KR100549161B1 - 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄조성물, 및 이를 이용한 스프레이 시공방법, 그리고 그연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체 - Google Patents

건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄조성물, 및 이를 이용한 스프레이 시공방법, 그리고 그연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축물의 층간 충격음 저감효과가 우수한 물성을 구현하면서도 동시에 스프레이방식 경화시간을 기존대비 획기적으로 단축한, 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄 조성물, 및 이를 이용한 스프레이 시공방법 및 그리고 그 스프레이폼 구조체를 제공함으로써, 전체적으로 경량충격음 및 중량충격음에 대한 우수한 차음효과 구현과, 방수기능 겸용 및 높은 강도의 층간 충격음 저감재를 가능케 하며, 세부적으로는 단열성능 및 내약품성, 내구성, 기계적 강도가 우수하며, 다공질 발포체로서 흡음성능 및 진동억제가 가능한 탄성체를 구현하며, 차음막 형태의 표면막을 형성하며, 현장 맞춤형 시공이 가능하며, 바닥면재와의 자기접착력을 가지므로 면재와의 기밀성 유지 및 이형성 방지가 가능하며, 계면 및 틈새가 없는 일체형 성형이 가능케 하며, 적층 스프레이 방식을 통해 차음과 방음에 대한 반복시스템을 구현 가능케 하며, 작업방식이 매우 간편하여 작업 생산성과 편리성을 획기적으로 개선하며, 자기물성 유지기간이 매우 길어 개/보수가 거의 불필요하다는 잇점들을 제공하는 등 매우 탁월한 성능들을 동시에 구현한다.
연질 폴리우레탄 스프레이폼 조성물, 층간 충격음 저감 스프레이 시공방법

Description

건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄 조성물, 및 이를 이용한 스프레이 시공방법, 그리고 그 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체{A FLEXIBLE POLYURETHANE COMPOSITION FOR DECREASING OF IMPACT SOUND AT A BUILDING FLOOR, AND THE SPRAYING CONSTRUCTION METHOD USING THIS, AND THE FLEXIBLE POLYURETHANE SPRAY-FOAM STRUCTURE THEREOF}
도 1은 차음부재를 채용하여 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 종래 방식의 시공단면도,
도 2는 서로 다른 물성들을 갖는 다층의 폴리우레탄폼 시공을 통한 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 종래 방식의 시공단면도,
도 3은 일반적인 연질 폴리우레탄 몰드폼에 대비된 본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 스프레이폼 간의 실험결과를 측정해 대비해 보여주는 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 연질의 폴리우레탄 조성물을 이용한 스프레이 시공을 통한 층간 충격음 저감을 위한 시공단면도를 개략적으로 보여주는 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연질의 폴리우레탄 조성물을 이용하여 스프레이 시공을 통한 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체의 바람직한 세부 구성도,
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 발포 성형되고 2중으로 적층된 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체의 단계적 작용효과를 설명하기 위한 개념도,
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연질 폴리우레탄 조성물을 이용하여 실험실 조건에서 스프레이 시공방식으로 발포 성형한 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체의 샘플 사진들.
본 발명은 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 폴리우레탄 조성물, 및 이를 이용한 스프레이방식 시공방법, 그리고 그 폴리우레탄 스프레이폼 구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건축물의 바닥충격음 저감재로서의 우수한 물성 구현과 동시에 스프레이 시공기간을 기존대비 획기적으로 단축할 수 있도록 새롭게 발명된 연질의 폴리우레탄 조성물을 제공하고, 이를 이용하여 상온·상압조건에서 스프레이 시공방식으로 건축물의 슬라브층 위에 효율적으로 충격음저감재를 발포 성형시킴으로써, 기존대비 경량충격음과 중량충격음에 대해 월등히 우수한 차음 및 흡음 효과를 구현하면서도 단열 및 방수 기능을 겸용하며, 동시에 발포 및 경화시간을 20분이내로 단축시키면서도 동일 원액의 동일 반복 스프레이 과정을 통해 매우 간편하게 우수한 적층구조를 가능케 하는, 연질 폴리우레탄 스프레이 시공방법 및 그 결과물로서의 연질의 폴리우레탄 스프레이폼 구조체에 관한 것이다.
아파트와 같은 공동주택이나 복층 건축물의 경우, 공기전파음은 콘크리트 슬라브 구조에 의해 대다수가 차단되나, 상층바닥에서 사람의 보행이나 물건의 낙하 등에 의해 바닥에 충격이나 진동이 직접 가해지면 고체전파음으로 변하여 거의 감쇠되지 않고, 바닥 슬라브나 천정 또는 벽체를 통해 하층 또는 인접 세대내로 방사 되는 특성이 있다. 이러한 "바닥충격음"은, 그릇이나 물건의 낙하음, 의자 이동음과 같이 고주파수 성분의 음을 많이 발생시키는 경량충격음과, 성인보행 또는 어린이의 뜀뛰기 등과 같이 저주파수 성분의 음을 많이 발생시키는 중량충격음으로 대별된다. 구미주택의 경우 일반적으로 중량충격음이 주를 이루나, 한국과 같은 동양문화권에서는 중량충격음과 경량충격음이 모두 발생하며, 이의 전파를 막기 위한 건축물의 층간 바닥충격음 저감재가 더 요구된다.
먼저, 개념의 혼동을 막기 위하여 소음과 관련된 용어의 정의부터 하고자 한다. 일반적으로 "소음"이란 1차적으로 소음원으로부터 공기중을 통해 방사되는 공기전파음을 일컫고, "흡음"이란 소음원으로부터의 공기전파음 또는 진동전파음을 흡수시켜 내부공간으로 반향파가 생기지 않게 하는 것이며, "방음"이란 소음이 외부공간으로 새어나가지 않도록 하는 것을 말하며, "차음"이란 중간에서 음의 진동을 차단하는 것을 의미하며, "건축물의 바닥 충격음"과 "건축물의 층간 충격음"은 거의 동일한 의미로 사용된다. 그러므로, 본 발명에서 사용하는 "건축물의 층간 충격음" 저감을 위한 연질 폴리우레탄 스프레이폼 부재는 전술한 경량충격음과 중량충격음에 의해 외부층으로 전달되는 진동음을 저감시키기 위한 것으로서, 전술한 차음과 흡음 및 방음 기능을 동시에 구현하는 효과를 제공하는 것으로 정의하여 사용하고자 한다.
일반적으로, 공동주택이나 건축물의 바닥충격음 저감재로서의 차음재는 소정 시트나 패드타입의 차음부재를 채용하여 시공한다. 도 1을 참조하면, 슬라브층(210) 위에 시트/패드 형태의 차음부재(250)를 적층하여 이음처리하고, 그 위에 경량기포콘크리트층(220)을 형성한 후 그 상단으로 통상의 난방용 배관을 배설한 후, 그 위에 수십 mm의 모르타르층(230)을 타설하고, 최종적으로 바닥장식재(240)를 깔아준다. 이러한 차음부재(250) 소재로는 EPS보드, EVA보드 또는 기타 가교 성형의 PAD 형태로 제공되며, 이를 현장 상황에 맞게 커팅한 후 접착테이프를 이용하여 이음 마감하는 방식으로 시공되고 있다.
