KR20170002798A - 열전도성이 향상된 목재 및 이를 적용한 돌침대 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카본나노튜브를 함유하는 탄소층이 코팅된 목판, 상기 목판 상부에 적층된 석판 및 상기 목판과 상기 석판을 결합하는 결합부를 포함하는 적층체를 포함하는 돌침대에 관한 것이다. 구체적으로, 열전도성이 향상된 목판 및 이를 적용한 돌침대는 높은 열전도성을 갖는 목판을 돌침대에 적용함으로서, 돌침대에 대한 경량성을 향상시킬 수 있으면서, 석판의 특성을 최대한으로 확보할 수 있는 장점이 있으며, 상기 목판은 높은 열전도성 뿐만 아니라, 뒤틀림, 수축, 갈라짐 등의 변형을 최소화할 수 있는 보존성, 내구성, 지속 안정성, 물리/화학적 안정성, 내열성 등의 특성이 향상된 장점이 있다.

Description

열전도성이 향상된 목재 및 이를 적용한 돌침대{Wood with high thermal conductive and stone bed using thereof}
본 발명은 열전도성이 향상된 목재, 이를 적용한 돌침대 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
종래에는 스프링 구조의 매트릭스를 갖는 침대가 주를 이뤘으나, 근래에는 돌에 의한 기능성에 대한 효과가 인정받고 있어, 돌침대(또는 흙침대)에 대한 수요가 점차적으로 증가하고 있는 추세이다. 따라서 판매 수요를 지속적으로 맞춰 가기 위해, 수요에 적합한 개발 방향을 제시하여 연구 및 개발되고 있지만, 석재 또는 디자인에 국한되는 등의 한계가 존재한다.
돌침대의 단점 중 하나는 바로 석재에 의한 높은 중량인데, 이 중량을 감소시키기 위해서는 경량화된 석재를 사용하는 것이 중요하다. 석재의 경량성을 높이기 위해서는 석재 자체의 두께를 감소시키고, 대신 보강재를 활용하여 제품의 안정화를 시도해야 한다. 예컨대 한국등록특허 KR0196211B1에는 목재 및 석재를 이용한 돌침대에 관하여 공지되어 있지만, 다수의 석재 외의 물질들이 구성되어 있어 석재의 특성이 제대로 발현되지 않을 뿐만 아니라, 열효율이 매우 저하되는 문제가 있다. 또한 한국공개특허 KR2000-0024135A에는 목재(한지) 및 석재를 이용한 돌침대에 관하여 공지되어 있지만, 석재의 비율이 높아 석재의 우수한 특성이 발현되는 장점은 있으나, 높은 비율의 석재로 인해 높은 중량을 가지는 한계가 있다.
따라서 석재의 특성 및 열전도성을 최대한으로 살리면서 동시에 경량화하기 위한 방법이 필요하다. 다른 기술분야에서 석재를 경량화 시키는 방법을 살펴보면, 석재의 무게를 줄이기 위해서 석재와 다른 이종재료 간의 접착을 유도한 석재 보드 등의 제품들이 건축용 자제로 활용되고 있다. 하지만 돌침대에 사용되는 석재 보드는 인체에 직접 접촉되는 것으로, 시멘트 등의 인체 접촉에 적합하지 않는 복합재료로 이루어진 보드는 사용이 불가능한 단점이 있다. 따라서 나무와 같은 목재를 이용한 친환경 보드가 사용되어 경량화와 디자인을 모두 보유 가능하도록 활발히 연구가 진행되고 있다.
상술한 경량화 및 높은 열전도성 뿐만 아니라, 내구성 및 내열성 또한 중요한 요소이다. 목재는 석재에 비해 상대적으로 내구성, 물리/화학적 안정성 등의 특성이 떨어지므로, 예컨대 뒤틀림, 수축, 갈라짐 등의 변형이 시간이 경과함에 따라 발생할 확률이 높은 문제가 있다. 또한 발열체 등에 의해 일정 온도 이상 올라가는 특성상 우수한 내열성이 요구된다.
