KR20180030959A

KR20180030959A - 전기장 차단, 세균 방지, 곰팡이 방지, 난연 기능, 원적외선 방사기능을 가진 인체 친화적 고분자물질과 그 응용제품

Info

Publication number: KR20180030959A
Application number: KR1020160118954A
Authority: KR
Inventors: 이종영
Original assignee: 이종영
Priority date: 2016-09-17
Filing date: 2016-09-17
Publication date: 2018-03-27

Abstract

실내 전기장 환경 및 각종 균을 억제·개선시키고자, 본 발명은 고분자물질에 무해성 대전방지물질, 전도카본, 황토, 금속분체를 조성하고, 그 조성물질에 따라서 선택적 복합기능 부여와 각각 다른 환경에 적합한 조성물 제조로 쾌적한 환경을 조성함에 있다. 이와 같이 제조된 고분자 조성물질은 기본적으로 전기장 차단, 항균, 방균, 난연성을 가진다. 특히 (방균효과)가 우수하다.

Description

전기장 차단, 세균 방지, 곰팡이 방지, 난연 기능, 원적외선 방사기능을 가진 인체 친화적 고분자물질과 그 응용제품{Human-friendly polymer materials and products with their application of an electric field blocking, anti-bacterial, anti-fungal, Flame Retardant}

본 발명은 건축, 건설, 시공, 화학, 재료 등지에서 대전방지, 전기장 차단, 항균, 방균 제품을 요구하는 분야에 적용 가능한 기술에 관한 것이다.

본 발명은 전기장 차단 기능과 항균기능, 방균기능, 난연기능, 원적외선 방사기능을 갖출 수 있도록 하여 전기·전자 제품에서 생성되는 전기장을 차단하는 역할, 각종 세균과 곰팡이균에 의한 악영향을 줄여 주고, 화재시 유독가스와 연기로 인한 인명피해의 직접적인 요인이 되는 가스 난연특성에 의한 청정환경 조성을 부여하는 것을 주목적으로 하는 전기장 차단, 세균 방지, 곰팡이 방지 기능, 난연성, 원적외선 방사기능을 가진 인체 친화적(이하, 무해성이라 명명함) 고분자물질과 그 응용제품에 관한 것이다.

따라서 본 발명에서는, 도장, 도배, 지벽지 제조와 같은 고분자물질 제조용으로 사용되는 Acrylic primer, Acrylic emulsion이나 epoxy, PVAc(Poly Vinyl Acetate)와 같은 인체 친화적 고분자물질에 기능성 물질로서 고상, 액상 혹은 액상으로 제조한 대전방지물질이나 전도카본, 황토, 금속분체 물질을 단독 또는 2종 이상 첨가하여 제조한 고분자물질 조성물은 환경 및 인체에 청정한 물질 사용에 의한 유익성, 전기·전자제품이나 통신수단, 특히 전등 등지에서 방사되어 공간내 방출하는 전기장을 집적하거나 차단, 저항을 띈 층에서 미열로서 소멸 제거시키며, 항균 및 방균효과(곰팡이 방지 기능을 말함, 이하 방균이라 명명함.) 등과 같이 여러 가지 기능들을 발휘함으로서 무기항균제 등이 현재 이용되고 있으나, 단일 기능성으로는 이용되고 있으나, 복합기능 시공자재로 이용하는 것에는 한계가 있어, 상업화에 어려움이 있다.

본 발명은 주기능인 전기장 차단, 세균 방지, 곰팡이 방지 기능을 가진 인체 무해성 고분자물질과 그 응용제품에 관한 것으로,

좀 더 상세하게는 무해성 대전방지물질, 전도카본, 황토, 금속분체와 같은 인체에 무해하거나 유익한 재료들과 휘발성 물질이 배재 혹은 최소한 적게 고분자물질을 함께 사용하여 조성된 고분자물질과 이를 응용한 제품으로서, 사용된 무해성 대전방지물질, 전도카본, 황토, 금속분체 단독 및 2종 이상 혼합 사용에 의하여 유익하지 못한 환경, 특히 공간내 과다한 전기장 환경 및 각종 균을 억제·개선시키고, 첨가되는 물질에 따른 그 물질 자체의 특성에 의한 선택적 복합기능이 부여되는 고분자수지 및 그 응용제품에 관한 것이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은 주요한 목적중의 하나인 도장 및 도배용 접착제인 Acrylic emulsion이나 epoxy, PVAc(Polyvinyl Acetate)와 같은 수용성 접착제에 무해성 대전방지물질, 전도카본, 황토, 금속분체를 단독 혹은 2종 이상 혼합하여 그 특성을 선택적으로 발휘하도록 조성하는 고분자물질 제조과정과 제조된 고분자물질을 도장, 도배 등 용도로 제조하는 과정 등으로 이루어지는 것을 하나의 특징으로 한다. 이와 같이 제조된 고분자물질과 응용제품은 전기장 및 추가적으로 자기장을 차단 혹은 차폐시키고, 항균, 방균, 난연성, 원적외선 방사효과를 아울러 보유한 기능성 제품이다

상기의 전자파 차단, 항균기능, 원적외선 방사기능 등을 갖도록 종래에 본 발명인에 의해 발명되었던 기능성 고분자물질 기술 및 그에 따른 문제점을 이하에서 살펴보고, 보완 및 추가 발명에 관한 것을 발명의 구성 및 작용, 청구항에 기술코자 한다.

(1) 대한민국 특허출원 10-2000-0068297호는, 높은 밀도의 전파흡수체 사용에 의한 층분리 발생과 높은 점성에 의한 상업용 제품으로의 제조가 어려웠고,

(2) 대한민국 특허출원 10-2006-0019024호는, 수용성 접착제에 염화칼슘을 사용하는 경우 염화칼슘의 높은 수분 흡수성에 의한 도장 및 도포시 수분에 의해 오히려 곰팡이 발생 가능성과,

(3) 대한민국 등록특허 10-0591003호는, 접착성 물질 부재로 인하여 장기 부착 특성이 떨어지는 단점이 있었고,

(4) 대한민국 등록특허 10-0526673호와 10-0522267호는, 주재로 사용되는 전도성 카본블랙과 접착제에 대한 구체적인 기술이 없었다.

따라서 상기 특허는 기능성 고분자물질을 제조하는 방법에서 필연적으로 요구되는 작업의 용이성과 사용 재료들의 종류 및 효능성, 제품으로서의 장기 신뢰성 고려하지 않음으로 인하여 근본적인 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같이 종래 발명 및 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 첨가제 자체의 고유의 특성에 의한 선택적 복합기능을 발휘하게끔 제공하는 고분자물질 및 그 응용제품을 제조함에 있어, 먼저 대전방지물질은 정전기방지 및 전기장 제거, 항균 및 방균기능과 난연기능을 가지며, 전도카본은 전기장 차단성, 항균성능을 갖도록 하는 것이며, 황토는 항균기능, 황토 고유의 색상에 의한 미려함이 좋으며, 금속분체는 투자율에 따른 자기장을 차폐, 공명 소멸시키는 작용을 하며, 자외선 차단 효능도 발휘하는 것을 목적으로 혼합·조성되는 고분자물질과 그 응용제품을 제공하는데 있다.

따라서 본 발명이 사용되었거나 이용하여 제조된 제품는 접착부위 및 접착층에서의 전기장 차단 및 차폐, 집적을 통한 전기장 감소 및 소멸과 항균, 방균, 원적외성 방사 기능, 난연성 기능이 선택적으로 이루어질 수 있도록 조성이 가능함으로 인하여 쾌적한 환경조성과 이로 인한 인체 유해한 요소들을 제거 또는 감소시키는 효능을 가진 제품의 특성을 발휘할 수 있게 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위해 고분자물질에 무해성 대전방지물질, 전도카본, 황토, 금속분체를 선택적으로 사용하여 제조된 고분자물질 조성물과 그 응용제품을 개발하였다.

본 발명의 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 상기 언급되어진 문제점에 대한 해결 원리 및 방안. 현상 고찰 등을 토대로 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 예들을 통해 본 발명의 목적, 특징, 현황 및 효과들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

또한 실제 시험(또는 실험) 및 측정을 통하여 본 발명의 내용을 더욱더 잘 이해할 수 있게 될 것이다.

대전방지 및 정전기 방지, 전기장 제거, (하전)먼지 중화, 곰팡이 억제, 난연, 원적외선 방사 등의 필요성 및 원리, 본 발명에서의 효과를 먼저 고찰한 후, 예들을 통하여 종전의 문제점과 더불어 상세히 설명코자 한다.