그러나 이러한 시트 또는 패드 방식 차음부재 시공방식은 커팅된 차음부재간의 틈새의 마감을 위해 별도의 충진재를 사용하고 있고, 틈새 및 이음새를 완벽히 마감하는데 상당한 어려움이 있는 것이 현실이고, 또한 바닥 슬라브층과의 기밀성이 약해 차음효과가 높지 못하여 개선된 바닥충격음 저감재 기준허용치를 만족시키기가 쉽지 않고, 바닥에 요철이 있는 경우 평활화 작업에 곤란성이 많고, 작업과정이 복잡하며, 별도로 차음부재를 시공현장에 쌓아두어야 하는 등 시공 작업의 생산성 및 편리성, 유지보수작업의 측면에서 불편한 점 등 여러가지로 문제점이 많았다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해 건축물의 층간 차음재로 "폴리우레탄계 층간차음재의 시공방법(특허출원 10-2004-0060077호)"이 제시되었다. 도 2를 참조하면, 이 시공방법은 소정의 방식으로 3종류의 폴리우레탄계 조성물을 개별적으로 제조하고, 슬라브층(210) 위에 먼저 폴리우레탄 프리폴리머를 코팅처리(흙손, 붓, 로울러 등 사용)하여 프라이머층(51)을 형성하고, 그 위에 상온에서 폴리우레탄을 발포시켜 흡음층(52)을 형성시킨후, 그 위에 고경도의 폴리우레탄을 코팅(흙손 등 사용)하여 차음층(53)을 형성시켜 전체적으로 중간차음재층(50)을 제공하며, 그 상단에는 도 1에 보여진 바와 같이 일반적인 경량기포콘크리트층과, 난방용배관, 모르타르층 및 바닥장식재를 순차적으로 적층하였다.
또한 전술의 특허출원에서 프라이머층(51)에 사용되는 폴리우레탄 프리폴리머(부분중합체)는, 통상의 방법으로 제조된 것을 사용하거나, Crude MDI와 PPG-400(관능기=2, 분자량=400)을 반응시켜 제조된 NCO(%)=6.5∼7인 코팅용 이소시아네이트 프리폴리머를 로울러 등을 이용하여 슬라브층 위에 코팅처리한다.
또한 전술의 특허출원에서 흡음층(52)에 사용되는 폴리우레탄 폼은, TDI-80, PPG-3000, 1,3-부탄디올을 사용하여 NCO(%)=5∼7인 이소시아네이트 프리폴리머를 1차단계로 제조한 후, 여기에 2차단계로 소정 MDI를 블렌드하여 NCO(%)=10∼30으로 조정하여 경화제로 하고, 이와는 별도로 PPG-4000에 충전제와 난연제와 항균제와 촉매와 실리콘정포제와 물과 발포제를 첨가하여 주제로 하고, 상기 경화제와 주제를 상온에서 스프레이 하거나 Pouring Rake Process(붓 모양의 갈퀴에 부어 도포하는 방식) 공정으로 미세발포시킨다.
또한 전술의 특허출원에서 차음층(53)에 사용되는 고경도 폴리우레탄 코팅재는, TDI-80, PPG-400, PPG-280, PPG-3000을 사용하여 고형분 100%, NCO(5)=6∼9인 이소시아네이트 프리폴리머를 경화제로 하고, 이와는 별도로 관능기수가 2∼3이고 분자량이 1000∼4000인 폴리에테르 폴리올을 혼합하고 여기에 각종 첨가제를 부가하여 주제로 하고, 상기 경화제와 주제를 혼합하여 흙손이나 전용레기를 이용해 상온에서 도포(코팅)후 경화시킨다.
일반적으로 폴리우레탄과 관련하여 살펴보면, 2개 이상의 이소시아네이트기(NCO그룹)를 갖고 있는 이소시아네이트류와 2개 이상의 수산기(-OH)를 갖는 알콜류를 다관능기(Polyfunctional)라고 하고, 관능기가 부가중합반응(Addition Polymerization Reaction)에 의해 반응열을 발생시키면서 [-NHCOO-]n의 구조를 갖 는 화합물질을 생성시키는데 이것을 우레탄결합(Urethane Bond)이라고 하며, 1000 이상의 분자가 결합된 것을 폴리우레탄(PolyUrethane)이라고 한다.
폴리우레탄은 경도에 따라 크게 초연질/연질/반경질/경질 폼으로 구분되며, 이외에도 비폼(non-foam)의 경우 코팅제, 접착제, 실란트(방수제), 엘라스토머(합성고무) 등으로 구분되기도 한다. 경질 폴리우레탄 폼은 Closed-Cell 구조로 되어 있어 그 외형이 딱딱하여 외부의 힘에 의해 변형되면 원래 형태로 복원이 어렵고 주로 단열재 및 충전재로 사용되며, 연질 폴리우레탄 폼은 Open-Cell 구조로 되어 있어 그 외형이 부드러워 외부의 힘에 의해 변형되어도 쉽게 복원되고 주로 쿠션재 및 흡음재로 사용되며, 반경질 폴리우레탄 폼은 외형이 경질 및 연질의 중간 정도를 나타내며 몰드성형조건에서 발포 성형이 가능하며 충격흡수성 및 촉감 등이 우수하여 주로 자동차 내장재 등에 사용된다.
일반적인 경질 폴리우레탄 폼은, 상온·상압 조건에서 자유발포가 가능하여 분사와 발포가 동시에 가능한 장점을 가지며 단열성능은 매우 우수하지만, 흡음성능 및 진동억제 성능이 낮아서 건축물 바닥충격음 저감재로서의 기준허용치를 만족시키지 못하는 단점이 있다.
또한 일반적인 반경질 폴리우레탄 폼은, 오픈-셀 구조가 주류(80∼90% 정도)를 이루고, 다른 물질과의 표면접착성이 우수하고, 충격흡수성과 방음효과가 우수하나, 그 성형방식이 몰드성형에 제한적으로 적용된다.
반면 일반적인 연질 폴리우레탄 폼은, 오픈셀 구조를 가짐으로써 통기성과 쿠션성이 좋고 흡음성능이 월등히 우수하나, 그 물성의 특성상 발포과정이 경질 폴리우레탄과 달라서 생산방식이 슬래브스톡폼(Slabstock Foam)과 몰드폼(Mold Foam) 으로만 가능할 뿐, 상온·상압조건에서 자유발포가 어렵고 반응시간을 일정범위내에서 한정적으로 조절하기가 곤란하다는 단점이 있다.
여기서, 일반적인 연질 폴리우레탄 폼의 구성은 이소시아네이트(Isocyanate)와 레진프리믹스(Regin-Premix)의 혼합으로 형성된다. 이중 이소시아네이트는 MDI, TDI, 및 MDI/TDI Blend 제품이 일반적으로 사용되며, 국내의 경우 MDI와 TDI의 장단점을 보완한 M/T Blend 제품이 일반적으로 사용되고 있다. 레진프리믹스와 이소시아네이트 각각의 구성 성분 및 사용량을 살펴보면 아래의 표 1과 같고, INDEX는 A액 대비 B액의 배합비(A/B 또는 B/A)를 의미한다.
사용원료 성분 사용량
레진프리믹스 (A액) 폴리올 가교제 촉 매 정포제 셀연통제 첨가제 발포제 100 0.5 ∼ 10.0 0.1 ∼ 3.0 0.5 ∼ 3.0 0.1 ∼ 5.0 0.1 ∼ 5.0 0.1 ∼ 10.0
이소시아네이트 (B액) MDI, TDI 또는 PREPOLYMER 당량비 기준으로 적용 INDEX (60∼150)
하지만 전술의 폴리우레탄계 층간차음재의 시공방식은, 공장에서 개별적으로 3종류의 폴리우레탄계 조성물을 제조해야 하므로 원액의 제조공정이 번거롭고 제조생산성이 떨어지며, 한번에 여러가지 물성을 동시에 만족시키는 폴리우레탄계 조성물의 최적조건을 찾아내지 못해, 서로 다른 물성을 갖는 폴리우레탄계 조성물을 개별적으로 제조하고, 이들이 도포 적층되어 전체구조를 이룰 때만 원하는 기준치의 차음효과 및 내구성을 발휘할 수 있다는 문제점을 갖는다. 특히 프라이머층과 차음 층용 조성물은 경도를 달리 하여 별도 코팅재로 제조되었고, 흡음층용 프리폴리머는 2단계 과정을 거쳐 제조되었으며, 상기 조성물들은 발포과정에서 악취가 발생하는 TDI계열을 사용한다는 문제점도 더 갖는다.