따라서 돌침대에 대한 경량화 및 석재의 특성을 최대한으로 확보할 수 있는 것은 물론, 목재의 내구성, 안정성, 내열성 등의 단점 또한 최소화할 수 있는 석재 및 목재가 적용된 돌침대에 대한 많은 연구가 필요하다.
한국등록특허 KR0196211B1 한국공개특허 KR2000-0024135A 한국공개특허 KR2007-0029945A
본 발명의 목적은 높은 열전도성을 갖는 목재를 돌침대에 적용함으로서, 돌침대에 대한 경량성을 향상시킬 수 있으면서, 석재의 특성을 최대한으로 확보할 수 있는 열전도성이 향상된 돌침대를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 목재의 뒤틀림, 수축, 갈라짐 등의 변형을 최소화할 수 있는 보존성, 내구성, 지속 안정성, 물리/화학적 안정성, 내열성 등의 특성이 향상된 목재가 적용된 돌침대를 제공하는 것이다.
본 발명은 목판의 전체 표면에 카본나노튜브를 함유하는 탄소층이 코팅된 목판, 상기 목판 상부에 적층된 석판 및 상기 목판과 상기 석판을 결합하는 결합부를 포함하는 적층체를 포함하는 돌침대에 관한 것이다.
본 발명의 돌침대 제조 방법은 a) 카본나노튜브 분산액을 제조하는 단계, b) 목판 전체 표면에 상기 분산액을 코팅하 단계, c) 건조하는 단계 및 d) 석판과 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 열전도성이 향상된 목재 및 이를 적용한 돌침대는 높은 열전도성을 갖는 목재를 돌침대에 적용함으로서, 돌침대에 대한 경량성을 향상시킬 수 있으면서, 석재의 특성을 최대한으로 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 열전도성이 향상된 목재는 뒤틀림, 수축, 갈라짐 등의 변형을 최소화할 수 있는 보존성, 내구성, 지속 안정성, 물리/화학적 안정성, 내열성 등의 특성이 향상된 장점이 있다.
도 1은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 소나무를 270℃의 핫플레이트 위에 놓고 열화상 카메라를 이용하여 시간에 따른 열확산을 측정한 결과를 나타낸 것이며,
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 소나무를 핫플레이트 위에 10 분 동안 유지한 후에 25℃ 바닥에 내려놓은 후의 열확산을 측정한 결과를 나타낸 것이며,
도 3은 실시예 1(CNT coated Wood) 및 비교예 1(Neat)에 따른 소나무를 270℃의 핫플레이트 위에 10 분 동안 유지한 후에 25℃ 바닥에 내려놓은 후, 열화상 카메라를 이용하여 시간에 따른 온도 감소 변화를 측정한 결과를 나타낸 것이며,
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 적층체를 270℃의 핫플레이트 위에 놓고 열화상 카메라를 이용하여 시간에 따른 열확산 특성을 측정한 결과를 나타낸 것이며,
도 5는 내열성을 확인하기 위해, 실시예 1 및 비교예 1에 따른 소나무를 270℃에서 30 분 동안 핫플레이트 위에 올려놓은 후, 그 상태 나타낸 것이며,
도 6은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 적층체의 목판과 석판 간의 계면 결합력(접착력)을 확인하기 위해, Lapp shear 강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 열전도성이 향상된 목재 및 이를 적용한 돌침대를 상세히 설명한다.
도면이 기재되어 있을 경우, 이는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서 특별한 언급 없이 불분명하게 사용된 %의 단위는 중량을 의미한다.
또한 본 명세서에서 언급되는 “목판”또는 “목재”는 나무를 함유하는 모든 목질재료가 사용된 것일 수 있다.
