KR101328804B1 - 리세스를 포함하는 다층 발포체 복합물 요소 - Google Patents

리세스를 포함하는 다층 발포체 복합물 요소 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3층 이상의 연속 기포형 발포체를 포함하는, 총 두께가 d인 다층의 발포체 복합물 요소에 관한 것이다. 하나 이상의 내부 층은 리세스(recess)를 포함하고, 두 외부 층은 리세스를 갖지 않는다. 복합물 요소는 i) 리세스의 체적이 리세스를 포함하는 내부 층의 20 내지 70 체적%이고, ii) 리세스를 포함하는 층의 두께가 총 두께(d)의 20 내지 80 %임을 특징으로 한다.
리세스, 발포체, 흡음률, 연속 기포형, 다층 발포체

Description

리세스를 포함하는 다층 발포체 복합물 요소{MULTI-LAYERED FOAMED COMPOSITE ELEMENT COMPRISING RECESSES}
본 발명은 총 두께(d)가 연속 기포형 발포체로 이루어진 3층 이상을 포함하고, 하나 이상의 내부 층이 리세스(recess)를 가지고 두 외각 층은 리세스를 갖지 않으며, 이때 i) 리세스를 갖는 내부 층의 리세스의 체적이 20 내지 70 체적%이고, ii) 리세스를 갖는 층의 두께가 총 두께(d)의 20 내지 80 %인 다층 발포체 복합물 요소에 관한 것이다.
본 발명은 또한 흡음 요소로서 청구항 1 내지 청구항 9에 따른 복합물 요소의 용도에 관한 것이다.
연속 기포형 발포체, 예를 들어 멜라민 수지 또는 폴리우레탄을 기제로 하는 연속 기포형 발포체는, 그의 연속 기포형 구조가 소리의 흡수에 효과적이기 때문에, 단열 및 특히 음소거(sound-deadening)을 위한 절연재(예: 절연층, 절연 시이트 또는 절연 웹)로서 사용된다.
절연 요소는 감량을 위해 리세스(공동)를 갖추고 있음이 알려져 있는데, 이는 예를 들어 자동차 및 비행기의 연료 소비의 최소화 또는 흡음의 최적화에 있어서 중요하다. 리세스 및 공동이란 용어는 본 출원에서 동의어적으로 사용된다.
예를 들어, EP 1 336 695 A1호에는 건물의 방의 안쪽을 향하는 표면이 주름 및 홈을 갖는 시이트형 음소거 성분이 기술되어 있다.
DE 35 13 662 A1호에는 그 종단면이 둥근 돌출부를 가지고, 둥근 돌출부를 갖는 웹의 면이 입사음을 향하지 않도록 배열된 발포체 웹으로 이루어진 음소거 장치가 개시되어 있다. 둥근 돌출부를 갖는 웹의 면 위를 덮는 호일이 있을 수 있다. 둘 이상의 인접 발포체 웹으로 이루어져 있고, 이들의 각 종단면이 둥근 돌출부를 갖는 음소거 장치의 설명이 또한 있다.
WO 2005/095206 A1호에는 비행기 동체의 단열 및 음차단을 위한 절연 시스템이 기술되어 있는데, 이들은 뼈대 및 스트링거(stringer) 사이의 동체의 안쪽에 부착되어 있다. 이들은 예를 들어 멜라민을 기제로 하는 연속 기포형 발수성 발포체로 이루어진 하나 이상의 층, 및 하나의 장식성 외부 층(트림(trim))을 갖는다. 도 5 및 발명의 상세한 설명의 단락 [0037] 내지 [0041]에는 제1 발포체 층, 및 섬유층인 제2 발포체 층으로 이루어진 다층 시스템이 개시되어 있다. 이들 두 층은, 마찬가지로 발포체로 이루어져 있는 이격자에 의해 서로 연결되어 있고, 따라서 이격자들 사이에 공기 충전된 리세스(틈)를 제공한다. 도 8 및 도 9, 또는 발명의 상세한 설명 단락 [0046] 내지 [0053]에, 각각의 층이 다시 이격자 및 중간 리세스를 갖는 다수의 층을 갖는 다른 실시양태가 기술되어 있다.