대전, 즉 정전기는, 정전기에 의한 전기적 충격은 현저하게 약하고, 전기적 충격으로 인하여 사망하지는 않지만 그 정전쇼크, 기계와의 접촉 또는 그 공포감으로 인한 스트레스에 의해 작업 능률의 저하 등 2차적인 장해와 오작동, 전자부품의 손상을 초래한다. 정전기 현상 중에서 인체의 정전기를 문제로 하는 경우, 인체의 저항은 수㏀ ~ 수천㏀이어서 전기적으로는 도체라고 볼 수가 있으나, 인체가 신발로 인하여 바닥의 대지로부터 절연된 상태에서는 대지와의 사이에 일종의 축전기를 형성하여 도체상의 정전기는 정전 용량이 커지기 쉬울 뿐 아니라 전체의 전하가 한 곳에서 일시에 방전해 버리기 때문에 큰 방전에너지 제공자가 된다. 그리고 인체에 대한 전격에는 정전기가 대전되어 있는 인체가 접지 혹은 대전되어 있는 다른 물체와 근접하여 방전하는 경우와, 대전되어 있는 물체가 인체에 접근하면서 방전하는 경우에 발생하는 두 가지가 있다. 즉 대전체에 집적된 정전기는 인체의 쇼크뿐만 아니라, 순간적인 방전에 의한 정전기는 물질끼리의 마찰, 접촉에 의해 생기기 때문에 발생 자체를 막는 것은 어렵다고 알려져 있다. 이와 같은 정전기 장해를 방지하기 위해서는 발생한 전하를 제거, 중화, 누설시키는 일이 필요하다. 정보화 사회가 급진전됨에 따라 전기·전자제품의 사용이 크게 늘면서 이들 기기로부터 발생하는 전자기장에 의한 각종 제품의 오작동이나 전기·전자기기 및 통신기기의 노이즈현상을 해소시키는데 어려움이 있었다. 그동안 이에 관한 대책으로는, 인덕터 콘덴서 또는 페라이트를 사용하여 제조된 전자부품을 사용하는 것 이외에, 그라운딩이나 실딩이 있다. 대책 중에서 가장 효율적인 것으로 알려져 있는 실드는 넓은 주파수대역에 걸쳐서 높은 감쇄특성을 발휘를 위하여 고가이면서 무거운 동, 알루미늄, 철 등의 금속이 일반적인 전기·전자제품의 외장제로서 사용되었지만, 저가격화, 경량화가 진행됨에 따라 금속에서 수지로 변화되면서 노이즈현상을 해결해야 하는 필연적인 문제가 발생한다. 플라스틱과 같은 물질은 대부분 절연재료로서 각종 전기·전자 부품에 널리 사용되고 있으나, 이러한 절연특성은 플라스틱 표면에 정전기를 축적하여 대전현상을 유발하게 된다. 이 대전현상은 먼지나 오물을 흡착하여 산업분야의 생산장해 및 재해로 반도체, 전자제품, 섬유, 필름 등에서 제품불량의 요인이 되기도 하며, 또한 전기·전자제품에서 회로의 오동작을 일으키기도 한다.

그리고 정전기(전기장)에 의한 장애, 간접적으로 인체에 대한 영향을 보면, 예를 들면, TV 화면(cathode ray tube방식에서는)에서는 방영 중에 5.000∼10,000V의 양 정전기가 흐릅니다. 이 정전기는 대지(大地)를 향해서 방전되는 한편, 공기 중의 음이온을 끌어당기고, 그 결과 음이온이 중화, 제거됩니다. 이때 공기 중의 음이온이 소비되기 때문에 실내 공기 중에는 양이온이 상대적으로 많아지는 양이온성 환경이 된다. 그 때문에 생체 내에는 호흡 시에 양이온 섭취가 우위에 서게 된다. 이 양이온의 조성은 수소이온(H⁺)이고 수소이온 농도가 높아지면 혈액을 비롯한 체액이 산성으로 기웁니다. 특히 물(H₂O)분자가 해리되어 생긴 수산이온(OH^-)은 강염기이며 쉽게 산화됩니다. 이렇게 해서 수산이온이 감소되기 때문에 상대적으로 수소이온 농도가 높아지고, 특히 양 정전기는 체액을 산성으로 이끌어 간다. 양 정전기는 체내에서 활성산소도 증가시켜 생체를 산성화시키기 때문에 신진대사가 방해를 받아 세포기능이 약해질 수 있다. 그에 따라 면역력의 저하는 여러 가지 병을 불러일으킬 수 있을 가능성이 있다고 알려져 있다. 따라서 정전기 및 전자파가 생체의 메커니즘을 흐트러뜨리고 있을 수 있다. 즉 전자가 부족한 것은 양전하를 띠므로 양이온이며, 전자가 과다한 것은 음전하를 띠므로 음이온이라 한다. 공기의 비타민이라고 불리우는 음이온은 대기중의 양이온과 함께 탄산가스, 산소, 질소, 수소 등 여러 혼합물질과 같이 존재하고 있으며, 양이온이 많을 때 양 정전기를 띠게 되며, 음이온이 많을 때 음 정전기를 띠게 된다. 양이온이 많은 대기중에서 체질이 약한 사람은 만성병이 생기며, 모든 지병이 더욱 악화될 가능성이 높다고 한다. 반대로 음이온이 많으면 세포가 활동성을 띠게 되어, 병에 저항력이 강해지며 신체가 건강한 약알칼리성체질로 될 수 있다고 한다. 인체가 느낄 수 있는 현상으로는 폭풍이 지나간 후, 밖을 걸었을 때의 상쾌한 느낌, 폭포수에 서 있는 느낌, 소나무숲에 있는 느낌, 이는 물방울이 어떤 물체에 힘차게 부딪혀 분열하면서, 물방울은 양극의 전기를 띠고, 주위의 공기는 음극의 전기를 띠는 이온화현상(레너드현상)에 의해 음으로 대전한 산소이온(음이온)이 다량으로 발생하였기 때문일 수 있다. 음이온으로 기분이 상쾌해 지는 것은 대기중에 있는 미세한 오염물질을 정화하는 작용이 있는 음이온이 풍부하기 때문일 것이다. 폭포수의 물줄기가 떨어지면서 주변의 바위 등에 격렬하게 부딪치게 되면 물방울이 아주 작은 클러스터(입자)로 쪼개지게 되는데 이렇게 물방울이 미세하게 분열할 때 음이온이 대량으로 발생하게 된다고 한다. 공기중의 이온량을 측정하면 삼림속이나 폭포수 부근에서는 음이온이 굉장히 풍부하다는 것을 알 수 있다. 이러한 자연에 접촉하면 상쾌감과 휴식감을 감지하게 된다. 양이온은 빌딩이나 콘크리트, 자동차와 공장 등의 배기가스로 오염된 도시, 담배연기, OA(Office automation)사무용기기이나 컴퓨터 등의 전기·전자 제품의 주위에 많이 존재하고 있다. 자연이 음이온을 발생시키는 것은 노벨상 수상자인 물리학자 빌리브 레너드 박사의 이름을 따서 레너드 현상이라고 부르고 있다. 아래 표 1은 레나드 현상을 미주애서 폭포를 기준으로 지역별 측정한 결과이다.

지역별	음이온 발생량[ions/cc]
Waterfall	50,000
Mountains	5,000
Country	1,500
Office	50

먼지는 일종의 콜로이드성 물질로서 하전되어 있고, 이온환경을 조성해 주면 달라붙어 콜로이드가 띠고 있는 전하를 없애줌으로써 콜로이드가 엉겨붙어 침전할 수 있도록 하여 미세먼지를 중화·제거 가능하다. 무하전 먼지보다 하전된 먼지는 인체의 호흡기 계통에 붙어 잘 떨어지지 않아 호흡기 장애를 유발한다고 한다. 따라서 이러한 음이온 환경은 양이온성 먼지를 중화시키는 작용을 한다. 공간내 존재하는 전하에 의하여 하전된 미세먼지와 하전된 공기중 오염물질, 즉 라돈, 박테리아, 바이러스 등이 모여드는 것을 보여주는 실험을 Denis L. Henshaw, PhD에 의해 보고된 바 있다. 실험에서 전하(전기장) 주위의 발암 물질 과량으로 전력선 근처에 사는 사람들이 암이 걸릴 위험성이 증가한다는 것을 설명하였다. 라돈 붕괴 연무질(aerosol)을 이용하여 전력선 전기장 표면에 연무질이 선택적으로 축척되는 것을 보여주었다. 이와 같이 인체에 유익하지 못한 물질 등이 포함되어 있어 인간에게는 치명적일 수 있는 공간내 하전된 미세먼지를 중화 및 공간내 대전현상 제거시켜 주며, 발생하는 균들을 없애는 대전방지 항균 기능과 그 이상인 방균제품를 발명해야 할 필요성에 의하여 본 발명을 이루게 되었다. 따라서 대전방지 성능을 가진 제품으로, 실내(공간)를 시공하는 경우, 내부 벽면은 (-)을 지닌 상태로 유지됨에 의하여 공간내 양이온성 먼지를 포착하는 기능으로, 실내에 상존하는 양이온성 먼지 제거함에 의하여 쾌적한 환경을 유지시키는 기능도 발휘하게 된다.