본 발명은 목판의 전체 표면에 카본나노튜브를 함유하는 탄소층이 코팅된 목판, 상기 목판 상부에 적층된 석판 및 상기 목판과 상기 석판을 결합하는 결합부를 포함하는 적층체를 포함하는 돌침대를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 목판은 목판 전체 표면에 탄소층이 코팅된 것일 수 있다. 목판의 일 표면에 탄소층이 형성되어도 열전도성이 향상될 수 있지만, 목판의 전체 표면에 탄소층이 형성될 경우, 단순히 탄소물질이 시트 등의 형태로 일 면에 적층된 구조에 비해서, 열전도성이 보다 현저히 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 목판과 탄소층 과의 결합력, 탄소층과 결합부와의 결합력 또한 향상될 수 있다. 즉, 목판 전체 표면에 탄소층이 형성될 경우, 탄소층과 목판 사이의 계면 접착력이 높아져 내구성, 물리적/화학적 안정성 등의 특성이 향상될 수 있으며, 내열성 또한 향상될 수 있다. 또한 목판의 보존성, 내구성, 지속 안정성, 물리/화학적 안정성 등의 특성이 현저히 향상되어 예컨대 뒤틀림, 수축, 갈라짐 등의 변형을 최소화할 수 있어, 열젼도성 등의 특성과 함께 반영구적인 수명을 가질 수 있다. 또한 탄소층과 결합부(또는 결합부와 석판을 포함하여)와 결합됨으로서, 높은 열용량으로 열을 장기간 유지할 수 있음에도 불구하고 적층체 자체의 승온에 따른 열전도성의 향상이 가능한 특성이 있다. 또한 카본나노튜브를 함유하는 탄소층은 탄소나노섬유 그래핀, 그래파이트 등보다 열전도성 및 내열성 특성이 보다 향상될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 탄소층은 카본나노튜브를 함유할 수 있다. 구체적이며 비제한적인 일 예로, 카본나노튜브는 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 단일벽 카본나노튜브(SWCNT), 이중벽 카본나노튜브(DWCNT) 및 다중벽 카본나노튜브(MWCNT) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 적층체의 열전도성 및 내열성을 보다 향상시키기 위해서는 카본나노튜브를 사용하는 것이 바람직할 수 있으며, 보다 바람직하게는 다중벽 카본나노튜브를 사용하는 것이 적층체 전체 표면에 코팅될 시 보다 높은 내열성 및 보온성 측면에서 좋다. 하지만 이 외에도 탄소나노섬유 등 다양한 구조 또는 형태의 탄소나노계열이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 카본나노튜브의 길이(한 겹의 튜브의 길이)는 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 0.1 nm 내지 100㎛일 수 있으나, 이는 바람직한 일 예일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 탄소층의 두께는 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 0.01 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 탄소층이 제대로 표면에 결합되지 않아 물리적/화학적 안정성, 내구성, 열전도성 등의 특성이 제대로 발현되지 않는 문제를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 목판은 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 원목, 단판(Veneer), 합판(Plywood), 합판마루(Plywood flooring), 파티클보드(Particle Board), 양마(kenaf Board), MDF(Medium Density Fiberboard), HDF(High Density Fiberboard), 강화마루(Laminate flooring), HPL보드(High Pressure Laminate Board), LPL보드(Low Pressure Laminate Board), OSB(Oriented Strand Board), 플레이크보드(Flake board), 골판지, 종이 및 복합기재판넬(강마루) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 원목은 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 소나무, 흑단나무, 자단나무, 티크, 호두나무, 벚나무, 마호가니, 너도밤나무, 단풍나무, 느릅나무, 오리나무, 고무나무, 니아토, 부켈라, 라민, 개잎갈나무, 미국삼나무(Western redcedar), 삼나무, 편백나무 및 나왕 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 소나무를 사용하는 경우가 타 원목에 비해 나무결이 안정적이고, 균열이 적기 때문에 표면에 보다 안정적으로 탄소층이 코팅되어 형성될 수 있다. 