KR100609838B1 - Method for manufacturing impact sound insulation materials based on styrenic polymer, styreic polymer foam molding manufactured by the method and floating floor structure using the styreic polymer foam molding - Google Patents

Method for manufacturing impact sound insulation materials based on styrenic polymer, styreic polymer foam molding manufactured by the method and floating floor structure using the styreic polymer foam molding Download PDF

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Abstract

본 발명은 스티렌계 폴리머를 이용한 차음재의 제조방법, 그에 의해 제조된 스티렌계 폴리머 성형체 및 이 스티렌계 폴리머 성형체를 이용한 뜬바닥 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스티렌계 폴리머를 팽창시켜서 밀도가 50kg/m3이하인 1차 발포체 입자를 제조하는 단계; 상기 1차 발포체 입자를 스팀에 노출시키고 숙성하여 밀도가 12kg/m3이하인 2차 발포체 입자를 제조하는 단계; 상기 2차 발포체 입자를 성형하여 밀도가 10kg/m3이하인 발포체 성형체를 제조하는 단계; 상기 발포체 성형체를 압축 연화하여 압축탄성계수가 240kPa 이하로 되도록 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이러한 방법에 의해 제조되는 스티렌계 폴리머 성형체 및 이 스티렌계 폴리머 성형체를 이용한 뜬바닥 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a sound insulating material using a styrene-based polymer, a styrene-based polymer molded article produced by the same, and a floating bottom structure using the styrene-based polymer molded article, more specifically, a density of 50 kg / preparing primary foam particles that are less than or equal to m 3 ; Exposing and aging the primary foam particles to steam to produce secondary foam particles having a density of 12 kg / m 3 or less; Forming a foam molded body having a density of 10 kg / m 3 or less by molding the secondary foam particles; It characterized in that it comprises the step of compressing and softening the foam molded product so as to have a compression modulus of less than 240kPa, and relates to a styrene-based polymer molded article produced by this method and a floating structure using the styrene-based polymer molded article .

스티렌계 폴리머, 차음재, 발포체 Styrene-based polymer, sound insulation, foam

Description

스티렌계 폴리머를 이용한 차음재의 제조방법, 그에 의해 제조된 스티렌계 폴리머 성형체 및 이 스티렌계 폴리머 성형체를 이용한 뜬바닥 구조{Method for manufacturing impact sound insulation materials based on styrenic polymer, styreic polymer foam molding manufactured by the method and floating floor structure using the styreic polymer foam molding}Manufacture method of sound insulation material using styrene polymer, styrene polymer molded body produced by this and floating bottom structure using this styrenic polymer molded body based on styrenic polymer, styreic polymer foam molding manufactured by the method and floating floor structure using the styreic polymer foam molding}

도 1은 본 발명에 의한 저탄성계수 물질을 제조하기 위한 전체공정을 나타낸 도면,1 is a view showing the overall process for producing a low modulus of elasticity material according to the present invention,

도 2는 본 발명에서 1차 발포체 입자를 제조하는 방법 중 직접 압출방법을 나타낸 도면,2 is a view showing a direct extrusion method of a method for producing primary foam particles in the present invention,

도 3은 본 발명에서 1차 발포체 입자를 제조하는 방법 중 압출공정에 의해 제조된 팽창성 스티렌계 폴리머 비즈의 스팀 팽창방법을 나타낸 도면,3 is a view showing a steam expansion method of the expandable styrene-based polymer beads produced by the extrusion process of the method for producing primary foam particles in the present invention,

도 4는 본 발명에서 1차 발포체 입자를 제조하는 방법 중 서스펜션 중합반응에 의해 제조된 통상적인 EPS의 스팀 팽창방법을 나타낸 도면,Figure 4 is a view showing a steam expansion method of a conventional EPS produced by the suspension polymerization of the method for producing primary foam particles in the present invention,

도 5는 본 발명에 의한 스티렌계 폴리머를 이용한 차음재를 제조하기 위한 성형공정을 나타낸 도면이다.5 is a view showing a molding process for producing a sound insulating material using a styrene-based polymer according to the present invention.

본 발명은 스티렌계 폴리머를 이용한 차음재의 제조방법, 그에 의해 제조된 스티렌계 폴리머 성형체 및 이 스티렌계 폴리머 성형체를 이용한 뜬바닥 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a sound insulating material using a styrene-based polymer, a styrene-based polymer molded article produced by the same, and a floating bottom structure using the styrene-based polymer molded article.

일반적으로, 초저밀도 발포체를 제조하는 방법에는 발포성 폴리스티렌 입자를 여러번 팽창시키거나, 압출된 입자형 발포체를 2차적으로 팽창시키는 방법이 알려져 있다. 첫번째 방법에서는, 발포제를 함침한 폴리스티렌 입자를 발포시키지 않은 상태로 압출한 후, 여러번 스팀으로 팽창시켜 10kg/m3 이하의 밀도를 가지는 발포체 입자를 제조하여 이를 포장재로서 사용한다. 두번째 방법에서는, 압출된 발포체 입자를 2차 팽창시켜 밀도가 10kg/m3 이하인 발포체 입자를 제조하여 포장재로서 사용한다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,663,360호에는 적은 양의 아지도 기능성 시레인(azido-functional silane)이 첨가된 변형 폴리스티렌 수지로부터 압출된 발포체를 2차 팽창시켜서 5kg/m3 이하(팽창비 210 이상)의 초저밀도 발포체를 얻는 방법에 대하여 기재되어 있으며, 미국 특허 제 4,661,302호에는 폴리스티렌과 적은 양의 폴리페닐렌 수지의 혼합물로부터 유사 초저밀도 발포체를 얻는 방법이 기재되어 있다. In general, methods for producing ultra low density foams are known which inflate foamed polystyrene particles several times or secondaryly extruded particulate foam. In the first method, the polystyrene particles impregnated with the blowing agent are extruded without foaming, and then expanded with steam several times to produce foam particles having a density of 10 kg / m 3 or less, and used as a packaging material. In the second method, the extruded foam particles are second expanded to prepare foam particles having a density of 10 kg / m 3 or less and used as a packaging material. For example, U.S. Pat. No. 4,663,360 discloses a foam extruded from a modified polystyrene resin to which a small amount of azido-functional silane is added, thereby expanding the foam at a rate of 5 kg / m 3 or less (expansion ratio 210 or more). A method for obtaining ultra low density foams is described, and US Pat. No. 4,661,302 describes a method for obtaining a similar ultra low density foam from a mixture of polystyrene and a small amount of polyphenylene resin.

그러나, 이러한 종래 기술에서 초저밀도 입자형 발포체를 저밀도를 유지시키면서 성형하여 유용한 성형물로 제조하는 방법에 관하여는 알려져 있지 않다. 통상적으로, 여러번 팽창시켜 얻어진 입자형 발포체는 낮은 발포체 분압을 가지고 있기 때문에 성형시 입자사이의 틈새를 채울 수 있도록 충분히 팽창하지 않는다. 따라서, 이러한 초저밀도 입자형 발포체를 성형하기 위해서는 기존 방법과는 다른 성형 방법을 써야한다.However, in this prior art, there is no known method for forming an ultra low density particulate foam while maintaining a low density into a useful molding. Typically, particulate foams obtained by inflation several times have a low foam partial pressure and thus do not expand sufficiently to fill the gaps between the particles during molding. Therefore, in order to mold such ultra low density particulate foam, a molding method different from the existing method should be used.

한편, 폴리스티렌 발포체 성형체는 충격 소음의 전달을 저감할 수 있도록 고안된 "뜬바닥 구조(floating floor structure)"에서 완충재로 사용된다. 이와 같은 뜬바닥 구조의 경우, 일반적으로 완충재의 동탄성계수가 낮을수록 소음의 저감 효과가 크다. 성형체의 동탄성계수를 낮추기 위해서는, 성형체를 1회에 20-30% 정도로 압축하여 연화하는 방법이 흔히 쓰인다. Polystyrene foam moldings, on the other hand, are used as cushioning materials in "floating floor structures" designed to reduce the transmission of impact noise. In the case of such a floating bottom structure, in general, the lower the dynamic modulus of elasticity of the cushioning material, the greater the noise reduction effect. In order to lower the dynamic modulus of elasticity of the molded article, a method of compressing and softening the molded article to about 20-30% at a time is commonly used.

