KR100630863B1

KR100630863B1 - 건축물의 층간소음 저감재 및 그 조성물

Info

Publication number: KR100630863B1
Application number: KR1020050050793A
Authority: KR
Inventors: 김종민
Original assignee: 김종민; (주)휴먼네이쳐텍
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2006-10-02

Abstract

본 발명은 폐타이어로부터 추출되는 폐폴리에스테르 코드사를 주 성분으로 함유하여 아파트나 건축물의 층간 흡음재, 자동차 내장용 단열재, 기계류의 진동 흡진재 등으로 사용할 수 있는 폐폴리에스테르 코드사를 주 원료로 사용하는 흡음, 단열, 흡진 기능을 갖는 원료조성물에 관한 것이다.

본 발명의 원료조성물은 폐폴리에스테르 코드사 100 중량부에 대하여 경도 조절제인 탄산칼슘 50±10 중량부, 생고무나 재생고무 30±5 중량부, 스테아린산 2±0.5 중량부, 유황 2±0.5 중량부, 아연화 1±0.5 중량부, 촉진제 T.T(tetramethyl thturamdisulfide) 1±0.5 중량부, 표면활성물질인 슬폰산 나트륨 0.5±0.2 중량부를 포함하여 이루어지는 원료성분을 이용하여 흡음, 단열, 흡진 기능을 갖는 원료조성물을 이루는 것을 특징으로 한다.

폐타이어, 폐폴리에스테르코드사, 흡진재, 단열재, 흡음재.충격음

Description

건축물의 층간소음 저감재 및 그 조성물{Construct Materials and their's Composition for Reducing noise between floors}

도 1 : 소음저감효과 측정 시험성적서.

본 발명은 폐타이어로부터 추출되는 폐폴리에스테르 코드사를 주 성분으로 함유하여 건축물의 층간 흡음재, 자동차 및 열차, 전동차, 전철, 항공기, 선박 등운송수단의 내장용 단열재, 기계류의 진동 흡진재 등으로 사용할 수 있는 폐폴리에스테르 코드사를 주 원료로 함유하여 흡음, 단열, 흡진 기능을 갖는 원료조성물을 제공하고자 하는 것이다.

최근 자동차 산업의 급속한 발전에 따라 그 부산물로 급증하고 있는 폐타이어의 처리는 자원의 효율적인 재 활용이라는 측면과 환경 보존적인 측면에서 조속히 해결되어야 할 과제로 대두되고 있다.

따라서 그동안 폐타이어를 재활용하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 왔고 그 중에서 폐 고무를 이용하여 도로면에 탄성 아스콘재, 건축자재 등에 탄성력을 부여한 탄성재 보도블록, 우레탄칩 보도블록 등 많은 관련기술들이 개발, 보급되어 사용되고 있으나, 폐폴리에스테르는 다른 물질과 좀처럼 용융 또는 혼화되지 않는 특성 등으로 인해 마땅한 그 용처를 찾지 못하고 있는 실정이다.

본원은 폐폴리에스테르사가 가벼우면서도 매우 질긴 성질의 화학 섬유로서 좀처럼 썩지도 않고 소각할 경우 유독성 물질을 배출하여 환경파괴를 유발시키며 다른 물질과 용융 또는 혼화되지 않는 특성 등으로 인해 그 사용처를 찾지 못하던 폐폴리에스테르 코드사의 특성을 활용하여 이를 유용한 자원으로 재활용시켜 아파트나 건축물의 층간 흡음재, 자동차 등 운송수단의 내장용 단열재, 기계류의 진동 흡진재 등으로 활용케 하여 환경오염문제를 해소할 뿐만 아니라 뛰어난 흡음, 단열, 흡진 등의 효능을 부여하고 이러한 효능이 필요한 각종 건축물 관련자재, 철도운송용 자재, 기계용품 자재 등으로 활용될 수 있도록 단열과 흡음, 흡진 기능을 부여하는 원료조성물을 제공하고자 하는 것이다.

