KR100995125B1 - 건축용 흡음패널 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건축용 흡음 패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흡음성과 난연성이 뛰어나고 시공을 하기에 편리한 건축용 흡음 패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 건축용 흡음 패널은 세라믹 벌크 섬유 100중량부에 대하여 낙면 80 내지 120중량부, 펄라이트 20 내지 30중량부, 황토 20 내지 30중량부, 폴리인산암모늄 40 내지 60중량부, 수용성 바인더 60 내지 90중량부, 물 120 내지 240중량부를 혼합하여 형성된다.
본 발명에 의하면 스프레이 방식으로 분무하여 성형체를 성형하고 마이크로파를 이용하여 건조시킴으로써 흡음성이 우수한 흡음 패널을 제공할 수 있다.또한, 난연제가 함유되어 별도의 방염처리가 필요 없으며 판재 형상으로 성형하여 시공이 편리하다.
본 발명의 건축용 흡음 패널은 세라믹 벌크 섬유 100중량부에 대하여 낙면 80 내지 120중량부, 펄라이트 20 내지 30중량부, 황토 20 내지 30중량부, 폴리인산암모늄 40 내지 60중량부, 수용성 바인더 60 내지 90중량부, 물 120 내지 240중량부를 혼합하여 형성된다.
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Description
본 발명은 건축용 흡음 패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흡음성과 난연 및 단열성이 뛰어나고 시공을 하기에 편리한 건축용 흡음 패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축용 마감보드는 건축물의 외부에 사용되는 외부마감보드와 건축물의 내부를 마감하는 내부마감보드를 포함한다. 이러한 건축용 마감보드는 사용처에 적합한 기능을 가져야 하며, 대체적으로, 실내마감보드는 난연성(또는 불연성), 흡음성 및 건강에 좋은 기능을 요구한다.
내부마감보드는 대개 암면, 석고보드 또는 합판보드 등이 이용된다. 이들 중, 암면은 발암성 물질의 배출 논란에 의해 현재는 거의 사용되지 않는다. 그리고, 합판보드는 무게가 가볍고 가격이 저렴하며 내충격성도 강할 뿐만 아니라 타 건축자재와의 혼합사용이 용이한 장점이 있으나 화재에 취약한 단점이 있다.
또한, 석고보드는 비교적 가격이 저렴하고 시공이 비교적 어렵지 않은 장점이 있으나, 강도대비 중량이 무겁고 내충격성이 약해 다루기 쉽기 않고 차음성, 내수성 등이 다소 떨어지는 단점을 갖는다. 게다가, 합판보드에 비해 내화성이 강하지만 화재발생시 석고보드의 결정수가 유리되어 벽체가 쉽게 붕괴되는 단점을 갖는다.
특히, 이들 종래의 내부마감보드는 흡음성능이 취약하며, 대개 별도로 구비되는 흡음재가 시공된다.
주로 사용되는 흡음재는 크게 무기계와 유기계 재료가 사용되어지며, 무기계 재료는 암면, 글라스 울, 유리섬유 등이 알려져 있고, 유기계 재료는 폴리에스터 섬유가 이용되거나 우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 수지를 발포시킨 재료가 알려져 있다.
무기계 재료가 사용된 흡음재는 유기계 재료가 사용된 흡음재에 비하여 불에 잘 타지 않기 때문에 난연성 측면에서 우수하지만, 제조 공정상 발생하는 각종 분진 등이 인체에 유해할 뿐만 아니라 수분 등에 취약하여 장시간 사용시 흡음 및 단열성능이 저하되는 단점을 갖는다.