종래 기술의 음소거 요소는 요구되는 흡음 또는 감량 용도에 항상 만족스럽지는 않다.
본 발명의 목적은 전술한 단점을 제거하는 것이다. 다른 목적은 연속 기포형 발포체로 이루어진 개선된 복합물 요소를 제공하는 것이다.
복합물 요소는 저중량이면서 동시에 우수한 흡음률을 특징으로 하여야 한다. 특히, 본 발명은 리세스의 도입에 의한 중량 감소가, 리세스 없는 "속이 비지 않은" 요소와 비교할 때, 흡음률 감소를 덜 일으키는 복합물 요소를 찾는 것이었다.
따라서, 서두에 정의한 복합물 요소가 흡음 요소로서의 용도를 또한 갖는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 바람직한 실시양태는 하위 청구항에 있다.
본 발명의 요소의 발포체는 연속 기포형 발포체이다. 독립 기포의 비율은 일반적으로 10% 이하, 바람직하게는 5% 이하이다. 연속 기포형 발포체는 바람직하게는 멜라민 수지 발포체, 폴리우레탄 발포체 및 폴리이미드 발포체 중에서 선택되었다.
바람직하게 적합한 멜라민 수지 발포체는 멜라민 및 포름알데히드로부터 유도된 축합물로 이루어진 것들 중 하나인데, 이들은 또한 멜라민-포름알데히드 수지, MF 수지, 또는 멜라민 수지라고 부른다. 이들 엘라스틱, 연속 기포형 멜라민 수지 발포체는 공지되어 있으며, 예를 들어 EP-A 17 671호, EP-A 17 672호, EP-A 37 470호 및 WO 01/94436호의 명세서에 기술되어 있다.
멜라민 수지 발포체의 생성은 멜라민-포름알데히드 예비축합물로부터 출발한다. 멜라민-포름알데히드 축합물로 축합되는 물질은 멜라민 뿐만 아니라, 다른 열경화-형성 화합물 50 중량% 이하, 바람직하게는 20 중량% 이하를 포함하고, 포름알데히드 뿐만 아니라, 다른 알데히드 50 중량% 이하, 바람직하게는 20 중량% 이하를 포함할 수 있다. 비개질된 멜라민-포름알데히드 축합물이 특히 바람직하다. 사용될 수 있는 열경화-형성 물질의 예는 알킬- 및 아릴-치환된 멜라민, 우레아, 우레탄, 카르복스아미드, 디시안디아미드, 구아니딘, 술푸릴아미드, 술폰아미드, 지방족 아민, 글리콜, 페놀 및 그의 유도체이다. 사용될 수 있는 알데히드의 예는 아세트알데히드, 트리메틸올아세트알데히드, 아크롤레인, 벤즈알데히드, 푸르푸롤, 글리옥살, 글루타르알데히드, 프탈알데히드, 및 테레프탈알데히드일 수 있다. 멜라민-포름알데히드 축합물에 관한 추가의 상세한 내용은 문헌(Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie[Methods of organic chemistry], volume 14/2, 1963, pp.319-402])에 있다.
멜라민 대 포름알데히드의 몰비는 일반적으로 1:1.3 내지 1:3.5, 특히 1:1.6 내지 1:3.1이다. 멜라민 수지에 축합되는 물질은 또한 술파이트 기를 포함할 수 있고, 이는 예를 들어 수지의 축합중에 아황산수소나트륨 1 내지 20 중량%의 부가에 의해 달성가능하다(EP-A 37470호 참조).
멜라민-포름알데히드 예비축합물은 일반적으로 용액 또는 분산액의 형태를 취하며, 발포체를 생성하는데 필요한 보통의 첨가제와 혼합된다. 이들 첨가제는 특히 발포제의 유화 및 발포체의 안정화를 위한 유화제(음이온성, 양이온성 또는 비이온성 계면활성제, 예컨대 알킬 술페이트) 및 멜라민 수지 용액으로부터 발포체를 생성하기 위한 발포제(화학적 또는 물리적, 예컨대 펜탄), 및 멜라민 수지의 추가의 축합을 촉진하는 경화제(주로 산, 예컨대 포름산)이다.
