KR100975903B1 - 열경화성수지를 이용한 방음벽 제조용 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열경화성수지를 이용한 방음벽 제조용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, TPA(Terephthalic Acid), MA(Methylacetate), NPG(Neopentylglycol), PG(Propyldimethicone)를 기본원료로 하는 에스테르 반응물로서, 불포화도 33%, 경화발열온도 210℃인 불포화 폴리에스테르수지:20-25중량%와; 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐아세테이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 저수축제:5-10중량%와; 성형시 금형과의 접착을 방지하도록 첨가되는 이형제:2-3중량%와; 탄산칼슘 또는 수산화알루미늄 중 어느 하나로 이루어진 충진제:30--40중량%와; 점도를 높여 성형성을 좋게 하는 촉매제:1-2중량%와; 착색을 위해 안료를 불포화 폴리에스테르수지에 분산시킨 페이스트상으로 된 착색제:2-3중량%와; 보강제인 유리섬유:30~40중량%로 구성된 방음벽 제조용 조성물을 제공하고, 이를 통해 보다 가볍고 다양한 자연친화적인 무늬 패턴을 갖는 방음벽을 제조할 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 열경화성수지 복합소재로 방음벽을 제조할 수 있어 가볍고, 성형이 쉬워 다양한 친환경적인 외관 무늬 패턴을 형성할 수 있음은 물론 설치가 쉽고, 내풍압성과 내충격성이 높은 자연친화적인 방음벽을 얻을 수 있다.

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Description

열경화성수지를 이용한 방음벽 제조용 조성물 및 그 제조방법{COMPOSITION AND MTEHOD FOR MANUFACTURING SOUND PROOF WALL USING THERMOSETTING COMPLEX MATERIALS}

본 발명은 열경화성수지를 이용한 방음벽 제조용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내풍압성을 갖도록 충분한 구조강도를 확보하면서 천연대리석 패턴이 가능하고 위생적이며 조립시공이 용이한 열경화성수지를 이용한 방음벽 제조용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 방음벽(防音壁, sound proof wall)은 외부에서 들어오는 음이나, 실내에서 다른 곳으로 발산되는 음을 차단하기 위해서 설치하는 벽을 말하는 것으로, 주로 소리를 차단하기 위해 설치한 벽은 모두 방음벽이라 한다.

이러한 방음벽은 소음 차단이 주된 목적이기 때문에 소음이 발생하는 위치에서 그 소음을 듣는 사람이 있는 장소 사이에 설치되며, 도로 옆에 설치되는 대형 방음벽 등이 대표적이다.

이때, 소리는 파동 형태로 전달되기 때문에 파동 법칙을 고려해서 방음벽을 제작하게 되며, 때문에 높이를 높게 만들거나 두께를 두껍게 만드는 것이 일반적이 고, 또한 음파를 흡수할 수 있는 특수한 구조나 재료를 사용해서 제작하기도 한다.

예컨대, 방음벽은 소음을 가장 많이 받는 위치인 '수음점(受音点)'을 고려해 음을 얼마나 흡수할 수 있느냐 하는 흡음률, 벽을 통과한 소음이 얼마나 줄어드느냐 하는 투과손실, 방음벽 설치 이후에 데시벨 수치가 얼마나 줄어드느냐 하는 삽입손실 등을 고려해서 제작하게 된다.

이와 같이, 종래 대부분의 방음벽들은 그 본연의 기능인 방음성, 다시 말해 흡음성에만 촛점을 맞추어 방음벽의 구조나 재질, 두께 등만을 연구해 왔기 때문에 최근에 부각되고 있는 자연친화적인 외관을 갖는 방음벽에 대한 연구는 거의 전무한 실정이었다.