그리고, 유기계 재료가 사용된 흡음재중 발포 공정을 통해 제조되는 것들은 무기계 재료가 사용된 흡음재에 비하여 무게가 가볍고 내수성이 우수한 장점을 갖는 반면, 화재 발생시 유독가스가 발생할 뿐만 아니라 단독 사용이 곤란하며 충격에 약한 단점을 갖는다. 또한, 폴리에스터 섬유로 제조된 흡음재도 화재에 취약하여 별도의 방염처리를 하여야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 흡음효과가 우수하고 별도의 방염처리가 필요 없으며 판재 형상으로 성형하여 시공이 편리한 건축용 흡음패널 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건축용 흡음 패널은 세라믹 벌크 섬유 100중량부에 대하여 낙면 80 내지 120중량부, 펄라이트 20 내지 30중량부, 황토 20 내지 30중량부, 폴리인산암모늄 40 내지 60중량부, 수용성 바인더 60 내지 90중량부, 물 120 내지 240중량부를 혼합하여 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 바인더는 카르복시메틸셀롤로우스 및 폴리에틸렌옥사이드가 2: 1의 중량비로 조성된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건축용 흡음 패널의 제조방법은 회전 날개가 장착된 믹서에 세라믹 벌크 섬유를 넣은 후 상기 회전날개를 1차 회전시켜 상기 세라믹 벌크 섬유의 조직을 연화시키는 제 1단계와; 상기 믹서에 상기 세라믹 벌크 섬유 100중량부에 대하여 낙면 80 내지 120중량부를 추가한 후 상기 회전날개를 2차 회전시켜 상기 세라믹 벌크 섬유 및 상기 낙면의 조직을 연화시키는 제 2단계와; 상기 믹서에 상기 세라믹 벌크 섬유 100중량부에 대하여 펄라이트 20 내지 30중량부, 황토 20 내지 30중량부, 폴리인산암모늄 40 내지 60중량부, 수용성 바인더 60 내지 90중량부, 물 120 내지 240중량부를 추가하고 교반하여 혼합물을 준비하는 제 3단계와; 상기 혼합물을 성형틀에 스프레이 방식으로 분무하여 성형체를 형성하는 제 4단계와; 상기 성형체를 건조시키는 제 5단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 바인더는 카르복시메틸셀롤로우스, 폴리에틸렌옥사이드가 2: 1의 중량비로 조성된 것을 특징으로 한다.
상기 건조단계는 상기 성형체에 마이크로파를 조사하여 상기 성형체 중에 포함된 수분을 증발시켜 상기 성형체의 내부에 다수의 기공을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 스프레이 방식으로 분무하여 성형체를 성형하고 마이크로파를 이용하여 건조시킴으로써 흡음성이 우수한 흡음 패널을 제공할 수 있다.
또한, 난연제가 함유되어 별도의 방염처리가 필요 없으며 판재 형상으로 성형하여 시공이 편리하다. 또한, 본 발명은 낙면이 함유되어 가볍고 단열성이 뛰어나다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 건축용 흡음패널 및 이의 제조방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
본 발명의 건축용 흡음패널은 일 예로 세라믹 벌크 섬유, 낙면, 펄라이트, 황토, 폴리인산암모늄, 수용성 바인더로 조성된다.
세라믹 벌크 섬유(Ceramic Bulk Fiber)는 세라믹 원료를 고온에서 용융하여 벌크(Bulk)상태로 섬유화한 것이다. 세라믹 벌크 섬유는 내화학학성, 내부식성, 내약품성 및 초고온, 내화 단열성 등의 우수한 특징을 지니고 있다.
낙면(落綿)은 방적 과정에서 발생하는 지스러기 솜을 의미한다. 낙면을 이용함으로써 버려지는 폐자원을 재활용함과 함께 면 섬유 자체가 무수한 기공을 가지고 있어 흡음효과를 높인다.
펄라이트는 진주석을 1000 내지 1200℃로 소성하여 팽창시킨 것으로서, 가벼운 백색의 다공질체로 다수의 모세관 상을 갖는 다공성을 형성하고 있다. 펄라이트의 기공율은 약 48%이며 비표면적이 약 1.1005m2/g으로서 다공성에 기인한 단열 및 흡음효과가 우수하다. 특히, 펄라이트는 비중 0.15 내지 0.25로서 흡음 패널을 경량화할 수 있다. 펄라이트는 분쇄기에서 분쇄하여 약 100 내지 200메쉬 입도 크기로 미분화된 분말을 이용한다.
황토는 유해물질을 정화하고 원적외선 발생 등의 기능을 갖는다. 황토는 탄산칼슘(CaCO3), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3 ), 철분, 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 칼리(K2O) 등을 포함하며 주로 0.05-0.01mm 실트(silt) 입자로 구성된다.
채취된 황토는 입자가 큰 이물질을 분리한 후 분쇄기에서 분쇄하여 100 내지 200메쉬 입도크기로 미분화된 분말을 이용한다. 분쇄를 용이하게 하기 위해 이물질 분리 후 건조시킨 다음에 분쇄시킬 수 있다.
폴리인산암모늄(ammonium polyphosphate)은 난연제로서, 본 발명의 흡음 패널에 난연성을 부여한다. 바람직하게 수용성 폴리인산암모늄을 이용한다.
수용성 바인더는 성형성을 용이하게 하고, 세라믹 벌크 섬유 및 낙면을 다른 재료들에 결착되도록 한다. 바인더로 카르복시메틸셀롤로우스 및 폴리에틸렌옥사이드가 2: 1의 중량비로 조성된 것을 이용한다.
카르복시메틸셀롤로우스(carboxymethylcellulose)는 셀롤로우스의 Hydroxy Group(-OH)을 친수성인 Sodium Carboxymethyl Group(-CH2COONa)으로 치환시켜 수용성을 부가한 것이다. 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide)는 인체에 안정성이 높은 수지로서 유독가스의 발생이 없다. 카르복시메틸셀롤로우스 및 폴리에틸렌옥사이드가 혼합된 수용성 바인더는 물에 어떤 비율로도 완전히 용해되므로 점성을 살려준다.
