KR100717295B1 - 퍼라이트를 이용한 흡음재 및 그 제조방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로 방음벽에 이용하기 위한 흡음 판재를 무기질인 퍼라이트를 이용하여 제작하는 것에 관한 것으로, 흡음과 차음기능을 동시에 가질 수 있도록 한 것으로, 시멘트 100중량부에 시멘트 혼화용 폴리머 1∼100중량부와 퍼라이트 50∼200중량부를 혼합하는 단계와, 혼합된 혼합물을 형틀에 투입하여 가압 성형하는 단계와, 성형된 성형물을 양생하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 퍼라이트를 이용한 흡음재 및 그 제조방법이다.

흡음재, 퍼라이트, 흡음, 차음, 동결융해

Description

퍼라이트를 이용한 흡음재 및 그 제조방법.{Board using peright and method of producing thereof}

본 발명은 도로 방음벽에 이용하기 위한 흡음 판재를 무기질인 퍼라이트를 이용하여 제작하는 것에 관한 것으로, 흡음과 차음기능을 동시에 가질 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 도로변이나 철도변에서는 차량 통행으로 인한 소음이 매우 심해 그 인접지역에 거주하는 사람들은 극심한 소음공해에 시달리게 되며, 대형 공장 등의 주변도 마찬가지로 공장가동에 따른 소음피해의 대상이 되고 있음은 물론이다.

그리고 이와 같은 소음문제는 산업화 및 도시화에 따라 점차 악화되고 있는 추세에 있다.

이에 따라 주거지역에 인접한 도로변과 철도변 등에는 인접지역으로의 소음확산을 차단하기 위한 방음벽이 설치되고 있는데, 이러한 방음벽은 상호 조립 가능한 적정크기의 패널들로 구성하여 기초 콘크리트에 일정 간격으로 설치된 H빔 등의 지주들 사이에 적층형태로 설치함으로써 벽체를 구성하게 되는 것이다.

그리고 상기 방음벽은 소음차단 방식에 따라 반사형과 흡음형으로 대별된다. 반사형은 차량에서 나온 소음을 방음벽에 의해 반대쪽으로 반사하는 방식으로 강변도로에 접한 아파트처럼 도로 한쪽에만 주거지가 있는 경우에 도로와 주거지 사이에 설치되고, 흡음형은 음파를 내부 흡음재에 의해 자체적으로 흡수, 감소시키는 방식으로 도로의 양쪽에 주거지역이 있는 경우에 설치되며, 차량 소음은 방음벽에 부딪힌 후 에너지를 잃어 반사되는 소음레벨 자체가 감소되도록 하는 것이다.

상기 흡음재는 크게 5가지로 구분되는바, 먼저 다공질재는 가는 섬유로 구성된 흡음재로써 다수의 작은 공극을 지니고 있으며 관련 제품으로는 유리면이나 암면 등이 있고, 연질성형판재는 섬유를 원료로 하여 판상으로 성형한 것으로 다수의 공극을 지니고 있으며 제품으로는 연질성형판재가 있다.

또한, 구멍판재는 경질판에 다수의 구멍을 관통시킨 것으로 구멍과 배후 공기층으로 구성되어 있으며, 제품으로는 구멍판재, 구멍합판, 구멍석고보드, 구멍알루미늄판 등이 있다. 그리고 유연재는 발포한 탄성체로 만들어진 흡음재로 다수의 기포로 구성되고, 연질 우레탄폼 제품 등이 있으며, 판상재는 경질판이나 막으로 구성된 흡음재로서 소재 자체에 공극이 없기 때문에 배후 공기층과 함께 구성되고, 제품으로는 합판, 석고보드, 석면시멘트판 등이 있다.

