KR100538401B1 - 차음재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 차음재의 제조방법에 관한 것으로, 발포 폴리스티렌보다 유연성이 좋고, 발포 폴리에틸렌보다 강도가 높으며, 가격이 저렴하면서도 차음성능이 우수한 차음재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

폴리프로필렌을 주성분으로 하는 에틸렌-프로필렌 공중합체 또는 에틸렌-프로필렌-1부텐 공중합체 수지를 사용하여 발포비가 60-100배이고, 발포입자의 단면에서 직경 100-500μ인 기포의 단면적 비율이 80% 이상이고, 차등열분석법에 의하여 측정되는 융점이 2개이고, 고온측 융점에서의 융해열이 4-15J/g인 발포입자를 제조하는 단계와; 발포입자를 가열하여 최종 발포비가 70-120배가 되도록 융착성형하는 단계로 이루어진다.

본 발명에 의하면 값이 저렴한 폴리프로필렌으로 성능이 우수한 차음재를 제조할 수 있다.

Description

차음재의 제조방법{production method of sound barrier material}

본 발명은 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 소음 및 진동 차단재(이하, '차음재'라 함)의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 에틸렌-프로필렌 공중합체 또는 에틸렌-프로필렌-1부텐 공중합체 수지를 발포시켜 제조되는 차음재의 제조방법에 관한 것이다.

도시화가 진행되면서 아파트 등 공동주택의 상하층 간에 전달되는 소음과 진동(이하, 줄여서 '층간 소음'이라 함), 그리고 도로와 인접한 주거 지역에서의 차량 소음이 중요한 문제로 대두되고 있다. 특히, 공동주택의 층간 소음은 공동주택의 품질을 결정하는 중요한 요소인데도 불구하고 건축비를 절감하기 위하여 층간 두께를 얇게 하는 추세에 있어 더욱 문제가 되고 있다.

차음재로 종래에는 유리 섬유, 폴리에스터 섬유 등의 섬유 형태의 재질과 발포 폴리에틸렌, 발포 폴리스티렌, 발포 합성고무, 합성고무 등의 시트 형태의 재질이 단독 또는 결합되어 사용되어 왔다.

그러나, 종래의 차음재는 차음성능이 우수한 소재는 가격이 비싸고, 가격이 저렴한 소재는 차음성능이 떨어지는 문제점이 있는데 이를테면, 발포 폴리스티렌은 가격은 저렴하나 유연성이 낮다는 단점이 있고, 발포 폴리에틸렌은 강도가 낮아 구조재로 사용하기 어렵다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 발포 폴리스티렌보다 유연성이 좋고, 발포 폴리에틸렌보다 강도가 높으며, 가격이 저렴하면서도 차음성능이 우수한, 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 차음재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

소리는 일종의 진동인데 이 진동이 벽을 통과하는 과정에서 많이 손실될수록 차음 효과가 큰 것이다. 차음 성능은 벽을 구성하는 물질의 밀도, 균일성, 강성 등에 의존하는 것으로 알려져 있는데 발포체의 경우에는 발포체의 재질, 기포의 크기, 기포의 크기 분포, 기포의 개방도 등에도 의존하게 된다.

본 발명은 입자발포법으로 특정한 조건을 지닌 폴리프로필렌 발포입자(pre-foamed beads)를 제조한 후, 이를 융착성형하면서 발포비를 크게 하여 발포폴리프로필렌 시트를 제조할 경우 차음성능이 증진된다는 발견에 입각한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차음재의 제조방법은 에틸렌-프로필렌 공중합체 수지 또는 에틸렌-프로필렌-1부텐 공중합체 수지를 사용하여 발포비가 60-100배이고, 발포입자의 단면에서 직경 100-500μ인 기포의 단면적 비율이 80% 이상이고, 차등열분석법에 의하여 측정되는 융점이 2개이고, 고온측 융점에서의 융해열이 4-15J/g인 발포입자를 제조하는 단계와; 발포입자를 가열하여 최종 발포비가 70-120배가 되도록 융착성형하는 단계로 이루어진다.

에틸렌-프로필렌 공중합체 수지와 에틸렌-프로필렌-1부텐 공중합체 수지는 모두 프로필렌을 주성분으로 하는 것으로, 에틸렌-프로필렌 공중합체 수지는 에틸렌 함량이 1-10중량%인 것을 사용하고, 에틸렌-프로필렌-1부텐 공중합체 수지는 에틸렌 함량이 1-10중량%이고, 1부텐 함량이 1-5중량%인 것을 사용하는데 직경 또는 상당직경은 1mm 내외로 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 구성을 단계별로 보다 상세히 설명한다.