또한 전술의 폴리우레탄계 층간차음재의 시공방식은, 작업현장에서 도포 및 코팅작업을 시공할때 용도별 적층작업시마다 3종류의 폴리우레탄계 조성물을 번갈아 사용해야 하며, 작업방식도 로울러작업과 스프레이(또는 붓) 방식과 흙손작업을 순차적으로 번갈아가며 사용해야 하므로, 시공과정이 여전히 번거럽고 복잡하여 작업생산성이 크게 개선되지 않는 문제점이 있다.
또한 전술의 방식은 제조된 폴리우레탄 조성물의 물성 특성상 발포 및 경화시간이 전체적으로 최소한 3시간 내지 5시간이 소요(프라이머층 경화시간: 30분∼1시간 소요, 흡음층 경화시간: 30분∼1시간 소요, 차음층 경화시간: 2시간∼3시간 소요)되고, 층간 단계별 경화시간동안 작업자가 장시간 대기해야 하는 등 기존의 시트/패드 시공방식보다 오히려 시공시간이 길어져 건축물의 시공시간 단축을 최우선적으로 고려하는 시공회사의 특성상 건축 현장에서 채용되기에는 여전히 문제점들이 많았다.
전술한 문제점들을 모두 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 건축물의 층간 충격음 저감효과가 우수한 물성을 제공하면서도 동시에 스프레이방식 경화시간을 기존대비 획기적으로 단축한, 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄 조성물을 제공함에 있다.
전술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 건축물의 층간 충격음 저감효과가 우수한 물성을 제공하면서도 동시에 스프레이방식 경화시간을 기 존대비 획기적으로 단축한, 연질 폴리우레탄 조성물을 이용한 건축물의 층간 충격음 저감 시공방법을 제공함에 있다.
전술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 또다른 목적은, 건축물의 층간 충격음 저감효과가 우수한 물성을 제공하면서도 동시에 스프레이방식 경화시간이 기존대비 획기적으로 단축된, 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄 조성물은, 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 폴리우레탄 조성물에 있어서, 프리폴리머 100중량부에 대해, 이소시아네이트계 (60∼85)중량부와, 폴리올 (15∼40)중량부를 포함하여 반응시켜, NCO 함량이 15∼25%NCO이고 점도가 200∼1000cps/23℃가 되도록 조성된 액상의 연질 폴리우레탄 이소시아네이트의 제1조성물; 및 레진프리믹스 100중량부에 대해, 폴리올 (90∼95)중량부와, 발포제 (2∼5)중량부와, 가교제 (1.0∼3.0)중량부와, 계면활성제 (0.5∼1.5)중량부, 및 촉매 (1.0∼3.0)중량부를 포함하여 반응시켜, 점도가 200∼1000cps/23℃가 되도록 조성된 액상의 레진프리믹스의 제2조성물을 포함하며, 상기 제1조성물 : 제2조성물의 혼합비가 100 : 50∼200(wt/wt)로 혼합하여 발포 및 경화 반응이 65∼85kg/m3의 성형밀도로 3∼20분내에 이루어지도록 됨을 특징으로 한다.
여기서, 전술의 제1조성물의 조성시에 필요에 따라 안료 및/또는 난연제로 이루어진 소정 첨가제 (1∼5)중량부를 더 포함시켜 반응시키는 것이 바람직하고, 전술의 제2조성물의 조성시에 필요에 따라 안료 및/또는 난연제로 이루어진 소정 첨가제 (0.1∼1.5)중량부를 더 포함시켜 반응시키는 것이 바람직하다.
전술한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 조성물을 이용한 건축물의 층간 충격음 저감 시공방법은, 소정의 폴리우레탄 조성물을 이용하여 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 시공방법에 있어서, 프리폴리머 100중량부에 대해, 이소시아네이트계 (60∼85)중량부와, 폴리올 (15∼40)중량부를 포함하여 반응시켜, NCO 함량이 15∼25%NCO이고 점도가 200∼1000cps/23℃가 되도록 조성된 액상의 연질 폴리우레탄 이소시아네이트의 제1조성물을 제조하는 단계; 레진프리믹스 100중량부에 대해, 폴리올 (90∼95)중량부와, 발포제 (2∼5)중량부와, 가교제 (1.0∼3.0)중량부와, 계면활성제 (0.5∼1.5)중량부, 및 촉매 (1.0∼3.0)중량부를 포함하여 반응시켜, 점도가 200∼1000cps/23℃가 되도록 조성된 액상의 레진프리믹스의 제2조성물을 제조하는 단계; 및 소정 스프레이 장치를 이용하여, 상기 제1조성물 : 제2조성물의 혼합비를 100 : 50∼200(wt/wt)로 혼합하고 이를 건축물의 층간 슬라브층 위에 분사(spray)하여 충격음저감재폼을 발포 및 경화시키는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 분사 및 발포는 동시에 이루어지고, 자연상태의 상온 및 상압 조건에서 경화반응이 65∼85kg/m3의 성형밀도로 3∼20분 범위에서 이루어지며, 상기 충격음저감재폼은 연질의 코어층이 상기 슬라브층 위에 형성되고 그 상부에 경질의 표면막을 함께 갖는 구조로 됨을 특징으로 한다.
여기서, 전술의 제1조성물의 조성시에 필요에 따라 안료 및/또는 난연제로 이루어진 소정 첨가제 (1∼5)중량부를 더 포함시켜 반응시키는 것이 바람직하며, 전술의 제2조성물의 조성시에 필요에 따라 안료 및/또는 난연제로 이루어진 소정 첨가제 (0.1∼1.5)중량부를 더 포함시켜 반응시키는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1조성물 및 제2조성물의 혼합 분사시, 그 원액의 온도는 55∼85℃로 하고, 토출압은 50∼100bar로 하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 표면막은 경량충격음의 차음기능 및 방수기능을 동시에 수행하고, 상기 코어층은 중량충격음의 흡음기능을 수행함을 특징으로 한다.
여기서, 건축물의 시공조건에 따라, 상기 충격음저감재폼을 형성하는 단계를 적어도 2회이상 반복적으로 수행하는 과정을 더 포함하며, 이때 상기 슬라브층 위에 1차로 형성되는 충격음저감재폼의 두께는 2차로 적층되는 충격음저감재폼의 두께보다 얇게 형성하는 것이 바람직하고, 상기 적어도 2개의 충격음저감재폼들과의 사이의 내부 표면막의 두께는 하부 충격음저감재폼과의 접촉계면의 발생으로 최상부의 외부표면에 형성되는 표면막의 두께보다 두껍게 형성됨을 특징으로 한다.
