 시작하여 600 가우스가 되면 포화상태가 된다. 열처리 온도가 300℃가 되면 투자율의 증가하기 시작하나 500℃를 초과하면 급격하게 결정화가 진행되어 매우 큰 취성을 나타내기 때문에 열처리 온도를 500℃ 이하로 유지하는 것이 바람직하다. 열처리 시간은 상기 퍼멀로이와 마찬가지로 1시간 미만의 경우에는 원자의 자기 모멘트가 정렬되기 위해 필요한 충분한 시간을 확보할 수 없으며 2시간을 초과하면 자화가 포화된다.

본 고안자는 이러한 (자장 열처리된) 퍼멀로이 또는 급속응고 합금을 5 ∼ 50㎛ 두께의 필름 형태로 제조하여 이를 기존의 벽지에 접착시킴으로써 저주파 자기장의 자폐 기능을 갖는 벽지를 제조하였다. 상기 금속필름의 두께가 5㎛보다 작은 경우에는 가공이 어려울 뿐만 아니라 흡수손실이 너무 작아 유효한 차폐효과를 나타내지 못하며, 50㎛를 초과하는 경우에는 벽지 전체의 부피 및 무게가 너무 증가하여 보관 및 사용이 불편할 뿐만 아니라, 퍼멀로이와 같은 고가의 합금을 다량 사용함으로써 생산단가가 높아진다.

한편, 도2에서 저주파 자기장의 차폐효과가 우수한 퍼멀로이 또는 급속응고 합금으로 된 금속필름층(10)의 양면에 접착되는 벽지원단층(20)은 일반 벽지에서와 같이 종이 또는 부직포 등으로 구성된다. 이 벽지원단층(20)은 여러 겹의 종이 또는 부직포가 압착되어 합지로 구성되므로 잘 찢어지지 않는다. 이 벽지원단층(20)은 두 층으로 상기 금속필름층(10)을 양면에서 감싸도록 접착되어 금속필름층(10)이 외부로 노출되지 않도록 해준다. 따라서, 본 고안에 따른 벽지는 종래의 벽지와 동일한 질감과 미감을 제공할 수 있다.

도3은 본 고안에 따른 벽지의 또 다른 일 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 도2에 도시된 벽지원단층(20) 상에 고분자필름층(30)이 더 접착된다. 이 고분자필름층(30)은 염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 등으로 이루어지며 벽지의 문양이 인쇄되는 인쇄층으로 사용된다. 이렇게 구성된 벽지를 일반적으로 실크벽지(PVC 벽지라고도 함)라고 하는데, 이 실크벽지는 고분자필름층(30)과 벽지원단층(20)이 박리되므로 재시공이 용이하며 오염이 묻었을 경우 물걸레로 닦으면 쉽게 지워지는 장점이 있어 가장 널리 사용된다.

한편, 본 고안에 따른 저주파 자기장의 차폐 기능을 갖는 금속필름층(20)은 상기 고분자필름층(30) 대신 직물층이 접착되어 보온성이나 방음성을 향상시킨 직물벽지나 황토 또는 세라믹층이 접착되어 자외선 방사 효과를 나타내는 세라믹 벽지 등에도 모두 적용될 수 있다.

이상에서와 같이 본 고안은 상기한 몇몇 실시예에 의해서 설명되었지만, 본 고안의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하며 저주파 자기장 차폐 기능을 가진 금속필름층과 벽지원단층, 고분자필름층, 직물층, 세라믹층 등이 그 목적에 따라 가감되어 한 개 또는 두 개 이상의 층으로 접착되는 다층 구조의 모든 변형 및 수정예를 포함한다 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 저주파 자기장의 차폐 기능을 갖는 벽지에 의하면, 주택, 사무실 및 작업실의 내벽에 상기 벽지를 부착하는 것만으로 인체에 특히 유해한 저주파 자기장을 실질적으로 차폐할 수 있어 자기장으로 인한 질병을 예방하는데 크게 기여할 수 있다.

Claims (5)

1. 저주파 자기장를 차폐하는 퍼멀로이가 5 ~ 50㎛의 두께로 된 금속필름층(10)의 양면에 벽지원단층(20)이 접착된 것을 특징으로 하는 저주파 자기장의 차폐 기능을 갖는 벽지.
2. 저주파 자기장를 차폐하는 급속응고 합금이 5 ~ 50㎛의 두께로 된 금속필름층(10)의 양면에 벽지원단층(20)이 접착된 것을 특징으로 하는 저주파 자기장의 차폐 기능을 갖는 벽지.
3. 제1항에 있어서, 상기 퍼멀로이는 300 ∼ 600 가우스의 자기장과 600 ∼ 1100℃의 온도에서 1 ∼ 2시간 동안 자장 열처리된 것을 특징으로 하는 저주파 자기장의 차폐 기능을 갖는 벽지.
4. 제2항에 있어서, 상기 급속응고 합금은 100 ∼ 600 가우스의 자기장과 300 ∼ 500℃의 온도에서 각각 1 ∼ 2시간 동안 자장 열처리된 것을 특징으로 하는 저주파 자기장의 차폐 기능을 갖는 벽지.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 벽지원단층(20) 상에는 고분자필름층(30), 직물층, 세라믹층 중 어느 한 개 또는 두 개 이상의 층이 접착된 것을 특징으로 하는 저주파 자기장의 차폐 기능을 갖는 벽지