이와 같이 폴리스티렌 발포체 성형체를 압축 연화하여 동탄성계수를 낮추는 공정을 '탄성화'(elastification) 또는 '압축 연화'(compression softening)라고 부른다. 일반적으로 폴리스티렌 발포체는 밀도가 높은 경우, 원료 수지의 물성으로 인하여 딱딱하고, 폴리스티렌 발포체에 압력을 가하여 누른 후에도 변형이 잘 회복되지 않는다. 그러나, 폴리스티렌 발포체의 밀도를 약 8kg/m3이하로 낮추면 기포벽이 얇아져 압축 후에도 회복이 잘 되고, 밀도가 8~14kg/m3으로 조금 높더라도 압축을 하여 일단 기포벽을 약간 파쇄하게 되면, 발포체가 탄성을 가지게 된다. 즉, 압축으로 기포벽이 일부 부서지지만 거의 모든 기포가 독립 기포로 남아 있으므로, 눌러서 변형시켜도 내부 공기의 반발압에 의하여 쉽게 회복된다. 이와 같이 폴리스티렌 발포체를 저밀도로 한 다음 압축하여 발포체가 저탄성계수와 탄성력을 가지도록 하는 것을 압축 연화라고 한다.As such, the process of compressing and softening the polystyrene foam molding to lower the dynamic modulus of elasticity is called 'elastification' or 'compression softening'. In general, when the polystyrene foam is high in density, the polystyrene foam is hard due to the physical properties of the raw material resin, and the deformation is hardly recovered even after pressing the polystyrene foam under pressure. However, if the density of the polystyrene foam is lowered to about 8 kg / m 3 or less, the bubble wall becomes thin and recovers well after compression, and even if the density is slightly higher to 8 to 14 kg / m 3 , once the bubble wall is slightly broken, The foam becomes elastic. That is, since some of the bubble walls are broken by compression, but almost all bubbles remain as independent bubbles, they are easily recovered by the repulsive pressure of the internal air even when pressed and deformed. As such, the polystyrene foam has a low density and then is compressed so that the foam has a low modulus and elastic force.

또한, 뜬 바닥구조에 사용되는 완충재는 바닥구조 위에 얹은 바닥재로 인한 바닥재 하중(screed load)과 사람의 통행으로 인한 통행 하중 (traffic load)을 함께 받기 때문에 내하중성을 가져야 한다. 일반적으로 탄성계수와 하중지지 능력(load-bering capability)은 서로 연관되어 있으므로, 저탄성계수를 가진 완충재가 충분한 내하중성을 가지고 있는지에 관한 검사가 필요하다. In addition, the cushioning material used in the floating floor structure must have a load resistance because it receives both the screed load due to the flooring material placed on the floor structure and the traffic load due to human traffic. In general, the elastic modulus and the load-bering capability are related to each other, so it is necessary to check whether the cushioning material having the low modulus has sufficient load resistance.

유럽 기준 EU 1991-2-1 (European Standards EU 1991-2-1)에 나타난 바와 같이, 바닥재(기포 콘크리트, 모르타르와 바닥마감재 포함) 하중은 1kPa 이하지만, 통행 하중은 5kPa인 곳도 있다. EU 1991-2-1 에서는 개인 또는 공공 건물의 바닥에서의 통행 하중치를 정의하고 있다. 예를 들어, 상점에서의 통행 하중은 5kPa로 지정되어 있으며, 주거건물에서의 통행 하중은 2kPa로 지정되어 있다.As indicated in the European Standards EU 1991-2-1, the flooring load (including foam concrete, mortar and floor finishes) is less than 1 kPa, but in some cases the traffic load is 5 kPa. EU 1991-2-1 defines traffic loads on the floors of private or public buildings. For example, the traffic load in shops is specified as 5kPa, and the traffic load in residential buildings is specified as 2kPa.

이러한 다양한 통행 하중 조건에서 사용되는 제품의 적합성을 정의하기 위하여, 유럽연합은 유럽기준 EN 12 431에서 압축성 테스트 방법에 관하여 상세하게 규명하고 있다. 압축성은 완충재가 가압 후에 얼만큼 잘 회복되느냐를 나타내는 수치이다. 이 기준에 따르면, 압축성이란, 거의 하중을 받지 않는 상태(극약한 0.25kPa의 하중)에서의 시편두께(dL)와, 높은 하중(2kPa 하중하에 2분간, 그리고 50kPa 하중하에 2분간)을 받고난 후, 2kPa의 하중하에서 잰 두께(dB)의 차이(dL-dB)로 나타내며, 저압축성을 갖는 제품, 즉 하중을 받고 난 후에 두께의 회복이 양호한 제품이 바람직하다. In order to define the suitability of the product to be used under these various transit loading conditions, the European Union has elaborated on the compression test method in the European standard EN 12 431. Compressibility is a measure of how well the buffer recovers after pressurization. According to this criterion, compressibility means that the specimen thickness (dL) under almost no load (significant load of 0.25 kPa) and high load (2 minutes under 2 kPa load and 2 minutes under 50 kPa load) Afterwards, it is represented by the difference (dL-dB) of the thickness (dB) measured under a load of 2 kPa, and a product having low compressibility, that is, a product having a good recovery of thickness after receiving a load is preferable.

이 유럽 기준에 의하면 통행 하중이 2kPa 이하인 곳에서 35mm 이하의 두께(dL)를 가진 완충재는 2mm보다 작은 압축성을 가지고 있어야 한다. 예를 들어, 거 실바닥에 사용할 20mm의 완충재는 50kPa의 하중을 잠깐 가한 후에 약한 하중인 2kPa 아래에서 두께를 측정하면 두께가 원래의 두께보다 2mm 적게 변형되어야 한다.According to this European standard, shock absorbers with a thickness (dL) of 35 mm or less should have a compressibility of less than 2 mm where the transit load is 2 kPa or less. For example, a 20mm cushion for the floor would have to be deformed by a thickness of 2mm less than the original thickness if the thickness was measured under a light load of 2kPa after a brief application of 50kPa.

EN 12 431 의거한 압축성 실험방법은 일시적인 하중을 받고난 후, 완충재의 회복성을 나타내지만, 실제로 주거건물의 바닥에서는 하중이 장기적으로 가해지는 경우가 많다. 예를 들어, 무거운 식기장이나 가구는 오랜 기간동안 한 자리에 놓여져 있으므로, 이와 같은 장기하중에 대한 완충재의 변형도 고려하여야 한다. 이러한 장기하중에 의한 변형을 물성용어로 크리프(creep)라고 칭한다. 바닥 차음재에 대한 크리프 저항성의 필요조건에 관하여 정의해놓은 국제적인 기준은 없으나, 바닥 완충재가 과도하게 크리프되지 않아야 한다는 것은 명백하다. 기본적으로 크리프는 바닥에 가해지는 하중과 그 지속시간에 의해 영향을 받는다. 일반적으로 주거지역의 바닥은 평균 약 3.5kPa의 하중을 받고, 하중지속시간은 몇년인 경우가 흔하다. 실험실에서는 실험기간을 보통 1,000시간(41.7일)으로 하여 측정하며, 적절한 완충재는 이 실험실 측정에서 3.5kPa 하중 하에 크리프가 20% 보다 작고, 바람직하게는 10% 보다 작고, 더 바람직하게는 5% 보다 작아야 한다.The compressibility test in accordance with EN 12 431 shows the resilience of the cushioning material after a temporary load, but in practice the load is often applied over the long term at the floor of a residential building. For example, heavy cabinets or furniture have been in place for long periods of time, so consideration should be given to deformation of the cushioning material against such long-term loads. Such deformation due to long-term load is called creep in physical terms. There is no international standard defined for creep resistance requirements for floor sound insulation, but it is clear that floor cushions should not be overly creep. Basically, creep is affected by the load on the floor and its duration. In general, residential floors receive an average load of about 3.5 kPa and load durations are often several years. In the laboratory, the experimental period is usually measured at 1,000 hours (41.7 days), and the appropriate buffer material has a creep of less than 20%, preferably less than 10%, more preferably less than 5% under 3.5 kPa load in this laboratory measurement. Should be small.

현재 시판되고 있는 충격음 저감용 압축 연화된 폴리스티렌 발포체 성형체는 일반적으로 240kPa 보다 높은 탄성계수를 가지고 있다. 이러한 압축 연화된 폴리스티렌 발포체 성형체는 경량 충격 소음의 저감에는 적합하나 중량 충격음의 저감에는 불충분하다. 압축 연화를 더하여 탄성계수를 더 낮추면 중량 충격음 저감에 효과가 있을지 모르나, 내하중성이 문제가 될 수 있다. 따라서, 중량 충격음 차음에 유용한 폴리스티렌 발포체 차음재는 저탄성계수와 내하중성을 같이 갖추어야 한다.Commercially available compression softened polystyrene foam moldings for impact sound reduction generally have a modulus of elasticity higher than 240 kPa. Such compression-softened polystyrene foam moldings are suitable for reducing light weight impact noise but insufficient for reducing weight impact noise. Lowering the modulus of elasticity by adding compressive softening may have an effect on reducing the weight impact sound, but the load resistance may be a problem. Therefore, the polystyrene foam sound insulation material useful for sound insulation of heavy impact sound must have a low elastic modulus and a load resistance.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중량 충격음을 저감시키기 위해 보다 뛰어난 차음 능력을 가진 차음재를 제조하는 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a sound insulating material having a better sound insulating ability to reduce weight impact sound.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 스티렌계 폴리머를 이용한 차음재의 제조방법은, 스티렌계 폴리머를 팽창시켜서 밀도가 50kg/m3이하인 1차 발포체 입자를 제조하는 단계; 상기 1차 발포체 입자를 스팀에 노출시키고 숙성하여 밀도가 12kg/m3이하인 2차 발포체 입자를 제조하는 단계; 상기 2차 발포체 입자를 성형하여 밀도가 10kg/m3이하인 발포체 성형체를 제조하는 단계; 상기 발포체 성형체를 압축 연화하여 압축탄성계수가 240kPa 이하로 되도록 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object of the present invention, a method for producing a sound insulating material using a styrene-based polymer of the present invention, the step of expanding the styrene-based polymer to produce a primary foam particles having a density of 50kg / m 3 or less; Exposing and aging the primary foam particles to steam to produce secondary foam particles having a density of 12 kg / m 3 or less; Forming a foam molded body having a density of 10 kg / m 3 or less by molding the secondary foam particles; It characterized in that it comprises the step of producing a compression elastic modulus to 240 kPa or less by compression-softening the foam molded body.