상기 각 재료들은 세라믹 벌크 섬유 100중량부에 대하여 낙면 80 내지 120중량부, 펄라이트 20 내지 30중량부, 황토 20 내지 30중량부, 폴리인산암모늄 40 내지 60중량부, 수용성 바인더 60 내지 90중량부, 물 120 내지 240중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 혼합된 재료들은 성형틀에서 성형하여 패널 형태로 제작한다.
이하, 본 발명의 흡음패널의 제조방법에 대해서 구체적으로 설명한다. 먼저, 벌크형태의 세라믹 섬유와 낙면이 후술할 슬러리상의 혼합물 내에서 분산이 용이하도록 조직을 연화시킨다.
이를 위해 제 1단계에서 회전 날개가 장착된 믹서에 세라믹 벌크 섬유를 넣은 후 회전날개를 1차 회전시켜 세라믹 벌크 섬유의 조직을 연화시킨다. 회전날개는 100 내지 300rpm으로 1 내지 4분 정도 작동시킨다. 믹서 내에서 회전하는 회전날개에 의해 벌크 형태의 세라믹 섬유는 각 섬유들의 결합이 약해지면서 부푼 형태가 된다.
그리고 2단계로 믹서에 낙면을 추가로 넣은 후 회전날개를 2차로 회전시켜 낙면의 섬유 조직을 연화시킨다. 이때 회전날개는 100 내지 300rpm으로 2 내지 6분 정도 작동시킨다. 2단계에서 세라믹 벌크 섬유 100중량부에 대하여 낙면 80 내지 120중량부를 추가한다.
다음 제 3단계에서 믹서에 세라믹 벌크 섬유 100중량부에 대하여 펄라이트 20 내지 30중량부, 황토 20 내지 30중량부, 폴리인산암모늄 40 내지 60중량부, 수용성 바인더 60 내지 90중량부, 물 120 내지 240중량부를 추가로 넣은 다음 회전날개로 교반시켜 혼합물을 준비한다.
상기 폴리인산암모늄, 바인더는 물에 용해가 가능한 수용성이므로 물에 녹는다. 따라서 혼합물은 세라믹 벌크 섬유 및 낙면의 섬유, 황토, 펄라이트가 물에 분산된 슬러리상으로 만들어진다.
상기 혼합물은 제 4단계에서 판재 모양의 성형체로 성형된다. 바람직하게 통상적인 스프레이 장치를 이용하여 스프레이 방식으로 분무하여 성형한다. 압축성형 방식은 입자와 입자 간의 간격이 너무 조밀하여 기공이 거의 없거나 공극률이 낮다. 하지만 본 발명에서는 분무 방식을 이용하므로 성형체의 내부에는 많은 기공이 형성될 수 있다.
성형틀은 성형하고자 하는 성형체의 형상과 대응되는 형태로 준비한다. 성형틀의 일 예로 직사각형의 베이스판의 가장자리에 일정 높이로 돌출된 테두리가 형성된다. 테두리의 높이가 성형체의 두께가 되는 것이다.
성형된 성형체는 제 5단계에서 수분을 제거하여 건조시킨다. 바람직하게 성형체에 마이크로파를 조사하여 건조시킨다. 이러한 건조과정에 의해 성형체 내부의 수분이 증발하면서 발생하는 무수한 기공이 그대로 유지되어 공극률이 높은 다공성의 흡음 패널이 만들어진다.
본 발명의 건조과정에서는 성형체를 가급적으로 빠르게 건조시켜 많은 기공을 형성시키는 것이 중요하다. 1,000MHz 내지 300GHz의 주파수를 가지는 마이크로파가 조사되면 물 분자는 1초간 약 24억5000만 회의 분자 배향에 의해 진동, 병진, 회전운동을 일으키며 이때 발생되는 분자 간의 마찰열에 의해 수분이 가열된다. 가열에 의해 성형체 내에 함유된 수분이 증발되고, 수분이 증발된 자리에 무수한 기공이 형성된다.
건조과정은 마이크로 웨이브 건조기에서 수행될 수 있다. 마이크로파가 조사되는 챔버를 일정한 속도로 통과하는 무한궤도에 성형틀을 올려 놓게 되면 무한궤도를 따라 성형틀이 이동한다. 성형틀에 형성된 성형체는 챔버를 통과하면서 마이크로파에 의해 건조된다.
건조된 성형체는 냉각시킨 후 성형틀로부터 분리함으로써 본 발명의 흡음패널이 제조된다. 흡음패널을 필요에 따라 일정한 크기로 절단하는 컷팅작업이 추가로 수행될 수 있다.