예를 들어, 첨가제를 압출기에서 멜라민 수지의 수용액 또는 수성 분산액과 혼합하고, 적당한 경우 여기에 가압하에 발포제를 주입할 수 있다. 그러나, 고체의, 예컨대 분무-건조된 멜라민 수지로부터 출발한 다음, 이를 유화제의 수용액과 혼합하고, 이를 경화제와 혼합하고, 이를 또한 발포제와 혼합하는 것도 가능하다. 혼합 과정 후에, 용액 또는 분산액을 노즐을 통해 배출한 다음, 예컨대 2.45 ㎓에서의 고주파 조사에 의해 또는 극초단파 조사에 의해 즉시 가열하여 발포시킨다. 온도 증가 및 발포제의 증기화의 결과로서 발포하는 혼합물을, 예를 들어 성형하여 발포체 압출물을 얻고, 이를 절단하여 슬랩(slab)을 얻는다.
유화제, 발포제 및 경화제와 같은 출발 물질에 관한 추가의 정보, 및 멜라민 수지 발포체 생성에 관한 추가의 공정의 상세한 내용은, 예를 들어 전술한 명세서 WO 01/94436호, EP-A 17 671호, EP-A 17 672호 및 EP-A 37 470호에 있다.
본 발명의 발포체 복합물 요소를 생성하기 위하여, 엔벨로프(envelope) 밀도(EN ISO 845)가 3 내지 50 ㎏/㎥, 특히 7 내지 15 ㎏/㎥인 멜라민 수지 발포체를 사용하는 것이 바람직하다. 적합한 멜라민 수지 발포체는, 예를 들어 바스프(BASF)로부터 바소텍트(Basotect, 등록상표)로서 상업적으로 입수가능하다.
폴리우레탄 발포체는 폴리이소시아네이트 중부가 생성물이다. 여기서 폴리우레탄은 또한 다른 폴리이소시아네이트 중부가 생성물, 특히 폴리이소시아누레이트 또는 폴리우레아를 뜻할 것이다. 가요성, 반강성 또는 강성, 또는 다른 열가소성 또는 가교결합성 폴리우레탄 등급은 본 발명의 복합물 요소에 적합하다.
폴리우레탄의 생성은 광범위하게 기술되어 있으며, 일반적으로 널리 공지된 조건하에 이소시아네이트(a)와 이소시아네이트에 반응성인 화합물(b)의 반응에 의해 일어난다. 이 반응은 바람직하게는 촉매(c) 및/또는 보조제(d)의 존재하에 일어난다. 발포된 폴리이소시아네이트 중부가 생성물이 포함되면, 이들은 통상의 발포제(e)의 존재하에 생성된다.
사용될 수 있는 이소시아네이트(a)는 자체 공지의 방향족, 아릴지방족, 지방족 및/또는 시클로지방족 유기 이소시아네이트, 바람직하게는 디이소시아네이트이다. 사용될 수 있는 이소시아네이트에 대하여 반응성인 화합물(b)의 예는 분자량이 60 내지 10000이고 이소시아네이트에 대한 관능성이 1 내지 8, 바람직하게는 2 내지 6(열가소성 폴리우레탄 TPU의 경우에는 약 2의 관능성)인 널리 공지된 화합물로서, 그 예는 분자량이 500 내지 10000인 폴리올, 예컨대 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르 폴리에스테르 폴리올, 및/또는 트리올, 및/또는 분자량이 500 미만인 폴리올이다.
적당한 경우, 생성물의 생성을 위하여 사용될 수 있는 촉매(c)는 이소시아네이트와 이소시아네이트에 반응성인 화합물의 반응을 뚜렷하게 가속화하는 널리 공지된 화합물이고, 이때 사용되는 총 촉매 함량은 바람직하게는 이소시아네이트에 대하여 반응성인 사용된 화합물(b)의 총 중량을 기준으로 0.001 내지 15 중량%, 특히 0.05 내지 6 중량%이며, 그 예는 3급 아민 및/또는 금속 염, 예를 들어 금속의 보통의 산화 상태인 철, 납, 아연 및/또는 주석의 무기 및/또는 유기 화합물이다.