구분	작용
음이온	세포와 조직에 oxygen의 공급을 촉진
양이온	oxygen의 전달을 지연시켜 산소 결핍현상 초래

Uracil관점에서 보면, 매우 낮은 에너지의 전자들이 우라실(Uracil, 리보핵산 성분의 하나인 염기성 물질)을 파괴할 수 있을까, 방사(알파, 베타 그리고 감마선 또는 무거운 이온들)가 생체 세포들에게 얼마나 상처를 입히게 되는 것일까, 방사선의 1차적 침입에 수반되어 생성되는 2차적인 입자들에 대해 많은 관심이 있어 왔는데, 특히 수십 전자볼트(eV)의 에너지를 가진 전자들이 집중적인 관심의 대상이었다. 실 1 MeV의 에너지가 가해지면 약 4만 개의 전자들이 생겨난다고 한다. 많은 수의 2차 입자들은 빠르게 에너지를 잃고 세포 내의 물 분자들에 용매화되면서 붙는다. 그러면 이보다 낮은 20 eV 이하의 전자에너지, 3 ~ 20 eV 범위의 전자들은 단일 가닥 및 이중 가닥 DNA를 파괴하는 것을 포함하여 상당히 유전자에 해로운 손상을 초래한다는 것을 보여 주는 연구 결과(Boudaiffa et al., Science, Vol. 287, p.1658, 2000)도 있다. 이보다 더 낮은 에너지의 2차 전자 연구는, University Innsbruck와 University Claude Bernard Lyon의 Tilmann Maerk와 그 연구자들은 기체상 우라실 분자 빔으로부터 1 eV 미만의 전자들을 산란시켰다. 우라실은 RNA 분자들의 염기 단위들 중의 하나인데, 우라실은 세포에서 결정적인 하나의 구성 요소이다. 과학자들은 우라실이 수 meV 에너지 밖에 되지 않는 전자들에 의해 조각으로 깨어져 버린다고 하였다. 이러한 분해를 초래하는 것은 전자의 운동에너지가 아니라 우라실의 내부 위치에너지 환경을 변화시키는 전자의 전하 영향이라고 하였다. 본 발명은 이러한 과학적인 연구 및 문헌조사를 통하여 근본적인 원인을 파악하였다. 상기 근원인 전하의 영향을 최소화시키고자 발명하였다.

그리고 고분자물질의 곰팡이나 세균에 대한 방부효과 부여를 위해 포름알데히드, 염산, 황산, 가성소다 등 화학물질에 대한 적극적 대처와 수분 등에 의하여 발생하는 세균과 곰팡이균들을 제거해줄 수 있는 항균 및 방균 기능을 보유한 제품 개발이 필요하였고, 인체에 피해를 최소화시키려는 법령이나 규제가 이루어지고 있으나, 아파트(APT) 등 주택의 경우, 발행된 “건설 감리에 대한 입주자 만족도"에 의하면 모든 하자의 30% 정도가 마감공정에 있고, 마감하자 보수의 60%가 곰팡이 발생에 의한 것이라고 한다. 아파트 벽면에서의 도 1과 전원주택에서의 도 2를 촬영한 사진을 보면, 아파트에서도 상당량의 곰팡이가 발생하고 있는 것과 특히 전원주택과 같은 곳에서 더욱 많은 곰팡이 발생됨을 보았다.

하자 유형	건수	하자비율
곰팡이 발생	127	61.3
들뜸	37	17.8
찍힘, 오염	31	14.9
기타	12	6.0
계	207	100%

(출처: S건설 자료 인용)