제1 단계는 입자발포법으로 발포입자를 제조하는 것인데 입자발포법은 고온고압의 반응기에서 수지입자에 발포제를 침투시킨 후, 이를 감압 팽창시킴으로써 수지에 침투된 발포제로 하여금 기포를 형성시키도록 하는 것이다.

제2 단계는 제1 단계에서 제조된 발포입자를 가열하여 융착성형하는 것인데 열에 의해 기포가 팽창함으로써 공극이 메워져 발포비가 더 증가하게 된다.

상기 입자발포법에 의해 제조된 발포입자는 수지입자를 금형으로 배출하여 성형하는 압출발포법으로 제조하는 것보다 기포의 크기가 작고, 기포막이 얇고, 기포의 개방도가 낮고, 융착성형시 밀도가 높은 융착면이 시트 내부 전체에 걸쳐 3차원적으로 형성되며, 기포막을 이루는 폴리프로필렌에 서로 다른 결정구조가 복합적으로 존재한다는 특성을 지닌다.

제조된 발포입자를 차등열분석법으로 분석하면 2개의 용융점이 나타내며 고온측의 용융점은 발포되기 전의 수지의 용융점보다 높아진다. 이는 발포입자의 기포막 재질에 서로 상이한 2개의 결정구조가 존재함을 의미하며 발포가 진행되는 과정에서 기포막의 급격한 연신과 기포의 단열팽창 따른 급격한 냉각에 의해 발포전보다 더 치밀한 결정구조가 새로이 생성된 결과이다. 따라서 더블피크를 가지는 수지입자를 발포시키면 차음 성능이 좋은 독립기포(closed cell) 발포체가 제조된다.

고온측 융점을 나타내는 부분은 비율은 발포 온도가 높아질 수록 감소되어 어느 온도 이상에서는 고온측 용융점이 사라지고, 그 온도는 수지조성, 발포제의 종류, 발포비에 따라 변화한다.

본 발명에서 제시된 여러 가지 조건들은 실험을 통해 얻어진 것이며 이에 대한 이론적인 해석은 어려우나 상기 조건에 의해 결정되는 기포의 크기 및 분포도, 기포막의 두께, 밀도가 높은 융착면의 규칙적인 배열, 기포막 내부에 존재하는 상이한 구조의 결정 등의 다양한 불균일성이 복합적인 상승작용을 하여 차음효과를 증진하는 것으로 판단된다.

기포막의 두께는 발포비와 기포의 크기에 의해 결정되며, 융착면의 배열은 발포입자의 크기와 형태에 의해 결정되고, 발포입자의 크기는 수지입자의 크기와 발포비에 의해 결정되며, 기포막의 결정구조는 고온 용융점의 융해열로써 규정할 수 있다. 따라서 발포비, 기포의 크기, 고온 용융점의 융해열을 조절하면 차음성능이 우수한 특성을 지닌 발포입자의 제조가 가능하게 된다.

본 발명의 구성은 다음 실시예와 비교예를 통해 더욱 명확해질 것이다.

<실시예 1>

1. 발포입자 제조단계

10L의 고압반응기에 직경 1mm, 길이 2mm의 원통형 에틸렌-프로필렌 수지입자 2kg과 물 4.5kg과 발포제로 이소부탄 1.2kg을 넣고 141℃로 가열하여 교반하면서 발포제를 수지입자로 침투시킨 후, 수지입자를 배출하여(감압하여) 발포시켰다.

발포입자의 발포비가 62이고, 100-500μ 단면적비(%)는 85%이고, 고온측 융점에서의 융해열이 14.5 J/g 인 발포입자가 제조되었다.

2. 발포입자 융착성형단계

발포입자를 세척, 건조하여 200L의 압력용기에 넣고 3kg/cm²의 공기로 가압하여 24시간 유지한 후, 금형에 넣고 수증기로 가열 성형하여 가로 500mm, 세로 500mm, 높이 20mm의 판형 차음판을 제조하였다. 제조된 차음판의 발포비를 측정한 결과, 75배로 발포입자보다 약15% 증가하였고, 500Hz 에 대한 차음성능은 37dB로 측정되었다.