여기에서, 상기 1차 발포체 입자는 휘발성 유기 발포제를 이용한 압출공정에 의하여 스티렌계 폴리머를 팽창하여 제조되며, 또한, 상기 1차 발포체 입자는 압출공정이나 서스펜션 중합반응을 이용하여 제조된 팽창성 스티렌계 폴리머 입자를 스팀에 노출시켜 제조되는 것을 특징으로 한다.Here, the primary foam particles are prepared by expanding the styrene-based polymer by an extrusion process using a volatile organic foaming agent, and the primary foam particles are also an expandable styrene-based polymer prepared by an extrusion process or a suspension polymerization reaction. And is produced by exposing the particles to steam.

또한, 상기 스티렌계 폴리머는 폴리스티렌 수지나 폴리스티렌에 미네랄 오일, 아지도 기능성 시레인(azido-functional silane) 및 폴리페닐렌 에테르로 이루 어진 가소화 첨가제 그룹에서 하나 이상의 첨가제를 선택하여 첨가하여 만든 변성 폴리스티렌 수지인 것을 특징으로 한다.In addition, the styrene-based polymer is a modified polystyrene made by selecting and adding at least one additive from a plasticizing additive group consisting of mineral oil, azido-functional silane and polyphenylene ether to polystyrene resin or polystyrene. It is characterized by being resin.

또한, 상기 휘발성 유기 발포제는 부탄과 펜탄의 혼합물인 것을 특징으로 한다.In addition, the volatile organic blowing agent is characterized in that the mixture of butane and pentane.

또한, 상기 스티렌계 폴리머를 이용한 차음재의 제조방법에서 발포체 성형체를 20%이상으로 한번 이상 압축 연화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method for producing a sound insulating material using the styrene-based polymer is characterized in that it further comprises the step of compressing and softening the foam molded body at least once more than 20%.

또한, 본 발명은 상기 스티렌계 폴리머를 이용한 차음재의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 스티렌계 폴리머 성형체를 제공한다.In addition, the present invention provides a styrene-based polymer molded body, which is produced by the method for producing a sound insulating material using the styrene-based polymer.

본 발명은 충격 소음 차단에 유용한 탄성 폴리머 발포체 물질을 제공하고자 하는 것으로서, 스티렌계 폴리머나, 다른 첨가제 또는 다른 폴리머와 혼합된 상기 스티렌계 폴리머 혼합물로 만든 입자형 발포체 물질을 제조하는 단계, 상기 입자형 발포체를 초저밀도(ULD) 발포체로 팽창시키는 단계, 상기 초저밀도 발포체 입자를 성형하는 단계, 그리고 상기 성형체가 낮은 동탄성계수 및 충분한 크리프 저항성을 갖도록 상기 성형체를 압축 연화하는 단계를 통하여, 저탄성계수 및 저크리프를 갖는 스티렌계 폴리머를 이용한 차음재를 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to providing an elastomeric polymer foam material useful for impact noise isolation, comprising the steps of preparing a particulate foam material made of a styrene-based polymer or the styrene-based polymer mixture mixed with other additives or other polymers, wherein the particulate A low modulus of elasticity by expanding the foam into an ultra low density (ULD) foam, shaping the ultra low density foam particles, and compressing and softening the shaped body so that the molded article has a low dynamic modulus and sufficient creep resistance. And to provide a sound insulating material using a styrene-based polymer having a low creep.

바람직한 완충재는 저탄성계수와 저크리프라는 두가지의 상반된 조건을 만족하여야만 한다. 그러기 위해선 먼저, 저탄성계수를 갖는 폴리스티렌 발포체 완충재을 제조하고, 이 완충재가 크리프 조건도 만족하는지 조사하여야 한다. 저탄성계수를 갖는 폴리스티렌 발포체 완충재는 저밀도 발포체를 제조하고 이 발포체를 압축 연화하여 얻어질 수 있으며, 이러한 저밀도 발포체는 한번 팽창된 발포체의 2차 팽창에 의해서 얻을 수 있다. 초저밀도 성형체의 제조에 포함된 매개변수는 제조공정, 폴리머와 발포제의 선택, 수지와 팽창된 발포체 입자의 크기, 2차 팽창 조건 및 성형방법을 포함한다. 또한, 활용단계에서는 초저밀도 성형체를 제조하기 위한 매개변수 뿐만 아니라, 압축 연화하는 단계에서 압축의 정도 및 횟수를 포함하는 탄성화 매개변수를 포함한다.Preferred cushioning materials must satisfy two opposing conditions: low modulus and low creep. To do this, first, a polystyrene foam cushioning material having a low modulus of elasticity should be prepared and examined whether the buffering material also satisfies creep conditions. Polystyrene foam buffers having a low modulus of elasticity can be obtained by making low density foams and compression softening of these foams, which can be obtained by secondary expansion of a foam once expanded. Parameters involved in the production of ultra low density molded articles include the manufacturing process, the choice of polymers and blowing agents, the size of the resin and expanded foam particles, secondary expansion conditions and molding methods. In addition, the utilization step includes not only parameters for manufacturing the ultra low density molded body, but also elasticization parameters including the degree and the number of compressions in the compression softening step.

이하 본 발명에 따른 저탄성계수 물질을 제조하기 위한 전체 공정 및 각 공정과정에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the overall process and each process for preparing the low modulus material according to the present invention will be described in detail.

저탄성계수 물질을 제조하기 위한 전체공정은 도 1에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 1차 발포체 입자의 제조, 팽창, 성형 및 압축 연화로 이루어져 있다.The overall process for producing the low modulus material consists of the production, expansion, molding and compression softening of primary foam particles, as schematically shown in FIG.

단계 1: 1차 Phase 1: Primary 발포체Foam 입자의 제조 Preparation of Particles

본 발명에 따른 1차 발포체 입자를 제조하는 방법에는 다음 세가지 방법이 있으며, 이는 (a)직접 압출방법, (b)압출공정에 의해 제조된 팽창성 스티렌계 폴리머 비즈를 스팀에 의해 팽창시키는 방법 및 (c)서스펜션 중합반응(suspension polymerization)에 의해 제조된 팽창성 폴리머 비즈(통상 EPS(Expandable polymer beadss)라고 부름)를 1회 이상 스팀 팽창시키는 방법이다. There are three methods for producing primary foam particles according to the present invention, which are (a) direct extrusion method, (b) expansion of the expandable styrene-based polymer beads produced by the extrusion process by steam and ( c) Steam expansion of expandable polymer beads (commonly known as EPS (Expandable polymer beads)) produced by suspension polymerization at least one time.

이하, 상기 방법들을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the methods will be described in more detail.

(a) 직접 압출방법(a) direct extrusion

본 방법은 도 2에 개략적으로 도시되어 있으며, 본 방법에서 사용되는 폴리스티렌 수지는 중량평균 분자량(weight average molecular weight)(Mw) 150,000~230,000의 범용 폴리스티렌(general purpose polystyrene) 수지이다. 경우에 따라, 수지의 팽창성을 향상시키기 위해서 수지에 미네랄 오일, 또는 폴리페닐렌 수지 및 아지도 기능성 시레인(azido-functional silane) 등의 유동성 개질제나 가소제를 첨가하기도 한다. 발포제 역시 가소제 역할을 하므로, 발포제를 선택할 때에는 팽창력과 가소화 효과 사이에 적절한 균형을 고려하여야 한다. The method is schematically illustrated in FIG. 2, wherein the polystyrene resin used in the method is a general purpose polystyrene resin having a weight average molecular weight (Mw) of 150,000 to 230,000. In some cases, in order to improve the expandability of the resin, a mineral oil, or a fluid modifier such as polyphenylene resin and azido-functional silane, or a plasticizer may be added to the resin. The blowing agent also acts as a plasticizer, so when choosing a blowing agent, a suitable balance must be taken into account between the expansion force and the plasticizing effect.