유기물은 고온의 열에 산소와 함께 노출되어 연소와 동시에, 발생된 열에 의해 유기물은 탄화되고 연소가스를 방출한다. 연소가스는 유기물의 표면으로 이동하여 연소하고 더 많은 열을 발생하면서 연소가 계속 진행되는 것이다. 고분자 물질의 난연화 방법에는 분자구조 변경을 통한 내열성 고분자 물질의 제조, 난연성분을 고분자 구조내에 화학적으로 결합(반응형 난연제), 난연제를 고분자 물질에 물리적으로 첨가(첨가형 난연제), 기타 난연제 코팅 또는 페인팅을 하거나 제품디자인 변경을 통한 내열성 향상 방법 등이 있다. 따라서 난연제는 일반적으로 반응형 및 첨가형, 조합형으로 나뉘며, 반응형 난연제에는 난연성분이 고분자 물질에 화학적으로 결합되어 있어 외부조건에 관계없이 블루밍(Blooming) 현상없이 난연효과가 지속되며, 주로 열경화성 고분자(수지)에 사용되며, 첨가형 난연제는 고분자 물질에 물리적으로 분산되어 있으며 주로 열가소성 고분자(수지)에 사용되며 이 경우 고분자 물질과 어느 정도 상용성이 있을 경우 가소화 역할을 하거나 충진제의 역할을 한다. 첨가형 난연제는 반응형 난연제와는 달리 그 구조 및 외부조건에 따라 고분자 물질 표면으로 블루밍이 되는 경우가 있어 사용상의 주의가 요구된다. 조합형 난연제의 경우 조합형태에 따라 난연 상승효과 또는 저해효과를 나타낸다. 첨가형 난연제는 난연 거동에 따라 다음의 4가지 형태로 구분할 수 있다. 첫째, 불연소성 기체의 방출 또는 연소성 기체 및 산소를 차단할 수 있는 물질로 macro scale의 분해 및 발화거동에 관계되는 것이다. 예로서 기체상의 반응에서 반응성이 높은 라디칼의 생성을 억제하는 할로겐화 화합물과 고체상의 반응에서 숯 형성을 통해 분해반응을 억제하는 인계화합물이 있다. 둘째, 연소열을 줄이는 방법으로 macro scale의 연소단계와 관계가 있으며 예로서 숯 형성을 통해 분해반응을 억제하는 인계화합물이 있다. 셋째, 산소 및 열 차단을 통해 물질의 물리적 형상을 유지시키는 방법으로 macro scale의 분해와 관계되며 충진제, 유리섬유강화 및 인계화합물이 있다. 넷째, 물질의 비열이나 열전도도를 증가시키는 방법으로 macro scale의 가열과정에서 관계되는 방법으로 수화물이 있다. 따라서 난연원리는, ① 고분자의 가교도를 높이고 필러를 첨가하여 점화점을 높이거나, ② 수산화알루미늄 또는 수산화마그네슘은 연소시 물을 발생시키고, ③ 인 또는 보론 화합물은 연소시 고분자 표면 char피막을 입혀 산소를 차단하며, ④ 할로겐화합물은 연소시 기화열을 빼앗아서 연소 진행을 냉각시킨다. ①번의 경우 물리적인 강도를 떨어뜨리거나, ②번의 경우는 물을 발생시키고, ③, ④번의 경우는 다이옥신 등의 유해물질을 발생시킨다. 규제 대상인 보론, 할로겐계를 극복할 수 있는 수화물로는 소금 및 해수와 추가적 난연제로 (전도)카본, 황토 역시 가능하다고 판단된다; ⓐ 카본: 인계 난연제가 연소시 charcoal 생성, 산소차단으로 난연제 역할을 한다는 이론을 역으로 이용, 고분자 물질 피복에 charcoal(카본, 숯)으로 피막을 시키면 난연 가능하며, 카본은 탈취제 역할도 할 수 있다. 문제점는 검정색 카본은 색상에 문제점으로 한정된 분야에 사용 가능한 것이 단점이지만, 그러나 백색 카본도 있어, 다양한 영역에 사용 가능하였다. ⓑ 열전달율이 좋은 경우, 국소에 받은 열을 빠른 시간내에 분산시키면, 난연성이 좋을 것이다. 먼저 상기 ⓐ와 함께 연계한 난연성 시너지효과, 열전도성과 전기전도성은 비례관계에 있음으로 상기 ⓐ에 제시된 카본을 전도카본으로 사용시, ⓐ와 ⓑ의 작용으로 시너지효과가 있었다. ⓒ Na계이나 Ca계 물질, 이것은 규슈공업연구소에서는 광전자 분광분석법으로 산화막의 조성을 분석, 전자현미경으로는 관찰할 수 없는 산화칼슘의 피막을 확인해, 이와 같은 피막이 산소를 차단하는 보호작용을 갖는 것으로 발화온도가 상승한다고 하는 메카니즘을 밝혔다. ⓓ 염화나트륨, 조해성은 없지만, 마그네슘이온이나 칼슘이온이 들어 있는 소금은 조해성이 있습니다. 이것이 해수로 제조된 고분자물질의 대전방지성능이 더 우수한 이유이다. 소금은 물을 흡수하여 전해질로 되어 전기저항을 가질 수 있게 되며, 대전방지 기능을 가질 수 있게 된다. 참고로 대전방지제 한 종류로 사용되는 물질이 계면활성제인데, 이 계면할성제의 역할을 담당하는 것이 소금의 한 성분인 Na⁺(나트륨)이며, 계면활성제 역시 함수에 의하여 대전방지성능이 좋아진다. 전기저항이 10¹²Ω/□인 ABS수지가 시판되고 있으며, 여기에 전기저항을 더 높이는 방안으로 ITO(Indium Tin Oxide)물질을 함께 첨가하여 시판되는 수지는 이전 수지에 비하여 가격은 높지만, 저항값이 우천시에는 10⁹Ω/□, 건조한 날씨에는 10^10~ ¹¹Ω/□ 정도로서 본 발명에 비하여 더 낮은 성능 수준과 고가는 별도로 하더라도 환경 및 인체에 유익하지 못한 것이 단점이다. 그 밖에 전도성 고분자는 접착제와 혼합 사용시 대전방지성능은 있으나, 전도성 고분자 액에 접착제를 소량 첨가하여 micro(마이크로) 크기의 높이로 고분자시트 위에 코팅시켜 사용하고 있으나 마이크로단위 코팅에 의한 접착용 및 건축용으로 사용하기에는 가격적으로나 성능적으로 그리고 약간 인체 비친화적 문제가 있을 수 있다. 전해질은 이온으로 잘 해리 될수록 전기전도성이 좋은데, 소금은 우리가 살아가는데 꼭 필요한 필수 구성요소 중 하나이다. 왜냐하면 소금 속에 들어있는 염분을 섭취하지 않으면 우리 몸이 제 기능을 발휘할 수 없기 때문입니다. 염분은 음식물을 분해하고 노폐물을 배설하는 역할을 한다. 또 신체 내에 유해한 물질이나 세균이 침입해도 세포와 혈관까지 침입하지 못하도록 인체 저항력을 높여주는 역할도 한다. 그래서 인체에 염분이 부족하면 우리 몸에 독소가 쌓이게 되어 나쁜 질병에 걸리기 쉽우나, 신체 중 심장만은 절대 암에 걸리지 않는데, 그 이유는 심장이 염분을 가장 많이 포함하고 있기 때문이라고 한다. 인간뿐만 아니라 지구상의 모든 생물들도 염분을 섭취하지 않고서는 살아갈 수 없다. 동물들은 소금 바위나 소금 동굴을 찾아 염분을 섭취하고 식물들은 땅속에서 염분을 흡수한다. 소나 말이 염분을 섭취하지 못하면 힘을 못 쓰며, 염분이 부족한 나무는 쉽게 썩는다. 따라서 소금은 잡균, 세균이나 미생물이 번식할 틈을 주지 않으며 오랜 시간이 지나도 변함없는 성질을 가지고 있다. 소금은 물에 잘 녹아서 다른 물질에 잘 침투하고 잘 섞이는데 우리의 인체에 좋은 것을 주고 나쁜 것을 제거해주는 역할을 하는 성질을 가졌다. 그리고 소금에는 먼지를 흡수하는 성질이 있어 구석구석을 깨끗하게 닦아 낼 수 있다. 정화하는 성질인데, 그래서 옛부터 집안 구석구석에 곰팡이가 잘 발생하는 곳에 소금을 놓아두거나, 집안에 개미가 많이 다닐 때, 소금을 뿌려두면 딴 곳으로 간다. 좋은 예로, 팔만대장경은 1251년에 완성됐으며 지금까지 남아 있는 목판들을 차곡차곡 쌓았을 때 높이가 약 3.2km로 높고 총 무게는 약 280 M/T이라고 한다. 잘 만들어졌어도 보존이 제대로 되지 않았다면 오늘날 대장경의 아름다움에 감탄할 수 없었을 것이다. 오랜 시간 원형 그대로 보존될 수 있었던 이유를 고찰하면, 우선 목재 선정과정을 살펴보면, 경판으로 쓰일 재목인 나무를 바로 사용하지 않고 바닷물 속에 1~2년간 담가 뒀다. 그 후 경판 크기로 자른 뒤 소금물에 삶고 건조하는 과정을 거쳤다. 소금은 온·습도에 의한 나무의 crack 방지 성질이 있어 경판이 갈라지거나 비틀어지는 현상을 줄일 수 있다. 완성된 대장경판을 보관하는 장소 역시 중요하여 목판의 보존에 적합한 환경 섭씨 20도 내외, 습도 80% 이하이다. 그런데 대장경판전의 기후는 이 기준을 만족시키지 못한다. 판전 내부 습도는 여름 평균 89.09%, 겨울 평균 75.91%로 일반적인 목재 보존 기준보다 높은 편이다. 온도는 여름 평균 섭씨 19.81도, 겨울 평균 2.74도로, 겨울 옥내 온도 기준치보다 매우 낮게 나타났다. 적절한 목재 보존 환경 기준을 벗어나는 판전 내부의 환경 속에서도 수백 년 동안 경판이 보존될 수 있었던 이유는 무엇일까 바로 ‘자연환기’와 보관 건물 바닥은 땅을 깊이 파서 숯, 찰흙, 모래, 소금, 횟가루 등을 뿌렸다. 이는 비가 많이 와 습기가 차면 바닥이 습기를 빨아들이고 반대로 가뭄이 들면 바닥에 숨어 있던 습기가 올라와 자동적으로 습도를 조절해주는 역할을 한다. 또한 소금은 개미 퇴치 가능하다. 개미는 본능적으로 달콤한 냄새를 좋아한다. 설탕이나 달콤한 사탕은 좋아하지만, 소금이나 식초 등 짜거나 신맛을 내는 것을 싫어한다고 해서, 개미 100마리를 두고 소금에 대한 반응 실험을 실시한 결과 소금을 뿌린 부분에 개미가 오지 않음을 알 수 있었다. 이번 실제 실험에서 보는 바와 같이 소금은 개미 퇴치효과가 있음을 확인할 수 있었다.

실예1

대한만국 특허출원 10-2000-0068297호는, 높은 밀도의 전파흡수체 사용에 의한 층분리 발생과 높은 점성에 의한 상업용 제품으로의 제조가 어려운 문제점을 해결하는 방법으로 다음과 같다.

높은 밀도의 분말과 고분자가 혼합성이 떨어지는 경우 층분리가 발생한다. 이를 해결하는 방안으로 친수성 분말에 소수화 처리를 위한 표면처리제, 예로 carboxylic acid계와 지방산, silane계 표면처리제를 이용하여 개질시켰다. 또한 점도가 높아 분산이 어려운 이전 발명의 조성물은 thress roll mill(삼본밀 혹은 3롤밀)를 이용하여 분산시켰다. 분말횟수를 2회이하 pass(통과)시에는 응집되어진 부분이 존재하였지만, 3~10회 pass시키거나 pass시 용매를 추가하여 도포에 적합한 조성물을 제조할 수 있었다. 이에 대한 실실험 사진을 촬영하여 아래에 도시하였다.

실예2

대한민국 특허출원 10-2006-0019024호는 염화칼슘을 사용하는 경우, 염화칼슘의 높은 수분 흡수성에 의하여 습도가 높은 환경에 노출시 도포되어진 면의 습도 발생으로 도배한 벽지가 떨어지는 등 오히려 나쁜 영향을 가져 올 수 있다. 이는 염화칼슘이 20℃ 물 100g에 염화칼슘 74.5g 녹을 만큼 조해성이 높기 때문이다. 이를 극복하는 방안으로 본 발명은 다음과 같은 해결 방안을 마련하였다.

단독으로 염화칼슘을 사용할 때, 이론적으로 최대한 용해되어진 염화칼슘 수용액을 사용하는 기준에서 전체 조성물의 중량비에서 0.75%를 넘지 않도록 조성하는 경우 즉 전체 조성물비에서 염화칼슘 사용량 0.3202g을 넘지 않으면 상기와 같은 문제점은 더 이상 발생하지 않게 함으로써, 대전방지 기능은 발휘토록 하였다.

