KR100588251B1 - 기포질 열가소성 중합체 발포체 및 이의 제조방법 - Google Patents

기포질 열가소성 중합체 발포체 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 기계적 강도를 갖고 제조하기에 경제적이며 가수분해에 안정한, 요구되는 용도를 만족시키는 소음성(sound deadening property)을 갖는 열가소성 중합체 발포체가 제공된다. 이러한 발포체를 제조하는 방법이 또한 제공되어 있다. 본 발명의 발포체는 음향 조절, 완충 포장, 여과 및 유체 흡수에 유용하며, 다음 특성들 중의 하나 이상을 나타낸다: (1) 평균 기포 크기가 약 2mm 이상이고, (2) 실질적으로 연속 기포 구조를 가지며, (3) 기포를 연결하는 기공의 크기가 비교적 크다. 발포체가 흡음 활성이기 위해서는, 발포체가 실질적으로 연속 기포 구조를 갖고 통기 저항률이 비교적 낮아야 한다. 실질적으로 연속 기포 구조를 갖고 통기 저항률이 비교적 낮은 발포체는 평균 기포 크기가 약 2mm 이상인 발포체를 기계적으로 개방시킴으로써 제조된다. 대부분의 경우, 이러한 기계적 개방에 의해 기포를 연결하는 기공의 크기가 비교적 커진다.
발포체, 연속 기포 구조, 기계적 개방, 방음, 흡음.

Description

기포질 열가소성 중합체 발포체 및 이의 제조방법{A cellular thermoplastic polymer foam and a process for preparing the same}
본 발명은 일반적으로 발포체에 관한 것이며, 보다 상세하게는 음향 조절에 유용한 열가소성 중합체 발포체에 관한 것이다.
건축 산업에서, 건물 구역을 방과 사무실 등의 독립된 구역으로 세분하기 위해 칸막이 벽으로서 패널을 사용하는 것이 널리 공지되어 있다. 통상적으로, 이들은 절연용 광물 섬유 코어, 코어를 둘러싸고 있는 2개의 외부 표면층 및 공극(air gap) 또는 중공 공간으로 이루어진다. 단열 및/또는 방음을 제공하도록 하는 방식으로 표면층 사이에 광물 섬유와 같은 절연재가 배열되어 있다. 그러나, 이러한 광물 섬유 코어를 갖는 칸막이 또는 패널의 주요 결점은 이들 섬유의 기계적 강도가 부족하여 고가의 지지용 구조물 또는 치밀화를 필요로 한다는 점이다. 또한, 광물 섬유 제품은 취급시 피부 자극을 유발하고 건강을 해치는 요인이 될 수도 있으므로 바람직하지 않다.
발포체가 또한 방음 재료로서 사용되어 왔다. 예를 들면, 국제 공개공보 제WO 95/14136호에는, 바람직한 양태에서, 2개의 외부 표면층(a)과 중공 프로파일을 갖는 단일, 연속, 연질, 합성, 독립 기포형 발포체 코어층인 연질 합성 코어 물질(b)을 포함하는 다층 절연 패널 또는 부재가 기재되어 있다. 코어 물질은 다른 패턴의 접촉점을 통해 2개의 외부층과 밀접하게 접촉되도록 배열되며, 이에 따라 코어층과 반대쪽의 외부층 사이에는 틈이 생긴다. 그러나, 국제 공개공보 제WO 95/14136호에서 코어층으로서 사용된 독립 기포형 발포체는 요구되는 용도에 비해 덜 만족스러운 방음 효과를 제공한다.
미국 특허 제4,154,789호에는, 양면에 피막층을 가지며 판자의 두께 방향으로 연신된 거대 기포가 형성되어 있는 열가소성 수지 발포체로 이루어진 경질 판자가 기재되어 있다. 판자는 또한 피막층들의 사이에 대략 중간 위치에 놓여있는 두께가 0.1mm 이상인 중간층을 갖는다. 판자 제조방법은 중간층을 형성하기 위해 자유 발포법과는 상반되는 기계적 압축법을 포함한다.
어떠한 특정한 이론에 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 본 발명의 발명자들은 음향 조절에 있어서의 특정 중합체성 발포체의 효능(예를 들면, 흡음 및 방음)은 다음의 특성들 중의 하나 이상을 갖는 발포체에 따라 좌우되는 것으로 믿고 있다: (1) 평균 기포 크기가 약 2mm 이상이고, (2) 실질적으로 연속 기포 구조를 가지며, (3) 기포를 연결하는 기공의 크기가 비교적 크다. 발포체가 흡음 활성이기 위해서는, 발포체가 실질적으로 연속 기포 구조를 갖고 통기 저항률(airflow resistivity)이 비교적 낮아야 한다. 이러한 특성들 중의 하나 이상이 여과 및 유체 흡수에 대한 발포체의 효능에 기여하는 것으로 여겨진다.
거대 기공(large pore)을 갖는 연속 기포형 발포체가 공지되어 있다. 그러나, 이들도 하나 이상의 결점을 갖고 있다. 예를 들면, 멜라민 및 반경질 폴리우레탄과 같은 열경화성 수지를 사용하여, 음향 조절에 필요한 것으로 여겨지는 목적하는 거대 기공 및 연속 기포 구조를 나타내는 발포체를 제조할 수 있다. 그러나, 열경화성 수지는 재활용할 수 없으므로, 제조하는데 비용이 많이 들고, 가수분해 불안정성으로 인해 습하거나 축축한 환경에서 사용하기에 적합하지 않다. 열가소성 중합체 발포체는 일반적으로 통상의 압출 공정으로 저렴하게 제조할 수 있고 재활용할 수 있으며 가수분해 안정성을 나타내기 때문에, 열경화성 수지를 능가하는 이점을 제공한다. 그러나, 통상의 직접 압출 공정으로는 연속 기포 구조를 갖는 거대 기공의 열가소성 발포체를 성취하기가 곤란하다. 이러한 장애는 기포의 개공과 발포체 팽창이 서로 상충하기 때문에 일어나는 것이다. 즉, 발포체 내에서 기포가 신장하기 위해서는 독립 기포 구조를 유지해야 하지만, 거대 기공을 발달시킬려면 발포가 끝나기 직전에 기포벽에 구멍이 전개되어야할 필요가 있다.
또한, 특정한 열가소성 중합체 발포체가 음향 조절에 유용한 것으로 보고되기는 하였지만, 이들의 음향 조절 성능이 요구되고 있는 용도를 만족시키는지의 여부에 대해서는 의문의 여지가 있다(문헌 참조; 1988년 2월 11일자로 공개된 다이나미트 노벨 아게(Dynamit Nobel AG)에 따르는 독일 특허 제3,626,349호, 1988년 2월 11일자로 공개된 다이나믹 노벨 아게에 따르는 독일 특허 제3,626,350호 및 1995년 5월 26일자로 공개된 다우 케미칼에 따르는 국제 공개특허공보 제WO 95/14126호).
따라서, 요구되는 용도를 만족시키는 소음(sound deadening) 특성을 제공하고 기계적 강도를 가지며 경제적으로 제조되고 가수분해에 안정한 발포체가 당해 기술분야에 여전히 필요하다.
본 발명이 이러한 필요를 충족시킨다. 따라서, 본 발명은 요구되는 용도를 만족시키는 소음 특성을 제공하고 기계적 강도를 가지며 경제적으로 제조되고 가수분해에 안정한 열가소성 중합체 발포체를 제공한다.
이에 따라, 본 발명의 한 가지 양태에서, 평균 기포 크기가 약 4mm 이상인 열가소성 중합체 발포체가 제공된다.
또 다른 양태에서, 기포의 약 50% 이상이 기계적 수단에 의해 개방되어 있는, 평균 기포 크기가 약 2mm 이상인 열가소성 중합체 발포체가 제공된다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 기포의 약 50% 이상이 기계적 수단에 의해 개방되어 있는, 통기 저항률이 약 800,000Rayls/m 미만이고 평균 기포 크기가 약 2mm 이상인 열가소성 중합체 발포체를 제공한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 기포의 약 50% 이상이 기계적 수단에 의해 개방되어 있는, 평균 기포 크기가 약 2mm 이상인 열가소성 중합체 발포체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 발포체는 흡음, 방음, 유체 흡수, 여과 및 완충 포장(cushion packaging) 용도와, 소음 특성, 기계적 강도, 경제적인 제조 및 가수분해 안정성과 같은 특성들 중의 하나 이상을 필요로 하는 기타 용도에 특히 유용하다; .
도 1은 발포체 내의 독립 기포가 천공에 의해 개방되어 있는, 본 발명의 발포체의 제조 공정을 도시한 것이다.
도 2는 발포체 내의 연신된 독립 기포가 천공에 의해 개방되어 있는, 본 발명의 발포체의 제조 공정을 도시한 것이다.
도 3은 발포체 내의 연신된 독립 기포가 천공에 의해 경사각으로 개방되어 있는, 본 발명의 발포체의 제조 공정을 도시한 것이다.
도 4는 발포체 내의 독립 기포가 압축에 이은 천공에 의해 개방되어 있는, 본 발명의 발포체의 제조 공정을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 발포체의 흡음 곡선을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 발포체의 흡음 곡선을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 발포체의 흡음 곡선을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 발포체의 흡음 곡선을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 발포체의 프로파일을 도시한 것으로서, 프로파일은 I형을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 발포체의 프로파일을 도시한 것으로서, 프로파일은 U형을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 발포체의 프로파일을 도시한 것으로서, 프로파일은 W형을 나타낸다.
본 발명은 기계적 강도를 가지며 경제적으로 제조되고 가수분해에 안정한, 요구되는 용도를 만족시키는 소음 특성을 갖는 열가소성 중합체 발포체를 제공한다. 본 발명의 발포체는 이전에는 성취하기가 곤란했거나 불가능했던 특성들을 나타내거나 이러한 특성들을 조합하여 나타낸다. 따라서, 본 발명의 발포체는 다음의 특성들 중의 하나 이상을 나타낸다: (1) 평균 기포 크기가 약 2mm 이상이고, (2) 실질적으로 연속 기포 구조를 가지며, (3) 기포를 연결하는 기공의 크기가 비교적 크다.
발포체가 흡음 활성이기 위해서는, 발포체가 실질적으로 연속 기포 구조를 갖고 통기 저항률이 비교적 낮아야 한다. 본 발명에 따르면, 실질적으로 연속 기포 구조를 갖고 통기 저항률이 비교적 낮은 발포체는 평균 기포 크기가 약 2mm 이상인 발포체를 기계적으로 개방시킴으로써 제조된다. 대부분의 경우, 이러한 기계적 개방으로 인해 기포를 연결하는 비교적 큰 기공이 생성된다.
본 발명에 사용하기에 적합한 열가소성 수지에는 압출 공정에 의해 발포 가능한 모든 유형의 열가소성 중합체 및 블렌드가 포함된다. 본 발명에 적합한 열가소성 중합체 수지의 예로는 폴리스티렌 및 폴리올레핀 수지(폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지 포함) 뿐만 아니라, 에틸렌-스티렌 인터폴리머(ESI) 수지와 폴리올레핀 수지와의 블렌드, 예를 들면, 폴리에틸렌 및 ESI 또는 폴리프로필렌 및 ESI와 폴리에틸렌 수지와의 블렌드, 폴리에틸렌 수지의 공중합체가 포함되지만 이에 국한되는 것은 아니며, 폴리에틸렌 수지의 블렌드가 바람직하다. 이러한 수지의 예는 용융 지수(melt index)가 약 0.4dg/분이고 밀도가 0.922g/㎤인 저밀도 폴리에틸렌 수지이다. 특히 적합한 블렌드 중의 하나는 저밀도 폴리에틸렌과 에틸렌-스티렌 인터폴리머와의 블렌드이며, 이들 블렌드가 저밀도 폴리에틸렌을 약 50중량% 이상 함유하는 것이 특히 바람직하다. 에틸렌-스티렌 인터폴리머는 바람직하게는 스티렌 함량이 60중량% 이상이다.
상기한 에틸렌-스티렌 인터폴리머는, 하나 이상의 α-올레핀 단량체(i), 하나 이상의 비닐 또는 비닐리덴 방향족 단량체 및/또는 하나 이상의 입체 장애된 지방족 또는 지환족 비닐 또는 비닐리덴 단량체(ii) 및, 임의로 기타 중합 가능한 에틸렌성 불포화 단량체(들)(iii)를 중합된 형태로 포함하는, 실질적으로 랜덤한 인터폴리머이다.
"인터폴리머(interpolymer)"라는 용어는 2개 이상의 상이한 단량체가 중합되어 인터폴리머를 형성할 경우에 이러한 중합체를 나타내는데 사용된다.
