KR20170026302A - 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물, 이를 이용한 자기장 차폐재 및 이의 제조방법 - Google Patents

극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물, 이를 이용한 자기장 차폐재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물, 이를 이용한 자기장 차폐재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 60 Hz 미만의 극저주파대 영역에서 자기장을 차폐할 수 있는 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물, 이를 이용한 자기장 차폐재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물, 이를 이용한 자기장 차폐재 및 이의 제조방법{coating composition for extremely low frequency magnetic sheilding, and the magentic shielding material thereof, and the preparing method thereof}
본 발명은 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물, 이를 이용한 자기장 차폐재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 60 Hz 미만의 극저주파대 영역에서 자기장을 차폐할 수 있는 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물, 이를 이용한 자기장 차폐재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 산업 문명의 급격한 발전에 따라 민간 및 군사용으로 전기, 전자 및 통신기기의 사용이 확대되고 있다. 그러나 이러한 기기들은 인류에게 편의를 제공하면서도 기기로부터 발생되는 전자파가 여러 유해요소들을 유발시키고 있기 때문에 이를 방지하기 위한 전자파 차폐에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전자계란 전계와 자계가 영향을 미치는 공간으로 전자기장이라고도 하는데 전자계에는 여러 종류가 존재하고 주파수에 따라 미치는 성질과 영향이 매우 다르다. 특히 30kHz 이상의 영역을 전자기파(EMI: Electromagnetic interference)라 하며, 방사되는 전자기파를 재료에 의해 반사 및/또는 흡수에 의해 차폐하는 것을 전자기파 차폐(EMI shielding)라고 한다. 전자기파 차폐는 극저주파(ELF: Extremely low frequency, 즉 60Hz)의 자기장(magnetic fields) 차폐인 자기 차폐(magnetic shielding)와 구별된다.
전자기파 차폐 소재에 대한 연구는 2000년대 이후 활발하게 보고되고 있다. 일반적으로 차폐 소재로써 전도성이 좋은 금속 재료들이 사용되고 있으며, 탄소소재 등이 폴리머 수지와의 복합재료로 고주파 영역의 전자기파 차폐 소재로써 건축외장재, 시트, 도료 등의 형태로 연구되고 있다.
일반적으로, 고주파 영역에서는 높은 흡수손실로 인해 차폐 효과가 크나 저주파 영역에서는 반사손실과 흡수손실이 모두 낮아 차폐 효과가 작다. 따라서, 50 ~ 60Hz 대의 극저주파 자기장은 쉽게 차폐되기 어렵고, 높은 차폐를 얻기 위해서는 두꺼운 고투자율 재료를 사용하여 흡수손실을 증가시켜야 한다.
그러나, 극저주파 영역의 자기 차폐에 관한 연구는 국내외에서 논문 형태로 보고된 사례를 찾기 어려우며, Ni계 합금(MuMETAL®, MAGNETIC SHIELD 사, U.S.A.)나 퍼멀로이 등 일부 금속재료들이 상품으로 판매되고 있으나, 이런한 금속계 재료는 가격이 비싸고 무겁다는 단점이 있어, 모바일 등의 휴대용 기기, 가전제품, 통신설비 및 자동차 등 생활 용품 등에 이용되기에는 한계가 있을 것으로 예상된다.
특히, 탄소소재를 이용한 극저주파 차폐 연구 사례는 보고된 적이 없으며, 상용품 또한 찾아보기 어렵다.