실예3

대한민국 등록특허 10-0591003호는. 장기적인 부착력 부재가 발생하는 문제점이 도출되었다. 흡습성이 있는 부재 표면에 흡착되어진 상태이므로 마모에 쉽게 흡착물이 떨어지는 단점이 있었다. 이를 위해서 고형분 1.0~99.0중량%인 Acrylic, epoxy, Polyvinyl alcohol, Polyvinyl acetate, Silicone, Polyurethane, Ethylenevinyl acetate, Vinyl Acetate Monomer의 resin, solution 혹은 primer, emulsion, copolymer와 starch, additives 0~20%중 단독 혹은 2종 이상을 1~99중량%을 사용하여 접착력을 해소하였다.

실예4

대한민국 등록특허 10-0526673호와 10-0522267호는, 주재로 사용되는 전도성 카본블랙(전도카본)과 접착제에 대한 구체적인 기술이 없다.

먼저 카본은 오래전부터 사용되어져 온 생활소재라고 할 수 있다. 카본블랙은 잉크, 먹, 고무 보강제 등에 이르기까지 다양하게 사용되어 오고 있는 물질중의 하나이고, 활성탄은 탈취제 및 용제 회수용, 촉매 등으로 이용된다. 여기서 카본은 탄화수소가 열분해 또는 불완전연소 함으로써 생성된다. 그 제조법은 열분해법과 불완전연소법 등으로 나뉜다. 제조방법에 따라서 높은 표면적 및 특이한 표면에 의해 다양한 용도를 갖고 있고 카본 소비량의 85% 정도는 고무용, 11% 정도는 인쇄 잉크용, 전도카본용 등 수많은 용도에 제공되고 있다. 카본은 흑연형 구조의 탄소 육각형의 그물의 층이 겹쳐져 사슬 모양으로 연결된 구조이다. 흑연의 경우에는 원자 하나당 3개의 선이 뻗쳐 있다. 층 사이에 약한 van der waals 힘과 층 안에 강한 공유결합을 가지고 있는 흑연 구조의 층 격자는 물리적 성질의 비등방성이며, 아래 도에 나타내어진 점선은 층과 층사이의 약한 파이결합이며, 그 파이결합(pi bonds, π bonds)이 흑연이 전기가 통하는 역할을 담당한다. 파이결합은 분자내 서로 이웃하고 있는 원자의 각각의 전자 궤도의 중첩에 의한 화학결합이다. 시그마 결합과 달리 파이결합은 x축이나 y축을 중심으로 놓여 있어 양 원자핵을 연결한 z축위의 전자 밀도가 0인 결합이다. 파이 결합은 p오비탈을 의미하는 그리스 문자 (π)로부터 명명되었다. 그리고 원자가전자는 원자의 가장 외각에 있는 전자로서, 분자결합, 화학성질 등을 결정하는데 가장 큰 역할을 하며, 절연체나 반도체에서는 원자가전자대의 전자에 해당하며 금속에서는 자유전자에 해당합니다. 중성상태의 탄소원자의 원자가전자는 4개이다. 탄소의 원자가 전자 4개중 3개가 사용되고, 흑연(카본) 구조를 하고 있는 탄소에서 결합에 참여하지 않는 자유로운 전자가 하나씩 존재하는데, 이 자유로운 전자에 의하여 흑연은 전도체가 되고 이와 같은 전도흑연(카본) - CNT, graphene, 변성흑연 or xGnP - 은 본 발명에서 주기능성 물질의 하나로 미세구조는 침상구조이거나 판상구조, 입방에 속하며, 입자크기는 0.01~25㎛를 사용하였다.

구분	CNT	Graphene	(변성)흑연 혹은 xGnP
구조	탄소 6개가 육각형을 이루고 있고, 관 모양을 이루고 있음	탄소 6개가 육각형을 이루고 있고, 원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 막	단층 graphene이 다층 형성
차이점	가장 우수한 열전도성 재질로 알려짐에 수많은 연구가 이루어졌으나 형태가 바뀌면 특성 변화 발생. 이에 대체물질로 graphene이 등장	늘리거나 구부려도 전기적 성질 변화 없음. Graphene의 특징은 내부 전자의 유효질량이 0이어서 graphene안에서 빛의 속도로 전자가 움직이는 효과 있음. 따라서 전도도가 높음	단층 graphene이 쌓여 적층이 많이 될수록 대칭성 붕괴로 인하여 밴드갭 (band gap)겹침으로 저항 감소하여 높은 전도도 가짐
Band 갭	0~1.9 eV	0 eV	0 eV
전기전도도	0.17~2.0^-5 Ω-㎝	~10^-6Ω-㎝	10⁴~10^-7 Ω-㎝
동일 중량 비교	외형: Fiber(1D) 밀도: 1.33g/㎤	밀도: 2.2 g/㎤	외형: 부피 작고 판상 박막(3D) 밀도: 1.9~2.0 g/㎤
분산時 물성			기계적인 분산時 다층구조 (변성흑연) → 적층이 깨어져 층수감소 graphene 되어져 기계적 물성 향상

그리고 장기 신뢰 접착효과를 부여하기 위하여 고형분 1.0~99.0중량%인 Acrylic, epoxy, Polyvinyl alcohol, Polyvinyl acetate, Silicone, Polyurethane, Ethylenevinyl acetate, Vinyl Acetate Monomer의 resin, solution 혹은 primer, emulsion, copolymer와 starch, additives 0~20중량% 단독 혹은 2종 이상을 혼합하여 사용하였다.

본 발명에서 기능성을 위한 물질에 대한 고찰을 상세히 설명코자 한다.

주 기능성을 발휘하는 물질에 대한 성분, 효능은 다음과 같다.

대전방지 물질로는;

1. 우선 본 발명에 사용하는 소금은 한편으로는 염화나트륨이 주성분인 식용 소금과 화학약품으로서 사용되는 물질을 사용하였고, 또다른 한편으로는 직접 바닷물을 채취하여 사용하였다. 소금은 천연적으로 바닷물에는 2.8~5.0%, 암염으로 존재하는 땅에서는 3.5~5.0% 존재한다. 암염은 주로 유럽이나 북아메리카, 중국 등지에서 산출되고, 공업용으로는 캐낸 것을 그대로 사용하나, 식용 소금은 정제 소금으로 바닷물에서 채취하는 경우 염전법으로 제조하거나, 이온교환수지를 사용하는 방법 등으로 제조하는데 염산과 수산화나트륨을 중화 반응시키면 염화나트륨(소금)과 물이 생기는 중화 반응으로 생성한다. 즉, 염화나트륨은 용액속에서 이온(Na+,Cl-)으로 존재하고 물을 증발시키면 고체 염화나트륨이 형성된다. 다시 이를 물과 혼합하면 Na+, Cl-을 포함한 전해질 수용액이다. 이 수용액은 100g의 물에 0.1~39.8g 녹여 사용하였다.

2. 바닷물, 즉 보통 해수는 물을 주성분으로 염도가 5.0% 이하이며, 미량의 금속(미네랄)으로 구성된다. 해수 염분 비율은 생체의 염분 농도(약 0.9%)보다 많으나, 이래와 같이 Na⁺ 100 기준 다른 생물(동물)에 비하여 사람에 가장 유사한 비율을 가짐을 알 수 있다. 따라서 소금은 대량으로 먹지 않는 한 인체에 유해하지 않을 만큼 인체에 유익한 물질이다. 이것은 언급되어진 전도성 성질 뿐만아니라, 각종 세균, 곰팡이 억제능력이 탁월하며, 난연성도 우수한 물질로서 지역별 바닷물을 채취하여 사용하였다. 주요 지역으로 대한민국 동해, 서해, 남해, 태평양, 대서양, 인도양, 사해 등지에서 채취하여 사용하였다.

구분	Na⁺	K⁺	Ca² ⁺	Mg² ⁺	Cl^-
해수	100	3,61	3,91	12.1	181
해파리	100	5.18	4.13	11.4	186
곱상어	100	4.61	2.71	2.46	166
대구	100	9.50	3,93	1.41	150
개구리	100	-	3.17	0.75	136
개	100	6.62	2,80	0.75	139
사람	100	6,75	3.10	0.70	129

(출처: 水とはなにか, 講談社)

본 발명의 황토 주성분은 카올리나이트 Al₂O₃ _·2SiO₂ _·2H₂O와 할로이사이트 Al₂O_3·SiO_2·4H₂O로서, 과량의 Al과 Si로 구성된 물질로 되어 있다. 따라서 Al, Si 물질이 많이 포함된 광물로 250℃ 전후에 가장 높은 원적외선 방사율, 자체 항균효과를 가진 입자크기는 0.01~20㎛인 황토의 사용량은 5.0~60.0중량%, 바람직하게는 10.0~35.0중량%이 분상성 측면에서 가장 유리하였다.