뿐만 아니라 타 원목에 비해 낮은 밀도를 가지며, 강성도가 일정한 편에 속하므로, 경량성의 향상에 매우 적합한 소재일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 소나무는 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 적송(로지우드파인), 미송(햄록), 레드파인, 미송, 가문비나무, 폰데로사파인 및 슈가파인 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 석판은 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 대리석, 게르마늄, 맥반석, 음이온석, 토르말린, 황토, 흑운모, 육정석, 천기토 및 장석 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 이러한 석판은 음이온, 원적외선 방출 등 다양한 기능성을 가질 수 있으며, 이 외에도 다양한 종류의 석재가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 결합부는 물리적인 고정부 또는 화학적인 접착층 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘을 포함할 수 있다. 예컨대 고정부는 못 등의 고정수단 또는 목판과 석판과의 짜임 맞춤에 의하여 결합되는 것일 수 있다. 또한 접착층은 석판과 목판을 접착할 수 있는 성분이라면 제한되지 않는다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 접착층은 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 폴리우리탄계 또는 에폭시계 성분 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 접착층이 폴리우레탄계 성분일 경우, 열전도율이 저하되지 않으면서, 목판의 화학적 안정성 또한 저하시키지 않을 수 있다. 구체적이며 비제한적인 일 예로, 접착층은 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 폴리우레탄 접착제수지 50 내지 90 중량%, 촉진제 0.01 내지 10 중량%, 용매 0.01 ~ 20 중량% 및 이소시아네이트계 경화제 0.01 ~ 40 중량%를 포함할 수 있으며, 폴리우레탄 접착제수지는 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올이 각각 1 : 0.5 내지 1 : 5의 중량비로 혼합된 것일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예에 있어서, 양면이 개방된 프레임의 일 면에 저판이 결합되어 상자 형태로 형성되는 하우징 및 상기 하우징 내부의 저판 상부에 적층되는 상기 적층체를 포함할 수 있다. 이는 다양한 방법 및 구조로서 공지되어 있어, 당업자가 용이하게 채택 적용할 수 있으므로, 제한되지 않는다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 돌침대는 상기 프레임 내주면에 접하여 형성된 열차단프레임을 더 포함할 수 있다. 열차단프레임이 더 형성될 경우, 돌침대의 열전도성을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 목판, 석판 및 결합부를 포함하는 적층체는 상기 프레임 내주면과 이격되어 위치할 수 있거나, 이격되도록 고정부를 더 포함할 수 있다. 고정부는 프레임 내주면과 상기 적층체가 이격 및 고정되어 빈 공간이 형성될 수 있도록 하는 역할을 하며, 그 형태는 제한되지 않는다. 즉, 프레임과 적층체 사이에 공기층이 형성되게 되는데, 이러한 경우, 돌침대의 경량화를 더욱 증대시킬 수 있으면서, 열전도성 또한 향상시킬 수 있는 특성이 있다. 상기 특성을 보다 향상시키기 위해서는 공기층이 외부로 배출되어 순환되지 않도록 저판 및 프레임을 포함하는 하우징과 함께 결합되는 마감부가 긴밀히 결합되어 공기가 새지 않도록 틈이 없는 구조인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 돌침대는 상기 목판과 상기 석판 사이에 단열부, 발열부, 열전달부, 방습부 및 기능재부 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 구조부를 더 포함할 수 있다. 이러한 구조부를 더 포함할 경우, 부가적인 효과를 더 부여할 수 있으며, 내열성을 보다 향상시킬 수 있다. 