적당한 경우, 사용할 수 있는 보조제(d)는 한 단락 다음 단락에 언급된 첨가제이다.
폴리우레탄, 폴리이소시아누레이트, 및 폴리우레아에 관한 상세한 내용은 당업자에 의해 문헌(Kunstostoff-Handbuch[Plastics handbook], 3rd edition, volume 7 "Polyurethane"[Polyurethanes], Hanser Verlag, Munich 1993)에서 찾을 수 있다.
폴리이미드는 반복 단위가 선형 또는 환상 이미드 기에 의한 결합을 갖는 중합체이다. 예를 들어, 이들은 지방족 또는 방향족 디아민과 방향족 테트라카르복실산 이무수물(예컨대, 4,4'-옥시-디아닐린 및 피로멜리트산 이무수물로부터)의 중축합에 의해 중간생성물로서 폴리아미드카르복실산을 거쳐 제조된다. 여기서 이미드 기는 중합체의 합성중에 생성된다. 그러나, 축합 반응은 고리화에 의해 오로지 분자내로만 진행되지 않고, 분자간에도 진행된다. 생성된 가교결합은, 후속 성형 과정을 더 어렵게 만들기 때문에, 성형 과정(이 경우 발포)은 바람직하게는 폐환 반응과 동시에 수행된다. 고리화중에 제거된 물은 문제를 일으키는 쇄 분해를 개시할 수 있고, 따라서 폴리아미드카르복실산 발포체는 대부분 이미드화 전에 물-결합 수용체로 포화시킨다. 가교결합 및 가수분해는 마찬가지로, 예를 들어 디아민을 디이소시아네이트로 대체하여 피할 수 있다.
동일 반응계내 이미드 형성에 필요한 두 관능기는 또한 하나의 단량체 분자내로 합쳐져, AA-BB 폴리이미드 뿐만 아니라 AB 폴리아미드가 얻어지는데, 이들은 가교결합이 없다. 폴리이미드의 합성중의 가교결합은 또한 이미 형성된 이미드 기를 포함하는 단량체를 사용하여 피할 수 있다. 이들 단량체의 예는 말레산 무수물과 디아민으로부터 얻어진 비스말레이미드로서, 이들을 예를 들어 디아민, 알독심 또는 디술파이드와 중부가에 의해 반응시켜 폴리이미드를 얻는다.
본 발명의 목적을 위한 다른 폴리이미드는 이미드 기 뿐만 아니라 아미드 기를 포함하는 중합체(폴리아미드이미드), 에스테르 기를 포함하는 중합체(폴리에스테르이미드) 또는 에테르 기를 포함하는 중합체(폴리에테르이미드)이다.
폴리이미드 발포체는 자체 공지의 방식으로 통상의 발포제에 의해 발포된다. 폴리이미드에 관한 추가의 상세한 내용은, 예를 들어 문헌(the electronic encyclopedia Lexikon Rompp Online, Version 2.8, Thieme-Verlag Stuttgart, 2006, key word "Polyimide"[Polyimides])에 있다.
다수의 목적을 위하여, 멜라민 수지 발포체, 폴리우레탄 발포체 또는 폴리이미드 발포체에 비발포된 중합체를 기준으로 첨가제를 20 중량% 이하, 바람직하게는 10 중량% 이하로 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 첨가제의 예는 염료, 안료, 난연제, 산화방지제, 자외선 안정제, 열안정제, 가수분해 안정제, 계면활성제, 정진균 및 정균 작용이 있는 물질, 화재 가스의 독성을 줄이거나 탄화를 촉진하기 위한 제제이다. 또한 소수화제 또는 소유화제(다음 본문 참조)를 동시에 사용하는 것이 가능하다. 이러한 유형의 첨가제는 당업자에게 공지되어 있으며, 상업적으로 입수가능하다.