본 방법에서 사용되는 발포제는 프로판, 부탄, 이소푸탄과 같은 상대적으로 높은 휘발성 발포제가 사용되며, 발포제를 펜탄과 같은 저 휘발성 및 고 가소 효과를 가진 발포제와 적당한 비율로 섞어서 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 1차 발포체 입자를 압출방법에 의해 제조할 경우, 부탄 40~90중량% 및 펜탄 10~60중량%가 혼합된 휘발성 유기 발포제가 가장 적합하며, 서스펜션 중합반응으로 EPS를 제조할 경우, 펜탄 50~100중량% 및 부탄 0~50중량%가 혼합된 휘발성 유기 발포제가 적합하다.The blowing agent used in the present method is a relatively high volatile blowing agent such as propane, butane, isobutane is used, it is preferable to mix the blowing agent with a low volatility and a high plasticizing effect such as pentane in an appropriate ratio. At this time, when the primary foam particles are produced by the extrusion method, a volatile organic blowing agent mixed with 40 to 90% by weight of butane and 10 to 60% by weight of pentane is most suitable, and when preparing EPS by suspension polymerization, pentane Volatile organic blowing agents in which 50-100% by weight and butane 0-50% by weight are mixed are suitable.

첨가되는 발포제의 양은 1kg의 폴리머당 0.5~5gmole, 바람직하게는 0.7~3gmole, 더 바람직하게는 1~2gmole이다. 만약, 발포제가 0.5gmole보다 적게 첨가되면 초기 발포체의 발포배율이 너무 낮아 저밀도의 1차 입자형 발포체를 제조하는 것이 힘들고, 발포제가 5gmole보다 많이 첨가되면 다이압력을 유지하기가 힘들 뿐만 아니라, 기포의 직경이 너무 작아지는 문제가 있다.The amount of blowing agent added is 0.5-5gmole, preferably 0.7-3gmole, more preferably 1-2gmole per kg of polymer. If the foaming agent is added less than 0.5gmole, the foaming ratio of the initial foam is too low to produce a low density primary particulate foam, if the foaming agent is added more than 5gmole it is difficult to maintain the die pressure, There is a problem that the diameter is too small.

또한, 본 방법에서는 기포의 크기를 조절하기 위하여, 활석 분말과 같은 적 은 양의 조핵제가 첨가될 수도 있다. In addition, in the present method, a small amount of nucleating agent such as talc powder may be added to control the size of the bubbles.

본 발명의 발포체 입자는 다이를 나오는 압출체 가닥을 그 바로 그 다이 외면에서 절단하거나, 다이로부터 나와 이미 팽창된 발포체 가닥을 절단하여 제조된다. 상기 발포체 입자는 50kg/m3 (팽창비 21)보다 낮은 밀도를 가지며, 바람직하게는 35kg/m3 (팽창비 30) 보다 낮은 밀도를 가진다. 그리고, 기포의 크기는 0.05~1mm이며, 바람직하게는 0.2~0.6mm이다. 발포체 입자의 크기 역시 2차 팽창성에 영향을 끼친다. 발포체 가닥의 크기(직경)는 2mm보다 크거나, 바람직하게는 5mm보다 크거나, 가장 바람직하게는 7~12mm인 것이 좋다.The foam particles of the invention are prepared by cutting the extruded strand exiting the die at its very outer surface, or by cutting the already expanded foam strand exiting the die. The foam particles have a density lower than 50 kg / m 3 (expansion ratio 21) and preferably have a density lower than 35 kg / m 3 (expansion ratio 30). And the magnitude | size of foam is 0.05-1 mm, Preferably it is 0.2-0.6 mm. The size of the foam particles also affects secondary expandability. The size (diameter) of the foam strand is preferably greater than 2 mm, preferably greater than 5 mm, most preferably 7-12 mm.

(b) 압출공정에 의해 제조된 팽창성 스티렌계 폴리머 비즈의 스팀 팽창방법(b) Steam Expansion Method of Expandable Styrenic Polymer Beads Prepared by Extrusion Process

본 방법은 도 3에 개략적으로 도시되어 있으며, 본 방법은 입자형 포장충진재 (loose fill)를 제조하는 방법과 유사하다. 본 방법에서 발포체가 다이에서 나오기 전까지의 공정은 상기 (a)직접 압출방법과 유사하고 쓰이는 수지는 역시 상기 (a)직접 압출방법에 쓰이는 것과 같다. The method is schematically illustrated in FIG. 3, which is similar to the method for producing a loose fill. In this method, the process until the foam emerges from the die is similar to the above (a) direct extrusion method, and the resin used is the same as that used in the (a) direct extrusion method.

그러나, 본 방법에서는 상기 (a)직접 압출방법과는 달리 다이에서 나오는 용융수지 가닥을 바로 찬물에 급냉시켜 팽창을 막은 후, 절단하여 미 발포 입자를 제조한다. 또한, 본 방법에서는 상기 용융수지 가닥이 다이에서 발포되지 않도록 하기 위하여, n-펜탄과 같은 휘발성이 낮은 발포제가 사용되며, 이와 같이 만들어진 미 발포성 입자의 크기(가닥의 직경)는 약 1.5mm보다 크다. 발포성 수지 입자를 스 팀으로 팽창시켜 발포체 입자를 제조하며, 그 밀도가 약 20kg/m3(팽창율 53)보다 낮아질 때까지 필요하면 여러 번 팽창시킨다.However, in the present method, unlike the direct extrusion method (a), the molten resin strand exiting the die is quenched immediately in cold water to prevent expansion, and then cut to prepare unexpanded particles. In addition, in this method, a low volatility blowing agent such as n-pentane is used to prevent the molten resin strands from foaming in the die, and the size (diameter of the strands) of the non-expandable particles thus made is larger than about 1.5 mm. . The foamed resin particles are expanded with steam to produce foam particles, which are expanded as many times as necessary until their density is lower than about 20 kg / m 3 (expansion rate 53).

(c) 서스펜션 중합반응에 의해 제조된 통상적인 EPS의 스팀 팽창방법(c) Steam expansion of conventional EPS prepared by suspension polymerization

본 방법은 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.The method is shown schematically in FIG.

통상적인 EPS 물질은 200,000~250,000의 분자량을 가진 범용 폴리스티렌에 의해 제조되며, 일반적으로 3~8중량%의 발포제를 포함한다. 이때, 발포제는 펜탄 50~100중량% 및 부탄 0~50중량%가 혼합된 것이 바람직하며, 첨가되는 발포제의 양은 1kg의 폴리머당 0.5~5gmole, 바람직하게는 0.7~3gmole, 더 바람직하게는 1~2gmole이다. 만약, 발포제가 0.5gmole보다 적게 첨가되면 초기 발포체의 발포배율이 너무 낮아 저밀도의 1차 입자형 발포체를 제조하는 것이 힘들고, 발포제가 5gmole보다 많이 첨가되면 함침이 어렵다는 문제가 있다.Conventional EPS materials are made of general purpose polystyrenes having a molecular weight of 200,000 to 250,000 and generally comprise 3 to 8% by weight of blowing agent. At this time, the blowing agent is preferably a mixture of 50 to 100% by weight of pentane and 0 to 50% by weight of butane, the amount of blowing agent added is 0.5 to 5gmole, preferably 0.7 to 3gmole per 1 kg polymer, more preferably 1 ~ 2gmole. If the foaming agent is added less than 0.5gmole, the foaming ratio of the initial foam is too low, it is difficult to produce a low-density primary particulate foam, there is a problem that the impregnation is difficult when the foaming agent is added more than 5gmole.

본 발명에 적절한 EPS는 입자의 크기가 1.2mm이상, 바람직하게는 1.5mm이상인 상대적으로 큰 입자가 사용된다. 입자는 스팀에서 한번 이상 팽창되어 약 20kg/m3(팽창율 53)보다 낮은 밀도를 가지는 발포체 입자로 제조된다.EPS suitable for the present invention uses relatively large particles having a particle size of at least 1.2 mm, preferably at least 1.5 mm. The particles are expanded at least once in steam to produce foam particles having a density lower than about 20 kg / m 3 (expansion 53).

단계 2: 팽창Step 2: Inflate

단계 1에서 제조되어 적어도 6시간 이상 숙성된 발포체 입자를 높은 팽창율을 얻을 때까지 스팀으로 팽창시킨다. 필요한 스팀 노출 시간은 1차 발포체의 밀도 나 1차 발포체를 제조한 방법 등에 따라 다르나, 바람직한 저밀도 발포체를 얻기 위한 스팀 노출 시간은 1~10분이며, 일반적으로 2~7분이며, 더 일반적으로는 3~5분이다. 본 2차 팽창 단계에서, 발포체는 팽창율 85(밀도 12.4kg/m3)이상에 도달하며, 바람직하게는 팽창율 100(밀도 10.5kg/m3)이상, 더 바람직하게는 팽창율 130(밀도 8.1kg/m3)이상에 도달한다.The foam particles prepared in step 1 and aged for at least 6 hours are expanded with steam until a high expansion rate is obtained. The required steam exposure time depends on the density of the primary foam or the method of making the primary foam, but the steam exposure time to obtain the desired low density foam is 1-10 minutes, typically 2-7 minutes, more generally 3 to 5 minutes. In this secondary expansion stage, the foam reaches an expansion ratio of 85 (density 12.4 kg / m 3 ) or more, preferably an expansion ratio of 100 (density 10.5 kg / m 3 ) or more, more preferably an expansion ratio of 130 (density 8.1 kg / m) m 3 ) or more.