전술한 또다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체는, 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 폴리우레탄폼 구조체에 있어서, 프리폴리머 100중량부에 대해, 이소시아네이트계 (60∼85)중량부와, 폴리올 (15∼40)중량부를 포함하여 반응시켜, NCO 함량이 15∼25%NCO이고 점도가 200∼1000cps/23℃가 되도록 조성된 액상의 연질 폴리우레탄 이소시아네이트의 제1조성물을 제조하고, 레진프리믹스 100중량부에 대해, 폴리올 (90∼95)중량부와, 발포제 (2∼5)중량부와, 가교제 (1.0∼3.0)중량부와, 계면활성제 (0.5∼1.5)중량부, 및 촉매 (1.0∼3.0)중량부를 포함하여 반응시켜, 점도가 200∼1000cps/23℃가 되도록 조성된 액상의 레진프리믹스의 제2조성물을 제조하고, 소정 스프레이 장치를 이용하여, 상기 제1조성물 : 제2조성물의 혼합비를 100 : 50∼200(wt/wt)로 혼합하여 건축물의 층간 슬라브층 위에 분사시켜 발포 성형되며, 상기 분사 및 발포는 동시에 이루어지고, 자연상태의 상온 및 상압 조건에서 경화반응이 65∼85kg/m3의 성형밀도로 3∼20분 범위에서 이루어지며, 연질의 코어층이 상기 슬라브층 위에 형성되고 그 상부에 경질의 표면막을 함께 갖는 구조로 된 것을 특징으로 한다.
여기서, 전술의 제1조성물의 조성시에 필요에 따라 안료 및/또는 난연제로 이루어진 소정 첨가제 (1∼5)중량부를 더 포함시켜 반응시키는 것이 바람직하고, 전술의 제2조성물의 조성시에 필요에 따라 안료 및/또는 난연제로 이루어진 소정 첨가제 (0.1∼1.5)중량부를 더 포함시켜 반응시키는 것이 바람직하다.
여기서, 건축물의 시공조건에 따라, 상기 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체를 성형하는 단계를 적어도 2회이상 반복적으로 수행하여 복수로 적층되는 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체를 성형하며, 이때 상기 슬라브층 위에 1차로 형성되는 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체의 두께는 2차로 적층되는 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체의 두께보다 얇게 형성하며, 상기 복수로 적층된 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체들과의 사이의 내부 표면막의 두께는 하부의 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체와의 접촉계면의 발생으로 최상부의 외부표면에 형성되는 표면막의 두께보다 두껍게 형성됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면들과 표 및 그래프를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들 및 실험예들을 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에서는 기본적으로 첫째, 연질폴리우레탄의 장점인 우수한 물성의 차음 및 흡음 효과를 제공하여 층간 충격음 저감재의 개정된 기준보다 우수한 물성을 구현하면서도, 둘째 동시에 상온·상압 조건에서 자연발포가 가능하여 경화가 완료되면 스킨층과 코어층을 동시에 갖도록 하며, 셋째 너무 급격히 발포 및 경화반응이 일어나지도 않으면서 너무 길지도 않은 제한된 시간범위내(3∼20분)에서 발포 및 경화가 완료되도록 하며, 넷째 스프레이 방식의 시공을 위한 기계조건을 모두 만족시키도록, 연질 폴리우레탄 스프레이폼 조성물의 최적의 구성조건과 배합조건 및 반응조건을 찾아내며, 이를 이용한 건축물 층간 충격음 저감을 위한 스프레이 시공방법 및 그 결과물로서의 폴리우레탄 스프레이폼 구조체를 제시하였다.
이를 위해 본 출원인과 발명자는 전술의 조건들을 동시에 만족시키는 물성을 갖는 연질 폴리우레탄 스프레이폼 조성물의 최적의 구성조건과 배합조건 및 반응조건들을 찾아내기 위해, 연질 폴리우레탄 조성물을 베이스(base)로 하여 여러 조건들을 변화시켜 가면서 수백 차례에 걸친 실험들 및 효과측정을 통해 다음과 같은 최적의 조건을 개발하였다.
전술의 목적 및 물성 조건들을 모두 만족시킬 수 있도록, 본 발명에 가장 적합한 이소시아네이트(Isocyanate)는 Modifdid MDI(Modifid diphenylmethane diisocyanate/diphenylmethane diisocyanate=50/50)와 폴리올(Polyetherpolyol)을 이용하여 스프레이폼 발포 배합 조건을 만족시키면서도 원만하면서도 안정된 발포 상황을 얻기 위해 새로운 타입의 프리폴리머(부분중합체)를 개발하였으며, 레진프리믹스(Regin Premix)는 낮은 가교결합력(관능기 2∼3)을 갖는 고분자량이 1000∼6000Mw인 폴리올(Polyetherpolyol)과, 가교제, 촉매, 발포제, 정포제, 및 기타 첨 가제 등을 혼합하여 사용하였으며, 이들 각각은 폼의 유연성과 탄성 및 신율을 조절하는 주요 요인으로서 각 원료들의 종류 및 함량에 따라 제품의 미세한 물성을 조절할 수 있도록 하였다.
이를 통해 새롭게 개발된 연질 폴리우레탄 스프레이폼 조성물은 기본적인 단열성능뿐만 아니라, 바닥 면재와의 자기 접착력을 갖게되어 건축물과의 기밀성을 유지하게 하고, 코어층은 다공질 발포체로서의 흡음성능 및 진동억제가 가능한 탄성은 물론, 상온 자유발포로 상부표면은 차음막 형태의 경질의 표면막(Skin)을 형성하여 차음은 물론 방수효과까지 극대화시키며, 3∼20분내의 제한된 반응시간내에 발포 및 경화가 완료될 수 있게 되었으며, 이러한 스프레이폼 구조의 반복 적층 시공을 통해 현장의 시공조건에 맞추어 그 효과를 간편하게 극대화시킬 수 있게 되었다.
전술한 바와 같이, 기존의 슬라브(SLAB) 및 몰드 성형방식과 차별화되는, 본 발명에 따라 개발된 스프레이 방식의 폼 구현이 가능한 연질 폴리우레탄 시스템 (이소시아네이트 & 레진프리믹스)의 제조방법을 세부적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 액상의 이소시아네이트 연질 폴리우레탄 조성물(이하, 제1조성물)은 새로운 타입의 프리폴리머의 형태로서, 프리폴리머 100중량부에 대해, 이소시아네이트계 (60∼85)중량부와, 폴리올 (15∼40)중량부, 및 기타 첨가제 (1∼5)중량부를 포함하여 구성된다. 여기서, 기타 첨가제는 필요에 따라 색깔배합을 위한 안료 및/또는 난연성 강화를 위한 난연제 등이 사용가능하다. 프리폴리머의 합성 제조는 대략 최적으로는 80℃ 조건하에서 5∼7시간 동안 반응시켜 완결되어 제조된다. 이때 반응완결된 액상의 새로운 프리폴리머는 NCO함량이 15∼25%NCO 이고, 점도는 200∼1000cps/23℃이며, 담황색 등의 외관을 갖는다.
여기서, 최적의 실험예로 사용된 이소시아네이트(Isocyanate)는 (72)중량부로 된 Modifid MDI(Modifid diphenylmethane diisocyanate/diphenylmethane diisocyanate=50/50)이며, 그 특성으로는 %NCO는 29.5±0.5이고, 관능기 수(Functionality)는 2이고, 분자량은 280이고, 점도는 35±10cps/25℃이고, 비중은 1.22이다. 또한 최적의 실험예로 사용된 폴리올은 (28)중량부로 된 폴리에테르폴리올(Polyetherpolyol)이며, 그 특성으로는 수산기가는 35±2이고, 관능기 수(Functionality)는 3이고, 분자량은 4800이고, 점도는 850±100cps/25℃이고, 비중은 1.02이다. 이때의 프리폴리머의 목표(Target) %NCO는 20%NCO를 만족시킨다.