본 발명의 발포체 복합물 요소는 다층 요소이며, 3층 이상을 갖는다. 모든 층은 연속 기포형 발포체로 이루어져 있다. 모든 층은 바람직하게는 전술한 멜라민 수지 발포체 또는 전술한 폴리우레탄 발포체 또는 전술한 폴리이미드 발포체로 이루어져 있다. 여기서 다양한 층은 동일한 발포체 또는 상이한 발포체를 포함할 수 있으며, 이들은 모두 멜라민 수지 발포체 또는 폴리우레탄 발포체 또는 폴리이미드 발포체일 수 있지만, 이들의 구성(특히 단량체 및 단량체 비, 첨가제 등), 이들의 구조(예컨대, 기포 크기, 기포 벽 길이, 독립 기포의 비율), 및/또는 이들의 특성(예: 밀도, 기체 투과율, 경도, 탄성, 압축 거동 및 탄성반발 거동, 단열, 흡음 등)이 상이하다. 모든 층은 동일한 발포체를 포함하는 것이 바람직하다.
그러나, 멜라민 수지, 폴리우레탄 및 폴리이미드 중에서 선택되는 둘 이상의 발포체를 포함하는 가능한 복합물 요소가 또한 있다.
층의 수(이하 n이라고 함)는 바람직하게는 3 내지 10, 특히 바람직하게는 3 내지 6, 특히 3 내지 5, 매우 특히 바람직하게는 3 또는 5이다. 배열은 연속하여, 예를 들어 서로 겹쳐 놓여 3층 이상을 갖는다. 따라서, 복합물 요소는 두 외각 층(요소가 편평한 모양을 갖는다면, 상면 및 하면) 및 (n-2)개의 내부 층을 갖는다.
본 발명에 따라, 내부 층의 하나 이상은 리세스(공동)를 가지며, 두 외각 층은 리세스를 갖지 않는다.
이는 하나의 바람직한 실시양태로서 3개의 층 A, B 및 C를 갖는 복합물 요소를 제공하고, 이때 내부 층(B)은 리세스를 가지고, 외부 층(A,C)은 리세스를 갖는 않는다.
다른 실시양태에서, 복합물 요소는 4개의 층 A, B, C, D를 가지며, 이때 내부 층(B,C)의 하나 이상은 리세스를 가지고, 다른 층(적어도 외부 층 A,D)은 리세스를 갖지 않는다. 층들(B,C) 중 오직 하나만 리세스를 가지고, 다른 층은 갖지 않는 것이 바람직하다.
다른 실시양태에서, 복합물 요소는 5개의 층 A, B, C, D 및 E를 가지며, 이때 내부 층(B,C,D)의 하나 이상은 리세스를 가지고, 다른 층(적어도 외부 층 A,E)은 리세스를 갖지 않는다. 3개 층(B,C,D) 중 2개가 리세스를 가지고, 3개 층 중 다른 층은 리세스를 갖지 않는 것이 바람직하다.
5개 층 A, B, C, D 및 E를 갖는 복합물 요소가 특히 바람직한데, 이때 내부 층(B,D)의 하나 이상은 리세스를 가지고, 다른 층은 리세스를 갖지 않는다. 두 내부 층(B,D)이 리세스를 가지고 다른 층은 리세스를 갖지 않아서 무-유-무-유-무 리세스의 층 순서를 갖는 것이 특히 바람직하다.
복합물 요소의 둘 이상의 층이 리세스를 가지면, 배열은 바람직하게는 상기 리세스 층들 사이에 리세스가 없는 하나 이상의 층을 갖거나 또는 갖지 않을 수도 있다. 후자의 경우, 즉 둘 이상의 리세스 층이 직접적으로 연속되는 경우에 개별 층의 리세스 사이에 겹침이 없거나 또는 매우 약간 겹침이 있는 것이 바람직하다.
특징 i)에 따라, 리세스를 갖는 내부 층의 리세스의 체적은 20 내지 70 체적%, 바람직하게는 25 내지 60 체적%, 특히 바람직하게는 27 내지 55 체적%이다. 층의 100 체적%의 비율의 나머지는 따라서 발포체로 이루어진다.