한국등록특허 10-744412호 (등록일: 2007.07.24) 한국등록특허 10-148163 (등록일: 2015.01.06)
이에, 본 발명의 목적은 60 Hz 미만의 극저주파대 영역에서 자기장의 차폐 효과가 우수한 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물, 이를 이용한 자기장 차폐재 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
이에, 본 발명은 평균 입도가 0.01 ~ 50 ㎛이고, 평균밀도가 0.1~ 5 g/cm3 인 탄소계 분말; 및 유기계 수지를 포함하는 바인더 용액;을 포함하고, 상기 탄소계 분말은 카본블랙 및 천연 흑연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 바인더 용액 100 중량부에 대하여 탄소계 분말 5 ~ 20 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 탄소계 분말은 평균입도가 15 ~ 45 ㎛이고, 평균밀도가 1.5 ~ 2.0 g/cm3 일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 유기계 수지는 락카계 수지, 에폭시 수지 및 페놀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 태양은 도전체; 상기 도전체의 상부 일면에 구비되는 절연막; 및 상기 절연막의 상부 일면에 구비되고, 상기 조성물을 경화시켜 형성된 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막;을 포함하는 극저주파대 자기장 차폐재를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 코팅막은 두께가 50 ~ 1000 ㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막은, 상기 코팅막의 두께가 450 ~ 500 ㎛일 때, 50 ~ 60 Hz에 대한 자기장 차폐 감소율이 35 ~ 40 %일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 태양은 도전체의 상부 일면에 에폭시 수지 및 락카계 수지 중 어느 하나 이상을 코팅 및 경화하여 절연막을 형성하는 1단계; 및 상기 절연막의 상부 일면에 상기 코팅제 조성물을 포함하는 코팅제를 코팅한 후, 이를 경화하여 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막을 형성하는 2단계;를 포함하는 극저주파대 자기장 차폐재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 1단계의 경화는 20 ~ 150 ℃에서 30분 ~ 100 분 동안 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 1단계의 절연막은 두께가 20 ~ 50 ㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 2단계의 경화는 20 ~ 150 ℃에서 30분 ~ 100 분 동안 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 절연막의 두께는 20 ~ 50 ㎛ 이고, 상기 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막의 두께는 50 ~ 1000 ㎛일 수 있다.
본 발명에 따르면, 60 Hz 미만의 극저주파대 자기장 영역에서 자기장을 차폐할 수 있어 각종 가전제품, 자동차, 통신기기 및 송전탑 등에 유효하게 활용할 수 있다.
또한, 자기장 차폐용 코팅제 조성물로 형성된 극저주파대의 자기장 차폐용 코팅막은 매우 얇게 형성되는 경우라도 높은 전도성을 유지할 수 있으며, 사출형이나 발포형 플라스틱 모두에 접착력이 우수하여 접촉부위의 막 탈락 현상이나 문지름 현상 등이 없을 뿐만 아니라 유기계 수지를 포함하는 유/무기 복합제로서 색상, 부착성, 내습성, 전자파 차폐성과 같은 기능 또한 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 탄소계 입자의 주사전자현미경이미지이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 시편의 두께 측정 위치를 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막의 두께를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 극저주파대 자기장 차폐재의 두께에 따른 자기장 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 극저주파대 자기장 차폐재의 제조방법의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 극저주파대 자기장 차폐재의 전압 인가량에 따른 자계 측정치를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 60 Hz 미만의 극저주파대 영역에서 자기장을 차폐할 수 있어 각종 가전제품, 자동차, 통신기기 및 송전탑 등에 유효하게 활용할 수 있다. 이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물은 탄소계 분말을 포함한다. 상기 탄소계 분말은 카본블랙 및 천연 흑연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하며, 바람직하게는 카본 블랙이 좋다. 또, 상기 탄소계 분말은 평균 입도가 0.01 ~ 50 ㎛이고, 평균밀도가 0.1 ~ 5 g/cm3 인 분말로서, 바람직하게는 상기 탄소계 분말은 평균 입도가 15 ~ 45 ㎛이고, 평균밀도가 1.5 ~ 2.0 g/cm3 이 좋다. 이때, 상기 탄소계 분말의 평균 입도가 0.01 ㎛ 미만인 경우 분말이 응집되어 요철이 생성됨으로써 균일한 코팅층을 형성하기 어려운 문제점이 있고, 50 ㎛를 초과하는 경우 코팅층을 깨끗하게 형성하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 상기 평균밀도가 0.1 g/cm3 미만일 경우 코팅막이 경화되기 전에 분말이 코팅층에서 떨어져 코팅층의 두께 조절이 어려운 문제가 있고, 평균밀도가 5 g/cm3이상일 경우에는 코팅층의 표면이 깨끗하지 못하게 형성되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 바인더 용액 100 중량부에 대하여 탄소계 분말 5 ~ 20 중량부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 10 ~ 15 중량부로 포함하는 것이 좋다. 상기 조성물은 바인더 용액 100 중량부에 대하여 탄소계 분말 5 중량부 미만으로 포함하는 경우, 자기장 차폐효과가 저하될 수 있는 문제점이 있고, 20 중량부를 초과하는 경우 코팅액의 점도가 증가하여 분체도장이 어려운 문제점이 있다.