이상의 기존 흡음패널들 중에서는 난연 및 불연 특성을 갖는 무기소재 제품들도 있으나 가장 널리 사용되고 있는 흡음소재, 즉 폴리에스테르 흡음재의 경우 유기소재가 갖는 가장 큰 문제점인 불연성 결여가 가장 큰 문제점으로 대두되고 있 으며, 주파수 대역에 따른 흡음률 저하 역시 매우 큰 문제점으로 지적되고 있다.

그리고 도로방음벽에 사용되는 흡음재는 거의 폴리머 계통의 유기질로서 단가가 비싸며, 내구성면에서 우수하지 못하다는 문제점이 있으며, 많은 공극을 포함하기 때문에 장기적으로 우수 및 겨울철의 동해에 대한 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 종래의 흡음재가 갖는 제반문제점을 해결하기 위하여, 퍼라이트의 기공을 최대한으로 확보하여 시멘트로 결합시키는 것은 물론, 시멘트 혼화용 폴리머를 혼입함으로써, 결합재로서 시멘트를 이용함에 따라 경제성이 우수하도록 하고, 시멘트 혼화용 폴리머를 이용하여 동결융해 저항성을 개선하도록 하여 종래의 흡음재에 비하여 가격과 성능면에서 뛰어난 퍼라이트를 이용한 흡음재 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 퍼라이트를 이용한 흡음재의 제조방법은, 시멘트 100중량부에 시멘트 혼화용 폴리머 1∼100중량부와 퍼라이트 50∼200중량부를 혼합하는 단계와,

혼합된 혼합물을 형틀에 투입하여 가압 성형하는 단계와,

성형된 성형물을 양생하는 단계를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기와 같은 제조방법으로 되는 흡음재는 시멘트 100중량부, 시멘트 혼화용 폴리머 1∼100중량부 및 퍼라이트 50∼200중량부로 이루어진다.

또한, 상기 시멘트 혼화용 폴리머는 수성분산제 또는 재유화형 분말수지를 사용한다.

그리고 상기 수성분산제는 스티렌 부타디엔 고무 라텍스, 폴리 아크릴산 에스테르, 퓨어 아크릴, 에틸렌 초산 비닐, 스티렌-아크릴 공중합체 및 에폭시 에멀젼 중 선택된 어느 하나의 화합물을 사용하고,

상기 재유화형 분말수지로는 에틸렌 초산 비닐, 초산비닐-비닐바사데이트, 메크릴산 메틸-아크릴산부틸 및 스티렌-아크릴산 부틸 중 선택된 어느 하나의 화합물을 사용한다.

이하 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

먼저, 흡음재의 제조방법에 대해 설명한다.

시멘트 100중량부에 시멘트 혼화용 폴리머 1∼100중량부와 퍼라이트 50∼200중량부를 혼합한다. 이때 먼저 시멘트와 시멘트 혼화용 폴리머를 혼합한 후 퍼라이트를 혼합하여 혼합이 용이하도록 하는바, 시멘트와 시멘트 혼화용 폴리머를 혼합할 시에는 별도의 착색제와 물을 혼합할 수 있는 것은 당연하다. 사용되는 물의 양 과 착색제 등의 필요에 따라 적절히 조절하는 것인 바, 폴리머의 사용량에 따라 물의 배합을 조절하도록 한다.

상기 시멘트 혼화용 폴리머로는 수성분산제 또는 재유화형 분말수지를 사용할 수 있는바, 상기 수성분산제로는 스티렌 부타디엔 고무 라텍스(SBR, Styrene Butadien Rubber latex), 폴리 아크릴산 에스테르(PAE, Poly Arcylic Ester), 퓨어 아크릴(PA, Pure Acrylate), 에틸렌 초산 비닐(EVA, Ethylene Vinyl Acetate), 스티렌-아크릴 공중합체(St/Ac, Styrene-Arcylic Copolymer) 및 에폭시 에멀젼(EP, Epoxy Emulsion) 중 선택된 어느 하나의 화합물을 사용할 수 있다.