단계 3: 성형Step 3: Molding

팽창된 입자형 발포체는 성형단계 이전에 적어도 6시간 이상 숙성된다. 성형 방법에는 (a)통상적인 EPS 성형방법 또는 (b)폴리올레핀 발포체 입자의 성형방법이 있다. The expanded particulate foam is aged at least 6 hours before the forming step. The molding method includes (a) a conventional EPS molding method or (b) a molding method of polyolefin foam particles.

폴리올레핀 발포체 입자의 성형방법에 관하여는 2004년 뮌헨의 한서 출판사에서 디. 클렘프너와 브이. 센디야레빅에 의해 편집되고 저자가 박정부인 폴리머 발포체 및 발포체 테크놀로지의 "폴리올레핀"(C.P.Park, "Polyolefin", a chapter in Polymeric Foams and Foam Technology edited by D. Klempner and V. Sendijarevic, 2nd Edition, Hanser Publishers, Munich 2004)에 기재되어 있다.A method for forming polyolefin foam particles was published in 2004 by Hanseo Publishing Co. in Munich. Klempenner and V. CPPark, "Polyolefin", a chapter in Polymeric Foams and Foam Technology edited by D. Klempner and V. Sendijarevic, 2nd Edition, Hanser Publishers, Munich 2004).

먼저, (a)통상적인 EPS의 성형방법에서는 발포체 입자를 성형틀에 채우고, 스팀으로 가열하여 연화 팽창시키고, 입자사이의 틈새를 채워 서로 붙게 한다. 본 단계의 성형방법은 발포체 입자가 스팀에 의하여 30%이상 팽창하는 발포력을 가지고 있을 때 사용가능하다.First, (a) in the conventional EPS molding method, the foam particles are filled in the molding mold, softened and expanded by heating with steam, and the gaps between the particles are filled to stick to each other. The molding method of this step can be used when the foam particles have a foaming force that expands by 30% or more by steam.

또한, (b)폴리올레핀 발포체 입자의 성형방법은 여러번 가열하여 초 저밀도로 팽창된 발포체 입자가 팽창력이 대부분 입자팽창 단계에서 소비되어 팽창력이 부족한 상태일 경우, 필요한 팽창력을 형성하기 위하여 성형틀에 입자를 채운 후에 성형틀의 부피를 축소하거나 발포체 입자를 성형틀에 채우기 전에 발포체 기포내에 공기를 침투시켜 팽창력을 향상시키는 방법이다.In addition, (b) the molding method of the polyolefin foam particles is formed by forming the particles in the mold to form the necessary expansion force when the foam particles expanded to a very low density by heating many times when the expansion force is mostly consumed in the particle expansion stage and the expansion force is insufficient. It is a method of reducing the volume of the mold after filling or infiltrating air into the foam bubbles before filling the foam particles in the mold to improve the expansion force.

단계 4. 압축 연화Step 4. Compression Softening

성형된 발포체는 압축 연화하여 압축탄성계수가 240kPa보다 낮게, 바람직하게는 압축탄성계수가 200kPa보다 낮게, 더욱 바람직하게는 압축탄성계수가 150kPa보다 낮게 제조된다. 압축탄성계수는 분당 500mm의 압축속도로 ASTM 1621의 방법과 상응하는 방법에 의하여 측정한다. 효과적인 압축 연화를 위해서는 발포체 두께의 25% 이상 압축해야하나 발포체가 충분한 크리프 저항성을 유지하도록 하기 위해서는 과도한 압축은 피해야 한다. The molded foam is compression softened to produce a compressive modulus of less than 240 kPa, preferably a compressive modulus of less than 200 kPa, more preferably a compressive modulus of less than 150 kPa. The compressive modulus of elasticity is measured by a method corresponding to ASTM 1621 at a compression rate of 500 mm per minute. Effective compression softening requires compression of at least 25% of the foam thickness, but excessive compression should be avoided to ensure that the foam maintains sufficient creep resistance.

본 발명에 의거한 압축 연화된 발포체는 3.5kPa의 하중하에서 1000 시간동안 측정하였을 때, 크리프가 20%보다 적게 일어나고, 바람직하게는 10% 보다 적게 일어나고, 더 바람직하게는 5% 보다 적게 일어난다.Compression-softened foams according to the present invention have less than 20% creep, preferably less than 10%, and more preferably less than 5% when measured for 1000 hours under a load of 3.5 kPa.

다음의 특정한 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 실시예에서, 부 및 %는 달리 언급되어 있지 않거나, 내용상 필요한 경우가 아니면 중량기준이다.The following specific examples are intended to illustrate the invention and are not intended to limit the scope of the invention. In the examples, parts and percentages are by weight unless otherwise indicated, or unless content is necessary.

압출에 의한 초저밀도 입자형 Ultra-low Density Particle Type by Extrusion 발포체의Foam 제조 Produce

본 실시예에서는 압출공정에 의해 제조된 입자 발포체로부터 초저밀도 성형체가 제조될 수 있음을 보여준다.This example shows that an ultra low density molded body can be produced from the particle foam produced by the extrusion process.

발포체 압출공정Foam Extrusion Process

본 실시예에서 사용되는 장치는 30mm직경의 쌍둥이 스크류를 가진 1차 압출기와 40mm 직경의 단독 스크류를 가진 냉각 압출기로 이루어진 쌍두마차형 (tandam) 발포체 압출 라인이다. 1차 압출기는 40D(diameter) 길이의 라이스트리츠(Leistritz) LSM34 모델 압출기로 통상적인 공급부, 용융부 및 계량부에 이어 혼합부를 가지고 있으며, 발포제 주입을 위한 유입구는 수지 공급부부터 19D에 위치하고 있다. 1차 압출기는 총 8개의 가열부를 포함하고 있으며, 냉각 압출기 역시 40D 길이의 배럴에 세 개의 냉각부를 가지고 있다. 냉각 압출기의 말단에는 두개의 1.5mm 직경의 원형 구멍을 가진 다이 오리피스가 부착되어 있으며, 다이 오리피스의 랜드는 약 3mm이다. 또한, 다이 올리피스의 온도는 3번째 냉각부에서 사용되는 것과 같은 오일매체에 의해 조절된다.The apparatus used in this embodiment is a tandam foam extrusion line consisting of a primary extruder with twin screws of 30 mm diameter and a cold extruder with a single screw of 40 mm diameter. The primary extruder is a 40D long Leistritz LSM34 model extruder with a mixing section followed by a conventional feed, melt and metering section, and the inlet for blowing agent is located 19D from the resin feed. The primary extruder includes a total of eight heating sections, and the cooling extruder also has three cooling sections in a 40D barrel. At the end of the cold extruder is attached a die orifice with two 1.5 mm diameter circular holes, the land of the die orifice being about 3 mm. In addition, the temperature of the die orifice is controlled by the oil medium as used in the third cooling section.

실제로, 1차 압출기의 모든 부분을 200℃로 유지한 상태에서 작동을 시작하며, 스크류의 회전 속도는 40rpm까지 점차적으로 증가시킨다. 냉각 압출기는 세곳의 모든 부분을 175℃로 설정한 후 작동을 시작하여, 스크류의 회전 속도가 25rpm가 되도록 조절하였다. 그리고, 170,000의 분자량을 가지는 입상 폴리스티렌를 조핵제와 혼합하고, 시간당 1.81kg의 일정한 속도로 압출기로 공급하였다. 여기에서, 조핵제는 활석분말과 바륨 스테아레이트를 2:1의 중량비로 혼합한 혼합물로서, 수지 100중량부당 상기 조핵제 0.15중량부(pph)가 되도록 첨가하였다. In practice, the operation starts with all parts of the primary extruder maintained at 200 ° C., and the rotational speed of the screw gradually increases to 40 rpm. The cold extruder set all three parts to 175 ° C. and then started operation to adjust the rotational speed of the screw to 25 rpm. Granular polystyrene having a molecular weight of 170,000 was mixed with the nucleating agent and fed to the extruder at a constant rate of 1.81 kg per hour. Here, the nucleating agent is a mixture of talc powder and barium stearate in a weight ratio of 2: 1, and is added such that the nucleating agent is 0.15 parts by weight (pph) per 100 parts by weight of the resin.

또한, 본 공정에서 사용된 발포제는 이소부텐:n-펜탄 혼합물이 70:30의 비율로 혼합된 혼합물이며, 수지 100중량부당 상기 발포제 7.5중량부가 되도록 압출기의 혼합부에 주입하였다. In addition, the foaming agent used in this process is a mixture in which the isobutene: n-pentane mixture is mixed in a ratio of 70:30, and injected into the mixing portion of the extruder so that 7.5 parts by weight of the blowing agent per 100 parts by weight of the resin.