상기 탄소계 분말이 상기 범위를 만족하는 코팅액 조성물로 코팅막을 형성하는 경우, 보다 우수한 자계 차폐 효율을 나타낼 수 있다. 그리고, 상기 유기계 수지는 락카계 수지, 에폭시계 수지 및 페놀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 락카계 수지 및 에폭시계 수지일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 락카계 수지일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 태양은 도전체; 상기 도전체의 상부 일면에 구비되는 절연막; 및 상기 절연막의 상부 일면에 구비되고, 상기 조성물을 경화시켜 형성된 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막;을 포함하는 극저주파대 자기장 차폐재를 제공한다.
본 발명에 따른 극저주파대 자기장 차폐재는 도전체;와 상기 도전체의 상부 일면에 구비되는 절연막;을 포함한다. 상기 절연막은 상기 도전체가 자기장에 의해 자화되는 것을 방지하기 위하여 구비되는 것으로서, 상기 절연막의 두께는 20 ~ 50㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30 ~ 50 ㎛인 것이 좋다. 여기서, 상기 절연막의 두께가 20㎛ 이하이면 도전체의 자화 방지를 위한 소망하는 절연 효과를 얻을 수 없고, 50 ㎛를 초과하는 경우 절연층의 필요 이상의 두께로 전체 제품의 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다.
또한, 본 발명은 상기 절연막 코팅층의 상부 일면에 구비되고, 상기 조성물을 경화시켜 형성된 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막을 포함한다. 상기 코팅막은 두께가 50 ~ 1000 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 100 ~ 600 ㎛일 수 있다. 상기 코팅막의 두께가 50 ㎛ 미만인 경우 자기장 차폐효과가 저하되는 문제점이 있고, 1000 ㎛를 초과하는 경우 코팅층을 깨끗하게 형성하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막은, 상기 코팅막의 두께가 450 ~ 500 ㎛일 때, 50 ~ 60 Hz에 대한 자기장 차폐 감소율이 35 ~ 40 %일 수 있고, 바람직하게는 코팅막의 두께가 450 ~ 460㎛ 일 때, 50 ~ 60 Hz에서 자기장 차폐 감소율이 37 ~39%일 수 있다.
본 발명의 일실시 예에서, 상기 코팅제는 상대습도 85% 및 85℃ 환경에서 7일 경과 후에 ±20% 이내의 저항 변화율을 갖을 수 있고, 바람직하게는 ±5% 이내의 저항 변화율을 갖을 수 있다.
본 발명의 바람직한 예에서, 상기 코팅제의 건조 도막 두께가 25㎛일 때 저항값이0.015 ~ 0.1 Ohm/Sq 일 수 있고, 바람직하게는 저항값이 0.015 Ohm/Sq 이하일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 극저주파대 자기장 차폐재의 제조방법을 제공하고, 상기 방법은 도전체의 상부 일면에 유기계 수지를 코팅 및 경화하여 절연막을 형성하는 1단계; 및 상기 절연막의 상부 일면에 상기 코팅제 조성물을 포함하는 코팅제를 코팅한 후, 이를 경화하여 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막을 형성하는 2단계;를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 1단계는 도전체의 상부 일면에 유기계 수지를 코팅 및 경화하여 절연막을 형성하는 단계로서, 상기 절연막은 상기 도전체가 자기장에 의해 자화되는 것을 방지하기 위하여 구비되는 것으로서 유기계 수지를 코팅 및 경화하여 형성할 수 있다.