이 외에도 공지된 다양한 구조부를 더 포함할 수 있으며, 이는 당업자가 용이하게 조절하여 채택할 수 있으므로 제한되지 않는다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 단열부는 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 PVC, PE, PP 등의 합성수지, 천연수지, 코르크, 면(綿), 펠트, 탄화코르크, 거품고무, 석면, 암면, 유리면, 유리섬유, 석영섬유, 규조토, 탄산마그네슘, 마그네시아, 규산칼슘, 펄라이트, 질석, 발포염화비닐, 폴리우레탄폼, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리에스테르 부직포, 클로로프렌 고무, 아크릴로나이트릴 부타디엔 고무, 셀룰로오즈, 목섬유판, 페놀폼, 폴리스틸렌(스티로폼), 요소수지단열재, 염기성탄산마그네슘단열재, 광재면, 다포유리, 아이스그란, 아티론, 텍스, 목모, 목편, 시멘트판, 펄라이트, 우레아폼, 실리카, 실리콘, 아크릴, 세라믹, 멜라민, 흑연섬유, 탄소섬유, 무기물, 스티로폼, 우레탄, 바이오프라스틱, 점토(황토), 석고, 고무, 가죽, 천, 스펀지, 종이, 금속(박) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발열부는 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 저항전열(선), 연도(煙道)가스, 가열공기, 수증기, 물 및 기름 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 열전달부는 본 발명의 일 예에 있어서, 금속, 알루미늄, 구리, 철, 금, 은, 텅스텐, 주철, 탄소강, 스테인리스강, 청동, 칠삼황동, 납, 주석, 아연, 금, 백금, 수은, 니켈, 크롬, 유리분말, 이산화규소, 탄산칼슘, 활석, 산화티타늄, 실리카, 마그네슘, 카드뮴, 산화토륨, 베릴륨, 타이타늄, 지르코늄, 나이오븀, 바나듐, 하프늄, 인듐, 탄탈럼, 몰리브데넘, 저마늄, 갈륨, 네오디뮴, 란타넘, 저마늄, 세라믹, 실리콘, 아크릴, 멜라민, 흑연, 탄소섬유, 카본나노튜브, 카본, 규소, 합성수지, 천연수지, 무기물, 올레핀, 유리섬유, 유리조각, 스펀지, 스티로폼, 질석, 석고, 석분, 천, 직물, 황토, 점토, 토분, 모래, 석영, 고무 및 종이 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 열전달부의 구조는 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 평면(박판)구조, 천공구조, 망(띠)구조, 절곡구조, 적층구조, 도장구조, 도금구조, 테이프형구조, 함침형구조, 성형구조, 고분자 용융물의 화학적 결합구조, 액체구조, 분말구조, 혼련구조, 혼합(mix)구조, 교반구조 및 관(호스)구조 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 방습부는 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 자외선 경화형 표면처리제, 열경화형 표면처리제, 왁스류, 실리콘계 발수제, 실리콘계 방수제, PVC, PC, PE, PP, PET, PETG, PCTG, PCT-A, HIPS, ABS, PU, SBS, SEBS, SPS, SEPS, Acrylate, 금속(박) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 마감부는 하우징의 뚫린 방향 부분을 밀봉하는 역할을 하며, 인체와 직접적으로 접촉되는 부분이므로, 인체에 적합한 물질을 사용하여야 하며, 석판의 취약한 표면 부분의 안정성을 강화하는 역할을 한다. 구체적이며 비제한적인 일 예로, 마감부는 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 PVC(PolyVinyl Chloride), PC(PolyCyclohexylene dimethylene), PE(PolyEthylene), PP(PolyPropylene), PET(PolyEthylene Terephthalate), PETG(Ethylene Glycol-modified PET), PBT(polybutylene terephthalate), PCTG(Cyclohexane dimethanol-modified PETG), PCT-A(Isophthalic acidmodified PCTG), HIPS(High Impact Poly Styrene), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), PU(PolyUrethane), SBS(Styrene Butadiene Styrene block copolymer), SEBS(Styrene Ethylene Butylenes Styrene block copolymer), SPS(Syndiotactic Poly Styrene), SEPS(Styrene Ethylene Propylene Styrene block copolymer), 아크릴레이트(Acrylate) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 열전도성이 향상된 목판의 제조 방법은 a) 카본나노튜브 분산액을 제조하는 단계, b) 목판 전체 표면에 상기 분산액을 코팅하 단계, c) 건조하는 단계 및 d) 석판과 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 a) 단계는 