"실질적으로 랜덤한"이라는 용어는 본원에서 사용되는, 하나 이상의 α-올레핀 단량체(i), 하나 이상의 비닐 또는 비닐리덴 방향족 단량체 및/또는 하나 이상의 입체 장애된 지방족 또는 지환족 비닐 또는 비닐리덴 단량체(ii) 및 임의로, 기타 중합 가능한 에틸렌성 불포화 단량체(들)(iii)를 중합시켜 생성된 실질적으로 랜덤한 인터폴리머에서 당해 인터폴리머의 단량체 분포가 문헌(참조; J. C. Randall in POLYMER SEQUENCE DETERMINATION, Carbon-13 NMR Method, Academic Press New York, 1977, pp. 71-78)에 기재되어 있는 바와 같이, 버노울리(Bernoulli) 정적 모델이거나 1차 또는 2차 마르코비안(Markovian) 정적 모델로 설명할 수 있음을 의미한다. 하나 이상의 α-올레핀 단량체와 하나 이상의 비닐 또는 비닐리덴 방향족 단량체, 및 임의로 기타 중합 가능한 에틸렌성 불포화 단량체(들)를 중합시켜 생성된 실질적으로 랜덤한 인터폴리머가 3단위 이상의 비닐 또는 비닐리덴 방향족 단량체의 블록 중에 비닐 또는 비닐리덴 방향족 단량체를 총 15중량% 이상으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 인터폴리머가 고도의 이소택틱성 또는 신디오택틱성을 특징으로 하지 않는 것이 보다 바람직하다. 이는, 실질적으로 랜덤한 인터폴리머의 C13 NMR 스펙트럼에서, 메소 다이어드(diad) 서열 또는 라세미 다이어드 서열을 나타태는 주쇄 메틸렌 및 메틴 탄소에 상응하는 피크 면적이 주쇄 메틸렌 및 메틴 탄소의 총 피크 면적의 75%를 초과해서는 안된다는 것을 의미한다. 따라서, 이후에 사용되는 "실질적으로 랜덤한 인터폴리머"라는 용어는 상기한 단량체로부터 제조되는 실질적으로 랜덤한 인터폴리머를 의미한다.
실질적으로 랜덤한 인터폴리머를 제조하는데 사용할 수 있는 적합한 α-올레핀 단량체에는, 예를 들면, 탄소수 2 내지 20, 바람직하게는 2 내지 12, 보다 바람직하게는 2 내지 8의 α-올레핀 단량체가 포함된다. 에틸렌, 프로필렌, 부텐-1, 4-메틸-1-펜텐, 헥센-1 또는 옥텐-1, 또는 프로필렌, 부텐-1, 4-메틸-1-펜텐, 헥센-1 또는 옥텐-1 중의 하나 이상의 단량체와 에틸렌과의 배합물이 특히 적합하다. 에틸렌 또는 에틸렌과 C3-8-α-올레핀과의 배합물이 가장 바람직하다. 이러한 α-올레핀은 방향족 잔기를 함유하지 않는다.
기타 임의의 중합 가능한 에틸렌성 불포화 단량체(들)에는 노보넨 및 C1-10 알킬 또는 C6-10 아릴 치환된 노보넨과 같은 변형된 환 올레핀이 포함되며, 전형적인 인터폴리머는 에틸렌/스티렌/노보넨이다.
실질적으로 랜덤한 인터폴리머를 제조하는데 사용할 수 있는 적합한 비닐 또는 비닐리덴 방향족 단량체에는, 예를 들면, 다음 화학식 I의 화합물이 포함된다.
Figure 112001005849304-pct00001
위의 화학식 I에서,
R1은 수소 및 탄소수 1 내지 4의 알킬 라디칼로 이루어진 라디칼 그룹으로부터 선택되고, 바람직하게는 수소 또는 메틸이며,
R2는 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 4의 알킬로 이루어진 라디칼 그룹으로부터 선택되고, 바람직하게는 수소 또는 메틸이며,
Ar은 페닐 그룹이거나, 할로, C1-4-알킬 및 C1-4-할로알킬로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1 내지 5개의 치환체로 치환된 페닐 그룹이고,
n은 0 내지 4, 바람직하게는 0 내지 2, 가장 바람직하게는 0이다.
특히 적합한 이들 단량체에는 스티렌과 이의 저급 알킬 또는 할로겐 치환된 유도체가 포함된다. 바람직한 단량체에는 스티렌, α-메틸스티렌, 스티렌의 저급 알킬-(C1-C4) 또는 페닐-환 치환된 유도체, 예를 들면, 오르토-, 메타- 및 파라-메틸스티렌, t-부틸 스티렌, 환 할로겐화 스티렌, 예를 들면, 클로로스티렌, 파라-비닐 톨루엔 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 보다 바람직한 방향족 모노비닐 단량체는 스티렌이다.
실질적으로 랜덤한 인터폴리머 중에서 가장 바람직한 것은 에틸렌과 스티렌의 인터폴리머 및 에틸렌, 스티렌 및 하나 이상의 탄소수 3 내지 8의 α-올레핀의 인터폴리머이다.
실질적으로 랜덤한 인터폴리머는 통상적으로 0.5 내지 65몰%, 바람직하게는 1 내지 55몰%, 보다 바람직하게는 2 내지 50몰%의 하나 이상의 비닐 또는 비닐리덴 방향족 단량체 및/또는 입체 장애된 지방족 또는 지환족 비닐 또는 비닐리덴 단량체와 35 내지 99.5몰%, 바람직하게는 45 내지 99몰%, 보다 바람직하게는 50 내지 98몰%의 하나 이상의 탄소수 2 내지 20의 지방족 α-올레핀을 함유한다. 이들 인터폴리머는 본원에 참고로 인용되어 있는 제WO 98/10014호에 따라 제조할 수 있다.
임의로, 핵 형성제(nucleating agent)를 발포성 블렌드에 가할 수 있다. 본 발명의 발포체를 제조하는데 사용되는 핵 형성제의 양은 목적하는 기포 크기, 발포 온도 및 핵 형성제의 조성에 따라 다양할 것이다. 예를 들면, 발포체 크기가 큰 것을 원할 경우에는 핵 형성제를 거의 사용하지 않거나 전혀 사용하지 않아야 한다. 유용한 핵 형성제에는 탄산칼슘, 스테아르산바륨, 스테아르산칼슘, 활석, 점토, 이산화티탄, 실리카, 규조토, 시트르산과 중탄산나트륨과의 혼합물이 포함된다. 사용시, 핵 형성제의 사용량은 중합체 수지 블렌드 100중량부(pph)당 0.01 내지 5중량부일 수 있다.
본 발명의 발포체를 제조하는 데 유용한 발포제에는 당해 기술분야에 공지되어 있는 모든 유형의 발포제가 포함된다; 무기 발포제, 유기 발포제 및 화학적 발포제를 포함한 물리적 및 화학적 발포제와 이들의 혼합물. 적합한 무기 발포제에는 이산화탄소, 질소, 아르곤, 물, 공기 및 헬륨이 포함된다. 유기 발포제에는 탄소수 1 내지 6의 지방족 탄화수소, 탄소수 1 내지 3의 지방족 알콜, 및 완전 할로겐화 및 부분 할로겐화된 탄소수 1 내지 4의 지방족 탄화수소가 포함된다. 지방족 탄화수소에는 메탄, 에탄, 프로판, n-부탄, 이소부탄, n-펜탄, 이소펜탄 및 네노펜탄이 포함된다. 지방족 알콜에는 메탄올, 에탄올, n-프로판올 및 이소프로판올이 포함된다. 완전 할로겐화 및 부분 할로겐화된 지방족 탄화수소에는 클로로카본, 플루오로카본 및 클로로플루오로카본이 포함된다. 본 발명에 사용되는 클로로카본에는 메틸 클로라이드, 메틸렌 클로라이드, 에틸 클로라이드 및 1,1,1-트리클로로에탄이 포함된다. 본 발명에 사용되는 플루오로카본에는 메틸 플루오라이드, 메틸렌 플루오라이드, 에틸 플루오라이드, 1,1-디플루오로에탄(HFC-152a), 1,1,1-트리플루오로에탄(HGC-143a), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(HFC-134a), 1,1,2,2-테트라플루오로에탄(HFC-134), 펜타플루오로에탄, 퍼플루오로에탄, 2,2-디플루오로프로판, 1,1,1-트리플루오로프로판 및 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판이 포함된다. 본 발명에 사용되는 부분 할로겐화 클로로플루오로카본에는 클로로디플루오로메탄(HCFC-22), 1,1-디클로로-1-클로로에탄(HCFC-141b), 1-클로로-1,1-디플루오로에탄(HCFC-142b), 1,1-디클로로-2,2,2-트리플루오로에탄(HCFC-123) 및 1-클로로-1,2,2,2-테트라플루오로에탄(HCFC-124)이 포함된다. 완전 할로겐화 클로로플루오로카본을 사용할 수도 있지만, 환경적인 이유에서 바람직하지 않다. 본 발명에 사용되는 화학적 발포제에는 아조디카본아미드, 아조디이소부티로니트릴, 벤젠설포닐하이드라지드, 4,4-옥시벤젠 설포닐-세미카바지드, p-톨루엔 설포닐 세미카바지드, N,N=-디메틸-N,N=-디니트로소테레프탈아미드, 트리하이드라진 트리아진, 중탄산나트륨 및 중탄산나트륨과 시트르산과의 혼합물이 포함된다. 이러한 모든 발포제의 혼합물도 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 간주한다. 성형 가능한 비드를 제조하기 위한 압출 공정 및 배취 공정에 바람직한 발포제는 물리적 발포제이며, 휘발성 유기 발포제가 바람직하고, 저급 탄화수소(예를 들면, 프로판 및 부탄)가 가장 바람직하다. 가교결합된 발포제 가공에 바람직한 발포제는 분해 가능한 발포제 및 질소이다.
발포체-형성 겔을 제조하기 위해 중합체 용융 물질에 혼입되는 발포제의 양은 소정의 밀도를 성취하는데 필요한 바에 따라 달라진다.
본 발명의 발포체는 단열 성능을 증강시키기 위해, 임의로 카본 블랙, 흑연 또는 이산화티탄과 같은 적외선 흡수제(투과 차단제)를 추가로 포함한다. 사용시, 적외선 흡수제는, 발포체 중의 중합체 블렌드의 중량을 기준으로 하여, 1.0 내지 25중량%, 바람직하게는 2.0 내지 10.0중량%를 차지할 수 있다. 카본 블랙은 퍼니스 블랙, 써멀 블랙, 아세틸렌 블랙 및 채널 블랙과 같이 당해 기술분야에 공지된 어떠한 유형이라도 가능하다.
본 발명의 발포체가 치수 안정성을 나타내는 것이 바람직하다. 안정성 조절제는 상기한 발포체로부터 실질적으로 독립 기포 구조인 두꺼운(즉, 4mm 이상) 시트 및 두꺼운 판재 제품(약 12mm보다 더 두꺼움)을 제조하는데 특히 바람직할 수 있다. 반대로, 실질적으로 연속 기포형 발포체를 형성하는 경우에는 부가적인 안정성 조절제가 필요치 않거나 바람직하지 않을 것이다.
치수 안정성은 시효처리 동안의 발포체 용적을 발포체가 팽창한지 30초 내에 측정한 발포체의 초기 용적에 대한 비율(%)로서 구하여 측정한다. 이러한 정의를 사용하여, 1개월 내에 초기 용적의 80% 이상을 회복하는 발포체가 허용가능하며, 85% 이상을 회복하는 발포체가 바람직하며, 90% 이상을 회복하는 발포체가 특히 바람직하다. 용적은 물의 배수량(cubic displacement)과 같은 적당한 방법으로 측정한다.
바람직한 안정성 조절제에는 아미드 및 C10-24 지방산의 에스테르가 포함된다. 이러한 제제가 미국 특허 제3,644,230호와 제4,214,054호에 교시되어 있다. 가장 바람직한 제제에는 스테아릴 스테아르아미드, 글리세롤 모노스테아레이트, 글리세롤 모노베넨에이트 및 소르비톨 모노스테아레이트가 포함된다. 통상적으로, 이러한 안정성 조절제는 중합체 100부당 0.1 내지 10부의 양으로 사용된다.
무기 충전제, 안료, 산화방지제, 산 스케빈저, 자외선 흡수제, 난연제, 가공 조제 또는 압출 조제와 같은 다양한 첨가제를 발포체에 혼입할 수도 있다.
본 발명의 중합체 발포체는 당해 기술분야의 통상의 숙련가들에게 잘 공지되어 있는 기법 및 절차에 의해 제조할 수 있으며, 이에는 분해 가능한 발포체와 가교결합제를 사용한 배취 공정 및 압출 공정이 포함되며, 압출 공정이 바람직하다.
압출 공정에서, 기포 크기는 발포체의 유형 및 농도, 중합체 유형, 다이 오리피스의 기하학적 형태, 다이에서의 전단 속도, 핵 형성제의 농도, 기포 확장제(cell enlarging agent)의 사용 및 발포 온도를 포함하는 몇가지 파라미터에 의해 영향을 받는다. 기포 크기를 크게 하기 위해서는, 기포 핵 형성제를 가하지 않는 것이 통상적이다. 대신, 기포 확장제를 가할 수 있다. 나머지 파라미터 중에서, 발포체의 유형 및 농도가 기포 크기에 가장 큰 영향을 미친다. 통상적으로, 용해도가 비교적 높고 분자 크기가 작은 발포제는 비교적 낮은 농도에서도 기포 크기를 증가시킨다. 이러한 발포제의 예로는 프로판, n-부탄, 이소부탄, n-펜탄, 메틸 클로라이드, 메틸렌 클로라이드, 에틸 클로라이드, 메탄올, 에탄올, 디메틸 에테르, 물 및 이들 발포제 중의 하나 이상을 함유하는 혼합 발포제가 포함된다. 고압 유리 라디칼 방법으로 제조한 측쇄 에틸렌성 중합체 수지를 이들 발포제로 팽창시킬 경우 크기가 큰 기포를 제공하는 경향이 있다. 기포 크기 확장용 첨가제는 일반적으로 중합체 수지를 가소화시키는데 사용되는 화합물이다. 기포 크기 확장제의 예로는 미국 특허 제4,229,396호에 기재되어 있는 바와 같이 융점이 비교적 낮은 왁스상 물질과 미국 특허 제5,489,407호에 기재되어 있는 바와 같은 비-왁스상 저분자량 화합물이 포함된다. 또한, 다이 오리피스에서의 전단 속도가 비교적 낮을 경우에도 기포 크기가 커진다.