이때, 상기 코팅은 스프레이(spray), 롤링(rolling), 디핑(deeping) 및 브러싱(brushing)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 방법으로 수행될 수 있고, 바람직하게는 롤링의 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 경화는 20 ~ 150℃에서 30분 ~ 100 분 동안, 바람직하게는 15 ~ 60 ℃에서 30분 ~ 100 분 동안 수행할 수 있다. 이때, 상기 1단계의 절연막 두께는 20 ~ 50㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30 ~ 50 ㎛인 것이 좋다. 상기 절연막의 두께가 20 ㎛ 미만인 경우 절연이 되지 않는 문제점이 있고, 50㎛를 초과하는 경우 본 발명에 따른 차폐재를 포함하는 전체 제품의 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 2단계는 상기 절연막의 상부 일면에 상기 코팅제 조성물을 코팅한 후, 이를 경화하여 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막을 형성하는 단계로서, 상기 코팅막은 본 발명에 따른 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물을 코팅하여 형성할 수 있으며, 상기 코팅은 스프레이(spray), 롤링(rolling), 디핑(deeping) 및 브러싱(brushing)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 방법으로 수행될 수 있고, 바람직하게는 스프레이의 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 2단계의 경화는 20 ~ 150℃에서 30분 ~ 100 분 동안, 바람직하게는 50 ~ 70℃에서 30분 ~ 100 분 동안 수행할 수 있다.
이때, 상기 코팅막은 두께가 50 ~ 1000 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 100 ~ 600 ㎛일 수 있다. 상기 코팅막의 두께가 50 ㎛ 미만인 경우 자기장 차폐 효과가 저하되는 문제점이 있고, 1000 ㎛를 초과하는 경우 코팅층을 깨끗하게 형성하기 어려운 문제점이 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예들을 통해 보다 상세하게 설명한다. 이때, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1. 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제의 제조
평균밀도가 0.16 g/cm3이고, 평균 입도가 0.040 ㎛ 인 카본블랙 분말(Super-P, TIMCAL, swiss)을 락카계 수지(LOV HS 락카, 삼화페인트)와 10 중량%로 혼합하여 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제를 제조하였다.
실시예 2 ~ 3. 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제의 제조
하기 표 1과 같은 탄소 입자로 각각 카본블랙(DENKI KAGAKU KOGYO K.K. 일본)과 천연 흑연(HC-198, 현대코마, 한국)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제를 제조하였다.
구분 밀도(g/cm 3 ) 평균입도(㎛) 원료명 제조사
실시예 1 0.16 0.040 Super-P TIMCAL, Swiss
실시예 2 0.25 0.035 Denka Black DENKI KAGAKU KOGYO K.K., 일본
실시예 3 1.73 25 HC-198 현대코마, 한국
[비교예]
비교예 1~2. 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제의 제조
하기 표 1과 같은 탄소 입자를 사용한 것을 제외하고는 각각 상기 실시예 2 및 실시예 3과 동일한 방법으로 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제를 제조하였다.
구분 밀도(g/cm 3 ) 평균입도(㎛) 원료명 제조사
비교예 1 0.078 0.0067 Denka Black DENKI KAGAKU KOGYO K.K., 일본
비교예 2 6.2 55 HC-198 현대코마, 한국
제조예 1. 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막의 제조
(1) 직경 88 mm, 두께 0.36 T의 원형 알루미늄 원판의 상부 일면에 락카계 수지(LOV HS 락카, 삼화페인트)로 절연코팅한 후 두께를 달리하여 공기압을 이용한 스프레이 코팅법을 이용하여 분체도장하여 절연막을 형성하였다.