이러한 프리폴리머의 NCO함량 시험은 KS M 5969(우레탄 중간체 또는 프리폴리머 중의 이소시아네이트기 함유량 시험방법)에 의해 측정된다. 제조된 액상의 프리폴리머는 대기중 수분에 노출될 경우 물성이 변할 수 있으므로 취급시 주의를 요하며, 원액의 보관온도는 상온(20∼30℃)에서 보관 유지하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 액상의 레진프리믹스 조성물(이하, 제2조성물)은, 레진프리믹스 100중량부에 대해, 폴리올 (90∼95)중량부와, 발포제 (2∼5)중량부와, 가교제 (1.0∼3.0)중량부와, 계면활성제 (0.5∼1.5)중량부와, 촉매 (1.0∼3.0)중량부, 및 기타 첨가제 (0.1∼1.5)중량부를 포함하여 구성된다. 여기서, 기타 첨가제는 필요에 따라 색깔배합을 위한 안료, 난연성 강화를 위한 난연제 등이 선택적으로 사용가능하다. 레진프리믹스의 제조는 상온(23∼25℃)에서 중량비가 큰 순서대로 폴리올, 발포제, 가교제, 촉매, 계면활성제, 기타 첨가제 등의 순으로 투입하여 3시간 이상 교반하여 제조 완료한다. 이때 반응완결된 액상의 새로운 레진프 리믹스는, 점도가 200∼1000cps/23℃이며, 무색 또는 유색의 외관을 갖는다.
여기서, 최적의 실험예로 사용된 폴리올은 (90)중량부로 된 폴리에테르폴리올(Polyetherpolyol)이며, 그 특성으로는 수산기가는 35±2이고, 관능기 수(Functionality)는 3이고, 분자량은 4800이고, 점도는 850±100cps/25℃이고, 비중은 1.02이다. 발포제 (3.82)중량부와, 가교제 (2.8)중량부와, 계면활성제 (0.98)중량부, 및 촉매 (2.4)중량부를 혼합하여 사용하였다.
제조된 액상의 레진프리믹스는는 대기중 수분에 노출될 경우 물성이 변할 수 있으므로 취급시 주의를 요하며, 원액의 보관온도는 상온(20∼30℃)에서 보관 유지하는 것이 바람직하다.
최종적으로, 본 발명에 따른 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄 조성물은 전술한 제1조성물 : 제2조성물의 혼합비가 100 : 50∼200(wt/wt)로 혼합하여 스프레이방식으로 분사되면서 자연발포 및 경화 반응이 3∼20분에 완결되는데 사용된다. 전술한 두 조성물의 평소 보관온도는 상온(20∼30℃)에서 유지하는 것이 바람직하고, 건축물의 시공현장에서 스프레이 장치의 토출 분사 직전의 원액의 온도는 55∼85℃를 유지하는 것이 바람직하며, 토출압력은 50∼100bar로 하고, 슬라브층 위로 분사된후 상온에서의 발포 및 경화 시간은 3∼20분내에 완결되도록 한다.
이러한 조건들을 실험실 내부에서 그대로 재현한 후, 발포성형된 본 발명의 연질 폴리우레탄 스프레이폼의 측정밀도는 1000ml CUP 자유발포기준으로 40∼75kg/m3의 자유발포밀도(FREE RISE DENSITY; 외부로부터의 방해를 최소화시킨 상태 에서 발포되어 성형된 폼의 밀도)를 갖는다. 한편, 본 발명에 따라 조성된 연질 폴리우레탄 조성물을 실제의 자연상태의 현장 작업조건에서 스프레이발포장치를 이용하여 스프레이방식으로 발포 성형한 후, 발포성형된 연질 폴리우레탄 스프레이폼의 성형밀도를 측정하면, 65∼85kg/m3의 성형밀도를 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예(실험예)에 따라 전술한 스프레이방식으로 발포 성형된 연질 폴리우레탄 스프레이폼의 물성과 일반적인 연질 폴리우레탄 몰프폼의 물성을 실험실 조건에서 이 분야에서 알려진 통상의 측정방식으로 측정하여 대비한 물성비교표는 다음의 표 2와 같다.
일반 연질 몰드폼 연질 스프레이폼
이소시아네이트 (ISO) TYPE 일반적인 MDI 신개념 프리폴리머 MDI
%NCO 28∼38 15∼25
(점도) Vis.(25℃) 50∼250cps 200 ∼1000cps
레진프리믹스 (PPG) (점도) Vis.(25℃) 1500∼4000cps 200 ∼1000cps
핸드 믹싱 반응도 (25℃) CT (Cream Time) 10 ∼15sec. 2 ∼5sec.
GT (Gel Time) 35 ∼45sec. 15 ∼25sec.
RT (Rise Time) 65 ∼75sec. 25 ∼30sec.
TFT (Tack-Free Time) 75 ∼125sec. 25 ∼35sec.
혼합비 (ISO/PPG) 100 : 250∼400 100 : 50∼200
INDEX 90∼110 60∼150
표 2를 참조하면, 이소시아네이트 연질 폴리우레탄 조성물은 그 타입이 기존에는 일반적인 MDI를 사용한 반면에 본 발명에서는 신개념 프리폴리머 MDI를 새로 개발하여 적용하였다. 이소시아네이트의 %NCO함량은 기존에는 28∼38 범위를 갖는 반면에, 본 발명에서는 15∼25 범위로 조정함으로써 그 혼합 배합비를 적정 범위내 에서 조정 가능하게 하였으며, 그 결과 최종 스프레이폼의 안정성을 획기적으로 강화하게 되었다. 또한 이소시아네이트 조성물의 점도는 기존에는 50∼250cps 범위를 갖는 반면에 본 발명에서는 200∼1000cps 범위를 갖도록 조정되었다. 레진프리믹스 연질 폴리우레탄 조성물의 점도는 기존에는 1500∼4000cps를 갖는 반면에 본 발명에서는 200∼1000cps 범위로 조절되었다.
혼합 반응도와 관련하여 우선 용어를 설명하면, CT는 크림타임으로, 폴리우레탄(PU) 원액(레진프리믹스와 이소시아네이트 원액)이 혼합된 시점부터 폴리우레탄(PU) 원액이 부풀어오르기까지 걸린 시간을 의미하며, GAS가 액체로 포화되면서 액체가 밝아지는 시간에 대응한다. GT는 젤타임으로, PU원액이 혼합된 시점부터 원액이 젤강도를 가지며 어느 정도 안정된 공간적 형태를 띠기까지 걸린 시간을 의미하며, 나무젓가락 등으로 반응중인 폼을 찔렀을 때 우레탄섬유가 최저 3∼4개 딸려나오는 시점까지에 대응한다. RT는 라이즈 타임으로 PU원액이 혼합된 시점부터 폼이 최대로 부풀어올랐을때까지 걸린 시간을 의미한다. TFT는 택크 프리 타임으로, PU원액이 혼합된 시점부터 폼의 바깥 표면이 점착력과 접착력을 잃어버린 시점까지 걸린 시간을 의미하며, 나무젓가락으로 폼 표면을 살짝 대었을 때 나무젓가락에 폼이 묻어나지 않을 때까지의 시간에 대응한다. 표 2를 참조하면, 종래의 일반적인 연질 몰드폼에 비해 본 발명에 따른 연질 스프레이폼의 단계별 경화시간은 현저하게 단축되었음을 알 수 있다.
도 3을 참조하면, 전술의 표 2와 관련하여, 일반적인 연질 폴리우레탄 몰드폼에 대비된 본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 스프레이폼 간의 발포폼높이 기준별 반응시간을 각각 측정하여 대비한 결과를 그래프로 보여준다. 여기서, 그래프상 눈 금 수치는 단위와 무관하게 차등성만 나타낸다.