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 용매 100 중량부에 대하여, 카본나노튜브 0.01 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량부를 분산하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 미미한 카본나노튜브 함량으로 인해 이에 기인한 열전도성, 내열성, 안정성 등의 특성이 나타나지 않는 문제를 방지할 수 있으며, 높은 카본나노튜브 함량으로 인해 분산이 제대로 되지 않아 탄소층 자체가 표면에 형성되기 어렵거나 안정적으로 형성되지 않는 문제를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 용매는 제한되지 않으나, 예컨대 아세톤, 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 1,2-디클로로벤젠(1,2-Dichlorobenzene), 클로로포름 및 디메틸포름아미드 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 구체적이며 비제한적인 일 예로, 아세톤을 사용하는 것이 경제적 또는 범용적인 측면에서 바람직하다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 b) 단계는 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 목판 일 표면에 소니케이션 방법으로 탄소층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적이며 비제한적인 일 예로, 탄소층의 두께는 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 0.01 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 소니케이션 방법은 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 목판으로부터 10 내지 100 cm의 이격된 거리에서 1 내지 10 psi 압력으로 분사하는 방법을 포함할 수 있다. 이러한 조건을 만족하는 경우, 목판 표면에 0.01 내지 100 ㎛ 두께의 탄소층을 형성하기에 용이할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 분사하는 방법은 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 20 내지 80%의 진폭(amplitude) 및 0.01 내지 5 사이클(cycle)의 간격으로 10 내지 180 분 동안 분사하는 방법을 포함할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 c) 단계는 본 발명의 목적 달성에 한해서는 제한되지 않으나, 예컨대 0 내지 200℃에서 1 내지 48 시간, 바람직하게는 25 내지 180℃에서 2 내지 40 시간, 보다 바람직하게는 50 내지 170℃에서 2 내지 12 시간 동안 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 범위를 만족하지 않는 경우, 목판에 열변형이 일어나는 문제 및 제대로 건조되지 않는 문제를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 d) 단계는 물리적인 고정방법 또는 화학적인 접착방법 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘을 포함하는 방법으로 목판과 석판을 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 예컨대 물리적인 고정방법은 못 등의 고정수단 또는 목판과 석판과의 짜임 맞춤에 의하여 결합되는 방법일 수 있으며, 화학적인 접착방법으로는 상술한 접착층에 해당하는 접착제를 이용하여 결합되는 방법일 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
20 cm × 10 cm × 3 cm 규격의 소나무 전체 표면(20 cm × 10 cm)에 카본나노튜브(MWCNT)(MR90, 카본나노텍(주))를 스프레이 코팅 기반의 소니케이션 방법으로 80 ㎛ 두께의 탄소층이 형성되도록 코팅하였다. 구체적으로, 상기 소나무와 50 cm 이격된 거리에서 스프레이 건을 이용하여 5 psi 압력으로 카본나노튜브 용액 100 ㎖를 1 m × 1 m 면적에 분사하여 소나무 전체 표면에 탄소층을 형성하였다. 그리고 소나무 전체 표면에 탄소층을 형성한 이후, 오븐을 이용하여 140℃에서 5 시간 동안 건조하여 카본나노튜브가 코팅된 소나무를 제조하였다.
상기 카본나노튜브 용액은 1 중량%의 카본나노튜브를 함유하는 아세톤 용액을 50% amplitude 및 0.5s cycle로 1 시간 동안 분산하여 제조되었다.
상기 카본나노튜브가 코팅된 소나무에 20 cm × 10 cm × 2 cm 규격의 대리석을 에폭시계 접착제(제조사, 제품명)로 접착하여 돌침대용 적층체를 제조하였다.