뿐만 아니라, 종래 방음벽들은 풍압과 충격에 충분히 견뎌야 하기 때문에 일정 이상의 강도 유지를 위해서는 부득이하게 재질 자체를 강도가 높은 메탈로 선정할 수 밖에 없었고, 이는 외관 형상을 투박하게 하여 자연친화성을 떨어드림은 물론 무겁기 때문에 비용증대, 설치작업의 어려움, 작업중 중량물에 의한 안전사고의 위험 등을 가중시키는 원인이 되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 열경화성수지로 이루어진 복합재료를 적절히 성형하여 충분한 내풍압성과 내충격성을 갖도록 함으로써 성형성이 우수하고, 가공성이 뛰어나 천연 대리석 패턴의 구현이 용이하여 보다 자연친화적인 외관을 구현할 수 있는 열경화성수지를 이용한 방음벽 제조용 조성물 및 그 제조방법을 제공함에 그 주된 해결 과제가 있다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 도로용 방음벽 제조에 사용되는 방음벽 제조용 조성물에 있어서; TPA(Terephthalic Acid), MA(Maelic Acid), NPG(Neopentyl glycol), PG(Propylene Glycol)를 기본원료로 하는 에스테르 반응물로서, 불포화도 33%, 경화발열온도 210℃인 불포화 폴리에스테르수지:20-25중량%와; 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐아세테이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 저수축제:5-10중량%와; 성형시 금형과의 접착을 방지하도록 첨가되는 이형제:2-3중량%와; 탄산칼슘 또는 수산화알루미늄 중 어느 하나로 이루어진 충진제:30--40중량%와; 점도를 높여 성형성을 좋게 하는 촉매제:1-2중량%와; 착색을 위해 안료를 불포화 폴리에스테르수지에 분산시킨 페이스트상으로 된 착색제:2-3중량%와; 보강제인 유리섬유:30~40중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 열가소성수지를 이용한 방음벽 제조용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 도로용 방음벽 제조에 사용되는 방음벽 제조방법에 있어서; 열경화성 UV 잉크로 전사된 필름을 부착시킨 상태에서 질산으로 부식시켜 굴곡을 갖도록 무광 혹은 유광 크롬처리된 특정 무늬 패턴이 내면에 형성된 금형의 캐비티로 상기 제2항에 의해 조성된 조성물을 투입하는 단계와; 상기 단계에서 투입된 조성물을 성형온도 140-150℃, 성형압력 40-50KGf/㎠, 가압시간 45-55 sec/mm의 조건으로 가압성형하는 단계와; 가압성형된 캐비티내 반제품을 이형시킨 후 공냉하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 열경화성 복합소재를 이용한 방음벽 제조방법도 제공한다.

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본 발명에 따르면, 열경화성수지 복합재료로 방음벽을 제조할 수 있어 가볍고, 성형이 쉬워 다양한 친환경적인 외관 패턴을 형성할 수 있음은 물론 설치가 쉽고, 내풍압성과 내충격성이 높은 자연친화적인 방음벽을 얻을 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 열경화성 복합재료를 기본소재로 한다.

따라서, 본 발명에 따라 제조된 방음벽은 경량이고, 성형성이 우수하여 다양한 디자인 패턴을 구현할 수 있게 된다.

이때, 다양한 디자인 패턴은 예컨대, 천연 대리석 무늬와 같은 패턴을 들 수 있는데 이것은 제품 성형에 사용되는 금형의 내부면을 화학적 부식과 도금처리 방식을 통해 에칭함으로써 유/무광 차이를 표현할 수 있는 것으로부터 가능하게 된다.

즉, 본 발명에 따른 방음벽 제조를 위한 조성은 열경화성수지와 기타 첨가물 및 유리섬유로 된 보강제로 조성된다.

여기에서, 열경화성수지(熱硬化性樹脂, thermosetting resin)는 잘 알려져 있는 바와 같이, 열을 가하여 경화(硬化) 성형하면 다시 열을 가해도 형태가 변하지 않는 수지로 통상 내열성, 내용제성, 내약품성, 기계적 성질, 전기절연성이 좋으며, 충전제를 넣어 강인한 성형물을 만들 수 있고, 고강도 섬유와 조합하여 섬유강화플라스틱을 제조하는 데에도 사용는 수지를 말한다.

본 발명에서는 이러한 열경화성수지의 기계적 성질을 최대한 활용하되, 특히 내풍압성(구조강도)과 내충격성 향상을 위해 다른 성분들이 더 함유된 복합재료(이하, '열경화성수지 복합재'라 함)를 사용한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 불포화 폴리에스테르수지:20-25중량%, 저수축제:5-10중량%, 내부이형제:2-3중량%, 충진제:30-40중량%, 촉매재:1-2중량%, 착색제:2-3중량% 및 유리섬유:30-40중량%로 조성된다.

이 경우, 상기 불포화 폴리에스테르수지는 내풍압성과 내충격성 향상을 위한 용도로 사용된다.

이를 위해, 상기 불포화 폴리에스테르수지는 TPA(Terephthalic Acid), MA(Maelic Acid), NPG(Neopentyl glycol), PG(Propylene Glycol)를 기본원료로 하는 에스테르 반응물로서 불포화도 33%, 경화발열온도 210℃의 제품을 사용함이 바람직하다.