전술의 표 2 및 도 3에서 보여졌듯이, 본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 조성물 및 그 스프레이폼은 종래의 일반적인 연질 폴리우레탄 몰드폼에 비해 전체적으로 발포 및 경화 반응시간(초기반응에서부터 반응완결시까지 소요시간)이 획기적으로 단축되었다. 또한 일반적인 연질폼에서는 외부의 발포반응 완결 후에도 내부경화시간이 상당히 길어 완전경화 완료 전에 가해지는 외부조건에 의해 내부 붕괴(Collapse) 또는 물성의 특성을 만족할 수 없는 상태가 종종 발생하는 불안정성이 자주 발생하였으나, 본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 스프레이폼에서는 외부경화와 함께 내부경화도 빠른 속도로 동시에 이루어짐으로써 표면경화 완료후 이루어지는 다중의 스프레이폼 적층 시공을 곧바로 가능케 하는 우수한 물성을 구현하였다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연질 폴리우레탄 조성물을 이용한 건축물 층간 충격음 저감을 위한 스프레이 폼 시공방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연질의 폴리우레탄 조성물을 이용한 스프레이 시공을 통한 층간 충격음 저감을 위한 시공단면도를 개략적으로 보여준다. 도 4에서, 통상의 바닥 콘크리트 슬라브층 위에는 본 발명에 따라 개발된 전술의 연질폴리우레탄 스프레이폼 조성물이 스프레이 시공방식으로 바닥충격음 저감재층으로서 적층되고, 그 위에 종래와 같이 경량기포 콘크리트층과, 난방용 배관설비, 마감 모르터층, 및 바닥장식재가 순차적으로 적층된다.
도 5는 도 4에 보여진 본 발명의 바닥충격음 저감재(20T이상)층에 대응하는 적어도 2단계 이상으로 스프레이 적층 시공된 연질폴리우레탄 스프레이폼 구조체의 바람직한 세부 구성도를 보여준다. 여기서, 슬라브층에는 1차 스프레이 발포성형에 의한 코어층이 기밀 접착되고, 동시에 그 위에는 자연발포에 따른 표면막이 형성되며, 이 코어층과 표면막이 한쌍을 이루어 본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체를 이룬다. 그리고 필요에 따라 본 발명에 따른 동일 원액을 사용하여 동일 방식으로 2차 스프레이 발포성형에 따라 2차 스프레이 코어 및 표면막이 1차 적층된 스프레이폼 위에 기밀 접착된다.
일반적으로 발포법에는 크게 주입식과 분사식이 있으며, 보통 두께가 얇고 넓은 평면을 갖는 대상물에는 특수 스프레이-건(SPRAY-GUN)을 사용하여 분무 혼합 발포시키는 분사식(SPRAYING)이 바람직한 시공방법이다. 이러한 스프레이 방식으로는 전술한 바와 같이, 그 물성의 특성상 상온·상압의 자연발포조건에서 경질 폴리우레탄 조성물만이 스프레이 발포가 가능했었고, 연질 폴리우레탄의 경우 외부경화시간과 내부경화시간이 일치하지 않아 내부 물성의 붕괴가 발생하는 등 문제점이 많았다.
따라서, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 건축물 층간 충격음 저감을 위한 스프레이방식 시공이 가능하도록 여러 물성을 동시에 만족시키는 새로운 방식의 연질 폴리우레탄 조성물을 개발하였고, 이를 소정의 스프레이 장치를 이용하여 슬라브층 위에 분사 및 발포 성형할 수 있도록 하였다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 조성물의 스프레이 발포시, 2성분의 원액(전술의 이소시아네이트, 및 레진프리믹스)을 전술한 비율로 혼합 및 토출 분사하여 슬라브층 위 피착면에 순간적으로 발포 및 성형시킨다.
이러한 스프레이 시공은 중합과 발포가 동시에 진행되며, 이들의 반응은 상온·상압 조건에서 진행되므로 현장시공이 가능하며, 발포중 자기발열에 따른 온도 상승으로 발포와 경화가 촉진되며, 성형되는 스프레이폼 상단부의 대기에 노출되는 경질 부분을 표면막(SKIN)이라 하고, 가운데 심부를 이루며 하부 피착면에 접착되는 다공질의 연질 부위까지를 코어(CORE)라 부른다. 여기서, 표면막과 코어는 동시에 발포 및 성형되어 한 쌍의 스프레이폼을 이룬다. 스프레이 발포시 자기접착이 가능하게 되어 접착 계면이 없이 연속적으로 발포하므로 기밀성이 뛰어나고, 이음의 요철이 있는 곳에도 아무런 영향없이 무난하게 작업을 행할 수 있다. 이와 같은 스프레이 발포 특성이 본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 조성물의 물성과 동시에 어울려 성능면에서 우수하면서도 시공면에서 간편하고 월등히 차별화된 건축물의 바닥충격음 저감 방법 및 그 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체를 제공한다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연질 폴리우레탄 조성물을 이용한 스프레이 시공방법을 상세하게 설명한다.
먼저 발포준비단계로는, 본 발명에 따른 전술의 폴리우레탄 조성물 원액(이소시아네이트 및 레진프리믹스) 및 소정의 분사발포기(여기서는 스프레이건(SPRAY-GUN) 사용)를 작업이 가능한 안전한 장소에 위치시킨다. 여기서, 분사발포기는 본 발명에 따른 작업조건에 맞는 사양으로 개발하거나 기존 유사 스프레이장치를 커스터마이징 하여 사용할 수 있다. 다음으로, 분사발포기를 세팅한다. 먼저, 전원을 연결하고, 발포기 컴프레셔의 작동을 확인하고, 연질 폴리우레탄 조성물 원액의 온도를 확인하고, 원액 공급라인을 확인하고, GUN 부위의 필터(FILTER) 및 챔버(CHAMBER)의 이상유무를 점검한다. 한편 폴리우레탄 조성물을 구성하기 위한 상기 두 조성물 원액을 검량하고 세팅온도를 확인한다.
또한 일정 시간동안 원액공급라인을 통해 받은 기계 토출량 및 배합비를 검 사하고, 이때 원액 온도는 55∼85℃의 범위내에서 작업조건에 맞는 원액의 온도를 확인한다. 여기서, 다른 조건(조성물 원액들의 물성)을 일정하게 하고 토출직전의 원액의 온도만을 조정할 경우, 원액의 온도가 높으면 외부 경화완결시간이 상대적으로 짧아지고 원액의 온도가 낮으면 경화완결시간이 다소 길어진다. 한편, 경화시간은 외부온도에도 영향을 받는데 작업장의 온도가 높을수록 경화반응이 빨라지고, 작업장의 온도가 낮을수록 경화시간이 길어진다. 그러므로 전술의 표 2 및 도 3의 실험결과는 통상의 상온(20∼30℃)조건에서 본 발명에 따라 제조된 연질의 폴리우레탄조성물의 경화반응속도를 측정한 결과이며, 계절 및 작업장의 외부온도조건에 따라 상기 온도범위내에서 토출직전의 원액의 온도를 적절히 세팅해주면 된다. 참고로, 연질 폴리우레탄 조성물의 발포 및 경화 반응시간의 속도 결정에는 첫째, 폴리우레탄 조성물의 자체 물성, 둘째 혼합 및 분사시의 조성물 원액들의 초기 온도, 셋째 발포 및 경화가 진행되는 외부작업온도 순서로 영향을 미친다.
다음으로, 스프레이 작업 단계에서는 건축물의 대상 바닥면 위로 소정의 두께만큼 원액을 혼합 및 분사시켜 발포 및 경화를 가능케 하며, 그 결과로 콘크리트층 위에 본 발명에 따른 표면막과 코어를 동시에 갖는 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체가 적어도 3∼20분 이내에 적층되어 경화 완료된다.