본 발명의 중합체 발포체는 가교결합되거나 가교결합되지 않을 수 있다. 중합체 발포체 구조물을 제조하는 공정과 이를 가공하는 공정이 문헌(참조; C. P. Park, Polyolefin Foam, Chapter 9, Handbook of Polymer Foams and Technology, edited by D. Klempner and K. C. Frisch, Hanser Publishers, Munich, Vienna, New York Barcelona, 1991)에 교시되어 있다.
본 발명의 가교결합되지 않은 발포체는 통상의 압출 발포 공정으로 제조할 수 있다. 발포체 구조물은 일반적으로, 열가소성 중합체 수지(즉, 중합 물질)를 가열하여 가소화되거나 용융된 중합 물질을 형성하고, 이에 발포제를 혼입하여 발포성 겔을 형성한 다음, 다이를 통해 겔을 압출시켜 발포체 제품을 형성함으로써 제조된다. 중합 물질을 발포제와 혼합하기 전에, 이를 유리 전이 온도 또는 융점 이상의 온도로 가열한다. 발포제는 압출기, 혼합기, 블렌더 등과 같은 당해 기술분야에 공지되어 있는 모든 수단에 의해 용융된 중합 물질에 혼입하거나 혼합할 수 있다. 발포제는 용융된 중합 물질의 실질적인 팽창을 방지하고 발포제를 이에 균일하게 분포시키기에 충분한 승압에서 용융된 중합 물질과 혼합한다. 임의로, 핵 형성제를 용융 중합체에 블렌딩시키거나 가소화 또는 용융 전에 중합 물질과 드라이 블렌딩시킬 수 있다. 발포체 구조물의 물리적 특성들을 최적화시키기 위해서는 통상적으로 발포성 겔을 저온으로 냉각시킨다. 이어서, 겔을 목적하는 형태의 다이를 통해 감압대 또는 저압대로 압출하거나 운반하여 발포체 구조물을 형성한다. 저압대는 발포성 겔이 다이를 통해 압출되기 전에 유지되는 압력보다 압력이 낮은 영역이다. 저압은 대기압보다 높거나 대기압보다 낮을(진공) 수 있지만, 대기압 수준인 것이 바람직하다.
본 발명의 가교결합되지 않은 발포체는 다중-오리피스 다이를 통한 열가소성 중합체 수지(즉, 중합 물질)의 압출에 의해 융합된 스트랜드 형태로 형성할 수 있다. 오리피스는 발포 공정 동안 용융 압출물의 인접 스트림 간에 접촉이 일어나 접촉 표면이 단일 발포체 구조물을 형성하기에 충분한 접착력으로 서로 접착되도록 배열된다. 다이를 빠져나온 용융 압출물의 스트림은 스트랜드 또는 프로파일 형태를 취하며, 이들은 바람직하게는 발포되고 융합되며 서로 접착되어 단일 구조를 형성한다. 바람직하게는, 융합된 각각의 스트랜드 또는 프로파일이 단일 구조로 접착되어 발포체 제조, 성형 및 사용시에 직면하게 되는 응력하에서의 스트랜드 박리를 방지해야 한다. 발포체 구조물을 융합된 스트랜드 형태로 제조하기 위한 장치 및 방법이 미국 특허 제3,573,152호와 제4,324,720호에 교시되어 있다.
본 발명의 발포체 구조물은 제품으로 성형하기에 적합한 가교결합되지 않은 발포체 비드로서 형성할 수도 있다. 발포체 비드는 압출 공정 또는 배취 공정으로 제조할 수 있다. 압출 공정에서는, 통상의 발포체 압출 장치에 부착된 다중-홀 다이로부터 빠져나오는 발포체 스트랜드를 과립화하여 발포체 비드를 형성한다. 배취 공정에서는, 과립화 수지 펠렛과 같은 이산 수지 입자를 이들에 대해 실질적으로 불용성인 물과 같은 액체 매질에 현탁시키고, 발포제를 오토클레이브 또는 다른 가압 용기 속에서 승압 및 승온에서 액체 매질에 도입하여 발포제로 함침시킨 다음, 대기 또는 감압 영역으로 급속 배출하여 팽창시킴으로써 발포체 비드를 형성한다. 이러한 공정은 미국 특허 제4,379,859호와 제4,464,484호에 교시되어 있다.
본 발명의 가교결합된 발포체는 분해 가능한 발포제를 사용하는 가교결합 발포 공정 또는 통상의 압출 공정에 의해 제조할 수 있다.
분해 가능한 발포제를 사용하는 가교결합 발포 공정을 사용하는 경우, 본 발명의 가교결합된 발포체는 열가소성 중합체 수지(즉, 중합 물질)를 분해 가능한 화학적 발포제와 블렌딩하고 가열하여 가소화되거나 용융된 발포성 중합 물질을 형성하고, 용융된 발포성 중합 물질을 다이를 통해 압출시킨 다음, 용융된 중합 물질에서 가교결합을 유도하고, 용융된 중합 물질을 승온에 노출시켜 발포제를 제거시켜 발포체 구조물을 형성함으로써 제조할 수 있다. 중합 물질 및 화학적 발포제는 압출기, 혼합기, 블렌더 등과 같은 당해 기술분야에 공지되어 있는 모든 수단으로 혼합하고 용융 블렌딩할 수 있다. 화학적 발포제는 중합 물질을 용융된 형태로 되도록 가열하기 전에 중합 물질과 드라이-블렌딩하는 것이 바람직하지만, 또한 중합 물질이 용융상인 경우에도 첨가할 수 있다. 가교결합은 가교결합제의 첨가 또는 방사선에 의해 유도될 수 있다. 발포 또는 팽창을 수행하기 위한 가교결합의 유도 및 승온에서의 노출은 동시에 또는 순차적으로 일어날 수 있다. 가교결합제를 사용할 경우, 이를 화학적 발포제와 동일한 방법으로 중합 물질에 혼입한다. 또한, 가교결합제를 사용할 경우에는, 가교결합제 또는 발포제의 분해를 방지하고 조기 가교결합을 막기 위해, 용융된 발포성 중합 물질을 바람직하게는 150℃ 미만의 온도로 가열하거나 이러한 온도에 노출시킨다. 방사선 가교결합을 사용할 경우, 발포제의 분해를 방지하기 위해, 용융된 발포성 중합 물질을 바람직하게는 160℃ 미만의 온도로 가열하거나 이러한 온도에 노출시킨다. 용융된 발포성 중합체를 목적하는 형태의 다이를 통해 압출하거나 운반하여 발포성 구조물을 형성한다. 이어서, 발포성 구조물을 가교결합시키고 오븐에서와 같은 승온 또는 고온(통상적으로, 150 내지 250℃)에서 팽창시켜 발포체 구조물을 형성한다. 방사선 가교결합을 사용하는 경우, 발포성 구조물을 조사하여 중합 물질을 가교결합시킨 다음 상기한 바와 같이 승온에서 팽창시킨다. 구조물을 유리하게는 가교결합제 또는 방사선을 사용하는 상기한 공정에 따라 시트 또는 얇은 판재 형태로 만들 수 있다.
분해 가능한 발포제를 사용하는 가교결합 발포 공정에서 가교결합제 또는 방사선을 사용하는 이외에, 문헌(참조; C. P. Park, Supra, Chapter 9)에 기재된 바와 같은 실란 가교결합을 사용하여 가교결합을 수행할 수도 있다.
영국 특허 제2,145,961 A호에 기재된 바와 같은 롱-랜드 다이(long-land die)를 사용하는 압출 공정에 의해, 본 발명의 가교결합된 발포체를 연속 판재 구조로 만들 수도 있다. 당해 공정에서, 중합체, 분해 가능한 발포제 및 가교결합제를 압출기 속에서 혼합하고, 이들 혼합물을 가열하여 중합체를 가교결합시키고 발포제를 롱-랜드 다에서 분해시킨 다음, 발포체 구조물을 성형하여 다이로부터 분리시키며, 여기서 발포체 구조물과 다이의 접촉은 적당한 윤활재에 의해 원활히 할 수 있다.
본 발명의 가교결합된 발포체는 제품으로 성형하는데 적합한 가교결합된 발포체 비드로서 형성할 수도 있다. 발포체 비드를 제조하기 위해, 과립화 수지 펠렛과 같은 이산 수지 입자를 이들에 대해 실질적으로 불용성인 물과 같은 액체 매질에 현탁시키고, 오토클레이브 또는 다른 가압 용기 속에서 승압 및 승온에서 가교결합제와 발포제로 함침시킨 다음, 대기 또는 감압 영역으로 급속 배출하여 팽창시킴으로써 발포체 비드를 형성한다. 또 다른 방법에서는, 중합체 비드를 발포제로 함침시키고 냉각시켜 용기로부터 배출한 다음 가열 또는 스팀에 의해 팽창시킨다. 상기한 방법으로부터 유도된 방법으로서, 스티렌 단량체를 가교결합제와 함께 함침시켜 현탁된 펠렛을 수득함으로써 중합 물질을 포함하는 그래프트 인터폴리머를 형성할 수 있다. 현탁액 속에서 또는 비-함수 상태에서 발포제를 함침시켜 수지 펠렛을 수득할 수 있다. 이어서, 발포성 비드를 스팀으로 가열하여 팽창시키고 발포성 폴리스티렌 발포체 비드에 통상적인 성형 방법으로 성형한다.
이어서, 발포체 비드를 당해 기술분야에 공지되어 있는 모든 방법, 예를 들면, 발포체 비드를 금형에 충전한 다음 금형을 압축시켜 비드를 압착시키고 스팀과 같은 것으로 비드를 가열하여 비드를 융합 및 용접시켜 제품을 형성하는 방법으로 성형할 수 있다. 임의로, 비드를 금형에 충전하기 전에 공기 또는 다른 발포제와 함께 예열할 수 있다. 상기한 공정 및 성형법에 대한 탁월한 교시 내용을 문헌(참조; C. P. Park, Supra, pp. 227-233)과 미국 특허 제3,886,100호, 제3,959,189호, 제4,168,353호 및 제4,429,059호에서 찾아볼 수 있다. 발포체 비드는 적합한 혼합 장치 또는 압출기 속에서 중합체, 가교결합제 및 분해 가능한 혼합물로 이루어진 혼합물을 제조하여 이들 혼합물을 펠렛으로 성형한 다음 펠렛을 가열하여 가교결합시키고 팽창시킴으로써 제조할 수도 있다.
제품으로 성형하기에 적합한 가교결합된 발포체 비드의 또 다른 제조방법은 중합 물질을 용융시켜 이를 통상의 발포체 압출 장치 속에서 물리적 발포제와 혼합하여 필수적으로 연속 발포체 스트랜드를 형성하는 것이다. 발포체 스트랜드를 과립화하거나 펠렛화하여 발포체 비드를 형성한다. 이어서, 발포체 비드를 방사선으로 가교결합시킨다. 이후, 가교결합된 발포체 비드를 융합시키고 다른 발포체 비드 공정에 대해 위에 기재한 바와 같이 다양한 제품을 형성하도록 성형할 수 있다. 이러한 공정에 대한 추가의 교시 사항을 미국 특허 제3,616,365호와 문헌(참조; C. P. Park, Supra, pp. 224-228)에서 찾아볼 수 있다.
또한, 실란 가교결합 기법을 압출 공정에 사용할 수 있다. 이러한 공정에 대한 교시 사항을 문헌(참조; C. P. Park, Supra, Chapter 9)과 미국 특허 제4,714,716호에서 찾아볼 수 있다. 실란 가교결합 공정을 통상의 압출 공정과 함께 사용할 경우, 중합체를 비닐 관능성 실란 또는 아지도 관능성 실란으로 그래프트시키고 압출시켜 발포체를 형성한다. 이어서, 가교결합을 촉진시키기 위해, 압출된 발포체를 따뜻하고 습한 공기에 노출시킨다.
본 발명의 가교결합된 발포체는 중합 물질, 가교결합제 및 발포제를 혼합하여 슬래브를 형성하고, 이들 혼합물을 가교결합제가 중합 물질을 가교결합시키고 발포제가 분해될 수 있도록 금형 속에서 가열한 다음, 금형 속의 압력을 방출시켜 발포체를 팽창시킴으로써 번 스톡 형태(bun stock form)로 제조할 수 있다. 임의로, 압력을 방출하자마자 형성된 번 스톡을 재가열하여 더욱 팽창시킬 수도 있다.
가교결합된 중합체 시트는, 중합체 시트를 고에너지 빔으로 조사하거나 화학적 가교결합제를 함유하는 중합체 시트를 가열함으로써 제조한다. 가교결합된 중합체 시트를 목적하는 형태로 절단하여 고압하에 중합체의 연화점 이상의 온도에서 질소로 함침시킨다. 압력을 방출하면 시트에서 기포 핵이 형성되고 어느 정도의 팽창이 이루어진다. 시트를 연화점 이상의 온도에서 가압하에 저압 용기에서 재가열하고, 발포체가 팽창할 수 있도록 압력을 방출시킨다.