(실시예)
세라믹 벌크 섬유(세라크울1300 bulk fiber, KCC, 한국)를 믹서기에 투입 후 200rpm으로 1분 정도 회전날개를 작동시킨 다음 세라믹 벌크 섬유 100중량부에 대하여 낙면 100중량부를 더 믹서기에 투입하고 200rpm으로 3분 정도 회전날개를 작동시켰다. 그리고 믹서에 펄라이트 분말 25중량부, 황토 분말 25중량부, 폴리인산암모늄(X-GUARD FR-9000W, Chempia, 한국) 50중량부, 카르복시메틸셀롤로우스(GC6-600, 지엘켐, 한국) 50중량부, 폴리에틸렌옥사이드(ALKOX, Meisei, 일본) 25중량부, 물 180중량부를 혼합하여 50rpm으로 10분간 교반한 다음 성형틀에 분무하여 성형체를 성형하였다. 성형체는 2450MHz (파장λ=122.45mm), 파워 0.6kW마이크로 웨이브 건조기를 이용하여 건조시켜 1800×900×19mm(가로× 폭 ×두께)의 흡음 패널을 제조하였다.
제조한 흡음패널의 흡음효과를 살펴보기 위해 한국 화재 보험협회 부설 방재시험연구원에 2009년 12월 14일에 시험의뢰하였다. 시험은 시험체에 대하여 KS F 2805:2004(잔향실법 흡음률 측정방법)의 시험방법에 따라 흡음률을 측정하였으며, 측정값은 20회 반복한 평균 값이며, 측정 주파수 범위는 1/3옥타브 밴드 중심 주파수로 100Hz ~ 5000Hz였다. 시험체는 상기 흡음패널을 여러 장 조립하여 3000×3600×19mm의 크기로 제작하였고, 시험조건은 실내온도 11±1℃, 상대습도 62±5%RH였다.
상기 시험결과는 하기 표 1에 나타내었다.
| 주파수(Hz) | 흡음계수(αs) |
| 100 | 0.01 |
| 125 | 0.02 |
| 160 | 0.05 |
| 200 | 0.08 |
| 250 | 0.10 |
| 315 | 0.14 |
| 400 | 0.20 |
| 500 | 0.32 |
| 630 | 0.45 |
| 800 | 0.51 |
| 1000 | 0.60 |
| 1250 | 0.65 |
| 1600 | 0.70 |
| 2000 | 0.75 |
| 2500 | 0.77 |
| 3150 | 0.79 |
| 4000 | 0.76 |
| 5000 | 0.77 |
상기 표 1의 결과를 살펴보면, 630Hz 이상의 주파수 영역에서 흡음계수가 0.4 이상이었다. 특히, 1600Hz 이상에서는 흡음 효과가 우수함을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 등록청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
Claims (5)
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- 회전 날개가 장착된 믹서에 세라믹 벌크 섬유를 넣은 후 상기 회전날개를 100 내지 300rpm으로 1차 회전시켜 상기 세라믹 벌크 섬유의 조직을 연화시키는 제 1단계와;
상기 믹서에 상기 세라믹 벌크 섬유 100중량부에 대하여 낙면 80 내지 120중량부를 추가한 후 상기 회전날개를 100 내지 300rpm으로 2차 회전시켜 상기 세라믹 벌크 섬유 및 상기 낙면의 조직을 연화시키는 제 2단계와;
상기 믹서에 상기 세라믹 벌크 섬유 100중량부에 대하여 100 내지 200메쉬 입도 크기로 분쇄된 펄라이트 20 내지 30중량부, 이물질을 분리한 후 100 내지 200메쉬 입도 크기로 분쇄된 황토 20 내지 30중량부, 폴리인산암모늄 40 내지 60중량부, 카르복시메틸셀롤로우스 및 폴리에틸렌옥사이드가 2: 1의 중량비로 조성된 수용성 바인더 60 내지 90중량부, 물 120 내지 240중량부를 추가하고 50rpm으로 10분간 교반하여 혼합물을 준비하는 제 3단계와;
상기 혼합물을 성형틀에 스프레이 방식으로 분무하여 성형체를 형성하는 제 4단계와;
상기 성형체를 건조시키는 제 5단계;를 포함하고,
상기 제 5단계는 마이크로파가 조사되는 챔버를 일정한 속도로 통과하는 무한궤도에 상기 성형틀을 올려놓아 상기 챔버의 통과시 상기 성형체에 마이크로파를 조사하여 상기 성형체 중에 포함된 수분을 증발시켜 상기 성형체의 내부에 다수의 기공을 형성시키는 것을 특징으로 하는 흡음 패널의 제조방법. - 삭제
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