본 발명에 사용된 금속물질은 Iron powder, Copper powder, Cobalt powder, Tin powder, Aluminum powder, Magnesium powder, Titanium powder, Silicon powder, Nickel powder, Zinc powder, Manganese powder. Silver powder, Ag coated Cu, Ni coated Cu, Indium tin oxide, solder ball(Free lead Tin-Bismuth), silver chloride, Antimony tin oxide, titanium dioxide, stainless steel, Mn-Zn ferrite와 같은 soft ferrite 등을 사용하였고, - 대전현상을 방지하기 위한 종전 발명에는 도전성 filler나 계면활성제를 첨가하고 있으나, 이들 물질은 고분자 수지의 기계적인 특성을 잃게 하거나 계면활성제의 첨가 고분자는 표면 저항이 10⁹Ω/□이상으로 단독으로 사용할 경우 대전방지 성능이 떨어지는 단점이 있다. - 이에 본 발명은 평균 크기 0.01~25㎛ 구정 및 플레이크상(혹은 판상이라 명명함.) 금속물질을 carboxylic acid계와 지방산, silane계를 사용하여 표면개질시키고, 표면개질된 금속물질 0.5~85.0중량%를 고분자에 분산시켜 결정질 금속물질을 표면 도포상태(측정을 위해 sheet형상으로 제조)에서 전자기장 특성을 평가한 결과, 비정질적 성질을 발휘하여 광대역 전자기장의 차폐제로서 작용과 대전방지효과의 척도인 국소 표면저항이 10^-3~ 10¹⁴Ω/□으로 측정되며, 사용하는 금속물질과 함량에 따라서 도체에서 절연체에 이르기까지 광범위한 영역에서 사용 가능하다. 차폐효과는 입사전력에 대해 시편을 통과해 수신되는 수신전력의 비로서 정의되는데, 일정한 입사전력에 대해 측정치구에 시험하고자 하는 재료를 설치하였을 때와 그렇지 않을 때의 수신전력의 차, 즉 삽입손실을 측정함으로써 차폐효과를 측정할 수 있다. 이론적인 차폐효과는 무한히 큰 차폐면에 의해 신호의 송·수신부를 구분하고 차폐면에 수직으로 입사하는 전자파의 반사, 흡수 및 투과 과정을 고려하는 것으로서 Schelkunoff 등에 의해 계산되었다. 차폐율(%) 계산은 다음의 도8, 도9, 표6에서 얻어진 차폐 유효 수치(dB)에 의해서 나타내었다.

dB	차폐율(%)
20	90
40	99
60	99.9
90	99.99
100	99.999

Shielding Effectiveness(dB) = 20 log V₁/V₂

Shielding effectiveness(SE)는 다음과 같다.

SE(dB) = A + R + B

A: absorption loss

R: reflection loss

B: multiple internal reflection loss

여기서 A(dB)는

t: thickness of barrier f(MHz): frequence(MHz)

σ: conductivity (relative to Cu=1)

μ: magnetic permeability (relative to vacuum or Cu=1)

A는 shield thickness(t)와 전도도(σ)와 permeability(μ)에 따라 비례한다. 차폐시험의 측정상 오차는 신호발생기, 스펙트럼분석기, RF(Radio Frequency)스위치, 계단감쇠기, 측정 반복도에 따라 달라지는데 본 시스템의 총 오차 범위는 5% 미만 이다.

상기 실험을 통하여, - 금속물질중 Mn-Zn ferrite(Soft-1, 표7, 도10)를 이용하여 자기장을 흡수한 후 열로 변환시켜 제거하는 기능을 수행하게 되는데 - 물질 및 첨가량에 따라 자기장의 흡수영역 및 흡수력이 달라지며, 자기장에 대하여 금속물질의 함량이 많을수록 차폐효과가 뛰어나다. 전체 중량 중 soft ferrite 30중량%를 고분자물질에 혼합하여 자기장 흡수 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물 시트는 분체상태로 첨가함으로 비정질적 재료로 작용하여 전자기장을 차폐할 수 있는 영역이 광대역화되어짐을 알 수 있었다. 도 11은 측정영역인 10~1000MHz 대역(측정규격: D4935-99 Standard Test method for Measuring the Electromagnetic Shielding Effectiveness of Planar Materials)의 전체 영역에서 차폐율 20~45%을 나타내고 있음을 알 수 있다.

Measurement Method	Symbol	Unit	Soft-1	Soft-2	Soft-3	Soft-4
Surface Area (BET)		㎡/g	1.4	0.9	0.8	1.6
Moment Saturation		EMU/g	73	60	59	83
Average Particle Diameter (Fisher)		㎛	3.2	4.4	3.6	3.7
Moisture		%	0.02	0.02	0.00	0.01
Initial Permeability	μi		120	800	350	2500
Saturation Flux Density at Filed Density	Bs H	Gauss Oersteds	3400 10	3000 10	2700 10	5000 10
Residual Flux Density	Br	Gauss	2500	1800	1500	1000
Coercive Force	Hc	Oersteds	1.5	0.2	32	0.3
Curie Temperature	Tc	℃	>200	>160	>120	>190
Resistivity	ρ	Ω-㎝	<10⁶	<10⁵	<10⁴	<10²
Sintering Density		g/㎤	5.1	5.0	4.8	4.7

대전방지 시트 및 전도카본을 사용하여 Box 내부 처리(시공)를 하기 전, 후의 전기장의 감쇄정도를 측정한 것이다. 도 12와 같은 조건하에서 PULSE사 E-tester 측정치가 시공전 346V/m이던 것이 시공후에는 11V/m로 내부 시공을 한 곳이 전기장의 감쇄로 0으로 가려는 것을 확인할 수 있었다. 또다른 시공 샘플(도13)에서는 측정장비 ALPHA LAB. TriField meter(ELF-1kHz)를 사용하여 측정한 결과한 결과, 시공전 전자파 과다 발생으로 측정불가 영역인 1,000V/m이상이었으나, 시공후엔 20V/m로 측정되었다.

도체 안의 전하가 움직이지 않으며, 도체 내부의 전기장은 0(zero)이다. 정전기를 띠고 있는 도체 안에 전기장이 없는 것은 전기장이 금속을 뚫고 들어가지 못하기 때문이 아니라, 도체안의 자유전자들이 내부의 전기장이 0일 때만 움직임을 멈추고 '정지'할 수 있기 때문이다. 대전된 금속구, 서로 미는 힘이 작용하기 때문에 전자들끼리는 가능한 한 서로 멀리 떨어지게 되고, 전자들은 구 표면에 균일하게 분포한다. 만약 양 전하를 정확히 구 가운데 놓으면 아무런 힘도 받지 못할 것이다. 구의 왼쪽부분에 있는 전자들이 전하를 왼쪽으로 당기지만 구의 오른쪽 부분에 있는 전자들은 전하를 같은 크기의 힘으로 오른쪽으로 당긴다. 전하에 미치는 힘은 0이 된다. 따라서 전기장도 역시 0이 된다. 도체가 구모양이 아니라면, 전하 분포는 균일하지 않지만, - 정육면체라면 - 전하의 대부분은 모서리에 몰린다. 뾰족한 곳에 전하 및 힘이 집중되는 원리와 같지만, 면과 모서리의 전자분포는 정육면체 안의 어디서나 전기장이 0이 되도록 이루어진다. 도체 내부에 전기장이 있다면 도체 내부의 자유 전자들은 움직이기 시작할 것이다. 평형이 될 때까지 모든 전자들의 위치가 도체 내부의 전기장을 0으로 만들 때 까지 움직인다. 이것이 전자부품들을 Aluminium bag과 같은 shielding bag에 넣어 전기적 쇼크(마찰전기) 막거나 차폐시킨다, 따라서 모양에 관계없이 금속의 내부는 전기장 0이다. 초기상태에서, 도체 내에 전하 및 전기장이 존재한다고 가정한다면, 전기장이 있다는 것은 전하의 움직임이 있음을 의미한다. 도체 내의 전하들은 전기장의 영향을 받아 움직이기 시작하여, 전하들의 움직임은 내부의 전기장이 0 이 되게 하는 방향으로 움직이며, 0이 될 때까지, 즉 더 이상 전하들이 움직이지 않게 될 때 까지 지속된다. 만일 도체내의 전기장이 0 이 되지 않으면, 전하들은 힘을 받아 움직이면서 전기장이 0 이 될 때까지 움직입니다. 이런 움직임은 전하들이 도체의 표면으로 모두 모이고, 더이상 움직이지 못하는 바깥 방향으로 힘을 받는 상태가 된다. 이것이 금속구 이론(도 14)이며, 항상 도체 표면의 전기장이 표면에 수직인 이유이다. 내부는 (-)환경되도록 지속적으로 움직인다.