(2) 상기 절연막의 상부 일면에 실시예 1의 코팅제를 코팅하였고, 이후 60℃에서 1 시간 동안 경화하여 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막을 제조하였다.
제조예 2. 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막의 제조
상기 제조예 2의 (2)단계에서 실시예 2의 코팅제를 사용한 것을 제외하고는 제조예 1와 동일한 방법으로 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막을 제조하였다.
제조예 3. 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막의 제조
상기 제조예 2의 (2)단계에서 실시예 3의 코팅제를 사용한 것을 제외하고는 제조예 1와 동일한 방법으로 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막을 제조하였다.
비교제조예 1. 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막의 제조
상기 제조예 1의 (2)단계에서 비교예 1의 코팅제를 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막을 제조하였다.
비교제조예 2. 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막의 제조
상기 제조예 1의 (2)단계에서 비교예 2의 코팅제를 사용한 것을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막을 제조하였다.
[실험예]
실험예 1. 탄소계 분말 미세입자의 관찰
본 발명에 따른 코팅제 조성물에 사용되는 탄소계 분말에 대하여 관찰하기 위하여 주사전자 현미경(FE-SEM, 6500F, JEOL)을 이용하여 그 미세입자 형태를 관찰하였고, 그 결과를 하기 도 1에 나타내었다. 이때, 도 1(a)는 실시예 1의 미세입자이고, (b)는 실시예 2의 미세입자이고, (c)는 실시예 3의 미세입자를 관찰한 이미지다.
하기 도 1에 따르면, 실시예 1의 Super-P 및 실시예 2의 Denka Black은 구형의 입자가 응집된 형태인 것을 확인할 수 있었고, 실시예 3의 HC-198은 판상인 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 자기장 차폐용 코팅막 두께 측정
본 발명에 따른 자기장 차폐용 코팅막의 두께를 측정하기 위하여, 상기 제조예 1 ~ 3 및 비교 제조예1 ~ 2에서 제조된 시편의 상하좌우 말단에서 20 mm 내부와 정중앙 지점에서의 두께를 측정하였고(도 2참조), 그 결과를 하기 표 3 및 도 3에 나타내었다.
구분 제조예
제조예 1
Super-P		 제조예 2
Denka Black		 제조예 3
HC-198
1-1 1-2 1-3 2-1 2-2 2-3 3-1 3-2 3-3
코팅막 평균두께(mm) 143 165 343 130 254 597 180 244 455
코팅막 밀도(g/cm3) 1.58 1.54 1.55 1.59 1.52 1.51 1.62 1.63 1.61
구분 비교 제조예
비교 제조예 1
Denka Black		 비교 제조예 2
HC-198		 -
1-1 1-2 1-3 2-1 2-2 2-3 - - -
코팅막 평균두께(mm) 128 253 593 171 243 456 - - -
코팅막 밀도(g/cm3) 0.075 0.078 0.077 6.3 6.2 6.1
표 3 및 도 3에 따르면, 제조예 1의 경우 표면 두께의 산포가 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있고, 이는 제조예 1의 탄소계 분말이 밀도가 낮기 때문에 코팅막이 경화되기 전 분말이 코팅층에서 떨어져 코팅층의 두께 조절이 용이하지 못한 것으로 판단된다. 또한, 제조예 2의 탄소계 분말인 Denka Black은 분말 1차 입자들이 작아, 이를 포함하는 코팅막이 응집될 수 있고 이로 인해 요철이 관찰되었다. 제조예 2의 탄소계 분말은 제조예 1의 탄소계 분말에 비해 밀도가 커 코팅층을 유지하였으며, 경화하면서 응집된 분말이 코팅층을 증가시키는 것을 확인할 수 있었다. 제조예 3의 탄소계 분말인 HC-198의 경우 분말 밀도 및 입자크기가 크기 때문에 상대적으로 코팅층이 잘 형성되었으며, 두께 측정시 산포도가 적은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 제조예 2(Denka Black)의 경우, 경화시 분말 입자의 응집으로 인하여 코팅층 표면이 균일하지 못한 것으로 판단된다.