복합물 요소가 리세스를 갖는 둘 이상의 층을 갖는다면, 이들 리세스 층은 각각 특징 i)를 따른다. 다양한 리세스 층 내의 리세스의 비율은 동일하거나 또는 언급한 체적% 비율 내에서 상이하다.
복합물 요소의 총 두께(d)는 모든 발포체 층을 가로지르는 두께로서, 일반적으로 1 ㎜ 내지 100 ㎝, 바람직하게는 2 ㎜ 내지 50 ㎝, 특히 5 ㎜ 내지 20 ㎝이다.
특징 ii)에 따라, 리세스를 갖는 층의 두께는 복합물 요소의 총 두께(d)의 20 내지 80 %, 바람직하게는 30 내지 75%, 특히 바람직하게는 35 내지 70 %이다. 복합물 요소가 리세스를 갖는 둘 이상의 층을 갖는다면, 이 특징 ii)는 모든 리세스 층을 함께 생각한 것에 관련된다. 즉 모든 리세스 층의 두께를 더하여 두께(d*)를 얻고, 몫(d*/d)을 계산하고 이 몫은 특징 ii)의 % 비율 이내가 되어야 한다.
개개 층의 두께 비는 광범위하게 변할 수 있고, 리세스를 갖는 층:리세스를 갖지 않는 층의 비는 일반적으로 100:1 내지 0.1:1, 바람직하게는 5:1 내지 1:1, 특히 바람직하게는 2:1 내지 1:1이 된다. 리세스를 갖지 않는 둘 이상의 층은 동일하거나 상이한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 두 외각 층의 두께 비는 5:1 내지 1:1, 바람직하게는 2:1 내지 1:1이 될 수 있다. 하나의 바람직한 실시양태에서, 두 외각 층의 두께는 동일하다. 마찬가지로, 무-유-무-유-무 리세스의 층 순서로 언급한 5층 복합물 요소의 경우에 리세스를 갖는 않는 3개 층 A, C 및 E의 두께는 동일한 것이 바람직하다.
둘 이상의 리세스 층의 경우에, 이들 층의 두께는 마찬가지로 동일하거나 상이할 수 있다. 무-유-무-유-무 리세스의 층 순서로 언급한 5층 복합물 요소의 경우에, 두 리세스 층 B 및 D는 동일한 두께인 것이 바람직하다.
층의 개별 층의 두께 또는 층 순서의 결과로서, 배열이 리세스 층을 복합물 요소의 중앙이 아니라 복합물 요소의 한쪽 표면에 다른쪽 표면보다 더 가깝게 갖는 경우, 리세스 층은 입사 음파를 향하지 않는 것이 바람직하다.
발포체는 연속 기포형 발포체이기 때문에, 복합물 요소를 둘러싸는 분위기, 일반적으로 공기가 보통 리세스를 채운다.
리세스의 3차원 형상에 관하여, 임의의 실시양태가 복합물 요소에게 특히 우수한 특성, 특히 우수한 흡음률을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 리세스의 형상은 2차원적으로, 예를 들어 그의 횡단면도(즉, 복합물 요소의 층들에 대하여 수직으로 존재하는 단면을 나타내는) 및 평면도(즉, 복합물 요소의 층들에 평행하게 존재하는 단면을 나타내는)에 의해 기술될 수 있다. 횡단면도의 경우, 복합물 요소를 옆에서 보고, 평면도의 경우에는 위 또는 아래에서 본다.
복합물 요소는 바람직하게는 리세스의 횡단면이 직사각형, 정사각형, U형, 사다리꼴, 삼각형, 원형 또는 타원형인 것이 바람직하다. U형 리세스는 둥근 돌출부를 갖는 발포된 표면에 대응한다.
횡단면 형상이 직사각형, 정사각형, U형 또는 사다리꼴인 것이 바람직하다. 리세스의 횡단면이 직사각형 또는 사다리꼴 형상인 것이 특히 바람직하다. 사다리꼴 형상인 경우, 사다리꼴의 더 긴 변이 입사음을 향하거나 향하지 않을 수 있다. 유사하게는, U 형상의 경우에, 리세스의 더 넓은 기부(더 좁은 첨단보다는)가 입사음을 향하거나 향하지 않을 수 있다.