상기한 방법으로 제조한 발포체의 밀도는 10 내지 300㎏/㎥이며, 바람직하게는 15 내지 100㎏/㎥이고, 특히 바람직하게는 15 내지 60㎏/㎥이다. 또한, 상기한 방법으로 제조한 발포체의 평균 기포 크기는 2 내지 15mm, 바람직하게는 2 내지 10mm, 보다 바람직하게는 3 내지 10mm, 특히 3mm를 초과하는 것이 좋고, 특히 바람직하게는 4 내지 8mm이다. 또한, 상기한 방법으로 제조한 발포체는 연속 기포 구조이거나 독립 기포 구조일 수 있으며, 실질적으로 연속 기포 구조이거나 실질적으로 독립 기포 구조인 것이 바람직하다.
상기한 방법으로 제조한 발포체는 부가적인 가공 단계 없이도 음향 조절에 유용할 수 있다. 예를 들면, 상기한 방법으로 제조한 평균 기포 크기가 약 3mm를 초과하는, 특히 약 4mm 이상인 발포체는 추가의 가공 단계를 필요로 하지 않으면서도 발포체가 가질 수 있는 다른 특성들에 관계없이 흡음 물질로서 사용하는데 적합한 정도로 충분히 낮은 통기 저항률을 나타낼 수 있다. 통상적으로, 음향 조절이라는 최종 용도를 위해서는 통기 저항률이 약 800,000Rayls/m(즉, 800,000Pa·s/㎡) 미만인 것이 바람직하고, 발포체의 최종 용도에 따라 400,000Rayls/m(즉, 400,000Pa·s/㎡) 미만, 100,000Rayls/m(즉, 100,000Pa·s/㎡) 미만, 50,000Rayls/m(즉, 50,000Pa·s/㎡) 미만으로 갈수록 더 바람직하다.
그러나, 상기한 방법으로 제조한 베이스 발포체(base foam)가 충분한 음향 조절 특성을 나타내지 못할 경우, 기계적 수단에 의해 베이스 발포체 내의 독립 기포들을 개방시킴으로써, 베이스 발포체에 (1) 실질적으로 연속 기포 구조인 특성과 (2) 기포를 연결하는 기공의 크기가 비교적 큰 특성을 추가하거나 강화시킬 수 있다.
앞서 주지한 바와 같이, 발포체가 흡음 활성이기 위해서는, 발포체가 실질적으로 연속 기포 구조와 비교적 낮은 통기 저항률을 가져야 한다. 본 발명에 따르면, 실질적으로 연속 기포 구조와 비교적 낮은 통기 저항률을 갖는 발포체는, 평균 기포 직경이 약 2mm 이상인 발포체를 기계적으로 개방시켜 제조한다. 대부분의 경우, 이러한 기계적 개방이 기포를 연결하는 기공의 크기를 비교적 크게 만든다. 예를 들면, 발포체 내의 독립 기포는 기포질 열가소성 중합체 발포체 중의 독립 기포를 개방시키기 위한 수단을 베이스 열가소성 중합체 발포체의 하나 이상의 표면의 적어도 일부에 적용함으로써 개방시킬 수 있으며, 이러한 적용은 베이스 중합체 발포체 내의 독립 기포의 적어도 일부를 개방시키기에 충분해야 한다. 기계적 수단에 의해 개방되는 독립 기포의 정도는 물론 독립 기포를 개방하는 방법의 적용도에 따라 좌우된다. 예를 들면, 보다 낮은 비율의 독립 기포를 개방하고자 하는 경우에는, 개방 수단을 베이스 발포체 표면의 일부에만 적용하고/하거나 베이스 발포체의 두께를 통해 단지 부분적으로 확장시킨다. 그러나, 보다 높은 비율의 독립 기포를 개방하고자 하는 경우에는, 개방 수단을 베이스 발포체의 하나 이상의 표면에 적용하고/하거나 베이스 발포체의 두께로 더욱 확장시킨다.
독립 기포를 개방하기 위한 수단의 적용 방향은 중요하지 않으며, 압출 방향에 수직으로 또는 압출 방향으로 수행할 수 있으며, 베이스 발포체의 표면을 기준으로 하여 어떠한 각도에서도 수행할 수 있다.
독립 기포를 개방하기 위한 수단은 독립 기포를 개방하기에 충분한 모든 수단일 수 있지만, 통상적으로 천공, 슬리이싱, 압축 또는 이들을 조합한 방법이 포함된다. 통상적으로, 천공은 베이스 발포체를 하나 이상의 뾰족하고 첨예한 물체로 천자시킴을 포함한다. 뾰족하고 첨예한 물체로서 적합한 것으로는 니들, 대못, 핀 또는 못이 포함된다. 또한, 천공은 드릴링, 레이저 절단, 고압 유체 절단, 에어 건 또는 발사체를 포함할 수 있다. 도 1은 다수의 독립 기포(2)로 이루어진 본 발명의 베이스 발포체(1)의 단면도를 나타내며, 여기서 발포체(1)는 뾰족하고 첨예한 다수개의 물체(3)로 천공되어 있다.
또한, 팽창 동안 발포체 스트랜드를 인장시킴으로써 베이스 발포체가 신장된 기포를 갖도록 제조할 수 있다. 이러한 인장으로 인해, 수평 방향으로 기포 크기를 변화시키거나 종종 증가시키지 않고도, 신장된 기포를 생성할 수 있다. 따라서, 인장은 수직 방향에 직각인 방향으로 평균 기포 크기(EH 평균)를 증가시키고 천공을 촉진시킨다. 도 2는 압출 방향으로 신장시킨 다음 뾰족하고 첨예한 다수개의 물체(3)로 천공시킨 다수의 독립 기포(4)로 이루어진 본 발명의 베이스 발포체(1)의 단면도를 나타낸다. 도 3은 압출 방향으로 신장시킨 다음 경사각에서 뾰족하고 첨예한 다수개의 물체(3)로 천공시킨 다수의 독립 기포(4)로 이루어진 본 발명의 베이스 발포체(1)의 단면도를 나타낸다.
베이스 발포체의 천공은 정방형 패턴 및 삼각형 패턴을 포함한 어떠한 패턴으로도 수행할 수 있다. 또한, 대부분의 기포를 천공시키기 위해서는 천공 간의 간격이 발포체 내의 기포 크기와 유사한 것이 바람직하다. 따라서, 대부분의 기포 를 천공시키고자 하는 경우, 천공이 베이스 발포체 내의 기포들의 평균 직경의 2배 이하, 바람직하게는 1.5배 이하, 보다 바람직하게는 베이스 발포체 내의 기포의 평균 직경과 동일하고, 가장 바람직하게는 베이스 발포체 내의 기포의 평균 직경보다 작은 간격으로 거리를 두고 구멍들이 배치되도록 하는 방식으로 천공을 수행하는 것이 바람직하다. 베이스 발포체를 천공시키는데 사용되는 뾰족하고 첨예한 물체의 특정 직경은 평균 기포 크기, 의도하는 천공의 간격을 포함하는 다수의 인자에 따라 선택되기는 하지만, 본 발명의 특정 발포체를 제조하는데 유용한 뾰족하고 첨예한 물체의 직경은 통상적으로 1 내지 4mm일 것이다.
슬라이싱은 발포체의 적어도 일부를 통해 슬라이싱하기에 충분한 어떠한 수단으로도 수행할 수 있으며, 이에는 나이프 및 톱이 포함된다. 슬라이싱에 의한 베이스 발포체 기포의 개방은 반드시 절단면의 기포만을 개방시키며 발포체 내부의 기포는 변화가 없다. 따라서, 슬라이싱이 발포체 두께 전반에 걸쳐 통기 저항률을 감소시키지는 못한다. 그러나, 슬라이싱에 의한 표면 기포의 개방은, 특히 기포 크기가 충분히 크고/크거나 절단되지 않은 잔여 발포체가 충분히 얇은 경우, 특정한 음향 조절 용도에 충분할 수 있다. 어떠한 특정 이론에 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 효과적인 흡음을 위해 발포체 두께 전단에 걸쳐 통기 저항률이 낮을 필요는 없다고 본 발명의 발명자들은 믿고 있다. 그 이유는, 음향은 공기 분자가 진동 방식으로 이동함으로써 전파되는 공기의 압축파이기 때문이다(즉, 공기 분자는 고정된 평균 위치에서 앞뒤로 움직이면서 인접 공기층 등에 부딪힌다). 공기 분자 자체가 발포체 두께의 말단으로 원거리까지 이동하지는 못한다. 따라서, 발포체 기질을 통해 음향이 전파되는 동안 실질적인 공기 유동은 없다. 그러나, 공기 분자가 앞뒤로 이동함으로써 형성되는 열에 의해 음향이 분산되어 기포벽에 마찰을 유발시킨다. 분자는 일반적으로 이들의 이동 방향에 수직하는 방향으로 필름에 부딪혀 필름을 진동시킴으로써 반대쪽 공기를 진동시키기 때문에, 압축파인 음파가 이의 통과를 저지하는 연질 필름을 통과한다. 따라서, 표면 기포가 슬라이싱되는 본 발명의 발포체의 불변 내부 코어와 같은 얇은 가요성 필름으로 이루어진 몇개의 박층이 발포체의 흡음 성능을 과도하게 손상시키지는 않는다.
기포를 개방시키는 수단인 압축은 외부 힘을 발포체의 하나 이상의 표면에 가하여 베이스 발포체 내의 기포를 파열하여 개방하기에 충분한 모든 수단으로 수행할 수 있다. 천공하는 동안 또는 천공한 후에 압축을 수행할 경우 기포벽을 통해 고압차가 발생할 수 있기 때문에, 이러한 압축이 천공에 의해 만들어지는 채널에 인접한 기포벽을 파열하는데 특히 효과적이다. 또한, 니들 펀칭(needle punching)과는 달리, 압축은 모든 방향으로 향해 있는 기포벽을 파열할 수 있어 흡음에 적합한 구불구불한 길을 형성한다.
베이스 발포체의 독립 기포의 기계적 개방은 기포벽 및 기포 지주에 크기가 큰 기공을 형성하여 베이스 발포체의 통기 저항률을 낮춘다. 어떠한 경우, 이를 수행하는 특정 수단에 관계없이, 기본 열가소성 중합체 발포체 내의 독립 기포의 기계적 개방이 발포체의 흡음, 방음, 유체 흡수 및 여과 특성을 향상시키는 역할을 한다.
물론, 기계적으로 개방되는 기포의 비율은 기포 크기, 기포 형태, 개방 수단(즉, 천공, 슬라이싱, 압축) 및 기본 중합체에 적용되는 개방 수단의 적용도를 포함하는 다수의 인자에 따라 좌우될 것이다. 통기 저항률을 최대로 저하시키기 위해, 바람직하게는 베이스 발포체 내의 독립 기포의 50% 이상, 보다 바람직하게는 70% 이상, 가장 바람직하게는 90% 이상을 상기한 기계적 수단으로 개방시킨다. 기계적으로 개방되는 기포의 비율을 최대화하기 위해서는 압축과 천공을 조합하여 기포를 개방하는데 사용하는 것이 바람직하다. 도 4는, 발포체를 압축시킨 다음 압축된 상태에서 뾰족하고 첨예한 다수개의 물체(3)로 천공시킨, 압출 방향으로 연신된 다수의 독립 기포(4)로 이루어진 본 발명의 베이스 발포체(1)의 단면도를 나타낸다.
위에서 논의한 바와 같이 압출하기 전에 중합 물질에 난연제를 포함시키는 임의 공정 이외에, 압출 후, 바람직하게는 인장에 의한 연신 기포와 독립 기포의 기계적 개방과 같은 부가적인 가공 단계를 거친 후, 본 발명의 발포체를 난연제로 함침시킬 수도 있다.
본 발명의 발포체를 방음용으로 사용할 경우, 이를 표면층, 이에 부착되어 있는 발포체 코어층, 및 스트립, 패취, 댑(dab) 또는 다른 기하학적 돌출부에 의해 떨어져 있는 접촉점(이하, 일반적으로 접촉점이라 함)에서 코어층이 고정되어 있는 구조물로 이루어지고 코어층과 구조물 사이에 간격이 있는 다층 방음 패널에서 코어층으로 사용될 수 있으며, 간격이 넓고/넓거나 표면층이 얇은 경우에는 이동(travel)을 중단시켜 구조물로부터 일정 거리에 코어층을 유지시켜야 한다. 코어층이 떨어져 있는 접촉점에 고정되어 있는 구조물은 벽 또는 천장이거나 기타 적절한 건축 부재일 수 있다. 또한, 구조물은 제2 표면층일 수도 있다. 생성된 샌드위치 패널은 칸막이 부재 또는 칸막이 벽으로서 사용될 수 있다. 패널은 건설업 및 기타 산업 분야에서 건물 및/또는 기계류의 방음 특성을 향상시키는데 유용하다. 이러한 패널의 예가 1995년 5월 26일자로 공개된 국제 공개공보 제WO 95/14136호에 기재되어 있다.