그리고, 안정된 압출 조건이 이루어졌을 때, 냉각압출기 냉각부의 온도를 각각 165℃, 147℃ 및 142℃로 낮추어, 마침내 약 9.5mm 직경을 가진 양질의 발포체 가닥을 얻을 수 있었다. 이러한 방법으로 제조된 발포체는 밀도가 약 31.6kg/m3이고, 기포의 크기는 약 0.4mm이다. 본 실시예의 다음 실험을 위하여 약 70cm길이의 발포체 가닥을 여러개 채취하였다.Then, when stable extrusion conditions were achieved, the temperature of the cold extruder cooling section was lowered to 165 ° C., 147 ° C. and 142 ° C., respectively, and finally a good foam strand having a diameter of about 9.5 mm was obtained. The foam produced in this way has a density of about 31.6 kg / m 3 and a bubble size of about 0.4 mm. Several foam strands of about 70 cm length were taken for the next experiment of this example.

2차 팽창공정Secondary expansion process

발포체를 압출하고 약 하루가 경과한 후에, 발포체 가닥을 약 14mm 길이로 절단하여 원통형 입자로 제조한 후, 원통형 입자들을 찜통에서 1~10분 동안 여러번 노출시켜 최적의 팽창시간을 결정하였다. 원통형 발포체 입자는 오랫동안 스팀에 노출되면, 찜통 내에서는 부피가 커지나, 찜통에서 꺼내면 금방 수축된다. 수축된 원통형 발포체 입자들은 상온에서 숙성시키는 동안 부피가 서서히 회복된다.After about one day after extruding the foam, the foam strands were cut into lengths of about 14 mm to make cylindrical particles, and the cylindrical particles were exposed several times in a steamer for 1 to 10 minutes to determine the optimum expansion time. Cylindrical foam particles become bulky in the steamer when exposed to steam for a long time, but quickly shrink when taken out of the steamer. The contracted cylindrical foam particles slowly recover in volume during aging at room temperature.

스팀에 의한 2차 발포 공정 후, 6일째에 측정한 발포체 입자들의 밀도가 아래 표 1에 나타나 있다.The density of foam particles measured on day 6 after the secondary foaming process with steam is shown in Table 1 below.

2차 팽창시 스팀 노출 시간(분)Steam exposure time on second expansion (minutes) 팽창 6일후 발포체의 밀도(kg/m3)Density of foam after 6 days of expansion (kg / m 3 ) 팽창계수Coefficient of expansion 00 31.631.6 3333 1One 9.49.4 112112 33 5.45.4 194194 44 5.05.0 212212 55 3.93.9 269269 66 3.73.7 284284 1010 3.63.6 292292

표 1에서 알수 있는 바와 같이, 발포체 입자들은 스팀에 의하여 초저밀도로 팽창한다. 표 1에 의하면 스팀 노출시간이 3분 이상이면 6kg/m3 이하의 밀도(190이상의 팽창율)를 가진 발포체가 얻어지며, 최적의 스팀 노출시간은 3~5분이다. 발포체가 5분이상 노출되면 팽창율은 더 증가하나, 발포제의 손실 또한 크게 되므로 바람직하지 않다. As can be seen from Table 1, the foam particles expand at very low density by steam. According to Table 1, if the steam exposure time is 3 minutes or more, a foam having a density (expansion rate of 190 or more) of 6 kg / m 3 or less is obtained, and an optimum steam exposure time is 3 to 5 minutes. If the foam is exposed for more than 5 minutes, the expansion ratio is further increased, but the loss of the blowing agent is also large, which is not preferable.

물성을 측정할 성형물을 제조하기 위하여, 압출 발포로부터 4일이 경과된 후에 많은 양의 발포체 가닥을 절단하여 제조하였으며, 이때 각각 입자의 크기는 그 길이와 직경의 비율이 9.5mm로 서로 같도록 절단하였다. 발포체 입자를 3분 또는 5분 동안 찜통에 넣어 팽창시킨후, 팽창으로부터 3일이 경과한 후에 측정한 발포체의 밀도를 측정하였으며, 3분동안 팽창된 발포체의 밀도는 6.7kg/m3 이며, 5분동안 팽창된 발포체의 밀도는 6.2kg/m3 이었다.In order to prepare a molding to measure the physical properties, a large amount of foam strands were cut after 4 days from extrusion foaming, wherein the size of each particle was cut so that the length and diameter ratio were equal to each other at 9.5 mm. It was. The foam particles were inflated in a steamer for 3 or 5 minutes, and the density of the foam measured after 3 days from expansion was measured, and the density of the expanded foam for 3 minutes was 6.7 kg / m 3 , 5 The density of the expanded foam in minutes was 6.2 kg / m 3 .

성형공정Molding process

2차 팽창된 입자 발포체를 6일 이상 숙성한 후 성형하였다. 이때, 성형공정에 사용된 알루미늄 성형틀은 도 5에 도시된 바와 같이, 단면이 99mm×99mm이고, 높이는 101mm이며, 플러그를 이용하여 성형공동(cavity)의 높이를 조정할 수 있게 되어 있다. 성형틀의 덮개에 부착된 플러그(plug)는 높이가 51mm로 성형틀 동공의 높이를 101mm에서 50mm로 수축시키는데 사용된다. 실제 실험에서 발포체 입자를 성형틀의 윗부분까지 충진한 후, 충진물의 높이가 50mm로 되도록 플러그를 압축하여 두껑을 닫아 고정하였다. 그리고, 충진물에 스팀를 약 1분간 주입한후, 곧 성형틀의 외면을 급히 냉각하여 성형하였다. 이와같은 방법으로 성형된 성형체는 형틀에서 꺼내었을 때 약간 수축하였으나, 상온에서 숙성중 회복되었다.Secondary expanded particle foams were aged after at least 6 days and molded. At this time, the aluminum mold used in the molding process, as shown in Figure 5, the cross section is 99mm × 99mm, the height is 101mm, it is possible to adjust the height of the molding cavity (cavity) using a plug. A plug attached to the lid of the mold is used to shrink the height of the mold of the mold from 101 mm to 50 mm in height of 51 mm. In the actual experiment, the foam particles were filled up to the upper part of the mold, and the plug was compressed to close the lid so that the height of the filling was 50 mm. Then, after injecting steam into the filling for about 1 minute, the outer surface of the mold was rapidly cooled and molded. The molded article molded in this way slightly contracted when taken out of the mold, but recovered during aging at room temperature.

아래 표 2에는 2차 팽창된 발포체 입자를 본 공정에 의하여 성형한 후, 그 성형체의 밀도 및 치수를 측정한 결과를 나타내고 있다.Table 2 below shows the results of measuring the density and dimensions of the molded article after molding the secondary expanded foam particles by this step.

2차 팽창 시간(분)Second expansion time (minutes) 발포체 입자의 밀도(kg/m3)Density of Foam Particles (kg / m 3 ) 성형체 치수Mold Dimension 성형체의 밀도 (kg/m3)Density of molded body (kg / m 3 ) 표시Display 가로 (mm)Horizontal (mm) 세로 (mm)Length (mm) 높이 (mm)Height (mm) 33 6.76.7 9191 9090 4141 8.18.1 XPS.1XPS.1 55 6.26.2 9292 9090 4444 8.28.2 XPS.2XPS.2

표 2에서 나타난 바와 같이, 성형후의 발포체 입자의 밀도는 각각 6.7kg/m3에서 8.7kg/m3, 6.2kg/m3에서 8.2kg/m3로 높아졌음을 알 수 있다.As shown in Table 2, the density of the foam particles after molding can see that the increase to 8.2kg / m 3 at 8.7kg / m 3, 6.2kg / m 3 at each 6.7kg / m 3.

본 명세서에서는 3분 동안 2차 팽창된 후 성형된 성형체를 XPS.1이라 하고, 5분 동안 2차 팽창된 후 성형된 성형체를 XPS.2로 명명하였다.In the present specification, the molded article molded after the second expansion for 3 minutes is called XPS.1, and the molded article molded after the second expansion for 5 minutes is named XPS.2.

발포체Foam 성형체의Molded 압축 연화 공정 Compression softening process

본 실시예에서는 앞에서 제조된 XPS 성형체 뿐만 아니라, 8kg/m3 밀도를 갖는 통상의 EPS 성형체를 이용하여 압축에 의한 성형체의 압축 연화 실험을 행하였다. In this embodiment, the compression softening experiment of the molded article by compression was conducted using not only the XPS molded article prepared above but also a conventional EPS molded article having a density of 8 kg / m 3 .

통상의 EPS 물질을 제조하는 공정은 아래와 같다. 즉, 약 2mm 크기의 EPS 입자를 스팀으로 두 번 팽창하여 저밀도 발포체 입자로 제조하고, 이 입자를 성형틀에 넣은 후, 성형틀의 부피를 약 20% 수축시키고 스팀을 주입하여 성형한다. 본 실시예의 압축 연화에 사용된 발포체는 18.7mm 두께의 슬라브 판상체이며, 편의에 따라 본 명세서에서는 EPS 성형체를 EPS8 (8kg/m3 밀도의 EPS 성형체)이라 지칭한다.A process for preparing a conventional EPS material is as follows. That is, EPS particles of about 2 mm in size are expanded twice with steam to form low-density foam particles, and the particles are placed in a mold, and then the mold is contracted by about 20% of volume and molded by injection of steam. The foam used for the compression softening of this embodiment is a slab slab of 18.7 mm thickness, and for convenience, the EPS molding is referred to herein as EPS8 (EP molding of 8 kg / m 3 density).