한편, 비교 제조예 1의 탄소계 분말의 경우에도 제조예 1과 제조예2보다 평균입도와 밀도가 낮아서 코팅막이 응집되어 요철이 발생하는 문제점이 발생하였고, 비교 제조예 2의 경우에 제조예 3보다 분말 밀도 및 입자크기보다 필요 이상으로 커서 코팅층의 표면이 깨끗하지 못하게 형성되는 것으로 확인되었다.
실험예 3. 자기장 차폐용 코팅막에 대한 자계 감소율 측정
상기 제조예 1 ~ 3및 비교 제조예1 ~ 2에서, 각각의 코팅막 형성 전의 평균 자계값(mG)에 대한 코팅막의 두께 증가에 따른 자계 감소율(%)을 확인하기 위하여, 코팅 시편에서 5 mm 위에 자계 측정기기를 올려놓고 변화를 관찰하였다. 상기 자계 측정기기 65 V를 인가하였으며 아무것도 올려놓지 않은 레퍼런스 자계를 각각 평균 5 mG로 고정한 후 본 발명에 따른 시료의 자계를 측정하였다. 측정기기는 극저주파 영역대의 자계 측정기기를 사용하였으며 TENMARS 사의 GTM-190을 사용하였다. 이때, 사용한 기기 스펙은 표 4와 같다. 그 결과를 하기 도 4 및 표 5에 나타내었다.
구분 기술 규격 규격값
제조예 1 ~ 3
및
비교 제조예 1~ 2		 감지기 형태 저주파 자기장 3축(X, Y, Z)
측정 범위 0.02 ~ 2000 mG
측정 주파수 영역대 50 ~ 60 Hz
시료 추출시간 6 sec
구분 코팅막 두께 평균 자계(mG) 자계 감소율(%) 표준편차
제조예 1
Super-P		 - 0 ㎛ 5.025 0.0 0.106
1-1 143 ㎛ 4.495 10.5 0.050
1-2 165 ㎛ 4.480 10.8 0.057
1-3 343 ㎛ 4.175 16.9 0.120
제조예 2
Denka Black		 - 0 ㎛ 5.025 0.0 0.106
2-1 130 ㎛ 4.380 12.8 0.085
2-2 254 ㎛ 4.195 16.5 0.035
2-3 597 ㎛ 4.120 18.0 0.071
제조예 3
HC-198		 - 0 ㎛ 5.025 0.0 0.106
3-1 180 ㎛ 4.070 19.0 0.170
3-2 244 ㎛ 3.950 21.4 0.099
3-3 455 ㎛ 3.100 38.3 0.057
비교 제조예 1
Super-P		 - 0 ㎛ 5.025 0.0 0.106
1-1 130 ㎛ 3.130 8.1 0.043
1-2 254 ㎛ 3.042 10.1 0.017
1-3 597 ㎛ 3.019 11.3 0.042
비교 제조예 2
Denka Black		 - 0 ㎛ 5.025 0.0 0.106
2-1 180 ㎛ 3.007 10.2 0.045
2-2 244 ㎛ 2.860 12.1 0.031
2-3 455 ㎛ 2.074 19.0 0.021
본 발명에 따른 제조예1 ~ 3의 차폐재는 탄소계 분말을 포함함으로써 극저주파 영역대에서의 자계가 감소하는 효과를 가지는 것을 확인할 수 있고, 탄소 소재의 자기장 차폐 가능성을 확인할 수 있었다. 이때, 코팅막의 두께가 증가할수록 자계가 감소하는 것을 확인할 수 있었고, 그 중에서도 제조예 3의 탄소계 분말인 천연흑연 HC-198로 코팅된 시편의 경우 가장 우수한 자기장 차폐 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 비교 제조예 1 ~ 2의 차폐재는 탄소계 분말을 포함하고 있으나, 탄소입자의 밀도 및 평균 입도가 너무 작거나 큰 경우에 본 발명의 제조예 1 ~ 3의 차폐재에 비해 상대적으로 차폐 효율이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.