본 발명의 발포체를 다층 패널에 코어층으로서 사용할 경우, 이를 어떠한 프로파일로도 성형할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 발포체는 일직선 형태로 성형할 수도 있다. 도 9는 I형을 나타내는 일직선 형태인 발포체 코어(5)로 이루어지도록 형성된 본 발명의 발포체를 나타낸다. 그러나, 본 발명의 발포체는 낮은 동적 강성(dynamic stiffness)을 나타내도록 형성할 수도 있다. 예를 들면, 본 발명의 발포체는 발포체 코어(5)의 양쪽 말단에서 동일하거나 상이한 발포체로 이루어진 좁은 스트립(6)이 동일 측면에 부착되어 있는 발포체 코어(5)로 이루어지도록 형성할 수 있다. 도 10의 프로파일은 U형을 나타낸다. 또한, 본 발명의 발포체는 동일하거나 상이한 발포체로 이루어진 좁은 스트립(6)들이 발포체 코어(5)의 양쪽 측면에서는 양 측면을 기준으로 서로 어긋나도록 부착되고 동일하거나 상이한 발포체의 좁은 스트립(6)들이 발포체 코어(5)의 양쪽 말단에서는 양쪽 측면 모두에 부착되면서 양 측면을 기준으로 서로 마주보도록 부착되어 있는 발포체 코어(5)로 구성되도록 형성할 수 있다. 도 11의 프로파일은 W형을 나타낸다. 본 발명의 발포체를 W형으로 프로파일하여 표면 패널(facer panel) 사이에 위치시킬 경우, 이러한 설계가 표면 패널로의 압축 변형을 발포체 코어로의 굴곡 변형으로 변환시킨다. 지지용 스트립 사이의 간격이 충분하면, 이러한 구조가 목적하는 매우 낮은 동적 강성을 제공한다. W형 프로파일의 경우, 발포체 코어(5)의 동일면에서 좁은 스트립(6)들의 중간점 사이의 간격은 250mm 이상, 바람직하게는 300 내지 600mm이다. U형 프로파일의 경우, 스트립들의 중간점 사이의 간격은 350mm 이상, 바람직하게는 450 내지 600mm이다.
본 발명의 발포체에 대한 하기의 실시예가 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 달리 지시하지 않는 한, 모든 %, 부 및 비율은 중량을 기준으로 한다.
실시예 1
당해 실시예는 본 발명에 사용되는 발포체 및 압출 공정으로 발포체를 제조하는 방법을 예시한다. 표 1에 열거되어 있는 바와 같은 발포체는 시판용 발포체 압출 장치를 사용하여 제조한다. 당해 장치는 공급, 용융 및 계량을 위한 통상의 연속 영역의 말단에 혼합 및 냉각을 위한 부가적인 2개의 영역을 갖는 스크류형 압축기이다. 발포제 주입용 개구부가 계량대와 혼합대 사이의 압축기 배럴에 제공되어 있다. 냉각대의 말단에, 일반적으로 직사각형의 개구부를 갖는 다이 오리피스가 부착되어 있다.
용융 지수가 약 0.4dg/분(ASTM D-1238에 따름, 190℃/2.16kg)이고 밀도가 0.922g/㎤인 저밀도 폴리에틸렌을 소량의 글리세롤 모노스테아레이트와 함께 균일한 속도로 압출기에 공급한다. 기포 크기를 크게 유지하기 위해 핵 형성제는 가하지 않는다. 압축기에서 유지되는 온도는 공급대에서는 160℃이고, 용융대에서는 200℃이며, 계량대에서는 210℃이고, 혼합대에서는 190℃이다. 중합체 100부당 11.8부의 이소부탄을 균일한 속도로 혼합대에 주입한다. 냉각대와 다이 블럭의 온도를 서서히 낮추어 양호한 발포체를 생성한다. 110℃의 냉각대 온도와 108℃의 다이 온도에서, 밀도가 약 23kg/㎥이고 기포 크기가 큰 실질적으로 독립 기포형인 발포체가 수득된다. 두께가 약 105mm이고 폭이 약 600mm인 발포체(PEF1)를 수거한 다음, 두께를 약 80mm로 감소시키기 위해 인장시켜, 인장된 발포체(PEF2)를 또한 수거한다. 인장에 의해, 수직 방향과 직교하는 방향으로 기포가 확장된다. 표 1에 제시된 바와 같이, 인장은 압출 방향으로 기포를 연신시킬 뿐만 아니라 평균 기포 크기도 증가시킨다. 수직 방향과 직교하는 방향으로 기포 크기(EH 평균)가 커지면 홀 펀칭(hole punching)이 촉진된다.
발포체 유형 발포체 밀도 (kg/㎥) 기포 크기 Extr.(mm)2 기포 크기 Vert.(mm)1 기포 크기 EH Av.(mm)4 기포 크기 3D Av.(mm)5
PEF1 23 6.2 5.9 5.5 5.7 5.9
PEF2 23 5.8 6.3 6.5 6.4 6.2
PEF3 32 4.9 4.0 4.3 4.2 4.4
PEF4 23 2.9 2.1 2.3 2.2 2.4
PEF5* 40 1.9 1.7 1.5 1.6 1.7
* 본 발명에 따르는 실시예의 발포체가 아님 1 ASTM D-3756에 따라 측정한 수직 방향으로의 기포 크기 2 ASTM D-3756에 따라 측정한 압출 방향으로의 기포 크기 3 ASTM D-3756에 따라 측정한 수평 방향으로의 기포 크기 4 압출 방향과 수평 방향으로의 평균 기포 크기 5 3가지 방향 모두에서의 평균 기포 크기

표 1에 열거된 다른 폴리에틸렌 발포체(PEF)는 PEF1과 PEF2에 대해 기재한 바와 본질적으로 동일한 과정으로 제조된다. 이소부탄 농도는 목적하는 밀도를 성취하기 위해 제조되는 각각의 발포체 제품마다 다르며, 기포 크기 조절을 위해서는 소량의 핵 형성제를 가한다. 모든 발포체가 실질적으로 독립 기포 구조를 갖는다.
시험 1
홀 펀칭 시험
발포체를 약 55mm 두께의 슬래브로 되도록 슬라이싱한 다음, 소정 간격의 정방형 패턴으로 발포체 슬래브를 통해 홀 펀칭시킨다. 10mm, 5mm 및 4mm 간격으로 홀 펀칭하기 위해, 2mm 직경의 니들을 사용한다. 3mm 간격의 홀을 목적하는 패턴을 보증하는 1.5mm 니들을 다수개 갖는 펀칭 플레이트로 펀칭시킨다. 홀 펀칭도는 통상적으로 홀 밀도(즉, 홀의 수/㎠)로 표현할 수 있다. 10mm, 5mm, 4mm 및 3mm 정방형 패턴으로 펀칭할 경우 홀 밀도는 각각 1개, 4개, 6.25개 및 11.1개 홀/㎠이다. 각각의 발포체 샘플로부터, 직경이 29mm인 원통형 표본을 총 두께가 55mm로 되도록 구멍을 뚫어, 표본의 연속 기포 함량을 ASTM D-2856 과정 C에 따라 측정한다. 각각의 발포체 표본과 펀칭 패턴에 대한 연속 기포 데이타가 표 2에 요약되어 있다.
발포체 유형 홀이 없음1 표면 연속 기포2 10mm 간격3 5mm 간격4 4mm 간격5 3mm 간격6
PEF1 63 55 84 90 94 95
PEF2 77 59 81 94 95 95
PEF3 ND 41 53 82 87 95
PEF4 ND 23 61 71 78 92
PEF5* ND *18 *30 *47 *56 *72
* 본 발명에 따르는 실시예의 발포체가 아님 1 압출된 그대로의 발포체의 연속 기포 함량(%). ND=측정되지 않음. 2 발포체 용적 중의 절단면 기포의 용적(%)(ASTM D-2856에 따름) 3 10mm 간격으로 홀 펀칭한 발포체의 연속 기포 함량(%) 4 5mm 간격으로 홀 펀칭한 발포체의 연속 기포 함량(%) 5 4mm 간격으로 홀 펀칭한 발포체의 연속 기포 함량(%) 6 3mm 간격으로 홀 펀칭한 발포체의 연속 기포 함량(%)
상기 데이타는 기포 크기가 클수록 홀 펀칭에 의해 연속 기포를 발달시키기가 더욱 용이하다는 것을 명확하게 보여준다. 대부분의 기포를 펀칭시키기 위해서는 홀 간격이 기포 크기와 동일하거나 보다 작을 필요가 있다. 보다 높은 밀도로 되도록 홀 펀칭을 수행하면 비용이 더 많이 들기 때문에, 기포 크기가 큰 발포체가 바람직하다. 기포 크기가 2mm 미만인 특정 발포체에서 1㎠당 1개의 홀을 펀칭시키는 것은 상업적으로 시행되고 있다. 1㎠당 4개의 홀이 용이하게 사용될 수 있다. 1㎠당 4개 이상의 홀을 펀칭시키는 것은 불가능하다기 보다는 실행하기 곤란하다. 또한, 거대기포질(macrocellular) 발포체 표본(예를 들면, PEF1 및 PEF2)은 홀 펀칭하지 않더라도 연속 기포가 이미 고도로 발달되어 있다. 높은 연속 기포 함량의 대부분은 표본의 절단면 기포로부터 유래한다. 예를 들면, PEF2의 표면 절단 기포는 발포체의 총 77%의 연속 기포 함량 중에 약 59%를 차지한다.
시험 2
압축 시험
실시예 1로부터의 발포체 PEF1을 먼저 2mm 직경의 니들을 사용하여 5mm×5mm 정방형 패턴으로 펀칭시킨다. 펀칭된 발포체의 연속 기포 함량은 약 93.5%(ASTM D-2856 과정 C로 측정함)이다. 발포체 판재로부터 단면적이 11cm×11cm이고 두께가 7cm인 발포체 표본을 절단하여 두께가 5mm로 될 때까지 프레스를 사용하여 두께 방향으로 압축시킨다. 압축 동안, 기포 파괴를 표시하는 펑하고 파열되는 소리가 들린다. 발포체의 연속 기포 함량이 96.7%로 증가하며, 이는 발포체의 최대 가능 연속 기포 함량(즉, 약 97%)에 가깝다. 명백히, 나머지 독립 기포의 대부분은 압축에 의해 파열되어 개방된다.
시험 3
통기도 시험
당해 시험은 기포 크기가 작은 발포체보다 기포 크기가 큰 발포체에서 홀 펀칭에 의해 보다 큰 유동 채널이 더욱 용이하게 생성됨을 보여준다. 당해 시험에 사용되는 장치는 ASTM D-3574와 ISO 9053에 기재된 것과 유사한 통기도 시험기이다(방법 A). 이는 인스트론 시험기의 드라이브에 의해 구동하는 내부 직경이 10cm인 에어 피스톤, 내부 직경이 7cm인 플라스틱 파이프와 캡으로 이루어진 샘플 홀더, 수 압력계(water manometer) 및 갖가지 연결 튜브로 구성되어 있다. 공기는 홀더에 하중된 표본을 통해 고정 속도로 펌핑되며, 표본 전반에 걸친 압력 강하는 압력계를 사용하여 측정한다.
실제로, 기포 크기가 다른 3개의 발포체를 당해 시험에 선택한다: 실시예 1에서 제조한 폴리에틸렌 발포체(PEF4 및 PEF5) 2개와 폴리프로필렌 발포체 1개. 폴리프로필렌 발포체는 실시예 1에서와 유사한 구성을 갖는 발포체 압출 라인에서 다수개의 홀을 갖는 다이를 사용하여 제조한 융합된 스트랜드형 발포체이다. 폴리프로필렌 발포체(PPF)의 기포 크기(3D 평균)는 약 0.4mm이고, 밀도는 약 17kg/㎥이며, 연속 기포 함량은 84%(ASTM D-2856 과정 A)이다. 발포체를 압출 방향과 평행하게 슬라이싱하여 35mm 두께의 슬래브를 수득한다. 슬래브로부터 직경이 6.4cm인 원형 표본을 절단하여 샘플 홀더에 하중시킨다. 코킹 물질(caulking material)을 사용하여 파이프 표면 가장자리를 밀봉시킨다. 먼저, 가장가리가 제대로 밀봉되었는지를 확인하고 초기 발포체의 통기 저항률을 측정하기 위해, 표본 전반에 걸친 압력 강하를 완만한 공기 속도(약 1 내지 1.5mm/분의 피스톤 속도)에서 측정한다. 이어서, 소정 직경의 니들을 사용하여 발포체 표본을 통해 홀을 펀칭시키고, 적당한 유량에서 압력 강하를 측정한다. 표본에 9개의 홀을 펀칭할 때까지 이러한 과정을 계속한다. 홀 1개당 통기량은 단위 압력 구배(압력 강하/표본의 두께)당 통기도와 홀의 갯수 사이의 회귀선의 기울기로부터 계산한다. 통기도는 공기가 홀을 통해 얼마나 잘 유동하는지를 나타낸다. 2mm, 3mm 및 4mm 니들로 펀칭시킨 발포체 표본에 대한 통기도 데이타가 m4/GPa·s(㎥/giga Pascal/m/초) 단위로 표 3에 요약되어 있다. 주어진 니들 크기에서, 기포 크기가 작은 발포체보다는 기포 크기가 큰 발포체가 보다 통기도가 더 높은 홀을 발달시킨다. 또한, 작은 니들보다는 큰 니들이 모든 발포체에 대해 통기도가 더 높은 홀을 발달시킨다. 니들 크기가 통기도에 미치는 효과는 기포 크기가 큰 발포체에서 더욱 현저하다.