그리고, 상기 불포화 폴리에스테르수지를 20중량% 미만으로 첨가하게 되면 성형시 경화발열온도가 낮아지고 이로 인해 내 충격 및 내 풍압 등 제품의 기계적 강도가 낮아지며 또한 표면광택 저하 등 외관품질도 떨어지게 되고, 25중량%를 초과하여 첨가하게 되면 성형시 경화발열온도가 높아지며 이로 인해 성형품의 성형시 크랙발생 및 수축에 의한 휨발생 등의 확률이 높아지며, SMC(Sheet Molding Compound)제조시도 원료간의 상 분리 현상의 발생으로 균일성이 떨어져 성형품의 부위별 불균일한 물성을 발생시킨다. 이런 이유로 상기 범위로 첨가함이 바람직하다.

아울러, 저수축제는 상기 불포화 폴리에스테르수지의 성형수축을 방지하기 위해 사용되는 것으로, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐아세테이트 등이 사용될 수 있다.

이때, 상기 저수축제가 5중량% 미만으로 첨가되게 되면 성형수축 방지기능이 떨어지고, 휨현상 등이 발생되며 10중량%를 초과하여 첨가되게 되면 성형수축이 과 도하게 방지되어 성형시 금형에 부착되어 탈형크랙 발생확율이 높아지며, 또한 제품 표면의 광택얼룩, 흐름자욱 등이 발생되므로 상기 범위로 한정함이 가장 바람직하다.

또한, 내부이형제는 성형시 금형과의 접착을 방지하기 위해 사용되는 것으로, 융점이 120~130℃ 사이의 분말상을 사용함이 바람직하다.

이러한 내부이형제를 2중량% 미만으로 첨가하게 되면 이형성이 저하되어 금형과의 분리가 어려워 작업성이 떨어지고, 3중량%를 초과하여 첨가하게 되면 이형성이 급증되어 성형성이 떨어지므로 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

뿐만 아니라, 충진제는 화학적 반응이 전혀 없는 비활성 제품으로 일반적으로 탄산칼슘 또는 수산화알루미늄을 사용함이 바람직하며, 본 발명에서는 성분조성의 비율을 적정히 유지하기 위해 상기 범위로 첨가된다.

아울러, 촉매제는 반응온도가 120℃ 부근인 경화개시제와 경화성형전 화합물(Compound)의 점도를 높여 작업성 및 성형품의 부위별 균일한 물성을 갖게 하기 위해 사용되는 것으로 주로 증점제이다.

이때, 상기 촉매제를 1중량% 미만으로 첨가하게 되면 점도가 낮아 작업성을 떨어뜨리고, 2중량%를 초과하여 첨가하게 되면 점도가 너무 높아져 이또한 성형성 및 작업성을 급격히 하락시키므로 상기 범위로 첨가함이 바람직하다.

그리고, 착색제는 성형시 착색을 위한 것으로, 주로 염료 혹은 안료 등을 착색할 때 쓰이는 염색제를 말하며, 본 발명에서는 안료를 불포화폴리에스테르 수지에 분산시킨 페이스트상의 제품을 사용하여 성형품의 균일한 색상을 유지하도록 함 이 바람직하다.

이 경우, 상기 착색제를 2중량% 미만으로 첨가하게 되면 성형품의 색상이 균일하지 못하게 되며, 3중량%를 초과하여도 색상의 균일성이 더 향상되지는 않으므로 상기 범위로 한정하여 첨가함이 바람직하다.

한편, 보강제는 구조강도 보강을 위해 첨가되는 것으로, 유리섬유가 바람직하다.

이때, 상기 유리섬유(琉璃纖維, glass fiber)는 용융한 유리를 섬유 모양으로 한 광물섬유를 말하는 것으로, 철근콘크리트에서의 철근의 역할처럼 수지의 성질을 강화시키는데 사용된다.

이를 위해, 본 발명에서는 30-40중량%로 혼합됨이 바람직한데, 이는 30중량% 미만으로 첨가되게 되면 구조강도 보강기능이 떨어지고, 40중량%를 초과하게 되면 상대적으로 다른 성분들의 첨가량을 줄여야 하므로 그에 따른 성형성, 이형성, 작업성 등의 저하를 초래할 수 있어 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

이러한 성분조성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같은 과정을 거쳐 천연 대리석 무늬 패턴을 가진 방음벽으로 제조될 수 있다.

먼저, 도시된 도 1은 본 발명을 설명하기 위한 금형의 예시적인 모식도이고, 도 2는 본 발명에 따른 천연 대리석 무늬 패턴을 가진 방음벽의 예시적인 정면도이다.