보다 상세하게는 제조예 3의 코팅제(HC-198 사용)를 사용한 차폐재의 경우 두께에 따라 자기장이 각각 평균 4.07 mG, 4.04 mG, 3.10 mG만큼 감소하였으며, 3.10 mG로 감소하였을 때 38.3 %의 자기장 차폐 감소율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이는 제조예 3의 차폐제가 다른 시편에 비해 입자가 잘 뭉치지 않기 때문에 코팅이 용이하게 된 것으로 보인다. 또한, 제조예 1(Super-P)와 제조예 2(Denka Black)의 경우 제조예 3(HC-198)에 비해 자계 감소율이 낮게 측정되었는데, 이는 제조예 1의 탄소계 분말(Super-P)의 낮은 밀도 때문에 경화되기 전 분말이 코팅층에서 떨어져 코팅층의 두께 조절이 용이하지 못하고, 자계 감소율이 낮게 측정된 것으로 판단되며, 이는 비교 제조예 1 및 비교 제조예 2를 통해서도 확인할 수 있었다.
실험예 4. 자기장 차폐용 코팅막의 전압 인가량에 따른 자계측정
본 발명에 따른 제조예 1 ~ 제조예 3및 비교제조예 1 ~ 비교제조예 2의 자기장 차폐용 코팅제를 포함하는 코팅막의 자기장을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 6 및 도 6에 나타내었다.
도 6에서 확인되는 바와 같이, 제조예 1 ~ 제조예3의 경우에 두께 측정시 산포도가 적으며 안정적으로 자기장 측정이 가능하였으며, 전압의 인가량에 따라 자기장이 비례적으로 일정량 증가하는 것을 확인할 수 있었으나, 비교제조예 1 ~ 비교제조예2의 경우에 동일한 전압의 인가량에도 상대적으로 큰 자기장의 증가를 나타냈다.
구분 인가 전압
(V) 		자기장
(mG) 		인가 전압
(V) 		자기장
(mG) 		인가 전압
(V) 		자기장
(mG)
제조예
1 2 3
0 0 0 0 0 0
20 1.9 20 1.9 20 1.6
40 2.8 40 2.9 40 2.6
60 4.7 60 4.8 60 4.4
80 6.5 80 6.7 80 6.3
100 8.5 100 8.7 100 8.2
비교제조예
1 2 -
0 0 0 0 - -
20 3.6 20 3.8 - -
40 7.5 40 7.7 - -
60 9.7 60 9.9 - -
80 - 80 - - -
100 - 100 - - -
상기 표 6에 나타난 바와 같이, 제조예1 내지 제조예3은 코팅막에 양단을 전기적으로 연결하여 단계적으로 높은 전압을 인가하여 자기장을 측정한 결과 자기장 수치가 비례적으로 증가하는 것을 확인 할 수 있었으나, 비교제조예1 내지 비교제조예 2의 코팅막은 동일한 전압에도 급격하게 자기장이 높아지는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 5. 자기장 차폐용 코팅막의 물성 비교
상기 실시예 1 ~ 실시예 3 및 비교예 1 ~ 2에서 제조된 각각의 코팅제를 하기와 같은 규정된 시험 방법에 의하여 물성시험을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
1. 부착성 시험
플라스틱 소재인 ABS, PC, ABS-PC에 대한 소재 부착력 시험을 측정하였다. 스프레이 코팅(Spray coating, 분무압4kgf/㎠)으로 건조도막 20㎛ 도포한 후 60에서 20분 건조시킨 후 부착성 시험(Cross Tape Method, 1㎜/1㎜, 100/100)을 실시하였다.