발포체 유형 통기도
2mm 니들 (m4/GPa·s)1 3mm 니들 (m4/GPa·s)2 4mm 니들 (m4/GPa·s)3
PEF4 0.23 1.0 2.7
PEF5 0.17 0.72 1.2
*PPF 0.17 0.46 0.49
* 본 발명의 실시예가 아님 1 발포체를 통해 2mm 니들을 사용하여 펀칭시킨 홀을 통한 통기도 2 발포체를 통해 3mm 니들을 사용하여 펀칭시킨 홀을 통한 통기도 3 발포체를 통해 4mm 니들을 사용하여 펀칭시킨 홀을 통한 통기도
시험 4
기포 크기가 다양한 발포체 간의 통기 저항률 및 흡음성의 비교
당해 시험에 사용되는 장치는 모델 4206 음향 임피던스 튜브와 모델 3555 시그널 분석기(제조원; Brueel and Kjaer A/S, Naerum, Denmark)이다. 이 장치는 ASTM E-1050에 기재된 방법에 따라 발포체의 수직 흡음성(normal incidence sound absorption)을 측정하는데 사용된다. 실제로, 시험 3에 사용된 발포체로부터 직경이 29mm이고 두께가 35mm인 표본을 도려낸다. 선택된 직경의 니들을 사용하여 두께 방향으로 표본에 7개의 홀을 펀칭한다. 홀은 펀칭된 홀 중의 하나는 측면이 9mm인 6각형의 중심에 위치하고 나머지는 코너에 위치하는 삼각형 패턴으로 거의 동일하게 간격을 두고 있다. 홀 밀도를 계산하면 약 1.06개 홀/㎠이다. 직경이 2mm, 3mm 및 4mm인 니들을 사용한다. 또한, 홀이 없는 초기 발포체를 비교용으로 시험한다. 홀-펀칭된 발포체 표본의 비 통기 저항(specific airflow resistance)을 표 3에 제시한 홀 1개당 기류로부터 계산한다. 초기 발포체의 비 통기 저항을 직접 측정한다. 비 통기 저항과 흡음 계수가 표 4에 요약되어 있다.
시험 유형 발포체 유형 니들 크기 (mm)1 비 통기 저항 (1000Rayls)2 흡음 계수
500Hz2 1000Hz4 2000Hz5 최대6 주파수 (Hz)7
4.1* PEF4 - 4056 0.11 0.11 0.16 NE NE
4.2 PEF4 2 14.4 0.42 0.34 0.28 0.50 700
4.3 PEF4 3 3.2 0.31 0.53 0.68 0.75 800
4.4* PEF4 4 1.2 0.29 0.63 0.52 0.83 810
4.5* PEF5 - 4718 0.05 0.06 0.09 NE NE
4.6* PEF5 2 19.4 0.13 0.07 0.14 0.16 350
4.7* PEF5 3 4.6 0.29 0.13 0.19 0.30 480
4.8* PEF5 4 2.9 0.32 0.20 0.21 0.33 540
4.9* PPF - 2926 0.05 0.06 0.09 NE NE
4.10* PPF 2 20.0 0.14 0.09 0.11 0.23 280
4.11* PPF 3 7.2 0.25 0.12 0.15 0.31 350
4.12* PPF 4 6.7 0.42 0.21 0.18 0.43 580
* 본 발명의 실시예가 아님 1 홀을 펀칭하는데 사용되는 니들의 크기 2 1000Rayls에서 측정한 35mm 두께 표본의 비 통기 저항 3 ASTM E-1050에 따라 500Hz의 주파수에서의 흡음 계수 4 ASTM E-1050에 따라 1000Hz의 주파수에서의 흡음 계수 5 ASTM E-1050에 따라 2000Hz의 주파수에서의 흡음 계수 6 1600Hz 이하 주파수에서의 최대 흡음 계수; NE=존재하지 않음 7 최대 흡수가 일어나는 지점의 주파수
초기 발포체는 모두 비 통기 저항이 매우 높지만, 홀 펀칭이 비 통기 저항을 극적으로 저하시킨다. 또한, 발포체의 기포 크기가 크고 사용되는 니들의 크기가 클수록, 비 통기 저항의 감소도 커진다. 초기 발포체에서는 흡음성이 불량하다. 명백히, 홀-펀칭된 발포체는 초기 발포체보다 흡음성이 보다 우수하다. 일반적으로, 비 통기 저항이 작을수록, 발포체의 흡음 계수는 커진다. 홀-펀칭된 발포체의 흡음 곡선은 일반적으로 도 5에 도시된 바와 같으며, 도 5에서는 직경이 3mm인 니들로 펀칭시킨 발포체를 비교하였다. 흡음 곡선은 1000Hz 이하의 주파수에서 최대치에 이른 다음 낮아지다가 6400Hz의 측정 주파수 범위에서 몇개의 험프(hump)를 나타낸다. 2000Hz 이하, 보다 중요하게는 1000Hz 이하의 흡음 국선이 가장 중요하기 때문에, 이에 대한 데이타를 표 4와 도 5에 나타낸다. 도 5에서, 발포체 표본을 동일한 홀 밀도에서 동일한 니들로 펀칭시켰음에도 불구하고, 기포 크기가 큰 PEF4 발포체(시험 번호 4.3)는 기포 크기가 작은 PEF5(시험 번호 4.7) 및 PPF(시험 번호 4.11)보다 흡음성이 훨씬 우수하다. 흡음 성능 간의 차이는 단지 비 통기 저항 간의 차이에서 기인한 것만은 아니다. 예를 들면, 3mm 니들로 펀칭시킨 PEF4 발포체가 4mm 니들로 펀칭시킨 PEF5 발포체보다 비 통기 저항이 낮기는 하지만, 전자가 후자보다 흡음성이 훨씬 더 불량하다. 기포 크기가 큰 발포체는 기포 크기가 작은 발포체보다 홀 펀칭에 의해 개방되는 기포의 용량이 더 크다는 것을 시험 1로부터 추론할 수 있다.
시험 5
기포 크기가 큰 발포체 간의 연속 기포 함량과 흡음성의 비교
홀 간격이 흡음성과 연속 기포 함량에 미치는 효과를 당해 시험에서 조사한다. 실시예 1에서 제조한 바와 같은 기포 크기가 큰 발포체(초기 발포체 및 홀-펀칭시킨 발포체)에 대해 시험 4에서와 같이 흡음 시험을 수행한다. 표본은, 이의 길이가 약 35mm로 감소된 것을 제외하고는, 실시예 1에서 연속 기포 시험에 사용된 것과 동일하다. 데이타는 표 5에 요약되어 있다.
시험 번호 발포체 유형 니들 간격 (mm)1 연속 기포 함량 (%)2 흡음 계수
500Hz3 1000Hz4 2000Hz5 최대6 주파수7
5.1 PEF2 없음 77 0.46 0.66 0.58 0.95 730
5.2 PEF2 10 81 0.35 0.79 0.72 0.98 820
5.3 PEF2 5 84 0.14 0.65 0.69 0.87 1280
5.4 PEF2 4 95 0.13 0.63 0.61 0.85 1290
5.5 PEF2 3 95 0.29 0.72 0.69 0.93 1360
5.6 PEF3 없음 ND 0.31 0.47 0.49 0.72 730
5.7 PEF3 10 53 0.41 0.52 0.51 0.76 730
5.8 PEF3 5 82 0.17 0.78 0.52 0.91 1200
5.9 PEF3 4 87 0.18 0.83 0.51 0.93 1140
5.10 PEF3 3 95 0.38 0.94 0.99 0.95 960
5.11 PEF4 10 61 0.27 0.74 0.44 0.87 850
5.12 PEF4 5 71 0.22 0.97 0.54 0.99 1060
5.13 PEF4 4 79 0.17 0.84 0.52 0.98 1200
5.14 PEF4 3 92 0.41 0.91 0.80 0.95 880
ND = 측정되지 않음 없음 = 펀칭된 홀이 없음(초기 발포체) 1 정방형 패턴에서의 홀 사이의 간격 2 ASTM D-2856 과정 C에 따라 측정한 연속 기포 함량; 표 1과 동일한 데이타 3 ASTM D-1050에 따라 500Hz의 주파수에서 측정한 흡음 계수 4 ASTM D-1050에 따라 1000Hz의 주파수에서 측정한 흡음 계수 5 ASTM D-1050에 따라 2000Hz의 주파수에서 측정한 흡음 계수 6 1600Hz 이하 주파수에서의 최대 흡음 계수 7 최대 흡수가 일어나는 지점의 주파수
모든 발포체에서 유효한 흡음 성능을 나타낸다. 놀랍게도, 기포 크기가 큰 초기 발포체가 탁월한 흡음 성능을 나타낸다(시험 번호 5.1 및 5.6). 이러한 발포체들과 초기 PEF4 발포체(시험 번호 4.1)의 전체 흡수 곡선이 도 6에 비교되어 있다. 기포 크기가 큰 발포체의 흡음 성능이 더 우수하다는 것이 도 6에서 증명된다. 발포체 표본의 표면에서 절단되어 개방된 기포가 발포체의 탁월한 흡음 특성에 기여하는 것으로 추정된다. 거대기포질 PEF2의 경우, 초기 발포체가 홀-펀칭된 발포체보다 우수한 흡음성을 나타내며, 2mm 니들로 펀칭된 홀에서 홀 밀도가 증가함에 따라 흡음 성능은 저하된다. 이러한 경향은 도 7에서 보다 명확하게 알 수 있다. 흡음은 연속 기포 함량과 비 통기 저항 둘 다에 의해 영향을 받는다. 비 통기 저항이 너무 낮으면 흡음에 불리한 것으로 공지되어 있다. 이는 홀 밀도가 증가함에 따라 흡음이 저하되는 이유를 설명해준다. 홀 간격이 3mm인 발포체를 사용할 경우 이러한 경향이 명백하게 반전되는데, 그 이유는 아마도 보다 작은 니들(직경 1.5mm)을 사용하기 때문일 것이다. PEF3에서, 10mm 간격으로 홀-펀칭시킨 발포체 표본이 최고의 흡음(시험 번호 5.7)을 제공한다. 기포 크기가 비교적 작은 PEF4에서, 5mm 간격의 홀을 갖는 발포체 표본(시험 번호 5.12)은 10mm 간격의 홀을 갖는 표본(시험 번호 5.11)보다 흡음성이 약간 더 양호하다.
시험 6
표면 필름이 흡음에 미치는 효과
피막(skin) 및 부착된 필름이 홀-펀칭된 PEF2 발포체 표본의 흡음 특성에 미치는 효과를 당해 시험에서 조사한다. DAF 899 브랜드 접착 필름(제조원; Dow Chemical Company)을 발포체 표본에 대한 표면층으로서 사용한다. 필름은 PRIMACORE* 3330 에틸렌/아크릴산 공중합체(상품명, 제조원; Dow Chemical Company)로부터 제조한다. 피막이 제거된 발포체 표본의 표면에 두께가 약 37㎛인 필름을 다림질(ironing)한다. 필름이 다리미에 달라붙는 것을 방지하기 위해, 다리미를 테플론TM 테트라플루오로에틸렌 플루오로카본 중합체(상품명, 제조원; Du Pont de Nemours Co.) 시트로 라이닝시킨다. 10mm 간격과 5mm 간격으로 펀칭한 발포체 둘 다를 당해 실시예를 시험하는데 사용한다. 필름으로 표면처리한 표본을 피막이 제거된 표본과 비교한다. 10mm 간격으로 펀칭한 홀을 갖는 발포체 표본의 경우, 한면에 피막이 남겨져 있는 표본을 시험에 포함시킨다. 모든 표본의 두께는 35mm로 고정시키고, 음원(sound source)에 접해 있는 필름 또는 피막을 갖는 표면에서 표본의 흡음 계수를 측정한다. 흡음 시험의 결과가 표 6과 도 8에 제시되어 있으며, 여기서 시험 6.4와 6.5의 결과를 비교한다.
시험 번호 니들 간격 (1) 표본 표면 (2) 흡음 계수
250Hz (3) 500Hz (4) 1000Hz (5) 1600Hz (6) 최대 (7) 주파수(Hz) (8)
6.1 10 피막 제거 0.09 0.55 0.91 0.41 1.00 1030
6.2 10 피막 포함 0.19 0.32 0.86 0.31 0.96 920
6.3 10 필름 포함 0.20 0.28 0.84 0.28 0.92 920
6.4 5 피막 제거 0.05 0.24 0.59 0.78 0.82 1280
6.5 5 필름 포함 0.47 0.44 0.72 0.45 0.94 760
1 정방형 패턴에서의 홀 사이의 간격(mm)
표 6과 도 8에 제시된 바와 같이, 필름을 부착하면 낮은 주파수에서도 발포체의 흡음 성능이 극적으로 향상된다. 5mm 간격으로 홀-펀칭시킨 발포체 표본의 경우, 필름이 1000Hz 이하의 전체 주파수 범위에서 흡음을 증대시킨다.
시험 7
강성이 낮은 W형 프로파일 인서트로서의 방음 성능
당해 시험에서, 이중 문짝 칸막이용 인서트로서의 홀-펀칭된 발포체의 방음 성능을 조사한다. CEBTP 실험실에서 음향 전파 시험을 수행한다. CEBTP에서의 음향 전파 감속 설비는 55㎥ 용적의 송신실(source room)과 51㎥ 용량의 수신실(receiving room)을 포함한. 36cm 두께의 분리벽의 중간에, 송신실에서 보았을때 폭이 0.96m이고 깊이가 12cm인 개구부가 있다. 홀을 벽 두께의 잔여 부분에 1.08m×2.06m 크기로 확대시키며, 여기에 시험 패널을 설치한다. 1.05m ×2.05m 크기의 패널을 개구부에 설치한다. 개구부에 설치한 패널을 통한 음향 전파 손실을 측정하여 ISO R 717-1968에 기재된 방법에 따라 계산한다.