도 15와 도 16, 도 17, 도 18은 바닥에서 천장까지 아파트 높이와 동등하거나 유사한 높이 2.3m에 실제 많이 사용되는 동근 형광등을 설치하고, 바닥에서 1.0m 떨어진 위치에 HI-3604두고, HI-3604를 Frequency counter(FC-1022)와 연결하여 동영상 촬영후 순차적 측정사진을 도시하였다. 시공전 측정기 관측 90~100V/m, 전등 off상태에서도 전기장 과량 발생함을 볼 수 있었으나, 시공후 측정기 관측 전기장 5~ 6V/m이며 전등 off상태에서는 거의 전기장 발생하지 않음을 보이는 실측 결과를 얻었다.

본 발명에 의한 조성물, 고분자물질에 대전방지물질중 소금 3.5중량% 혼합시킨 조성물(조성 1), 해수(동해에서 7월 채취) 5중량%를 혼합시킨 조성물(조성 2), 금속분말중 soft-1을 30중량% 혼합 조성한 조성물(조성 3)에 대한 표면저항 및 반감기를 측정한 결과를 나타내었다, 표8에 나타낸 바와 같이. 소금이 함유되어진 조성물, 해수를 포함시킨 조성물이 10⁶~10⁷ Ω/□으로 낮으며, 그리고 절연체인 ferrite 함유되어진 조성물은 높은 저항값을 가지지만 ferrite는 전기장이 아닌 자기장을 흡수하여 공진에 의해 열소멸, 차폐시키는 조성물에 속한다. 또한 이들에 대해 항균시험과 곰팡이시험을 실시하였으며, 표 9과 도 19에 그 결과를 나타내었다. 항균시험 결과에 의하면, - 일본의 경우, 어린이용 제품은 70% 이하이어야 한다. 이는 높은 항균력은 모든 균을 박멸할 수 있어 오히려 나쁜 영향을 줄 수 있을 가능성 때문에 - KS K 0693-95으로 대장균주에 대한 항균율을 측정한 결과, 조성 1과 조성 2는 90% 이상의 항균 측정치를 얻었고 조성 3은 약 50% 이상의 항균 측정치를 얻었다. 본 발명에 주재료인 소금은 잡균, 세균이나 미생물이 번식할 틈을 주지 않으며 오랜 시간이 지나도 변함없는 성질을 가지고 있다. 소금은 물에 잘 녹아서 다른 물질에 잘 침투하고 잘 섞이는데 우리의 인체에 좋은 것을 주고 나쁜 것을 제거해주는 역할을 하는 성질이 있다. 소금은 즉 염분은 음식물을 분해하고 노폐물을 배설 처리하는 역할을 하여 인체 내의 신진대사를 주도한다, 인간의 건강을 해치는 최대의 원인은 신진대사의 원인일 수 있다. 세포안의 낡은 것을 밀어내고 새로운 것을 받아들이는 신진대사가 원활하게 이루어지지 못할 때 혈액은 산성화되고 면역성은 약화되어 발병할 위험성이 높아진다고 한다. 외과수술 전후에 염분을 섭취하면 상처의 회복이 빨라진다고 하는데, 이것은 소금의 역할이 그만큼 중요한 역할을 하고 있다는 것을 증명하는 것일 것이다. 링거액 역시 Na⁺ 130, K⁺ 4, Ca² ⁺ 3, Cl^- 109 비율로서, 인체≒해수 비율과 유사하다. 소금은 죽거나 파괴된 세포를 빠른 속도로 회복시켜 준다. 이와 같이 소금(염분)의 유익한 작용으로 상기와 같이 제초제와 유사한 항균력을 가지지만, 소금(본 발명에 의한) 물질은 인체에 유익한 물질이다. 또한 본 발명들의 실험은 세균액을 25℃ 에서 24시간 진탕배양후, 균수 측정(진행회수 150회/분)을 하였으며, 측정방법은 섀이크플래스크(Shake Flask)방법, 대장균은 Escherichia Coli ATCC25922를 사용하였다.

항목	측정단위	조성 1	조성 2	조성 3	평가방법
표면저항률	Ω/□	2.1 x10⁵	1.3 x 10⁷	6,4 x 10¹³	KS M 3015-1997 (or ASTM D257)
반감기	sec	0.5	0.8	20	KS K 0555-2000, A법

조성물	시험 분석 결과 (세균수/㎖)		항균율
조성물	접촉 직후	24시간 후	(증가율)
Blank	120,000	3,180,000	-2,550.0 % (26.5배)
조성 1	120,000	897	99.6 %
조성 2	120,000	2,378	98,9 %
조성 3	120,000	57,875	51.8 %

발명에 따라, 조성물에 사용되는 황토는 그 고유특성인 황토빛 색상을 발휘함으로서 미려한 외장제품으로서의 효과를 발휘하고, 본 발명의 황토제품에서의 인체 친화적인 파장의 일종인 원적외선을 방사하는 기능을 가짐과 동시에 (+), (-) 이온성질을 가져 (-)와 (+)균주에 대하여 균 억제효과를 나타낸다. 또한 황토는 무기난연제로서의 작용으로 난연성을 아울러 가지게 되는 효과도 발휘한다. 본 발명에서의 황토 첨가 시료를 KS K 0693-2001에 의거 실험한 결과, 황색포도상구균과 폐렴균에 대하여 각각 99.9%의 항균효과를 보인다는 시험결과를 얻었다. 이를 도 19에 도시하였고, 표 10은 원적외선 효과를 측정한 결과로서, FT-IR Spectrometer Method으로 Black Body 대비 40℃에서 측정한 결과 원적외선 방사율(5∼20㎛)은 약 0.892이며 방사에너지는 3.61×10²W/m²㎛이었다.

방사율 (5~20㎛)	방사에너지 (W/m2)
0,892	3.61²

현재 건축시공용으로 판매되고 사용중인 아크릴(acrylic primer, acrylic emulsion)계 접착제와 본 발명에 의해 제조되어진 염도 3.5중량% 아크릴계 접착제를 비교 평가한 결과를 동시 촬영한 것을 도 20, 도 21에 도시하였다. 현재 시공용이며 방수 혹은 접착 용도인 아크릴계 접착계는 다량의 곰팡이가 발생함을 알 수 있었으나, 본 발명의 시편(제품)은 곰팡이 방지특성이 있음을 알 수 있다. 도 22는 본 발명품의 우수성을 평가하는 방법으로 곰팡이 발생이 잘 되는 식빵을 가지고 실험한 결과이다. 실험 평가는 4일 동안 식빵에 수분이 항상 있도록 한 상태에서 실험을 진행하였다. 본 발명에 이해 제조된 면에 비접촉한 빵 부분이 본 발명에 접촉된 빵 부분보다 더 많은 곰팡이가 발생하였다, 본 발명의 물질중에서 조성 1과 같이 나트륨이 함유되어진 것이 곰팡이 발생이 없거나 거의 없는 것으로 보아 방균효과가 더 양호함을 알 수 있었다. 본 발명에 의거, 나트륨 성분을 동일한 1.5중량%으로 제조한 경우, 소금 분말으로 제조한 제품보다도 해수로 제조되어진 제품이 - 해수중에는 나트륨뿐 만 아니라 각종 미네탈 성분중에서 칼슘 등이 포함(조해 성분 포함)되어 있어, 표면저항이 소금보다는 우수하였으며, 인체의 구조와 가장 유사한 구조를 가지고 있었음으로 인하여 인체 친화성(유익성)이 좋으며 - 대전방지 성능의 평가 기준인 표면저항의 관점에서 보면 5.1 x 10⁷Ω/□ vs. 2.1 x 10⁷Ω/□으로, 해수가 혼합 제조된 제품이 저항과 곰팡이 방지면에서 오히려 더 우수함을 알 수 있었다. 그러나 원자재 조달에 있어 유통이 용이한 소금(염화나트륨)으로 제조하여도 무방하다. 향후 청정해수에서 가져온 해수를 사용하는 개념으로 카리브해, 사해 등에서 채취한 것을 사용하여 제조하거나 고향의 근처 바다에서 채취한 것을 원자재으로 사용함으로서 정량 및 정성적인 면과 함께 감성적인 면에서도 유익한 효과를 발휘토록 고려하여 개발하였다.