XPS 성형체는 뜨거운 철사 절단기를 사용하여 XPS 성형체를 같은 두께의 두 조각으로 나누고, EPS 성형체는 약 90mm×90mm 크기의 표본으로 절단하여 압축 연화 실험에 사용하였다. 압축 연화는 두개의 평평한 철판 사이에 표본을 놓고 이를 분당 100mm의 속도로 표본 두께의 25~50%까지 세번 반복하여 압축하였으며, 표본을 1회이상 압축할 때에는 매회 압축사이에 5분간의 간격을 두었다. The XPS molded body was divided into two pieces of the same thickness by using a hot wire cutter, and the EPS molded body was cut into a sample of about 90 mm x 90 mm and used for compression softening experiments. Compression softening was performed by placing the specimen between two flat plates and compressing it three times at 25 mm to 50% of the specimen thickness at a rate of 100 mm per minute. When compressing the specimen more than once, there was a 5-minute interval between compressions.

XPS 성형체는 처음에 25% 압축, 두번째로 35% 압축하여 2회 압축하였고, EPS 표본은 30%로 압축할 경우 세번 압축하였고, 50% 압축할 경우 두번 압축하였다. 본 명세서에서는 물질의 명칭 뒤에 n×m 으로 표시하여, 물질을 m 퍼센트 만큼 n 번 압축한 것으로 나타내기로 한다. 즉, XPS.1 2×25×35는 XPS.1을 25% 및 35%로 두번 압축한 것을 뜻한다.The XPS compacts were first compressed twice with 25% compression, secondly with 35% compression, and EPS samples were compressed three times with 30% compression and twice with 50% compression. In the present specification, the name of the substance is denoted by n × m to indicate that the substance is compressed n times by m percent. In other words, XPS.1 2 × 25 × 35 means that XPS.1 is compressed twice, 25% and 35%.

발포체 표본의 두께 회복은 압축 후에 관찰되었으며, 그 결과가 아래 표 3에 나타나 있다. 초저밀도 발포체 성형체는 하루가 지난 후에 본래 두께의 88% 이상 탄성 회복되었으며, 두께 회복은 기본적으로 하루가 지나면 거의 완료됨을 알 수 있었다. Thickness recovery of the foam specimens was observed after compression, and the results are shown in Table 3 below. The ultra low density foam molded body was elastically recovered more than 88% of its original thickness after one day, and the thickness recovery was basically completed almost one day later.

압축후 숙성기간Aging period after compression XPS.1 2×25×35XPS.1 2 × 25 × 35 XPS.2 2×25×35XPS.2 2 × 25 × 35 EPS 8 1×30EPS 8 1 × 30 EPS 8 2×30EPS 8 2 × 30 EPS 8 3×30EPS 8 3 × 30 EPS 8 1×50EPS 8 1 × 50 EPS 8 2×50EPS 8 2 × 50 직후Right after 7777 8989 9292 9191 9090 8585 8383 5분5 minutes 8282 9292 9595 9292 9292 8888 8787 1일1 day 9494 9898 9494 9393 9494 9090 8888 76일76 days -- -- 9595 9393 9393 9090 8888

표 3에서 측정된 수치는 성형체의 본래 두께에 비하여 회복된 두께를 %로 나타낸 것으로, 예를 들어, XPS.1을 압축한 후 5분이 지나 두께를 측정한 결과, 처음 두께의 82% 라는 것이다.The measured values in Table 3 represent the recovered thickness as a percentage of the original thickness of the molded body. For example, the thickness measured after 5 minutes of compressing the XPS.1 is 82% of the initial thickness.

성형체의Molded 압축특성 측정 Compression Characteristics Measurement

본 실시예에서는 압축 연화된 성형체의 압축 특성을 측정하였다. 이때, 압축탄성계수은 두가지 다른 압축속도인 20mm/minute와 500mm/minute에서 ASTM D1621 방법과 상응한 방법으로 측정하였다. 500mm/minute의 높은 압축속도는 동탄성계수를 시뮬레이션하기 위하여 사용되었으며, 성형체의 압축강도는 저압축속도인 20mm/minute로 측정되었으며, 크리프는 3.5kPa 하중하에 1000시간동안 측정하였다. In this example, the compression characteristics of the compression-softened molded body were measured. In this case, the compressive modulus of elasticity was measured by a method corresponding to ASTM D1621 at two different compression speeds, 20 mm / minute and 500 mm / minute. A high compression speed of 500 mm / minute was used to simulate the dynamic modulus of elasticity. The compressive strength of the molded body was measured at a low compression speed of 20 mm / minute, and creep was measured for 1000 hours under a 3.5 kPa load.

본 실시예의 실험결과가 아래 표 4 및 표 5에 나타나 있다. 먼저, 아래 표 4에는 압축하지 않은 XPS.1 및 XPS.2의 특성과 25% 및 35%로 두번 압축한 XPS.1 및 XPS.2의 특성이 나타나 있다.The experimental results of this example are shown in Tables 4 and 5 below. First, Table 4 below shows the characteristics of the uncompressed XPS.1 and XPS.2 and the characteristics of XPS.1 and XPS.2 compressed twice at 25% and 35%.

특성 characteristic 방법 Way 단위 unit XPS.1XPS.1 XPS.2XPS.2 성형 (비압축)Molding (uncompressed) 압축 2×25×35Compressed 2 × 25 × 35 성형 (비압축)Molding (uncompressed) 압축 2×25×35Compressed 2 × 25 × 35 압축탄성 계수Compressive modulus 500mm/m500mm / m kPakPa 7070 2222 7979 5656 20mm/m20mm / m kPakPa 7070 3030 8383 5555 압축강도 Compressive strength 5% 변형5% strain kPakPa 22 1One 33 1One 10% 변형10% strain kPakPa 55 33 77 33 25% 변형25% strain kPakPa 1717 88 1919 1212 압축변형Compression deformation 3.5kPa에서 1000시간1000 hours at 3.5 kPa %% 1212 1616 99 2020

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 압축되지 않은 XPS 성형체는 두가지 변형 속도에서 모두 85kPa 이하의 낮은 압축탄성계수를 가지며, 압축 강도 또한 10% 이하의 변형에서 7kPa 이하로 매우 낮다. As shown in Table 4, the uncompressed XPS molded body has a low compressive modulus of less than 85 kPa at both strain rates, and the compressive strength is also very low, 7 kPa or less at 10% or less deformation.

또한, 압축 연화된 XPS 성형체는 압축탄성계수 처음의 1/3까지 낮춰 XPS 성형체를 보다 더 부드럽게 하며, 압축 연화된 XPS 성형체는 매우 낮은 압축탄성계수와 낮은 압축 강도를 가지고 있음에도 불구하고, 만족할 만한 크리프 저항성을 나타낸다. 압축 연화된 XPS 성형체는 예상대로 높은 크리프를 나타내지만, 이는 1000시간에 20% 이하의 크리프를 발생하므로 여전히 허용한계내에 있음을 알 수 있다.In addition, the compression softened XPS molded product lowers the compressive modulus by one-third of the first to soften the XPS molded product, and the compression softened XPS molded product has a satisfactory creep despite having a very low compressive modulus and a low compressive strength. It shows resistance. Compression-softened XPS moldings show high creep as expected, but it can be seen that they are still within tolerance because they generate less than 20% creep at 1000 hours.

또한, 아래 표 5에는 압축 연화된 8kg/m3 밀도를 갖는 EPS의 압축 특성이 나타나 있다.In addition, Table 5 below shows the compressive properties of EPS having a compression softened 8 kg / m 3 density.