일반적으로 폴리에스테르 섬유는 불연성과 단열효과를 갖는 고밀도의 섬유로 형성되며 에스테르기를 연결기로 고분자를 형성한 것을 통상 폴리에스테르로 부르고 있고 이러한 폴리에스테르계 합성섬유는 에틸렌글리콜과 테레프탈산으로 구성되는 것으로 유리섬유에 비하여 다공질이며 부서지는 성질이 없고 무게가 가벼우며 유연성이 풍부하고 다른 복합소재와 함께 사용하면 열전달 현상이 거의 없으므로 단열효과가 높으며 흡음성능도 있는 것으로 평가되어 자동차 타이어의 코드지 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.

자동차 타이어의 외면은 일반 경질 고무로 되어 있으나, 그 내면은 폴리에스테르사, 폴리아미드계 또는 강력 인견 등의 섬유를 특수가공처리 한 보강사로 이루어지게 되며 타이어가 자기의 사명을 다한 후에는 환경오염원으로 남게 되므로 오염원을 해소하며 타이어의 고급 고무소재를 재활용하기 위하여 타이어를 분쇄하게 되는바 폐타이어의 분쇄 과정에서 발생하는 고무소재는 탄성력을 부여하기 위한 소재로 다양하게 재활용되고 있으나 폐고무와 함께 배출되는 내면의 섬유 보강 고무층인 폐폴리에스테르 코드사는 좀처럼 다른 물질과 용융 또는 혼화되지 않는 특성을 가질 뿐 아니라 썩지도 않고 소각할 경우 유독성 물질을 배출하여 환경파괴를 유발시키게 되므로 매립에 의존해야 하는 폐기물로 그 사용처를 찾지 못했던 것을 본원에서는 이 폐폴리에스테르 코드사(이하 폐타이어를 분쇄하여 얻은 폴리에스테르사, 폴리아미드계 또는 강력 인견 등의 섬유보강 코드사를 '폐폴리에스테르사'로 칭함) 를 유용한 자원으로 재활용하고자 하는 것이다.

본원은 폐 타이어로부터 추출되는 페폴리에스테르 코드사가 좀처럼 다른 물질과 용융 또는 혼화되지 않는 물성을 개선시키기 위하여 폐폴리에스테르 코드사 100 중량부에 대하여 경도조절제인 탄산칼슘 50±10 중량부, 생고무나 또는 재생고무 30±5 중량부, 용융조제인 스테아린산 2±0.5 중량부, 가류제로 유황 2±0.5 중량부, 아연화 1±0.5 중량부, 용융촉진제로 T.T(tetramethyl thturamdisulfide) 1±0.5 중량부, 표면활성물질인 슬폰산 나트륨 0.5±0.2 중량부를 포함하여 이루어지는 원료성분을 이용하여 건축물의 층간 흡음재, 자동차 등 운송수단의 내장용 단 열재, 기계류의 진동 흡진재 등으로 유용하게 재활용케 함으로써 상기 폐폴리에스테르 코드사 처리 시 발생되는 환경오염문제 및 매립으로 인한 예산낭비 등을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 페폴리에스테르 코드사의 물성을 살려 유용한 건축자재 및 기계자재를 제공할 수 있게 하고자 하는 것이다.

일반적으로 인간생활의 주변에서 또는 산업분야에서 흔히 방음, 방진용으로 사용되고 있는 고무판 등의 고무제품은 단가도 높을 뿐 아니라 내마모성, 강도 및 경도 등의 물성이 낮아서 쉬 부서지거나 금방 마모되어 장기간 사용에 어려움이 많았었다.

특히, 열차의 고속주행에 의한 구조물의 진동을 완충시키기 위하여 도상 자갈 밑에 적용되는 일명 밸러스트 매트(ballast mat)라고도 하는 도상(道上)매트용으로 지금까지 시판되고 있는 고무판의 경우 요구되는 인장강도, 압축영구변형률, 신장률, 내수성 및 피로강도 등의 성질을 완전히 충족시키는 조건을 찾기가 어려웠으며, 더욱이 이러한 물성을 완비한 고무제품을 생산하려면 많은 비용이 들어 실제 적용에 있어 한계가 있어 왔다.