여기에서, 발포비는 각각의 비중을 측정하여 계산하였고, 직경 100-500μ의 기포가 차지하는 단면적 비율은 현미경으로 촬영한 사진을 사용하여 기포들의 단면적의 합을 구하여 구하였고, 고온 융해열은 차등열분석기(DSC)를 사용하여 50℃에서 180℃까지 10℃/min의 비율로 승온시키면서 측정하였고, 차음 효과는 ISO 140/7(건축물의 바닥충격음 측정방법)에 규정된 방법에 의하여 500Hz의 음을 차단하는 효과를 측정하여 기재하였다.

각각의 발포 조건, 발포입자 및 2차 발포하여 성형한 차음판의 물성을 후술하는 실시예 2 및 비교예들과 함께 표 1에 기재하였다.

<실시예 2>

발포입자를 에틸렌-프로필렌-1부텐 1.9kg 사용하여 125℃에서 발포시킨 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

제조된 차음판의 발포비를 측정한 결과, 117배로 발포입자보다 약 20% 증가하였고, 500Hz 에 대한 차음성능은 37dB로 측정되었으며 기타 사항은 실시예 1, 후술하는 비교예와 함께 표 1에 기재하였다.

	수지(사용량)	입자발포비(배)	발포온도(℃)	100-500μ 단면적비(%)	고온융해열(J/g)	차음판발포비(배)	500Hz개선량(dB)
실시예 1	에틸렌-프로필렌 1.2kg	62	141	85	14.5	75	37
실시예 2	에틸렌-프로필렌-1부텐 1.9kg	98	125	82	4.2	117	40
비교예 1	에틸렌-프로필렌 1.0kg	51	142	95	14.8	63	21
비교예 2	에틸렌-프로필렌-1부텐 2.0kg	108	123	93	6.2	125	24
비교예 3	에틸렌-프로필렌-1부텐 2.0kg	85	123	64	8.4	102	31
비교예 4	에틸렌-프로필렌-1부텐 1.0kg	75	126	90	3.1	90	20
비교예 5	에틸렌-프로필렌-1부텐 1.2kg	61	121	95	17.2	72	18

<비교예 1-5>

발포입자의 발포 조건을 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건에서 발포시켜 차음판을 제조하였다.

비교예 1은 발포입자 및 차음판의 발포비가 각각 51배와 63배로 본 발명의 조건보다 작은 것을 제외하고 다른 특성은 실시예 1-2와 유사하나 차음효과는 21dB로 크게 낮아졌고, 비교예 2는 발포입자 및 차음판의 발포비가 각각 108배와 125배로 본 발명의 조건보다 큰 것을 제외하고 다른 특성은 실시예 1-2와 유사하나 차음효과는 24dB로 역시 크게 낮아졌다.

비교예 3은 직경 100-500μ인 기포의 단면적비가 64%인 것을 제외하고 다른 특성은 실시예 1-2와 유사하나 차음효과는 31dB로 비교적 낮은 결과를 보였고, 좋은 차음효과를 보인 실시예 2의 단면적비가 82%인 점을 고려하면 직경 100-500μ인 기포의 단면적비가 80% 이상이 되는 것이 요구된다는 결론을 얻을 수 있었다.

비교예 4와 비교예 5는 고온융점의 용융열을 제외한 다른 특성은 실시예 1-2와 유사하나 역시 차음효과는 낮게 나타났다.

본 발명에 의하면 발포 폴리스티렌보다 유연성이 좋고, 발포 폴리에틸렌보다 강도가 높으며, 가격이 저렴하면서도 차음성능이 우수한, 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 차음재의 제조방법이 제공된다.

Claims (3)

1. 에틸렌-프로필렌 공중합체 또는 에틸렌-프로필렌-1부텐 공중합체 수지를 사용하여 발포비가 60-100배이고, 발포입자의 단면에서 직경 100-500μ인 기포의 단면적 비율이 80% 이상이고, 차등열분석법에 의하여 측정되는 융점이 2개이고, 고온측 융점에서의 융해열이 4-15J/g인 발포입자를 제조하는 단계와; 발포입자를 가열하여 최종 발포비가 70-120배가 되도록 융착성형하는 단계로 이루어지는 차음재의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 에틸렌-프로필렌 공중합체의 에틸렌 함량이 1-10중량%인 것을 특징으로 하는 차음재의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 에틸렌-프로필렌-1부텐 공중합체의 에틸렌 함량이 1-10중량%이고, 1부텐 함량이 1-5중량%인 것을 특징으로 하는 차음재의 제조방법.