리세스의 횡단면이 직사각형 또는 사다리꼴 형상인 경우, 직사각형 또는 사다리꼴 변들의 비는 바람직하게는 4:1 내지 0.5:1, 특히 2:1 내지 1:1이 된다. 사다리꼴의 경우, 상기 표현은 평균 변 길이를 뜻한다. 리세스의 배열은 바람직하게는 복합물 요소의 횡단면을 볼 때 직사각형 또는 사다리꼴의 가장 긴 변이 층들에 평행한 것이다. 즉, 리세스가 "가장자리에 서 있는" 것보다 바람직하게는 "편평하게 놓여 있는" 배열이다.
리세스는 바람직하게는 리세스 층의 전 두께(높이)에 걸쳐 계속될 수 있거나 또는 두께의 일부에 걸쳐서만 계속될 수 있다.
복합물 요소는 마찬가지로 평면도의 리세스가 원형, 타원형, 직사각형, 정사각형 또는 스트립(strip)형 형상을 갖는 것이다. 스트립형 형상은 리세스가 복합물 요소의 종방향 또는 횡방향으로 "연속적"임을 뜻한다. 즉, 리세스가 전 요소를 통해 그 방향으로 존재한다.
평면도 형상은 바람직하게는 원형, 직사각형, 정사각형 또는 스트립형이다. 직사각형 리세스의 경우에, 직사각형의 변들의 비는 바람직하게는 5:1 내지 1:1이다.
리세스를 3차원으로 본다면, 평행 육면체, 정육면체, 원통, 원뿔, 절두체, 구, 또는 타원체, 원환체(고리), 사면체, 절단 사면체, 피라미드, 절단 피라미드, 디프레션(depression)(둥근 돌출부를 갖는 발포체)의 형상을 갖는 리세스가 바람직하다.
본 발명의 복합물 요소의 제조 방법의 예는 개개의 층을 서로 별개로 제조한 다음, 이들을 서로 인접하게 위치시킨다. 특히 멜라민 수지 발포체로 이루어진 층은 일반적으로 제조 공정에서 생성된 표면에 미세한 바늘 모양 구조를 갖는데, 층들을 서로 겹쳐 놓으면, 이들 바늘 모양 구조는 터치-앤-클로즈(touch-and-close) 패스너(fastener) 방식으로 서로 얽히게 된다. 멜라민 수지 발포체로 이루어진 층은 특히 바람직하게는 이러한 유형의 상호 겹침에 의해 서로 결합된다. 층들의 얽힘(따라서 층들의 서로에 대한 접착)은, 필요하다면, 압력을 가하여 강화할 수 있다.
그러나, 예를 들어 다음과 같이 층들을 서로 결합시키는 다른 방법도 있다.
접착제 결합: 이 목적에 적합한 접착제(접착 촉진제)를 접착 결합하는 동안 사용할 수 있는데, 그 예는 1성분 또는 2성분 접착제 또는 분산액계 접착제이다. 사용할 수 있는 접착제로는 특히 폴리클로로부타디엔, 폴리아크릴레이트, 스티렌-아크릴레이트 공중합체, 폴리우레탄, 에폭시드, 멜라민-포름알데히드 축합물을 기제로 하는 것이 있다. 접착제는 분무, 도포, 압연, 침지, 습윤화 또는 이 목적에 적합한 다른 방법에 의해 발포체에 적용할 수 있다.
가압: 층들은 또한 가압하여 서로 결합시킬 수 있다. 예를 들어, 멀티-일광 프레스 또는 다른 통상의 프레스가 이 목적에 적합하고, 프레스에 사용되는 압력, 온도 및 시간은 자체 공지되어 있다.