본 발명에 의한 폐폴리에스테르를 이용한 방음, 단열, 방진재는 폐폴리에스테르 코드사 100 중량부에 대하여 경도조절제인 탄산칼슘 50±10 중량부, 생고무나 또는 재생고무 30±5 중량부, 용융조제인 스테아린산 2±0.5 중량부, 가류제로 유황 2±0.5 중량부, 아연화 1±0.5 중량부, 용융촉진제로 T.T(tetramethyl thturamdisulfide) 1±0.5 중량부, 표면활성물질인 슬폰산 나트륨 0.5±0.2 중량부 를 포함하여 이루어진 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.

즉 본원의 폐폴리에스테르를 이용한 방음, 단열, 방진재의 제조공정을 기술하여 보면, 폐폴리에스테르를 이용한 폐폴리에스테르 코드사 100 중량부에 대하여 탄산칼슘 50±10 중량부, 생고무나 또는 재생고무 30±5 중량부, 용융조제인 스테아린산 2±0.5 중량부, 안정제로 아연화 1±0.5 중량부, 용융촉진제로 T.T(tetramethyl thturamdisulfide) 1±0.5 중량부, 표면활성물질인 슬폰산 나트륨 0.5±0.2 중량부를 니이더(kneader)에 넣고 10-20분간 잘 혼련하는 공정;

혼련된 혼합물을 2개의 로울러 사이를 통과시켜 시이트(sheet)상태로 만들면서 그 위에 유황가루를 1.5~2.5 중량 부를 분무하여 상기 혼합물 내에 골고루 완전히 혼화되도록 반복하여 일정한 압력으로 유지된 상기 로울러 사이를 통과시키는 공정;

시이트 상태의 혼합물을 원하는 용도에 따라 압연성형(calendering), 압출성형(extruding), 금형성형(molding) 등에 의해 성형시키는 공정; 성형 후 통상의 가황공정(vulcanization process), 건조공정 및 각 용도에 따른 마무리공정을 거침으로써 방음, 단열, 방진재의 최종제품을 얻을 수 있다.

상기의 원료조성비는 각각 사용하는 원료의 상한 또는 하한을 넘는 경우에는 신장률과 영구 압축력이 낮아지고 원하는 제품 물성을 충족시킬 수가 없어 부적당하며, 또 상기 상한을 초과할 경우에는 다른 성분과의 조화가 이뤄지지 않으므로, 상기 범위 내에서 조정되는 것이 바람직하다.

본원의 주 원료인 폐폴리에스테르 코드사는 폐타이어의 분쇄 시 연쇄적으로 발생되는 0.01 ∼ 3.0mm 직경의 분쇄입자를 재가공 없이 그대로 재활용할 수 있는바 본원의 폐폴리에스테르 코드사의 사용량은 고무 사용량의 3~4에 이르는 코드사 배합이 적당하며 4배 이상을 초과할 경우에는 비중은 가벼우나 고무제품으로서 내압성이 떨어지므로 상기 범위 내로 첨가되는 것이 바람직하다.

본원에서의 사용하는 고무류는 생고무나 재생고무, 폴리우레탄류가 사용 가능하며, 경도조절제 및 보강제로 탄화마그네슘을 사용하게 되는바, 일례로 경탄의 경우 그 사용량이 많으면 성형이 어렵고 최종제품이 너무 딱딱해지며 사용량이 적을 경우에는 물러지는 등 문제점이 발생하므로 상기 비율이 지켜지는 것이 바람직 하며 안정제로 아연화, 용융조제로 스테아린산, 용융촉진제로 T.T(tetramethyl thturamdisulfide), 표면활성물질로 슬폰산 나트륨 등을 상기 조성비로 사용하는 것이 최종제품의 물리적 성질을 안정되게 하여 줄 뿐만 아니라, 소정의 강도를 부여하며, 또 원자재의 투입율을 최적의 상태로 유지 및 감소시켜 줌으로써 원하는 흡음, 단열, 흡진의 효율을 얻으면서 제조단가는 낮춰줄 수 있는 최적의 조성비를 이룰 수 있음을 확인하고 발명을 완성하게 되었다.

상기 술폰산 나트륨(R-SO 3 Na)은 화학세제를 만드는 주요원료로서 R은 표면 활성화 물질인 라우릴기를 말하는데, 상기 술폰산 나트륨(R-SO 3 Na)을 사용하여 제조된 세제(고체 및 가루비누 등)를 그 대체소재로 사용할 수도 있는바 술폰산 나트륨(R-SO 3 Na)은 분산시키고자 하는 폴리에스테르 코드사 입자의 점성을 유지 및 강화시켜 주기 위하여 표면활성화 물질로 작용하게 된다.