또한 상기 카본나노튜브가 코팅된 소나무 및 상기 적층체의 열전도성 특성을 확인하기 위해, 270℃의 핫플레이트 위에 놓고 열화상 카메라를 이용하여 시간에 따른 열확산을 측정하여 그 결과를 도 1 및 도 4에 도시하였다. 또한 핫플레이트 위에 10 분 동안 유지한 후에 25℃의 바닥에 내려놓고, 10 분 후에 열확산을 측정하여 그 결과를 도 2 및 도 3에 도시하였다.
[비교예 1]
실시예 1에서 제조된 카본나노튜브가 코팅된 소나무 대신 카본나노튜브를 코팅하지 않은 소나무를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[비교예 2]
실시예 1의 소나무 전체 표면 대신 소나무 한 표면에 카본나노튜브를 코팅한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
그 결과, 도 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 카본나노튜브가 코팅된 소나무의 경우, 2 분 경과 시 83.1℃ 및 5 분 경과 시 85.7℃로, 시간에 따른 온도 상승이 상당히 큼을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 1의 카본나노튜브가 코팅되지 않은 소나무의 경우, 2 분 경과 시 23.1℃로 25℃의 경우와 크게 다르지 않았으며, 5 분 경과 시 78.5℃로 실시예 1의 카본나노튜브가 코팅된 소나무와 비교하여 온도변화가 상대적으로 크지 않음을 확인할 수 있다.
또한 한 표면에만 탄소층이 형성된 비교예 2의 소나무의 경우, 넓은 면적에 탄소층이 형성되어 있음에도 온도상승 폭이 크지 않았다. 따라서 전체 표면에 탄소층이 형성되는 것이 보다 효율적인 것을 비교예 2를 통해 확인할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 카본나노튜브가 코팅된 소나무의 경우, 열이 주어지지 않는 상태에서도 높은 열상태를 유지하는 것을 확인할 수 있으나, 비교예 1의 카본나노튜브가 코팅되지 않는 소나무의 경우, 낮은 열상태인 것을 확인할 수 있다. 따라서 소나무 전체 표면에 탄소층이 형성될 경우, 낮은 히터의 열량으로도 효과적으로 높은 열상태의 유지가 가능한 것을 알 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 비교예 1의 소나무의 경우 대비, 실시예 1의 소나무의 경우가 상대적으로 장시간 동안 높은 온도를 유지하였으며, 유지되는 온도 범위 또한 높게 측정됨을 확인할 수 있다. 즉, 온도가 감소폭이 카본나노튜브의 결합의 구성으로 인해 상대적으로 더 낮음을 의미한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 적층체의 경우, 각 시간에 따른 승온되는 온도 변화가 비교예 1의 적층체의 경우보다 약 5℃ 이상 높아, 열전도성이 더 높음을 확인할 수 있다.
또한 25℃에 시편을 놓아 측정한 실시예 1의 적층체의 경우, 비교예 1의 적층체의 경우 대비, 고온 범위가 더 높아 열전도성이 더 높음을 확인할 수 있으며, 열이 더 오래 유지 되는 것으로 보아, 열전도성이 높음에도 불구하고 열용량 또한 우수함을 확인할 수 있다.
또한 목판의 한 표면에만 탄소층이 형성된 비교예 2의 적층체의 경우, 전체 표면에 탄소층이 형성된 실시예 1의 적층체의 경우 대비, 열전도성 특성이 매우 저하되는 것을 확인하였으며, 탄소층이 형성되지 않은 소나무를 사용한 비교예 1의 적층체의 경우와 큰 차이가 없었다. 따라서 한 면적(또는 일면에 적층 형태)에 탄소층이 형성된 경우와 전체 면적에 탄소층이 형성되는 경우와는 큰 차이가 있음을 알 수 있다.