그리고 상기 재유화형 분말수지로는 에틸렌 초산 비닐(EVA, Ethylene Vinyl Acetate), 초산비닐-비닐바사데이트(Va/VeoVa, Vinyl Acetate-Vinyl Versatate), 메크릴산 메틸-아크릴산부틸(MMA/BA, Methyl Methacrylate-Butyl Acrylate) 및 스티렌-아크릴산 부틸(St/BA, Styrene-Bytyl Acrylate)) 중 선택된 어느 하나의 화합물을 사용할 수 있다.

상기와 같이 시멘트와 시멘트 혼화용 폴리머가 완전히 혼합되어 슬러리가 완성되면 이에 퍼라이트를 혼합하여 혼합물을 준비한다.

그리고 상기 시멘트 혼화용 폴리머의 조성비가 1중량부 미만이 되면 흡음재의 성능개선 효과가 거의 없게 되며 100중량비를 초과하면 과량이되어 추가적인 성능개선 효과 없이 가격만 상승하여 가격경쟁력이 좋지 못하게 되고, 퍼라이트가 50중량부 미만이 되면 상대적으로 결합재의 양이 너무 많아 요구되는 효과가 나타나지 않으며 100중량부를 초과하면 상대적으로 결합재의 양이 적어지게 되어 결합력 이 좋지 못한 문제가 있으므로, 그 조성비를 시멘트 100중량부에 시멘트 혼화용 폴리머 1∼100중량부와 퍼라이트 50∼200중량부로 하는 것이 가장 바람직하다.

상기한 방법으로 혼합물이 준비되면, 이를 형틀에 넣고 가압하여 패널로서 성형한다.

이때 상기 성형압력은 30000∼35000kgf/㎡ 으로 하는바, 압력이 30000kgf/㎡ 미만이면 강도가 좋지 못하고 35000kgf/㎡를 초과하면 투수성이 좋지 못하므로, 성형압력을 30000∼35000kgf/㎡로 한다.

성형이 완료되면 성형된 성형물을 탈형하여 양생하는 데, 결합재로서 시멘트를 사용하였으므로 기본양생기간은 28일이 되고 양생방법은 2일 기중양생(20℃) 후 5일 수중양생(20℃)하고 다시 21일 기중양생(20℃)하는 방법이 가장 유효하나, 28일간 기중양생하는 것도 가능함은 물론이다.

그리고 상기 양생방법으로 상기한 방법을 선택한 이유는 시멘트와 폴리머의 두가지 특성을 만족시키기 위한 양생 방법을 선택하기 위함으로, 시멘트는 초기 수분이 많아야 수화가 잘되어 강도가 발현되지만, 폴리머는 건조되어야만 강도 증진 효과 및 동결융해 저항성이 높아지기 때문이다.

상기와 같이 양생된 흡음재는 시멘트 100중량부, 시멘트 혼화용 폴리머 1∼100중량부 및 퍼라이트 50∼200중량부로 이루어지는 것으로, 비용이 저렴하여 대량생산이 가능하면서도 물성이 우수하며, 흡음 및 차음효과를 갖는 것이다.

본 발명의 주요 조성물인 퍼라이트에 대해 설명하면 다음과 같다.

퍼라이트는 진주암이라는 화산활동으로 생성된 천연광물을 고온에서 수십배로 체적을 팽창시켜 만든 초경량 다공질의 백색 입자로서 현재 여러 산업분야에 널리 사용되고 있다. 그리고 퍼라이트는 흡음재로서 유리한 초경량 개기공(Open Cell)조직을 가지고 있고, 백색의 화학적으로 안정된 미분말로 다른 재료와 배합해 사용하는데 적합한 성질이 있으며, 경량이면서 단열성이 우수하여 건축, 토목분야에서 경량단열 모르타르 및 경량콘크리트 재료로도 널리 사용되고 있다.

하기 표1은 퍼라이트의 물리적 성질을 나타낸 것이다.