특성 characteristic 방법 Way 단위 unit 비압축 EPSUncompressed EPS 8kg/m3 밀도의 압축된 EPS8kg / m 3 density compressed EPS of 1×301 × 30 2×302 × 30 3×303 × 30 1×501 × 50 2×502 × 50 압축탄성 계수Compressive modulus 500mm/m500mm / m kPakPa 684684 352352 326326 232232 194194 165165 20mm/m20mm / m kPakPa 582582 300300 271271 224224 239239 144144 압축강도 Compressive strength 5% 변형5% strain kPakPa 2929 1515 1414 1313 1212 99 10% 변형10% strain kPakPa 4242 2323 2121 2121 2020 1717 25% 변형25% strain kPakPa 6161 4949 4545 4545 4141 3737 압축성Compressibility EN 12 431EN 12 431 mmmm 2.32.3 1.81.8 1.81.8 1.81.8 1.51.5 1.61.6 압축변형Compression deformation 3.5kPa에서 1000시간1000 hours at 3.5 kPa %% -0.1-0.1 0.30.3 0.30.3 0.10.1 0.20.2 0.70.7

통상의 EPS 물질은 저밀도임에도 불구하고, XPS 물질에 비하여 보다 단단하다. 상기 표 4 및 표 5에 나타난 바와 같이, EPS 물질의 압축탄성계수는 XPS 물질의 압축율 보다 거의 10배이상 높으며, 압축 연화는 압축탄성계수를 본래의 압축탄성계수에 비해 1/2~1/4까지 감소시킨다. 30%로 3번 압축하거나, 50%로 1번 압축하거나 50%로 2번 압축한 EPS 물질의 경우는, 압축속도 20mm/m와 500mm/m에서 모두 240kPa 이하의 압축탄성계수를 나타내는 것을 볼 수 있다.Conventional EPS materials, although low density, are harder than XPS materials. As shown in Table 4 and Table 5, the compressive modulus of the EPS material is almost 10 times higher than the compressibility of the XPS material, and the compressive softening results in the compressive modulus being 1/2 to 1/4 of the original compressive modulus. To decrease. In the case of EPS material compressed three times at 30%, once compressed at 50%, or twice at 50%, the compressive modulus of compressive modulus of 240 kPa or less can be seen at both 20 mm / m and 500 mm / m. have.

또한, 압축 연화된 물질의 압축성은 2mm보다 작은 반면, 원래의 EPS 물질의 압축성은 허용한계인 2mm를 약간 초과한다. 또한, 압축 연화된 물질은 1000 시간동안 3.5kPa 하중을 가했을시, 거의 변형이 없어 탄성화를 더 시킬 여지가 있음을 나타낸다.In addition, the compressibility of the compression softened material is less than 2 mm, while the compressibility of the original EPS material slightly exceeds the allowable limit of 2 mm. In addition, the compressive softened material shows almost no deformation when subjected to a 3.5 kPa load for 1000 hours, thus leaving room for further elasticization.

비교예 Comparative example

본 비교예에서는 본 발명에서 사용될 수 있는 발포 성형체 밀도의 최대 한계를 측정하기 위해서, 약 12.4kg/m3의 밀도를 갖는 통상의 EPS 슬라브 판상체를 상기 8kg/m3 밀도의 EPS와 같은 압축 연화 실험을 실시하여 상기 실시예 3에서와 같이 그 압축특성을 측정하였으며, 그 결과가 아래 표 6에 나타나 있다. This comparative example to measure the maximum limit of the density of the molded foam article that may be used in the present invention, a conventional EPS slab plate compression and softening of the upper body of the EPS 8kg / m 3 density, has a density of about 12.4kg / m 3 Experiment was carried out to measure the compression characteristics as in Example 3, the results are shown in Table 6 below.

특성 characteristic 방법 Way 단위 unit 비압축 EPSUncompressed EPS 12kg/m3 밀도의 압축된 EPS12 kg / m 3 compressed EPS 1×301 × 30 2×302 × 30 3×303 × 30 1×501 × 50 2×502 × 50 두께 회복 Thickness recovery 즉시Immediately %% -- 8888 8686 8888 7979 7373 5분후5 minutes later %% -- 9090 9090 9191 8585 7777 1일후1 day later %% -- 9292 9191 9292 8686 8080 76일후76 days later %% -- 9393 9191 9292 8686 8181 압축탄성 계수Compressive modulus 500mm/m500mm / m kPakPa 15401540 572572 397397 368368 479479 334334 20mm/m20mm / m kPakPa 13201320 570570 366366 436436 456456 450450 압축 강도 Compressive strength 5% 변형5% strain kPakPa 6767 2828 1717 2020 2121 2121 10% 변형10% strain kPakPa 8181 4040 3333 3333 3434 3131 25% 변형25% strain kPakPa 104104 7171 6464 6464 6060 5656 압축성Compressibility EN 12 431EN 12 431 mmmm 1.31.3 1.91.9 2.22.2 2.12.1 2.12.1 2.02.0 압축 변형Compression deformation 3.5kPa에서 1000시간1000 hours at 3.5 kPa %% 0.20.2 -0.7-0.7 0.60.6 0.10.1 -0.2-0.2 -0.5-0.5

상기 표 6에 나타난 바와 같이, 본 비교예의 12.4kg/m3 밀도를 갖는 EPS 발포 성형체는 압축후 8kg/m3 밀도의 EPS 보다 회복이 적게 되었으며, 이 성형체는 충격 완충재로 쓰기에는 너무 딱딱하다. 또한, 이 성형체는 높은 압축 강도로 인하여 뛰어난 변형 저항성을 가지나, 압축 연화된 물질은 임계적인 압축성을 나타낸다.As shown in Table 6, the EPS foamed molded article having a density of 12.4kg / m 3 of the comparative example was less recovered than the EPS of 8kg / m 3 density after compression, and the molded article was too hard to be used as an impact buffer. In addition, the molded body has excellent deformation resistance due to high compressive strength, but the compression softened material exhibits critical compressibility.

본 발명에 따른 스티렌계 폴리머 성형체는 저밀도 발포체로서 압축탄성계수가 240kPa 이하이므로 중량 충격 소음의 전달을 효과적으로 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 하중지지 능력이 만족할 만하다.Styrene-based polymer molded article according to the present invention is a low-density foam, the compression modulus of less than 240kPa can effectively block the transmission of weight impact noise, and satisfies the load-bearing capacity.

따라서, 본 발명에 따른 스티렌계 폴리머 성형체를 건물의 바닥 등에 층간 차음재로 활용하여 뜬 바닥 구조에 효과적으로 사용될 수 있다.Therefore, the styrene-based polymer molded body according to the present invention can be effectively used for the floor structure floated by utilizing as a sound insulating material between the floor of the building.

Claims (8)

스티렌계 폴리머를 팽창시켜서 밀도가 50kg/m3이하인 1차 발포체 입자를 제조하는 단계;Expanding the styrenic polymer to produce primary foam particles having a density of 50 kg / m 3 or less; 상기 1차 발포체 입자를 스팀에 노출시키고 숙성하여 밀도가 12kg/m3이하인 2차 발포체 입자를 제조하는 단계;Exposing and aging the primary foam particles to steam to produce secondary foam particles having a density of 12 kg / m 3 or less; 상기 2차 발포체 입자를 성형하여 밀도가 10kg/m3이하인 발포체 성형체를 제조하는 단계;Forming a foam molded body having a density of 10 kg / m 3 or less by molding the secondary foam particles; 상기 발포체 성형체를 압축 연화하여 압축탄성계수가 240kPa 이하로 되도록 제조하는 단계;Compressing and softening the foamed molded article to produce a compression modulus of 240 kPa or less; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티렌계 폴리머를 이용한 차음재의 제조방법.Method for producing a sound insulating material using a styrene-based polymer comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 1차 발포체 입자는 휘발성 유기 발포제를 이용한 압출공정에 의하여 스티렌계 폴리머를 팽창하여 제조되는 것을 특징으로 하는 스티렌계 폴리머를 이용한 차음재의 제조방법.The primary foam particles are prepared by expanding the styrene-based polymer by an extrusion process using a volatile organic foaming agent. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 1차 발포체 입자는 압출공정이나 서스펜션 중합반응을 이용하여 제조된 팽창성 스티렌계 폴리머 입자를 스팀에 노출시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 스티렌계 폴리머를 이용한 차음재의 제조방법.The primary foam particles are a method of manufacturing a sound insulating material using a styrene-based polymer, characterized in that the expanded styrene-based polymer particles produced by the extrusion process or suspension polymerization reaction is produced by exposing to steam. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스티렌계 폴리머는 폴리스티렌 수지나 폴리스티렌에 미네랄 오일, 아지도 기능성 시레인(azido-functional silane) 및 폴리페닐렌 에테르로 이루어진 가소화 첨가제 그룹에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 첨가하여 제조된 변성 폴리스티렌 수지인 것을 특징으로 하는 스티렌계 폴리머를 이용한 차음재의 제조방법.The styrene-based polymer is a modified polystyrene resin prepared by adding at least one additive selected from a group of plasticizing additives consisting of mineral oil, azido-functional silane, and polyphenylene ether to polystyrene resin or polystyrene. A method for producing a sound insulating material using a styrene polymer. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 휘발성 유기 발포제는 부탄과 펜탄의 혼합물인 것을 특징으로 하는 스티렌계 폴리머를 이용한 차음재의 제조방법.The volatile organic blowing agent is a method for producing a sound insulating material using a styrene-based polymer, characterized in that the mixture of butane and pentane. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 발포체 성형체를 20%이상으로 한번 이상 압축 연화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스티렌계 폴리머를 이용한 차음재의 제조방법.Method for producing a sound insulating material using a styrene-based polymer, characterized in that it further comprises the step of compressing and softening the molded article more than 20% at least once. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 의한 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 스티렌계 폴리머 성형체.A styrene-based polymer molded article produced by the method according to any one of claims 1 to 6. 제 7항에 의한 스티렌계 폴리머 성형체를 이용한 뜬바닥 구조.Floating bottom structure using the styrene-based polymer molded article according to claim 7.
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