도 5는 내열성을 확인하기 위해, 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 카본나노튜브가 코팅된 소나무 및 코팅되지 않은 소나무 각각을 270℃에서 30 분 동안 핫플레이트 위에 올려놓은 후, 그 상태 나타낸 것이다. 모두 장시간의 고온에 의해 열적 변형(균열 등)이 심하게 일어났으나, 실시예 1의 소나무의 경우는 비교예 1의 소나무의 경우 대비, 열에 의한 균열이 상대적으로 적게 발생하였다. 또한 한 표면만 탄소층이 코팅된 비교예 2의 소나무의 경우, 전체 표면에 코팅된 실시예 1의 소나무의 경우보다 현저히 열에 의한 균열이 많이 발생되었다. 이는 탄소층에 의해 표면에 열을 받을 경우 목판 전체 표면에 전달되는 열에너지의 전도를 한곳에 집중시키는 것이 아닌 목판 내부 등으로 균일하게 분산시키는 것에 기인한 것으로 판단된다.
도 6은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 적층체의 목판과 석판 간의 계면 결합력(접착력)을 확인하기 위해, Lapp shear 강도(ISO 4587)를 측정한 결과를 나타낸 그래프로, 실시예 1의 경우가 비교예 1의 경우 대비, 현저히 높은 Shear stress를 갖는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 카본나노튜브가 목판의 전체 표면에 존재함으로서 접착 면에서의 후크 효과로 접착면의 전단력이 높아진 것으로 해석된다.
전술한 바와 같이, 돌침대에 대한 경량성을 향상시킬 수 있으면서, 석판의 특성을 최대한으로 확보할 수 있는 장점이 있으며, 이에 사용되는 목판은 높은 열전도성 특성뿐만 아니라, 뒤틀림, 수축, 갈라짐 등의 변형을 최소화할 수 있는 보존성, 내구성, 지속 안정성, 물리/화학적 안정성, 내열성 등의 특성 또한 높은 점에서 돌침대와 같은 복합소재로서 매우 적합한 소재이다. 또한 목판 및 석판의 결합을 통하여, 상기의 특성과 함께 새로운 디자인을 도출할 수 있다는 점에서 매우 유용한 장점이 있다.
본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 목판의 전체 표면에 카본나노튜브를 함유하는 탄소층이 코팅된 목판, 상기 목판 상부에 적층된 석판 및 상기 목판과 상기 석판을 결합하는 결합부를 포함하는 적층체를 포함하는 돌침대.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소층의 두께는 0.01 내지 100 ㎛인 것인 돌침대.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 카본나노튜브는 단일벽 카본나노튜브, 이중벽 카본나노튜브 및 다중벽 카본나노튜브 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 돌침대.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 목판은 원목, 단판, 합판, 합판마루, 파티클보드, 양마, MDF, HDF, 강화마루, HPL보드, LPL보드, OSB, 플레이크보드, 골판지, 종이 및 복합기재판넬 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 돌침대.
  5. 제1항 내지 제4항에 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    양면이 개방된 프레임의 일 면에 저판이 결합되어 상자 형태로 형성되는 하우징 및 상기 하우징 내부의 저판 상부에 적층되는 상기 적층체를 포함하는 돌침대.
  6. 제1항 내지 제4항에 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 목판과 상기 석판 사이에 위치하는 단열부, 발열부, 열전달부, 방습부 및 기능재부 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 더 포함하는 돌침대.
  7. a) 카본나노튜브 분산액을 제조하는 단계,
    b) 목판 전체 표면에 상기 분산액을 코팅하 단계,
    c) 건조하는 단계 및
    d) 석판과 결합하는 단계
    를 포함하며, 상기 a) 단계는 용매 100 중량부에 대하여, 카본나노튜브 0.01 내지 10 중량부를 분산하는 단계를 포함하며, 상기 b) 단계는 목판 전체 표면에 소니케이션 방법으로 0.01 내지 100 ㎛의 탄소층을 형성하는 단계를 포함하는 돌침대 제조 방법.
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