여기서, 이러한 분사 및 발포과정을 반복하면 동일구조의 연질 폴리우레탄 스프레이폼이 반복적으로 적층가능하며, 그 시공과정의 반복횟수 및 두께는 현장의 시공조건에 따라 맞춤식으로 시공가능하다. 바람직한 구현예로는, 초벌 스프레이 작업을 건축물의 바닥면 1∼5mm의 두께로 시공하고, 2차 및 3차 적층 스프레이 시공이 가능하며, 작업할 총 시공두께가 20mm이상인 경우에는 중간표면막을 이용해 강도를 높이기 위해 적층 스프레이 발포 성형 작업이 필요하며, 개별 스프레이폼 층은 10mm이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 스프레이폼 표면은 가능한 평활도를 유지하고 기포는 최소화시키도록 하여야 하며, 이는 최종적으로 상층에 적층되는 경량기포 콘크리트액의 투습 및 연질 스프레이폼의 방수기능을 극대화하기 위한 것이다. 여기서, 평활도를 유지하기 위한 방식은 바닥면에 수평줄을 띄워 수동으로 처리할 수도 있고, 분사장치의 분사량 및 분사각도를 조절하는 장치를 기계적으로 개량하여 처리할 수도 있다. 또한 평활도 처리의 기계적 완전자동화가 곤란하므로, 스프레이작업중에는 WIRE Gage를 이용하여 작업하는 것이 바람직하다.
다음으로 공동주택의 바닥충격음의 개정된 허용기준 및 본 발명에 따른 실험결과치를 살펴보면 다음의 표 3과 같다.
구분 기준치 측정 결과치 측정방법 평가방법
경량충격음 58dB 이하 50dB 이하 KS F 2810-1 KS F 2863-1
중량충격음 50dB 이하 47dB 이하 KS F 2810-2 KS F 2863-2
참고로, 공동주택의 바닥충격음 저감재 시공완료후 중량충격음 측정 등급은 다음의 표 4와 같다.
1급 43dB 이하
2급 43dB ∼48dB
3급 48dB ∼53dB
4급 53dB ∼58dB
그러므로, 표 3의 측정결과치를 표 4의 등급표에 비추어보면, 본 발명에 따른 경량충격음 등급수준도 허용기준치보다 우수할 뿐만 아니라, 중량충격음 측정 등급은 적어도 2등급 이상으로 기존대비 월등하게 우수한 상태임을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 전술의 스프레이 시공방식으로 발포 성형되고 2중으로 적층된 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체 및 그 단계적 작용효과를 설명하기 위한 개념도이다. 도 6을 참조하면, 전술의 스프레이 시공방법을 반복하여 1차 시공후 2차 시공하며, 이때 2차 스프레이 시공시 1차 스프레이 표면막은 접착계면의 발생으로 기존의 1차 표면막보다 거의 2배 가량 두꺼워진 내부표면막을 형성하게 된다. 복수로 적층된 연질폴리우레탄 스프레이폼 구조체에 상부측으로부터 바닥충격음이 직접 가해지면, 경질의 2차 스프레이 표면막이 차음막 기능을 구현하여 그 경량충격음을 차단 또는 분산시키며, 다음으로 2차 스프레이 코어층이 흡음기능을 수행하여 중량충격음을 더 약화시키며, 다음으로 더 두꺼워진 1차 내부표면막이 경량충격음을 더욱 차단 및 약화시키며, 최종적으로 1차 코어층이 나머지 중량충격음을 흡수하여 하층으로 전달되는 바닥충격음을 거의 차단하는 효과를 제공한다.
전술한 본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체로 구현되는 연질 폴리우레탄 층간 충격음저감재의 허용기준과 본 발명에 따른 실험결과치특성은 다음의 표 5와 같다.
구분 허용기준 실험결과 측정치 시험방법
밀 도 - 65∼85 kg/m 3 KS M ISO 845
동탄성 계수 40MN/m2이하 10∼15 KS F 2865
손실 계수 0.1 ∼ 0.3 0.24 KS F 2868
흡 수 량 4%v/v이하 2%v/v이하 KS M ISO 4898
가열후 치수안정성 5%이하 1%이하 KS M ISO 4898
가열후 동탄성계수 40MN/m2+20%이하 10∼15 KS M ISO 4898
가열후 손실 계수 0.1∼0.3 0.24 KS M ISO 4898
열전도율 0.034W/mK 0.030 W/mK 이하 KS M ISO 2865
전술의 표 5에 표시된 바와 같이, 본 발명에 따라 조성된 연질의 폴리우레탄 조성물들을 이용하여 스프레이방식으로 자연발포시켜 형성된 연질 폴리우레탄 스프레이폼의 건축물 층간 충격음저감재의 실험결과치는 허용기준에 비교해, 밀도, 동탄성계수, 손실계수, 흡수량, 가열후 치수안정성, 가열후 동탄성계수, 가열후 손실계수, 열전도율 등의 모든 측면에서 매우 우수한 특성을 보임을 알 수 있다. 여기서, 표 5에 기재된 시험방법들은 이 기술분야의 당업자에게는 잘 알려진 기준 및 내용이므로 상세한 설명을 생략한다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연질 폴리우레탄 조성물을 이용하여 실험실 조건에서 스프레이 시공방식으로 발포 성형한 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체의 샘플 사진들을 다양한 각도에서 보여준다. 샘플 사진들에서 육안으로 볼 수 있듯이 두꺼운 코어층은 연질의 다공질층으로 이루어져 흡음기능을 가지고, 상부의 표면막은 매우 매끄럽고 경도가 높은 표면막으로 이루어져 차음효과 및 방수효과를 가능케 함과 동시에 하부 코어층의 상대적으로 약한 연질 강도를 보완하여 전체적으로 상부의 하중을 지탱하는 강도를 갖게한다.
이로써 본 발명에 따른 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄 조성물, 및 이를 이용한 스프레이 시공방법 및 그리고 그 스프레이폼 구조체는, 전 체적으로 경량충격음 및 중량충격음에 대한 우수한 차음효과 구현과, 방수기능 겸용 및 높은 강도의 층간 충격음 저감재를 가능케 하며, 세부적으로는 첫째, 단열성능 및 내약품성, 내구성, 기계적 강도가 우수하며, 둘째 다공질 발포체로서 흡음성능 및 진동억제가 가능한 탄성체를 구현하며, 셋째 차음막 형태의 표면막을 형성하며, 넷째 현장 맞춤형 시공이 가능하며, 다섯째 바닥면재와의 자기접착력을 가지므로 면재와의 기밀성 유지 및 이형성 방지가 가능하며, 여섯째, 계면 및 틈새가 없는 일체형 성형이 가능케 하며, 일곱째 적층 스프레이 방식을 통해 차음과 방음에 대한 반복시스템을 구현 가능케 하며, 여덟째 작업방식이 매우 간편하여 작업 생산성과 편리성을 획기적으로 개선하며, 아홉째 자기물성 유지기간이 매우 길어 개/보수가 거의 불필요하다는 잇점들을 제공하는 등 매우 탁월한 성능들을 동시에 구현한다.