본원의 조성물이 건축물의 방음재로서 그 유용성을 입증하기 위하여 건축물 에서 발생하는 층간 소음을 저감시키기 위한 층간소음 저감재로 적용한 예를 기재하고자 한다.

일반적으로 각종 건축물 즉 아파트, 빌라, 다세대 주택 등의 공동주택, 오피스텔 및 학교 등의 건축물이 대형화, 고층화 및 고급화되면서 직하층의 거주자나 이용자에게 직상층에서 발생한 바닥 충격 및 기타 소음이 그대로 전달되어 이에 따른 피해가 발생되고, 때로는 분쟁으로 비화되어 새로운 사회문제 및 환경문제로 대두되고 있는 오늘의 현실이다.

이는 공동주택이 대량으로 공급되기 시작 된 이후 현재까지 대부분의 건축물이 경제성과 대량 공급성을 위하여 콘크리트 구조물로 건설되고 있음은 주지하는바와 같으나, 콘크리트는 재료 특성상 동일한 두께의 다른 재료보다 공기를 매체로 전달되는 소음에 대해서는 저감성이 양호하지만, 콘크리트에 충격이 직접 가해짐에 따라 발생하는 충격음은 인접세대 및 하층에 쉽게 전달되는 특성을 갖고 있기 때문이다.

이와 같은 소음은 크게 경량충격음과 중량충격음으로 나누어볼 수 있는데, 경량충격음은 접시, 수저 떨어지는 소리, 의자당기는 소리, 플라스틱 샌달로 온돌 마루를 걷는 소리 등 "딱딱", "쨍" 하는 고음으로서 탭핑머신을 충격원으로 사용하여 측정되는 충격음이며, 중량충격음은 아이들 뛰는 소리, 달리기, 보행, 농구공 낙하 등 "쿵" 하는 저음으로서 타이어를 충격원으로 사용하여 측정되는 충격음이다.

산업사회의 발달과 더불어 대단위 아파트가 건설되고 아파트 입주자 끼리 각 층간의 충격소음으로 인한 분쟁이 끊임없이 제기되자 정부에서는 2004년 3월에 '공동주택 바닥충격음 차단구조 인정 및 관리기준’을 건설교통부고시로 ‘건축물 표준 바닥 구조안'을 제시하면서 슬라브 두께를 180㎜로 규정하고, 층간 소음규제를 경량충격음(의자를 끌거나, 물건을 떨어뜨릴 때 나는 소음 등)을 58데시벨(dB) 이하로 고시하였고, 중량충격음(사람이 뛰거나 굴리는 소리)을 50데시벨 이하로 규정하면서, 경량 충격음은 바로 적용하고 중량충격음은 2005년 7월에 시행하는 법안을 제정하기에 이르렀다.

이러한 '표준 바닥 구조안'을 적용할 경우 건설업체는 건축물을 축조 시 슬라브 두께를 180㎜로 하여 시공을 행하거나, 슬라브의 두께를 임의로 채택하되 경량소음 58dB이하, 중량소음 50dB 이하의 기준을 맞추어 시공을 행하여야 하므로, 결국 슬라브 두께를 두껍게 하자면 건축비가 많이 소요되는 관계로 소음감소 기준은 건설업자들에에 최 우선적으로 시급히 해결하여야 할 현안과제로 대두 되었다.

따라서 건축물의 층과 층 사이에 경량충격음과 중량충격음을 저감시키고자 하는 문제는 건설회사의 오랜 과제였고 그동안에도 이러한 요구에 부응해 보고자 층간 소음을 저감시키기 위하여 유리면사로 형성되는 보드와, 보드내부로 탄성부재를 내장시키는 층간소음 저감재가 개시되었으나 유리면사가 수분에 매우 취약한 단점을 갖고 있으며 그 효과가 크지 않고, 또한 최근 유리섬유나 암면은 발암물질을 함유하여 세계적으로 그 사용이 규제되고 있으며 시공환경이 나빠 사용을 기피하고 있으며 우리나라는 특유의 경량기포 콘크리트 타설공법을 사용하므로 더욱 유리면사를 적용하기 어려운 상황이었다.