본 발명에서는 도 2에 예시된 바와 같이, 방음벽(100)의 표면에 천연 대리석 무늬 패턴(110)을 형성하기 위해 도 1에 도시된 금형(200) 표면을 화학적 방식으로 부식처리하게 된다.

이때, 상기 금형(200)은 상부금형 및 하부금형을 모두 포함하며, 이들의 형합에 의해 형성되는 공간인 캐비티(Cavity)는 제품인 방음벽(100)의 형상을 이루게 된다.

그리고, 상기 천연 대리석 무늬 패턴(110)을 갖도록 처리되는 화학적 부식은 대리석 질감을 충분히 표현할 수 있도록 하기 위해 사용되는 것으로, 상기 금형(200)의 내부면에 열경화성 UV 잉크로 전사된 필름을 부착시킨 후 질산에 침적시켜 열경화성 UV 잉크가 부착된 표면을 제외한 나머지 부위를 화학적으로 부식시키게 된다.

이에 따라, 제조될 제품인 방음벽(100)의 표면은 도 2와 같은 형태로 표면처리되게 되어 성형후 굴곡있는 무광의 천연 대리석 무늬 패턴(110)을 갖게 된다.

여기에서, 상기 천연 대리석 무늬 패턴(110)과 그 이외의 부분을 시각적으로 분리시켜 시인성을 높일 수 있도록 대리석 이외의 부분을 유광 크롬 도금하여 제품 성형시 광택을 갖도록 할 수도 있다.

이렇게 하여, 금형(200)이 준비되면 본 발명에 따라 조성된 열경화성수지 복합재를 상기 금형(200)에 투입한 후 성형온도 140-150℃, 성형압력 40-50KGf/㎠, 가압시간 45-55 sec/mm의 조건으로 가압성형기(210)를 통해 압축성형한 다음 성형된 반제품을 이형시킨 후 공냉함으로써 경량이면서 충분한 내풍압 및 내충격성을 갖고, 천연 대리석 무늬 패턴(110)이 구현된 방음벽을 제조할 수 있게 된다.

이때, 상기 성형온도를 140-150℃로 한정하는 이유는 140℃ 미만일 경우 성 형시 금형내에서 유동성이 낮아져서 성형품의 광택부위에 광택을 떨어뜨리고, 적절한 성형시간을 초과하여 성형해야 하므로 성형성이 떨어지며, 제품의 두께편차 발생 등 불합리한 결과를 초래하며, 150℃를 넘게 되면 과도한 금형내의 흐름을 발생시켜 대리석(Stone) 패턴 부위에 흐름 자욱을 발생시키고, 조기경화에 의한 얼룩을 발생하므로 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

또한, 상기 성형압력을 40-50KGf/㎠로 한정하는 이유는 40KGf/㎠ 이하의 경우는 성형시 금형내 흐름에 불충분한 압력으로 미성형, 두께편차를 발생시키며, 50KGf/㎠ 이상의 경우는 성형의 충분한 압력을 초과하므로 제품에는 큰 영향이 없을 수 있으나 유,무광, 대리석(Stone) 패턴을 표현해야 하는 금형 표면 등을 손상시켜 수명을 짧게 하며 성형기 역시 과도한 성형압을 사용하게 되므로 불필요한 유압사용으로 제조경비 상승과 성형기의 수명을 단축시키므로 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

뿐만 아니라, 상기 가압시간을 45-55 sec/mm로 한정하는 이유는 상기 배합조건에 따른것으로 45 sec/mm 이하의 경우 성형시 미경화에 의한 표면형성 불량 및 기계적 강도 저하를 발생시키며 55 sec/mm 이상의 경우 불필요한 가압시간으로 성형성을 낮추어 원가상승의 원인이 된다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

본 발명에 따른 방음벽의 성능을 확인하기 위해, 하기와 같은 표 1의 조성범위내에서 발명재1,2,3을 제조하였고, 상기 발명재1,2,3과의 비교를 위해 본 발명 조성범위를 벗어난 비교재도 함께 제조하여 특성을 비교하였다.

구 분	성분조성
	메탈	UPR	저수 축제	내부 이형제	충진제	촉매제	착색제	보강제
종래재	100	-	-	-	-	-	-	-
발명재 1	-	20	8	2.5	30	1.5	2	36
발명재 2	-	22	8	2.5	30	1.5	2	34
발명재 3	-	24	8	2.5	30	1.5	2	32
비교재	-	40	8	2.5	26	1.5	2	20

(여기에서, UPR:불포화 폴리에스테르수지(unsaturated polyester resin)를 의미하며, 성분조성비는 모두 중량%이다.)