실제로, 실시예 1에서 제조한 기포 크기가 큰 폴리에틸렌 발포체를 표 7에 제시된 바와 같은 소정의 니들을 사용하여 선택된 홀 패턴으로 펀칭시킨다. 흡음성 폴리우레탄 발포체를 또한 비교용으로 시험에 포함시킨다. 발포체를 표 6의 비고란에 제시된 바와 같이 강성이 낮은 형태(W)로 성형한다. 비교용 발포체로서, 일직선형 인서트(I)를 또한 시험한다. 두께가 13mm인 압축된 판재를 당해 시험에서 모든 패널에 대한 표면층으로서 사용한다. 패널을 시판용 패널 아교를 사용하여 붙인다. 표본의 벽과 가장자리 사이의 주변 공극을 섬유 유리로 충전한 다음 코킹 물질로 밀봉시킨다.
시험 번호 발포체 유형 형태1 홀 펀칭 연속 기포 함량 (%)4 SRI (dB(A))
니들 크기 (mm)2 홀 간격 (mm)3
7.1 PEF2 W 3 5 94 42.2
7.2 PEF2 W 2 5 94 42.6
7.3 PEF2 W 2 10 81 40.3
7.4 PEF3 W 4 5 77 40.6
7.5 PEF3 W 3 5 74 41.2
7.6 PEF3 W 2 5 82 40.0
7.7 PEF4 W 3 5 67 40.9
7.8 PEF4 W 2 5 71 40.2
7.9 PEF4 W 4 10 55 39.1
7.10 PEF4 W 3 10 52 38.5
7.11 PEF4 W 2 10 52 37.6
7.12* PEF5 W 4 10 37 36.6
7.13* PUF W 없음 - 96 44.9
7.14* PEF2 I 2 5 94 34.2
* 본 발명의 실시예가 아님 1 W = 표면에 접촉하는 반대면에 폭이 40mm이고 두께가 7mm인 스트립에 의해 337mm 간격 (동일면의 스트립의 중간점 사이의 간격)을 두고 교대로 지지되어 있는 두께가 35mm인 발포체 코어를 갖는 인서트(도 11 참조) I = 두께가 54mm인 일직선형 슬래브 코어(도 9 참조) 2 홀을 펀칭시키는데 사용되는 니들의 직경(mm) 3 정방형 패턴으로 펀칭된 홀 사이의 간격(mm) 4 직경이 45mm이고 길이가 35mm인 원통형 표본에서 ASTM D-2856 과정 C에 따라 측정한 연속 기포 함량(%) 5 CEBTP에서 측정한 음향 감소율(deciBell(A))
패널을 통한 음향 전파 손실 데이타가 핑크 노이즈(pink-noise)에 대한 A중량의 음향 감소율 측면에서 요약되어 있다. 데이타는 일반적인 기포 크기, 니들 크기 및 홀 밀도의 순서로 정렬한다. 데이타를 검토한 결과, 방음 성능에 영향을 미치는 파라미터가 밝혀졌다: 인서트 형태; 발포체 유형; 연속 기포 함량; 및 통기 저항률(홀 밀도 및 니들의 크기). 강성이 낮은 코어 형태(W)를 갖는 발포체 코어가 일직선형(I)보다 훨씬 더 우수한 방음 효과를 제공한다(시험 7.2와 7.14 비교). W 형태를 갖는 홀-펀칭된 발포체들 중에서는 연속 기포 함량이 방음 효과에 가장 큰 영향을 미치고 그 다음이 통기 저항률이다. 연속 기포 함량이 90% 이상으로 되도록 홀-펀칭시킨 PEF2 발포체 프로파일에서 음향 감소율(SRI)은 42 내지 43dB(A)이다. 성능은 폴리우레탄 발포체보다 약간 낮기는 하지만 아주 만족스럽다. 연속 기포를 67 내지 82% 함유하는, PEF2, PEF3 및 PEF4 발포체로부터 제조된 발포체 표본의 SRI는 40.0 내지 41.2dB(A) 범위인 것으로 입증되었다. 10mm ×10mm 패턴으로 홀-펀칭된 PEF4 표본의 연속 기포 함량은 52 내지 55%이고, 임계 SRI는 37.6 내지 39.1dB(A)이다. 이들 중에서, 크기가 큰 니들로 홀-펀칭시킨 표본이 보다 우수한 방음 성능을 나타내었다. 기포 크기가 작은 PEF5는 만족스럽지 못한 36.6dB(A) 성능을 기록하였다.
시험 8
강성이 낮은 U형 프로파일 인서트로서의 방음 성능
당해 시험에서, 2mm 니들을 사용하여 5mm×5mm 패턴으로 홀-펀칭시킨 PEF2 발포체를 표 8의 비고란에 제시된 바와 같이 상이한 저-강성 발포체 프로파일로 절단하여 이중-문짝 패널용 인서트로서 시험한다. 형태(U)는 말단에 폭이 40mm이고 두께가 7mm인 지지체를 갖는 42mm 두께의 일직선형 발포체 슬래브로 구성된다. U형 발포체 코어의 방음 성능을 시험 6과 과정으로 시험한다. 데이타가 표 8에 요약되어 있다.
시험 번호 발포체 유형 형태1 홀 펀칭 연속 기포 함량(%) SRI (dB(A))
니들 크기 (mm)2 홀 간격 (mm)3
8.1 PEF2 U 2 5 94 43.0
1 두께가 42mm인 발포체와 말단에 폭이 40mm이고 두께가 7mm인 2개의 지지체를 갖는 도 10에 도시된 바와 같은 형태를 갖는 폭이 1.05m인 인서트 2 홀을 펀칭시키는데 사용되는 니들의 직경(mm) 3 정방형 패턴으로 펀칭된 홀 사이의 간격(mm) 4 직경이 45mm이고 길이가 35mm인 원통형 표본에서 ASTM D-2856 과정 C에 따라 측정한 연속 기포 함량(%) 5 CEBTP에서 측정한 음향 감소 지수
제시된 바와 같이, 홀-펀칭시킨 거대기포질 발포체를 이중-문짝 패널에 U 형태로 삽입시킬 경우 만족스러운 방음 성능을 제공한다.
시험 9
수분 흡수
12cm ×12cm ×3.5cm 표본을 시험 8에 사용된 바와 같이 홀-펀칭된 폴리에틸렌 발포체로부터 절단하여 약 30초 동안 보통의 수돗물에 침지시킨다. 표본을 물에서 꺼내어 표면 수분을 제거한 후에 칭량한다. 표본의 중량은 수분-침지시키기 전의 표본 중량의 10.5배인 것으로 나타났다. 수분을 표본으로부터 용이하게 압착 탈수시킬 수 있다. 시험 결과는 이러한 홀-펀칭된 거대기포질 발포체를 세정용 패드에서와 같이 수분 흡수를 필요로 하는 물질을 제조하는데 사용할 수 있음을 나타낸다.

시험 10
난연제의 함침
약 31cm ×53cm ×1.25cm의 발포체 표본을 시험 8에 사용된 바와 같이 홀-펀칭된 발포체로부터 제조한다. 난연제 물질(제조원; 노르웨이 소재의 Norfire AS)의 30% 수용액을 제조한다. 전매 난연제는 황산암모늄 12 내지 15%, 나트륨 테트라보레이트 10수화물, 염화나트륨 및 인산나트륨 각각 1 내지 4%를 함유하는 것으로 나타나 있다. 실제로, 발포체 표본을 깊이가 얕은 팬에 담겨 있는 난연제 용액에 침지시킨다. 발포체 표본이 난연제 용액을 신속하게 흡수하는 것으로 관찰된다. 표본을 용액으로부터 꺼내더라도, 표본에 흡수된 용액의 대부분이 표본 내에 보유되어 있다. 시험 번호 10.3에서, 용액을 발포체 표본으로부터 압착 탈수시킨다. 용액-함침된 표본을 칭량하여 주위 온도에서 4시간 동안 건조시킨 다음 60℃로 유지시킨 오븐 속에서 밤새 건조시킨다. 건조 동안, 발포체 표본의 중량을 모니터링한다. 시험 번호 10.2 및 10.3에서, 발포체 표본의 표면에 축 늘어져 있는 난연제 결정을 긁어내어 발포체 중의 난연제의 최종 보유도를 측정한다. 발포체 표본에 대해 극한 산소 지수(Limiting Oxygen Index; LOI) 시험을 수행한다. 표 9에 제시된 바와 같이, 발포체 표본에는 다량의 용액이 흡수되며 연속 기포형 발포체에서는 비교적 용이하게 물이 건조된다. 용액을 압착 탈수시킨 표본(시험 번호 10.3)에서는 6시간(주위 온도에서 4시간, 60℃에서 2시간) 건조 후 흡수된 물의 대부분이 제거되는 것으로 나타났다. 난연제-함침된 발포체는 비교적 높은 LOI를 나타낸다.
시험 번호 압착 탈수 여부 App. 후의 중량 증가2 건조 후의 중량 증가 최종 FR 농도(g) LOI (%)
주위 온도 에서 4시간(g)3 60℃에서 2시간(g)4 60℃에서 4시간(g)5 60℃에서 16시간(g)6
10.1 × 13.5 7.7 4.2 3.2 2.6 2.6 >31
10.2 × 12.7 6.0 3.8 2.9 2.3 1.1 23.5
10.3 ◎ 4.0 1.8 1.2 1.1 1.0 0.7 22.3
1 ×= 용액을 압착 탈수하지 않음; ◎ = 적용 후 용액을 압착 탈수함 2 발포체 1g에 흡수된 용액의 양 3 주위 온도에서 4시간 동안 건조한 후 발포체 1g 중에 잔류하는 용액의 양 4 60℃에서 2시간 동안 건조한 후 발포체 1g 중에 잔류하는 용액의 양 5 60℃에서 4시간 동안 건조한 후 발포체 1g 중에 잔류하는 용액의 양 6 60℃에서 16시간 동안 건조한 후 발포체 1g 중에 잔류하는 용액의 양 7 긁어낸 후 발포체 1g에 보유된 고체 난연제의 최종 양 8 극한 산소 지수: 당해 시험 조건하에 실온에서 초기에 물질의 불꽃 연소를 지속시켜 주는 산소와 질소의 혼합물 중의 산소의 최저 농도(용량 %로 나타냄)
실시예 2
당해 실시예에 사용되는 장치는 실시예 1에 사용된 것과 본질적으로 동일한 구성을 갖는 상업용 발포체 압출 라인이다. 당해 실시예에서, 저밀도 폴리에틸렌 수지 및 이들 수지와 에틸렌-스티렌 인터폴리머(ESI) 수지와의 블렌드로부터 3개의 부가적인 거대기포질 폴리올레핀 발포체를 제조한다. 폴리에틸렌 수지의 용융 지수는 1.8dg/분(190℃/2.16kg에서)이고 밀도는 0.923g/㎤이다. 사용되는 ESI 수지는 제한된 기하학적 형태의 촉매를 사용하는 INDEX DS 201(상품명, 제조원; Dow Chemical Company)이다. 약 70/30 비율의 스티렌/에틸렌 공중합체 수지의 용융 지수(190℃/2.16kg에서)는 1.1이다. 발포체는 폴리에틸렌 수지 뿐만 아니라 폴리에틸렌 수지와 ES 중합체 수지와의 70/30 블렌드로부터 제조한다.
발포체 팽창 과정은 실시예 1과 본질적으로 동일하다. 당해 실시예에서 제조되는 발포체가 표 10에 열거되어 있다. 발포체를 모두 제조하기 위해 발포제로서 이소부탄을 9.13pph의 양으로 사용한다. 실시예 1에서와 같이, 발포체의 치수 안정성을 조절하기 위해 소량의 글리세롤 모노스테아레이트를 첨가한다. 폴리에틸렌 발포체(PEF6)와 ESF1 PE/ESI 블렌드 발포체를 제조할 경우, 기포 크기를 조절하기 위해 소량의 활석을 농축물 형태(동일 폴리에틸렌 중의 50% 활석)로 가한다. 활석의 유효 농도는 PEF6 발포체의 경우 0.068pph이고 ESF1의 경우 0.034pph이다. ESF2에는 핵 형성제를 가하지 않는다.
ESF1과 ESF2 발포체는 둘 다 폴리에틸렌과 ESI 수지와의 70/30 블렌드로부터 제조한다. 소량(0.05pph)의 산화방지제[이르가녹스(Irganox) 1010, 제조원; Ciba Geigy Corp.]를 3가지 발포체 모두에 혼입한다. 약 110℃의 냉각대 온도와 111℃의 다이 온도에서, 3가지 제형은 모두 탁월한 품질의 발포체를 생성한다. 발포체의 단면 크기는 두께가 약 60mm이고 폭이 620mm이다. 표 10에 제시된 바와 같이, 발포체는 밀도가 약 29 내지 30kg/㎥이고 기포 크기가 크다. 평균 기포 크기는 5.6 내지 6.7mm이다.