한편 다른 대용품으로 고무방진판과 스티로폴 등이 제시되고 있으나 스티로폴은 단열성은 우수하나 방음, 방진 성능이 나오지 않아 방진재로 사용하는 것은 불가능하며, 고무방진판으로 폐타이어 분쇄물로 분쇄고무칩을 타르타르산 수용액으로 된 경화촉진제와 우레탄계 바인더를 배합한 고무제 방음방진재가 개시되어 일부 사용되고 있으나 가격이 고가임과 번거로운 공정에 비해 그 방음효과가 크지 않음에 적용이 어려운 상황이었다.

본원에서는 상기 종래 층간 방음재들이 갖는 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 본원의 폐폴리에스테르를 이용한 방음재를 제공하고자 아래의 제조공정을 거쳐 방음재를 얻고 그 방음성능을 실험하고자 하였다.

건축물 층간 소음 저감재 제조 실시예

폐 타이어의 분쇄물로 부터 얻은 0.01 ∼ 3.0mm 직경의 분쇄입자 폐폴리에스테르 코드사 100 ㎏에 탄산칼슘 50 ㎏, 폐 타이어의 분쇄물인 고무칩 30 ㎏, 용융조제로 스테아린산 2 ㎏, 안정제로 아연화 1 ㎏, 용융촉진제로 T.T(tetramethyl thturamdisulfide) 1 ㎏, 표면활성물질인 슬폰산 나트륨 0.5 ㎏ 을 니이더(kneader)에 넣고 30정도 충분히 혼련하고, 혼련된 혼합물을 2개의 로울러 사이를 통과시켜 시이트(sheet)상태로 만들면서 그 위에 유황가루를 2.0 ㎏ 를 분무하여 상기 혼합물 내에 골고루 완전히 혼화되도록 반복하여 일정한 압력으로 유지된 상기 로울러 사이를 통과시키고 는 공정;

시이트 상태의 혼합물을 아파트 건축물 층간 방음재로 활용하도록 가로×세로×높이=450×450×10㎜ 의 규격으로 만들어 방음 성능을 실험을 위한 RP-Mat 시 이트로 제조 하였다.

방음성능실험

상기 방법으로 제조된 시료의 소음차단효과를 알아보기 위하여 서울산업대학교 부설 건설기술연구소에 시료시편을 제출하여 공동주택 상하층간 바닥충격음을 저감시키기 위해 시공되는 단열완충재의 성능평가를 위해 밀도, 흡수량, 동탄성계수, 손실계수, 열전도율, 가열 후 치수안정성 등의 항목에 대하여 시험을 의뢰하였으며 시험결과 아래의 결과치를 얻었다.

시험결과

시험항목 및 시험규정	시험 결과	평가 기준
밀도 [KS M ISO 845]	554.2 kg/m²	·
동탄성계수 [KS F 2868]	38.0 x 10⁵ N/m²	40 × 10⁵ N/m² 이하
손실계수 [KS F 2868]	0.28	0.1 ~ 0.3
가열 후 치수안정성 [KS M ISO 4898]	치수변화없음	5% 이하
흡수량 [KS M ISO 4898]	3.6% (v/v)	4% (v/v) 이하
동탄성계수(가열 후) [KS F 2868]	34.4 x 10⁵ N/m²(9% 변화)	가열전원 20% 이하
손실계수(가열 후) [KS F 2868]	0.29	0.1~ 0.3
열전도율 [KS F 2463]	0.051 W/m·K	단열기준에 준함

건설교통부 고시 제2004-71호 "공동주택 바닥충격음 차단구조인정 및 관리기준" 제28조에 따르면 (표준바닥구조용 완충재의 성능평가항목 및 기준) 별표 5의 표준바닥구조에 사용하는 바닥 설치용 완충재의 경우 다음 각호에서 정하는 기준에 적합한 재료를 사용하여야 하며, 벽에 설치하는 측면 완충재는 동탄서계수 150MN/m² 이하, 두께 5mm 이상의 재료를 사용하여야 한다는 기준이 제시되고,

1. 밀도는 KS M 845에서 정하고 있는 시험방법에 따라 측정하여야 하며, 시험결과에는 완충재의 구성상태나 형상에 대한 설명이 포함되어야 한다.