이때, 금형에 형성시킨 무늬는 화학적 부식처리를 통한 천연 대리석 무늬 패턴으로 하였고, 성형온도는 145℃, 성형압력은 45KGf/㎠, 가압시간은 50 sec/mm로 하여 압축성형하여 50cm × 20cm × 3cm 크기의 시편을 만들었다.

아울러, 메탈소재로 이루어진 종래재 및 비교재도 동일한 크기로 제작하여 각각의 특성을 비교하여 하기한 표 2에 그 결과를 나타내었다.

분 류	무게(kg/set)	내풍압(하중변위)(mm)	내충격	무늬구현/ 표면상태	성형성	내부식성
규 격	-	50 이하	NO Crack	-	-	부식없을 것
기존재	25~27	4~6	NO Crack	어려움	불량	ok
발명재 1	15	5	NO Crack	양호	양호	ok
발명재 2	15	4	NO Crack	양호	양호	ok
발명재 3	15	5	NO Crack	양호	양호	ok
비교재	15	10	Crack	표면흐름자욱발생	불량	ok

(여기에서, set는 가로*세로=2000*500mm 방음벽 규격상 패널 단위를 말하며, 본 발명에서는 시험재의 크기를 set에 맞게 환산하였다.)

이때, 내풍압성은 탄성 변위 시험과 영구 변위 시험을 포함한 하중 변위 시험으로 그 물성을 측정하였으며 시험 조건은 KSF-4770-3(2003)의 8.5의 규격에 따라 측정하였고, 내충격성은 충격원 3±0.1 kg, 낙하높이 1m 를 적용하여 KSF-4770-3(2003)의 8.6 의 규격에 따라 측정하였으며, 무늬 구현성은 다양한 무늬 표현가능성을 기준으로 판단하였으며, 성형성은 금형의 이형 및 가공성, 작업성 등을 전반적으로 고려하여 판단하였다.

측정결과, 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 발명재1,2,3은 내풍압성 및 내충격성에 있어 기존재와 동등 이상의 성능을 나타내었고, 특히 경량이라는 점, 그리고 무늬 구현성과 성형성이 우수하여 비용절감 및 생산성 향상, 그리고 설치시 작업의 효율성 측면에서 매우 유용할 것으로 기대됨을 확인하였다.

반면에, 비교재의 경우 주 성분의 함량을 무조건 높인다고 해서 원하는 특성을 얻을 수 없다는 것을 보여 주었고, 이를 통해 본 발명의 성분조성의 범위내에서 기존 메탈재 방음벽을 완전히 대체할 수 있을 것으로 확인되었다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 금형의 예시적인 모식도,

도 2는 본 발명에 따른 천연 대리석 무늬 패턴을 가진 방음벽의 예시적인 정면도.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100....방음벽 110....천연 대리석 무늬 패턴

200....금형 210....가압성형기

Claims (7)

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2. 도로용 방음벽 제조에 사용되는 방음벽 제조용 조성물에 있어서;

   TPA(Terephthalic Acid), MA(Maelic Acid), NPG(Neopentyl glycol), PG(Propylene Glycol)를 기본원료로 하는 에스테르 반응물로서, 불포화도 33%, 경화발열온도 210℃인 불포화 폴리에스테르수지:20-25중량%와;

   폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐아세테이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 저수축제:5-10중량%와;

   성형시 금형과의 접착을 방지하도록 첨가되는 이형제:2-3중량%와;

   탄산칼슘 또는 수산화알루미늄 중 어느 하나로 이루어진 충진제:30--40중량%와;

   점도를 높여 성형성을 좋게 하는 촉매제:1-2중량%와;

   착색을 위해 안료를 불포화 폴리에스테르수지에 분산시킨 페이스트상으로 된 착색제:2-3중량%와;

   보강제인 유리섬유:30~40중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 열경화성수지를 이용한 방음벽 제조용 조성물.
3. 삭제
4. 도로용 방음벽 제조에 사용되는 방음벽 제조방법에 있어서;

   열경화성 UV 잉크로 전사된 필름을 부착시킨 상태에서 질산으로 부식시켜 굴곡을 갖도록 무광 혹은 유광 크롬처리된 특정 무늬 패턴이 내면에 형성된 금형의 캐비티로 상기 제2항에 의해 조성된 조성물을 투입하는 단계와;

   상기 단계에서 투입된 조성물을 성형온도 140-150℃, 성형압력 40-50KGf/㎠, 가압시간 45-55 sec/mm의 조건으로 가압성형하는 단계와;

   가압성형된 캐비티내 반제품을 이형시킨 후 공냉하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 열경화성 복합소재를 이용한 방음벽 제조방법.
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