난연성은 본 발명의 주목적 발명기능인 대전방지, 전기장 차단 등을 발휘하기 위해 사용하는 첨가물질들 중에 물리·화학적 고찰을 통하여 종전 난연제와 유사한 기능을 발휘할 가능성을 발견하고 추가로 환경위해성 시험을 실시하였다, 난연성 평가는 내수용 KS F 2271(난연 2～3급 기준), 수출용 UL-94(V-0, V-1 기준)를 기준으로 표준시편(220mm×시공두께(max. 15mm))을 제조하여 환경유해성 시험을 의뢰하여 평가를 하였다. 표 11에 나타낸 바와 같이, 환경유해성 평가에서 양호한 결과를 확보하였다.

시험명		가스유해성 시험		판정 기준
시험체	번호	1	2	-
	크기(mm)	220	220
	두께(mm)	4.0	4.0
	중량(g)	371.4	368.2
시험후감량(g)		2.0	1.8
마우스 (mouse)	혈통 성별	ICR, 암컷	ICR, 암컷
마우스 (mouse)	평균 중량	20.4	20.4
시험상자온도℃	초기	31.3	31.2
시험상자온도℃	최고	32.1	32.0
마우스평균행동정지시간		11분 51초	10분 54초
표준편차		0분 7초	0분 4초
마우스행동정지시간		9분 44초	10분 50초	9분 이상
판정		적합	적합	-

이상에서 본 발명의 과학적 원리, 고찰, 실험(시험), 그리고 설명 및 도시하였지만 본 발명은 당업자에 의하여 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같이 변형된 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

[발명의 효과]

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물과 제품에 의해 첨가물질에 따라 선택적 기능성으로, 전기장 차단, 자기장 차폐 가능, 원거리 자기장(전자파)와 근거리 전기장(전자파) 차폐, 세균 방지, 방균 기능, 난연성, 원적외선 방사기능을 가지는 효과를 발휘시킬 수 있다.

[발명의 실시하기 위한 구체적인 내용]

본 발명은 Acrylic primer, Acrylic emulsion이나 epoxy, Poly Vinyl Acetate 등과 같은 고분자물질에 기능성 물질로서 고상, 액상 혹은 액상으로 제조한 대전방지물질이나 전도카본, 황토, 금속분체 물질을 단독 또는 2종 이상 첨가하여 제조한 고분자물질 조성물은 전기장 차단, 세균 방지, 곰팡이 방지 기능, 난연성, 원적외선 방사기능 등과 같이 여러 가지 기능들을 선택적으로 발휘하는 고분자물질과 그 응용제품에 관한 것이다.

도 1은 아파트 벽면 곰팡이 사진.
도 2는 전원주택 벽면 곰팡이 사진.
도 3는 본 발명에 의한 대전방지물질의 개미 퇴치 실험.
도 4은 본 발명에 의한 three roll mill, 2회 이하 pass시 조성물 응집 상태촬영결과.
도 5는 본 발명에 의한 three roll mill, 3회 이상 pass시 조성물 양호 상태 촬영결과.
도 6은 본 발명에 사용하는 전도카본(흑연) 구조.
도 7은 본 발명의 전도카본 SEM 촬영결과.
도 8은 본 발명에 사용한 입사전력에 대해 차폐제에 의해 수신전력의 차에 따른 차폐 개략도.
도 9는 본 발명에 사용된 전자기파 차폐 시스템.
도 10은 본 발명의 Soft-1 SEM(Scanning electron microscope) 촬영결과.
도 11은 본 발명에 의해 제조된 시트의 차폐율 측정결과.
도 12는 본 발명의 조성물로 Box 내부 처리(시공) 전, 후의 E-tester 장비로 전기장 측정결과.
도 13은 본 발명의 조성물로 Box 내부 처리(시공) 전, 후의 TriField meter 장비로 전기장 측정결과.
도 14는 금속구 이론 설명을 위한 개략도.
도 15는 본 발명의 조성물로 시공전 HI-3604로 전기장 측정결과.
도 16은 본 발명의 조성물로 시공전 Frequency counter에서의, 전등 on상태 vs. 전등 off상태 전기장 발생 차이 촬영.
도 17은 본 발명의 조성물로 시공후 HI-3604로 전기장 측정결과.
도 18은 본 발명의 조성물로 시공후 Frequency counter에서의, 전등 on상태 vs. 전등 off상태 전기장 발생 차이 촬영.
도 19는 본 발명에 의한 황토 샘플에 대한 항균 시험 성적서.
도 20은 상업화되어진 무방균 acrylic primer와 본 발명에 의한 acrylic primer에 대한 곰팡이 균주 실험 촬영.
도 21은 상업화되어진 무방균 acrylic emulsion과 본 발명에 의한 acrylic emulsion에 대한 곰팡이 균주 실험 촬영.
도 22는 본 발명에 의한 조성물에 대한 곰팡이 실험.
표에 대한 설명,
표 1은 미주에서 지역별 음이온 발생량 자료.
표 2는 음이온과 양이온 작용.
표 3은 시공후 하자 유형 조사자료.
표 4는 본 발명의 전도카본 종류.
표 5는 생물들의 미네랄 구성비 자료.
표 6는 차폐율과 dB 환산값.
표 7은 본 발명에서의 soft ferrite의 물성표.
표 8은 본 발명에 의한 표면저항, 반감기와 같은 전기적 특성 및 항균력 결과.
표 9은 본 발명에 의한 항균실험 결과.
표 10는 본 발명에 의한 원적외선 방사율 및 방사에너지 측정결과.
표 11은 본 발명에 의한 조성물 시편에 대한 환경 유해성 실험 결과.

Claims

고분자 물질; 고형분 1~99중량%인 Acrylic, epoxy, Polyvinyl alcohol, Polyvinyl acetate, Silicone, Polyurethane, Ethylenevinyl acetate, Vinyl Acetate Monomer의 resin, solution 혹은 primer, emulsion, copolymer, thermosoftening plastic, thermosetting plastic, starch, additives 0~20중량% 단독 혹은 2종 이상을 1~99중량% 사용하고,
대전방지 물질로는; 염화나트륨이 주성분인 식용 소금과 화학약품으로서의 사용되는 염화나트륨 물질중 이들 수용액은 100g의 물에 0.1~39.8g 녹여 사용하거나, 대한민국 동해, 서해, 남해, 태평양, 대서양, 인도양, 사해 등지에서 채취한 염도 0.1~34.0중량% 혹은 염도 0.01~99중량%를 단독 혹은 2종 이상 혼합 1.0~99.5중량% 사용하거나,
금속물질은 평균 크기 0.01~25㎛ 구정 및 판상인 Iron powder, Copper powder, Cobalt powder, Tin powder, Aluminum powder, Magnesium powder, Titanium powder, Silicon powder, Nickel powder, Zinc powder, Manganese powder. Silver powder, Ag coated Cu, Ni coated Cu, Indium tin oxide, solder ball(Free lead Tin-Bismuth), silver chloride, Antimony tin oxide, titanium dioxide, stainless steel, Mn-Zn ferrite와 같은 soft ferrite, conductive carbon(전도카본) powder 및 고형분 1.0~80.0중량% 전도카본졸, 및 0.01~20㎛ 황토를 단독 혹은 2종 이상 혼합 1.0~97.5중량% 사용하거나,
이들 금속물질을 carboxylic acid계와 지방산, silane계를 사용하여 표면개질시키고, 표면개질된 금속물질 0.5~85.0중량% 사용하거나, 혹은 염화칼슘을 전체 조성물비에서 염화칼슘 사용량 0.75중량%이하를 단독 혹은 복수 이상 혼합 사용하거나,
용매는 methanol, ethanol, butanol, dichloromethane, ethylacetate, hexane, diethylehter, acetonitrile, benznene, Dibasic ester, 1-METHOXY-2-PROPANOL, BC, Diethylene Glycol Monoethyl Ether Acetate, alcohol, H²O, etc를 단독 혹은 2종 이상 0.1~99.9중량% 혼합 사용하고,
3롤밀(three roll mill) 3회 이상 pass(통과) 내지 고압분산기, 고전단믹서(인라인믹서, 호모믹서), 프리믹서(교반기), 볼밀, 호모디스퍼스, 호모지나이저, (임펠라) 고속교반기, 페이스트 믹서, 공자전믹서 등 단독 혹은 2종 이상 이용하여 고른 분산시킨,
전기장 차단, 항균, 방균, 난연 기능, 원적외선 방사기능을 가진 인체 친화적 고분자물질 조성물, 그 제조방법 및 제품.