◎: 100/100, ○: 99/100 - 90/100
△: 90/100 - 80/100, ×: 80/100 이하
2. 내습 환경 시험
도막의 내습성 시험으로 85, 85%R.H.에서 7일 경과 후 저항값의 변화를 저항 측정기(Lowresta-GP)로 측정하였다.
◎: 기존 저항값 ± 5%이내, ○: 기존 저항값 ± 20%이내
△: 기존 저항값 ± 30%이내, ×: 기존 저항값 ± 40%이내
3. 저장 안정성 시험
코팅제를 60에서 168시간 방치할 경우 침강의 상태를 측정하였다. 침강 상태는 육안 판정으로 측정하였다.
◎: 우수, ○ : 양호
△: 보통, ×: 불량
4. 저항값 측정 시험
플라스틱 소재에 코팅제를 도포하고(건조도막: 25㎛) 저항 측정기로 저항값을 측정하였다.
◎: 저항값 0.015 Ohm/Sq 이하, ○ : 저항값 0.015 - 0.1 Ohm/Sq
△: 저항값 0.1 - 2.0 Ohm/Sq, ×: 저항값 2.0 Ohm/Sq 이상
구분 부착성 시험 내습성 시험 저장 안정성 시험 저항값 측정 시험
실시예 1 ◎ ○ ○ ○
실시예 2 ◎ ◎ ○ ◎
실시예 3 ◎ ◎ ○ ◎
비교예 1 ○ △ △ ×
비교예 2 ○ △ △ ×
상기 표 7에 나타난 바와 같이, 실시예 1 ~ 3의 코팅제가 비교예 1 ~ 2보다 상대적으로 우수한 물성을 나타냈으며, 특히, 저항값 및 내습성 시험에서 물성값의 변화량이 적어 매우 안정적인 차폐 효율을 나타냈다.

Claims (9)

  1. 평균 입도가 0.01 ~ 50 ㎛이고, 평균밀도가 0.1~ 5 g/cm3 인 탄소계 분말; 및
    유기계 수지를 포함하는 바인더 용액;을 포함하고,
    상기 탄소계 분말은 카본블랙 및 천연 흑연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은 바인더 용액 100 중량부에 대하여 탄소계 분말 5 ~ 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소계 분말은 평균입도가 15 ~ 45 ㎛이고, 평균밀도가 1.5 ~ 2.0 g/cm3 인 것을 특징으로 하는 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기계 수지는 락카계 수지, 에폭시 수지 및 페놀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저주파대 자기장 차폐용 코팅제 조성물.
  5. 도전체;
    상기 도전체의 상부 일면에 구비되는 절연막; 및
    상기 절연막의 상부 일면에 구비되고, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 조성물을 경화시켜 형성된 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막;을 포함하는 극저주파대 자기장 차폐재.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막은,
    상기 코팅막의 두께가 450 ~ 500 ㎛일 때, 50 ~ 60 Hz에 대한 상기 코팅막의 자기장 차폐 감소율이 35 ~ 40 %인 것을 특징으로 하는 극저주파대 자기장 차폐재.
  7. 도전체의 상부 일면에 유기계 수지로 코팅 및 경화하여 절연막을 형성하는 1단계; 및
    상기 절연막의 상부 일면에 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 코팅제 조성물을 포함하는 코팅제를 코팅한 후, 이를 경화하여 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막을 형성하는 2단계;를 포함하는 극저주파대 자기장 차폐재의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 2단계의 경화는 20 ~ 150℃에서 30분 ~ 100 분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 극저주파대 자기장 차폐재의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 절연막의 두께는 20 ~ 50 ㎛ 이고, 상기 극저주파대 자기장 차폐용 코팅막의 두께는 50 ~ 1000 ㎛인 것을 특징으로 하는 극저주파대 자기장 차폐재의 제조방법.
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