퍼라이트의 물리적 성질

입자크기 (mm)	조립율	단위용적중량 (kg/l)	흡수율 (%)	밀도 (g/㎤)
2.5 이하	3.75	0.17	200∼300	0.11

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예 및 비교예를 하기 표2와 같은 배합으로 제조하였다. 양생은 28일 기중양생하였다.

각 실시예 및 비교예에 따른 배합비(단위: g)

구분	시멘트	물	폴리머(아크릴)	퍼라이트
실시예1	600	240	120	320
실시예2	600	1120	240	320
비교예1	600	650	-	160
비교예2	600	325	-	160
비교예3	600	175	475	160
비교예4	600	325	325	160
비교예5	600	530	120	160
비교예6	600	410	240	160
비교예7	600	325	325	160

그리고 비교예8과 비교예9로 시중에서 판매되는 ALC와 셀스톤을 동일한 크기의 시험편으로 제작하였다.

상기와 같이 제조된 각 실시예 및 비교예의 단위용적중량을 측정하였다.

상기 단위용적 중량은 공시 체 제작 후 절건 상태에서 실험하였으며, 시험편의 크기는 4×4×4㎝로 하였다.

각 실시예 및 비교예에 따른 단위용적중량 측정결과(단위: g)

구분	단위용적중량(g/㎤)	구분	단위용적중량(g/㎤)
실시예1	0.64	비교예5	0.50
실시예2	0.63	비교예6	0.64
비교예1	0.57	비교예7	0.63
비교예2	0.64	비교예8	0.53
비교예3	0.49	비교예9	0.23
비교예4	0.47

건축재료 중 흡음재는 조직구조에 많은 기공이 존재하여야 하기 때문에 공시체의 단위용적중량을 측정하여, 같은 강도라면 단위용적중량이 작게 배합설계를 해야하는 바, 상기 표3에서 알 수 있는 바와 같이 실시예1과 2는 비교예들에 비하여 단위용적중량이 비슷하거나 약간 크다는 사실을 알 수 있었으나, 유의한 차이를 보이지는 않았다.

그리고 방음벽에 사용되는 흡음재는 구조재가 아니기 때문에 강도에는 문제점이 없으나 내구성 측면에서 일정한 강도를 보유하여야 하기 때문에 압축강도 및 휨강도를 측정하여 하기 표4에 나타내었다. 먼저 시험편의 크기를 4×4×16㎝으로 하여 휨강도를 측정한 후, 그 절편(4×4×4㎝)을 이용하여 압축강도를 측정하였다.

각 실시예 및 비교예에 따른 압축강도 및 휨강도 측정결과.(단위:kgf/㎠)

구분	압축강도	휨강도	구분	압축강도	휨강도
실시예1	42	22.5	비교예5	20	13.2
실시예2	48	25.0	비교예6	17	15.3
비교예1	25	12.1	비교예7	26	49.1
비교예2	27	11.3	비교예8	37	16.0
비교예3	22	19.0	비교예9	13	4.8
비교예4	17	18.0

상기 표5에서 알 수 있는 바와 같이 실시예1,2는 압축강도와 휨강도가 모두 우수함을 확인할 수 있었다.

그리고 동결융해시험을 실시하였는 바, 동결융해시험은 방음벽에 설치하는 흡음재로서 중요한 요인으로서, 우리나라에서는 겨울철의 동결융해 작용이 심해 외장재료에 커다란 열화요인이 되고 있다. 일반적으로 강한 시멘트 콘크리트의 경우 300사이클(-18℃∼+2℃; 1사이클 ; 약 4시간)까지 시험하지만 본 연구에서는 비교시험으로 셀스톤이 붕괴되는 사이클로 설정하였다.(-18℃∼+2℃ 반복, 90사이클, 후 중량변화율)

각 실시예 및 비교예에 따른 동결융해시험 결과.(단위:%)

구분	중량변화율
실시예1,2 및 비교예1~7	-1.5~+2.0
비교예8	-5.2
비교예9	-60

상기 표6에서 알 수 있는 바와 같이 실시예들은 비교예8, 9에 비하여 중량변화율이 아주 작음을 알 수 있었다.