2. 동탄성계수와 손실계수는 KS F 2868에서 정하고 있는 시험방법에 따라 측정한 값이 동탄성계수는 40 MN/m² 이하, 손실계수는 0.1 내지 0.3의 범위내이어야 한다.

3. 흡수량은 KS M ISO 4898에서 정하고 있는 시험방법에 따라 측정한 값이 4% v/v 이하이거나 현장 적용시 물이 침투되지 않는다는 것이 보장(시공방법의 제시를 포함한다.)되어야 한다.

4. 가열 후 치수안정성은 KS M SIO 4898에서 정하고 있는 시험방법에 따라 측정한 값이 5% 이하이어야 한다.

5. KS M ISO 4898에서 정하고 있는 치수안정성 시험방법(70°C, 48시간 가열)에 따라 가열하고 난 후 완충재의 동탄성계수는 가열하기 전 완충재의 동탄성계수보다 20%를 초과하여서는 아니되며, 손실계수는 0.1 내지 0.3의 범위내이어야 한다. 라는 규격을 제시하고 있는바, 본원에서 제조한 시료편을 상기의 모든 요구조건을 충족하는 것으로 평가받고 있음을 별첨 시험성적서에 밝히고 있다.

이와 같이 본원의 폐폴리에스테르섬유를 주성분으로 함유하는 흡음, 단열, 흡진 기능을 갖는 원료조성물은 폐폴리에스테르사가 매우 질긴 성질의 화학 섬유로서 좀처럼 썩지도 않고 소각할 경우 유독성 물질을 배출하여 환경파괴를 유발시키며 다른 물질과 용융 또는 혼화되지 않는 특성 등으로 인해 그 사용처를 찾지 못하던 폐폴리에스테르 코드사의 특성을 활용하여 이를 유용한 자원으로 재활용시켜 아파트나 건축물의 층간 흡음재, 자동차 내장용 단열재, 기계류의 진동 흡진재 등으로 활용케 하여 환경오염문제를 해소할 뿐만 아니라 뛰어난 흡음, 단열, 흡진 등의 효능을 부여하여 산업용 고무판으로 카스토퍼, 보도블록, 샌드위치패널, 고무방진재, 팩킹재, 골프장매트 등 다양한 용도의 고무제품으로도 유용하게 사용될 수 있다.

Claims

폐타이어로부터 추출되는 폐폴리에스테르 코드사를 주 성분으로 함유하여 흡음, 단열, 흡진 기능을 갖는 원료조성물에 있어서,

폐폴리에스테르 코드사 100 중량부에 대하여 탄산칼슘 50±10 중량부, 생고무나 또는 재생고무 30±5 중량부, 스테아린산 2±0.5 중량부, 유황 2±0.5 중량부, 아연화 1±0.5 중량부, T.T(tetramethyl thturamdisulfide) 1±0.5 중량부, 슬폰산 나트륨 0.5±0.2 중량부를 포함하는 원료성분을 갖고 흡음, 단열, 흡진 기능을 갖는 원료조성물.
폐타이어로부터 추출되는 폐폴리에스테르 코드사를 주 성분으로 함유하여 건축물의 층간소음 저감제를 제조하는 방법에 있어서,

폐폴리에스테르 코드사 100 중량부에 대하여 탄산칼슘 50±10 중량부, 생고무나 또는 재생고무 30±5 중량부, 스테아린산 2±0.5 중량부, 아연화 1±0.5 중량부, T.T(tetramethyl thturamdisulfide) 1±0.5 중량부, 슬폰산 나트륨 0.5±0.2 중량부를 니이더(kneader)에 넣고 30정도 충분히 혼련하고, 혼련된 혼합물을 2개의 로울러 사이를 통과시켜 시이트(sheet)상태로 만들면서 그 위에 유황가루를 2±0.5 중량부 를 혼화시키고 압연시켜 시이트 상태의 층간소음 저감재를 얻는 것을 특징으로 하는 건축물의 층간소음 저감재 제조방법.
제2항의 제조방법에 의해 만들어진 건축물의 층간소음 저감재.