발포체 유형 발포체 밀도 (kg/㎥) 기포 크기 Vert.(mm) 기포 크기 Extr.(mm) 기포 크기 Horiz.(mm) 기포 크기 EH Av.(mm) 기포 크기 3D Av.(mm)
PEF6 30 7.4 6.0 6.8 6.4 6.7
ESF1 29 5.8 6.0 4.9 5.5 5.6
ESF2 29 6.8 6.8 6.0 6.4 6.5
비고 : (1) 내지 (5) = 표 1에서와 동일함

시험 11
홀 펀칭과 압축에 의한 연속 기포의 발달
발포체를 얇게 벗겨 두께가 35mm인 슬래브를 수득한 다음 직경이 2mm인 니들을 사용하여 10mm 및 5mm 간격으로 홀을 펀칭한다. 슬래브로부터 직경이 45mm인 원통형 표본을 도려낸다. 홀 간격이 5mm인 표본 중의 하나를 이의 두께의 95%로 되도록 압축시켜 연속 기포를 더욱 발달시킨다. 압축된 발포체 전부가 원래 두께에 거의 근접하게 회복된다. 직경이 45mm이고 두께가 35mm인 원통형 표본을 사용하여 연속 기포를 측정한다. ASTM D-2856 과정 C에 따라 연속 기포 함량을 측정한다. 표 11에 제시된 바와 같이, 홀 펀칭에 의해 목적하는 높은 수준의 연속 기포가 발달한다. 5mm 간격으로 홀 펀칭할 경우 92 내지 95%의 연속 기포 함량을 제공하기 때문에, 압축에 의한 연속 기포의 추가의 발달 정도는 작다. 예상되는 바와 같이, 다른 것보다 기포 크기가 약간 작은 ESF1에서는 연속 기포가 약간 덜 발달한다.
발포체 유형 10mm 간격(1) 5mm 간격(2) 5mm 간격 & 압축(3)
PEF6 72.5 94.7 95.3
ESF1 69.2 92.6 94.5
ESF2 72.9 94.4 95.7
(1) 10mm 간격으로 홀-펀칭된 발포체의 연속 기포 함량(%) (2) 5mm 간격으로 홀-펀칭된 발포체의 연속 기포 함량(%) (3) 10mm 간격으로 홀-펀칭시킨 다음 원래 두께의 95%로 되도록 압축시킨 발포체의 연속 기포 함량(%)

시험 12
기계적 특성 및 진동 제동 특성
샌드위치 패널에서 인서트로서 사용하기 위한 발포체 물질의 적합성 여부를 알아보기 위해, 홀-펀칭된 발포체의 기계적 특성과 진동 제동 특성을 측정한다. 진동테이블을 사용하여 동적 강성 및 유전 손실률을 측정한다. 직경이 10cm이고 두께가 35mm인 디스크형 발포체 표본을 진동 테이블 위에 설장한다. 표본의 상부에, 직경이 동일한 원형 파티클 보드(particle board)를 하중시킨다. 파티클 보드의 표면 중량은 약 10kg/㎡이다. 가속도계 중의 하나는 테이블 밑에 부착하고 다른 하나는 파티클 보드의 상부 표면에 부착한다. 테이블을 랜덤한 주파수에서 수직으로 진탕시키고 공명 주파수와 제동비는 표 4에서 사용한 것과 같은 모델 3555 시그널 분석기(Brueel and Kjaer Model 3555 signal analyzer)를 사용하여 가속도계 시그널로부터 측정한다. 동적 강성은 제동비로부터의 유전 손실률 및 공명 주파수로부터 계산한다. 발포체의 기계적 특성과 진동 특성이 표 12에 제시되어 있다.
발포체 유형 니들 간격 (1) 압축 강도 (2) 압축 탄성률 (3) 파단시 인장 강도 (4) 인장 탄성률 (5) 인장 연신율 (6) 동적 강성 (7) 유전 손실률 (8)
PEF6 10 25 747 154 1260 30 3.4 0.41
PEF6 5 22 566 ND ND ND 1.7 0.35
ESF1 10 17 482 131 790 51 4.8 0.46
ESF1 5 15 362 ND ND ND 3.2 0.48
ESF2 10 16 464 134 814 54 5.0 0.39
ESF2 5 14 332 ND ND ND 3.1 0.46
비고 : ND = 측정되지 않음 (1) 정방형 패턴에서의 홀 사이의 간격(mm) (2) ASTM D-3575에 따라 측정한 수직 방향으로의 압축 강도(kiloPascal) (3) ASTM D-3575에 따라 측정한 수직 방향으로의 압축 탄성률(kiloPascal) (4) ASTM D-3575에 따라 측정한 수직 방향으로의 파단시 인장 강도(kiloPascal) (5) ASTM D-3575에 따라 측정한 수직 방향으로의 인장 탄성률(kiloPascal) (6) ASTM C-3575에 따라 측정한 수직 방향으로의 인장 연신율(%) (7) 표면 중량이 10kg/㎡인 35mm 두께의 발포체 표본에서 측정한 동적 강성(megaN/㎥) (8) 동적 강성을 측정할 때와 동일한 조건에서 측정한 유전 손실률

표 12에 제시되어 있는 바와 같이, 발포체는 샌드위치 패널 인서트로서 사용하기에 적합한 압축 강도와 인장 강도를 갖는다. 예상되는 바와 같이, ESI 수지를 블렌딩할 경우 발포체가 더 부드러워진다. PE/ESI 불렌딩시킨 발포체는 보다 높은 연신율에 의해 표시되는 바와 같이 더 단단하다. 보다 높은 밀도에서 5mm 간격으로 홀을 펀칭시킬 경우 압축 강도가 최소로 저하된다. 홀-펀칭 밀도가 보다 높을수록 동적 강성에 미치는 효과가 더 높은 것으로 나타난다. 유리하게는, 동적 강성은 압축 강도보다 더 높은 정도로 감소한다. 모든 발포체는 0.35 내지 0.48 범위의 유전 손실률을 갖는 우수한 제동 특성을 나타낸다. 높은 제동 ESI 수지로부터 기대되는 바와 같이, PE/ESI 블렌딩시킨 발포체는 일반적으로 PE 발포체보다 유전 손실률이 더 높지만 10mm 간격의 홀을 갖는 발포체 간의 차이는 작다. 흥미롭게도, PE/ESI 블렌딩시킨 발포체에서 홀이 더 많이 펀칭될수록 유전 손실률이 유리하게 증가됨을 알 수 있다. 반대로, PE 발포체에서는 홀이 더 많이 펀칭될수록 유전 손실률이 감소된다.
시험 13
흡음 계수
홀-펀칭된 거대기포질 발포체의 흡음 계수는 시험 4에 기재된 바와 같은 장치를 사용하여 ASTM E-1050에 따라 측정한다. 표 13에 제시된 바와 같이, 중합체 조성은 발포체의 흡음 성능에 경미한 영향을 미친다. 앞서 관찰된 바와 같이, 홀 밀도가 높을수록 흡음 성능은 저하된다. 거대기포질 발포체의 우수한 흡음 성능이 10mm 간격으로 펀칭시킨 발포체에 의해 다시 한번 입증되었다.
발포체 유형 니들 간격 (1) 흡음 계수
250Hz(2) 500Hz(3) 1000Hz(4) 2000Hz(5) 최대(6) 주파수(Hz)(7)
PEF6 10 0.21 0.77 0.60 0.75 1.00 800
ESF1 10 0.16 0.79 0.46 0.61 0.92 740
ESF2 10 0.15 0.77 0.50 0.64 0.95 780
PEF6 5 0.08 0.28 0.96 0.43 0.99 960
ESF1 5 0.09 0.29 0.96 0.67 0.98 1020
ESF2 5 0.08 0.25 0.96 0.59 0.99 1030
비고 : (1) 정방형 패턴에서의 홀 사이의 간격(mm) (2) ASTM E-1050에 따라 측정한 250Hz 주파수에서의 흡음 계수 (3) ASTM E-1050에 따라 측정한 500Hz 주파수에서의 흡음 계수 (4) ASTM E-1050에 따라 측정한 1000Hz 주파수에서의 흡음 계수 (5) ASTM E-1050에 따라 측정한 2000Hz 주파수에서의 흡음 계수 (6) 1600Hz 이하 주파수에서의 최대 흡음 계수 (7) 최대 흡수가 일어나는 지점의 주파수

Claims (83)

  1. 평균 기포 직경이 4mm 이상인 기포질 열가소성 중합체 발포체로서,
    당해 발포체가,
    발포제를 혼입시킨 열가소성 중합체를 포함하는 발포성 겔을 다이를 통해 대기압이거나 대기압보다 낮은 압력의 저압대로 압출시킴으로써 수득한 것이거나,
    앞서 생성된 독립 기포들 중의 일부를 기계적 기포 개방에 의해 개방시킨 것이거나,
    가교결합되어 있거나,
    융합된 스트랜드 형태이거나,
    가교결합되지 않은 비드 형태이거나,
    당해 발포체를 구성하는 중합체가 비닐 관능성 실란 또는 아지도 관능성 실란으로 그래프트되어 있음을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체.
  2. 평균 기포 직경이 2mm 이상인 기포질 열가소성 중합체 발포체로서,
    ASTM D2856, 과정 C에 따라 측정한 바에 의하면 기포들 중의 50% 이상이 기계적 수단에 의해 개방되어 있음을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 통기 저항률(airflow resistivity)이 800,000Rayls/m 미만임을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 난연제를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 동적 강성이 1.7 내지 5.0mN/m2이도록 성형됨을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열가소성 중합체가 폴리프로필렌, 에틸렌계 중합체 및 에틸렌계 공중합체로부터 선택된 하나 이상의 올레핀 중합체임을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체.
  7. 제6항에 있어서, 열가소성 중합체가, 저밀도 폴리에틸렌; 저밀도 폴리에틸렌과 에틸렌-스티렌 인터폴리머(interpolymer)와의 블렌드; 폴리프로필렌; 및 폴리프로필렌과 에틸렌-스티렌 인터폴리머와의 블렌드로부터 선택됨을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체.
  8. 제5항에 있어서, 프로파일이, 기포질 열가소성 발포체로 이루어진 코어를 포함하고 동일하거나 상이한 기포질 열가소성 중합체 발포체로 이루어진 좁은 스트립들이 당해 코어의 양쪽 측면에 양 측면을 기준으로 서로 어긋나도록 부착되어 있음을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체.
  9. 제8항에 있어서, 기포질 열가소성 중합체 발포체로 이루어진 좁은 스트립들의 중간점 사이의 간격이 250mm 이상임을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체.
  10. 제8항에 있어서, 기포질 열가소성 중합체 발포체의 좁은 스트립들의 중간점 사이의 간격이 300 내지 600mm임을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체.
  11. 제5항에 있어서, 프로파일이 기포질 열가소성 발포체로 이루어진 코어를 포함하고 동일하거나 상이한 기포질 열가소성 발포체 구조물을 갖는 좁은 스트립들이 당해 발포체 코어의 양 말단에서 동일한 측면에 부착되어 있음을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체.
  12. 제11항에 있어서, 기포질 열가소성 중합체 발포체의 좁은 스트립들의 중간점 사이의 간격이 350mm 이상임을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 발포체가 압출에 의해 제조되고, 기포가 연신되며, 기포의 연신 방향이 압출 방향임을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체.
  14. 발포체의 기포들의 적어도 일부가 독립 기포형이고 평균 기포 직경이 2 내지 15mm인 제1 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물을 제공하는 단계(a) 및
    제1 열가소성 중합체 발포체 구조물의 하나 이상의 면의 적어도 일부에 기포질 열가소성 중합체 발포체 중의 독립 기포를 개방시키는 수단을, 독립 기포들 중의 50% 이상이 이러한 수단에 의해 개방되고 평균 기포 직경이 2 내지 15mm인 기포질 열가소성 중합체 발포체를 수득하도록 적용하는 단계(b)를 포함하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 제1 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물이 실질적으로 독립기포형임을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서, 제1 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물이 실질적으로 연속 기포형임을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물의 제조방법.
  17. 제14항에 있어서, 제1 기포질 열가소성 중합체 구조물이, 저밀도 폴리에틸렌; 저밀도 폴리에틸렌과 에틸렌-스티렌 인터폴리머와의 블렌드; 폴리프로필렌; 및 폴리프로필렌과 에틸렌-스티렌 인터폴리머와의 블렌드로부터 선택됨을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물의 제조방법.
  18. 제14항에 있어서, 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물의 통기 저항률이 800,000Rayls/m 미만임을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물의 제조방법.
  19. 제14항에 있어서, 개방 수단이 천공, 슬라이싱, 압축 또는 이들의 조합으로부터 선택됨을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물의 제조방법.
  20. 제14항에 있어서, 개방 수단이 하나 이상의 삼각형 패턴을 포함하는 천공, 또는 이러한 천공과 후속적으로 수행되는 압축을 포함함을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서, 제1 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물 내의 기포들의 평균 직경의 2배 이하인 간격으로 서로 거리를 두고 구멍들이 배치되도록 하는 방식으로 천공이 수행됨을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물의 제조방법.
  22. 제20항에 있어서, 천공이 니들, 대못, 핀 또는 못으로부터 선택된 하나 이상의 뾰족하고 첨예한 물체를 사용하거나 드릴링, 레이저 절단, 고압 유체 절단, 에어 건 또는 발사체에 의해 제1 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물을 천자시킴을 포함함을 특징으로 하는, 기포질 열가소성 중합체 발포체 구조물의 제조방법.
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