또한, 본 발명에 따른 흡음재의 흡음률을 측정하기 위하여 실시예1과 동일한 방법으로 시험편(실시예3)을 제작하되, 그 배합을 시멘트 2500g, 폴리머 1000g, 퍼라이트 2500g, 물 700g을 혼합하여 48×48×5의 크기를 갖는 패널을 제작하였다.

상기 배합은 패널 1개를 만들 수 있는 양으로서 이를 다수 개 제작하여 면적 11.8㎡을 조립하였다. 이때 흡음판은 실제 도로에 설치되는 실정에 맞도록 전체두께 95mm 중 흡음재 50mm이고 중간에 공기층이 형성되며 배면판으로 아연도 강판 1.6mm가 되도록 구성하였다.

시험방법은 KS F 2805:2004(잔향실험 흡음률 측정방법)에 의해 실시하였으며, 시험환경은 온도 16℃, 상대습도 58%였다.

그 시험결과는 하기 표7에 나타내었다.

실시예 3에 따른 흡음률 측정결과.

주파수(Hz)	흡음계수	주파수(Hz)	흡음계수
100	0.11	800	0.65
125	0.17	1000	0.57
460	0.26	1250	0.59
200	0.38	1600	0.69
250	0.84	2000	0.77
315	0.87	2500	0.69
400	1.08	3150	0.67
500	0.90	4000	0.72
630	0.70	5000	0.73

상기 표7에서 알 수 있는 바와 같이 잔향실험에 의한 흡음률은 흡음계수 0.77을 나타내 흡음형 방음벽의 흡음률 기준 0.70보다 높은 흡음률을 나타냈다. 그리고 저주파수 영역 (250-500Hz)에서 흡음계수가 0.84-1.00으로 매우 높게 나타났으며 고주파 영역에서도 0.57-0.77 정도로 비교적 높은 흡음률을 나타냈다.

이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 퍼라이트를 이용한 흡음재 및 그 제조방법에 의하면, 퍼라이트에 결합재인 시멘트와 폴리머를 혼합하여 흡음재를 제조함으로써, 종래의 도로방음벽용 흡음재료에 비해 성능과 경제성이 우수할 뿐만 아니라, 특히 폴리머에 의한 동결융해 저항성이 향상되어 내구연한을 길게 할 수 있게 되는 등의 유용한 효과를 제공한다.

Claims (8)

1. 퍼라이트를 이용한 흡음재의 제조방법에 있어서,

   시멘트 100중량부에 시멘트 혼화용 폴리머 1∼100중량부와 퍼라이트 50∼200중량부를 혼합하는 단계와,

   혼합된 혼합물을 형틀에 투입하여 가압 성형하는 단계와,

   성형된 성형물을 양생하는 단계를 포함하여 이루어지며,

   상기 시멘트 혼화용 폴리머는 재유화형 분말수지이고,

   상기 재유화형 분말수지는 에틸렌 초산 비닐, 초산비닐-비닐바사데이트, 메크릴산 메틸-아크릴산부틸 및 스티렌-아크릴산 부틸 중 선택된 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 퍼라이트를 이용한 흡음재의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 퍼라이트를 이용한 흡음재에 있어서,

   시멘트 100중량부, 시멘트 혼화용 폴리머 1∼100중량부 및 퍼라이트 50∼200중량부를 포함하여 이루어지며,

   상기 시멘트 혼화용 폴리머는 재유화형 분말수지이고,

   상기 재유화형 분말수지는 에틸렌 초산 비닐, 초산비닐-비닐바사데이트, 메크릴산 메틸-아크릴산부틸 및 스티렌-아크릴산 부틸 중 선택된 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 퍼라이트를 이용한 흡음재.
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