한편 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상 및 그 기술범위내에서의 다양한 변형실시예 및 구현예들이 가능할 것이므로 변형실시예 및 구현예들에 대한 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 건축물의 층간 충격음 저감효과가 우수한 물성을 구현하면서도 동시에 스프레이방식 경화시간을 기존대비 획기적으로 단축한, 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄 조성물, 및 이를 이용한 스프레이 시공방법 및 그리고 그 스프레이폼 구조체를 제공함으로써, 전체적으로 경량충격음 및 중량충격음에 대한 우수한 차음효과 구현과, 방수기능 겸용 및 높은 강도의 층간 충격음 저감재를 가능케 하며, 세부적으로는 첫째, 단열성능 및 내약품성, 내구성, 기계적 강도 가 우수하며, 둘째 다공질 발포체로서 흡음성능 및 진동억제가 가능한 탄성체를 구현하며, 셋째 차음막 형태의 표면막을 형성하며, 넷째 현장 맞춤형 시공이 가능하며, 다섯째 바닥면재와의 자기접착력을 가지므로 면재와의 기밀성 유지 및 이형성 방지가 가능하며, 여섯째, 계면 및 틈새가 없는 일체형 성형이 가능케 하며, 일곱째 적층 스프레이 방식을 통해 차음과 방음에 대한 반복시스템을 구현 가능케 하며, 여덟째 작업방식이 매우 간편하여 작업 생산성과 편리성을 획기적으로 개선하며, 아홉째 자기물성 유지기간이 매우 길어 개/보수가 거의 불필요하다는 잇점들을 제공하는 등 매우 탁월한 성능들을 동시에 구현한다.

Claims (7)

  1. 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄 조성물에 있어서,
    프리폴리머 100중량부에 대해, 이소시아네이트계 (60∼85)중량부와, 폴리올 (15∼40)중량부를 포함하여 반응시켜, NCO 함량이 15∼25%NCO이고 점도가 200∼1000cps/23℃가 되도록 조성된 액상의 연질 폴리우레탄 이소시아네이트의 제1조성물; 및
    레진프리믹스 100중량부에 대해, 폴리올 (90∼95)중량부와, 발포제 (2∼5)중량부와, 가교제 (1.0∼3.0)중량부와, 계면활성제 (0.5∼1.5)중량부, 및 촉매 (1.0∼3.0)중량부를 포함하여 반응시켜, 점도가 200∼1000cps/23℃가 되도록 조성된 액상의 레진프리믹스의 제2조성물을 포함하며,
    상기 제1조성물 : 제2조성물의 혼합비가 100 : 50∼200(wt/wt)로 혼합하여 발포 및 경화 반응이 65∼85kg/m3의 성형밀도로 3∼20분에 이루어지도록 된, 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄 조성물.
  2. 소정의 연질 폴리우레탄 조성물을 이용하여 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 시공방법에 있어서,
    프리폴리머 100중량부에 대해, 이소시아네이트계 (60∼85)중량부와, 폴리올 (15∼40)중량부를 포함하여 반응시켜, NCO 함량이 15∼25%NCO이고 점도가 200∼1000cps/23℃가 되도록 조성된 액상의 연질 폴리우레탄 이소시아네이트의 제1조성 물을 제조하는 단계;
    레진프리믹스 100중량부에 대해, 폴리올 (90∼95)중량부와, 발포제 (2∼5)중량부와, 가교제 (1.0∼3.0)중량부와, 계면활성제 (0.5∼1.5)중량부, 및 촉매 (1.0∼3.0)중량부를 포함하여 반응시켜, 점도가 200∼1000cps/23℃가 되도록 조성된 액상의 레진프리믹스의 제2조성물을 제조하는 단계; 및
    소정 스프레이 장치를 이용하여, 상기 제1조성물 : 제2조성물의 혼합비를 100 : 50∼200(wt/wt)로 혼합하고 이를 건축물의 층간 슬라브층 위에 분사(spray)하여 충격음저감재폼을 발포 및 경화시키는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 분사 및 발포는 동시에 이루어지고, 상온 및 상압 조건에서 65∼85kg/m3의 성형밀도로 경화반응이 3∼20분 범위에서 이루어지며, 상기 충격음저감재폼은 연질의 코어층이 상기 슬라브층 위에 형성되고 그 상부에 경질의 표면막을 함께 갖는 구조로 된, 연질 폴리우레탄 조성물을 이용한 건축물의 층간 충격음 저감 시공방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제1조성물 및 제2조성물의 혼합 및 분사시, 그 원액의 온도는 55∼85℃로 하고, 토출압은 50∼100bar로 하는 것이 바람직한 것을 특징으로 하는, 연질 폴리우레탄 조성물을 이용한 건축물의 층간 충격음 저감 시공방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 표면막은 경량충격음의 차음기능 및 방수기능을 동시 에 수행하고, 상기 코어층은 중량충격음의 흡음기능을 주로 수행함을 특징으로 하는, 연질 폴리우레탄 조성물을 이용한 건축물의 층간 충격음 저감 시공방법.
  5. 제 2항에 있어서, 건축물의 시공조건에 따라, 상기 충격음저감재폼을 형성하는 단계를 적어도 2회이상 반복적으로 수행하는 과정을 더 포함하며,
    여기서, 상기 슬라브층 위에 1차로 형성되는 충격음저감재폼의 두께는 2차로 적층되는 충격음저감재폼의 두께보다 얇게 형성하는 것이 바람직하고,
    상기 적어도 2개의 충격음저감재폼들과의 사이의 내부 표면막의 두께는 하부 충격음저감재폼과 접촉계면의 발생으로 최상부의 외부표면에 형성되는 표면막의 두께보다 두껍게 형성됨을 특징으로 하는, 연질 폴리우레탄 조성물을 이용한 건축물의 층간 충격음 저감 시공방법.
  6. 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄폼 구조체에 있어서,
    프리폴리머 100중량부에 대해, 이소시아네이트계 (60∼85)중량부와, 폴리올 (15∼40)중량부를 포함하여 반응시켜, NCO 함량이 15∼25%NCO이고 점도가 200∼1000cps/23℃가 되도록 조성된 액상의 연질 폴리우레탄 이소시아네이트의 제1조성물을 제조하고,
    레진프리믹스 100중량부에 대해, 폴리올 (90∼95)중량부와, 발포제 (2∼5)중량부와, 가교제 (1.0∼3.0)중량부와, 계면활성제 (0.5∼1.5)중량부, 및 촉매 (1.0∼3.0)중량부를 포함하여 반응시켜, 점도가 200∼1000cps/23℃가 되도록 조성된 액상의 레진프리믹스의 제2조성물을 제조하고,
    소정 스프레이 장치를 이용하여, 상기 제1조성물 : 제2조성물의 혼합비를 100 : 50∼200(wt/wt)로 혼합하여 건축물의 층간 슬라브층 위에 분사시켜 발포 성형되며, 상기 분사 및 발포는 동시에 이루어지고, 상온 및 상압 조건에서 65∼85kg/m3의 성형밀도로 경화반응이 3∼20분 범위에서 이루어지며, 연질의 코어층이 상기 슬라브층 위에 형성되고 그 상부에 경질의 표면막을 함께 갖는 구조로 된 것을 특징으로 하는, 건축물의 층간 충격음 저감을 위한 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체.
  7. 제 6항에 있어서, 건축물의 시공조건에 따라, 상기 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체를 성형하는 단계를 적어도 2회이상 반복적으로 수행하여 복수로 적층되는 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체를 성형하며,
    여기서, 상기 슬라브층 위에 1차로 형성되는 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체의 두께는 2차로 적층되는 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체의 두께보다 얇게 형성하며,
    상기 복수로 적층된 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체들과의 사이의 내부 표면막의 두께는 하부의 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체와 접촉계면의 발생으로 최상부의 외부표면에 형성되는 표면막의 두께보다 두껍게 형성됨을 특징으로 하는, 연질 폴리우레탄 스프레이폼 구조체.
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