기계적 방법: 기계적 방법을 또한 사용하여 층들을 서로 결합시킬 수 있는데, 그 예는 바느질, 누비질, 시침질(스테이플(staples)), 니들링(needling), 리베팅(riveting)이다. 기계적 결합은 또한 트레드(thread), 스테이플, 바늘, 리벳 또는 다른 보조 기구 없이, 발포체의 질기고 탄력있는 특징을 이용하고 발포체 층의 형상을 적당히 설계함으로써 가능하다. 예를 들면, 층들은 임의의 요소들, 예컨대 언더컷(undercut), 리세스, 텅(tongues) 및/또는 페그(peg)를 가질 수 있는데, 이들은 한 층을 다른 층에 고정시키기 위해 사용되거나, 층들을 서로 가압하는 경우 한 층을 다른 층에 삽입할 때 층들을 서로 잡고 유지시킨다.
층들의 상호 겹침 또는 이들의 기계적 결합은 층들을 복합물 요소의 후속 재생시에 쉽게 서로 분리할 수 있다는 이점이 있다. 층들은 상호 겹침에 의해 또는 기계적으로 서로 결합되는 것이 바람직하다.
층들을 서로 따로따로 생성하고, 적당한 경우 이들을 서로 전술한 바와 같이 결합시키는 대신에, 다수의 층을 공압출 또는 다른 적합한 공정에 의해 동시에 제조할 수 있다.
언급한 다수의 결합 방법을 사용하여 두 층을 결합시키고/결합시키거나, 복합물 요소의 제조를 위한 다양한 결합 방법을 사용하는 것이 가능하다.
리세스를 갖는 층을 얻기 위한 방법(공정 I)의 예에서, 리세스가 없는 정상적인 층을 먼저 생성한 다음, 리세스를 적용한다. 절단, 드릴링(drilling), 스탬핑(stamping), 투사물 충격, 또는 다른 통상의 방법을 사용하여, 발포체의 구성, 경도 및 탄성의 함수, 및 리세스 형상의 함수로서, 리세스를 적용할 수 있다. 여기서 절단 또는 드릴링은 통상적으로 칼, 드릴, 분쇄기 또는 톱을 사용하여, 또는 달리 고에너지 방사선의 수단(예: 레이저 빛)에 의해(레이저 절단) 수행할 수 있다. 다른 가능성은 액체(예컨대, 물) 또는 기체(예: 공기)에 의한 절단 또는 드릴링인데, 이들은 노즐로부터 고압에서 배출되어 발포체를 분할한다.
다른 방법으로서(공정 II), 예를 들어 리세스의 체적이 특징 i)의 상부 범위에 있는 경우, 리세스를 갖는 층을 얻는 가능한 방법에서, 발포체 단편은 그 아래 층(리세스를 가질 수 있거나 가질 수 없는)에 놓여진 다음, 그 위에 층(리세스를 가질 수 있거나 가질 수 없는)이 위치된다. 예를 들어, 발포체 단편은 스트립, 형행 육면체, 정육면체, 원통 또는 고리일 수 있다. 여기서 발포체 단편의 서로간의 분리는 바람직한 리세스에 상응하고, 발포체 단편의 두께(높이)는 리세스 층의 두께에 상응한다. 발포체 단편은, 경우에 따라 전술한 바와 같이 그 아래 위치한 층에 결합되고/결합되거나, 그 위에 위치한 층에 결합되고/결합될 수 있다.
복합물 요소가 둘 이상의 리세스 층을 갖는 경우, 이들 전부는 동일한 공정 I 또는 II에 의해 제조될 수 있거나, 또는 두 공정 I 및 II가 사용될 수 있다.
하나의 바람직한 실시양태에서, 복합물 요소는 하나 이상의 외각 층이 소수화 또는 소유화되거나, 또는 (특히 바람직하게는) 소수화되면서 소유화된 것이다. 복합물 요소의 전체 표면은 소수화 또는 소유화된 것, 또는 (특히 바람직하게는) 소수화되면서 소유화된 것이 매우 특히 바람직하다. 소수화란 용어는 내수성 및 방수성을 포함하고, 소유화란 용어는 오일 저항성 및 내유성을 포함한다.
소수화 또는 소유화의 가능한 방법은 발포체의 생성을 완료하기 전에 소수화제 및 소유화제를 각각 동시에 사용하는 것이다. 또한 예를 들어 발포체 표면을 상기 제제로 습윤화 또는 코팅하거나 또는 발포체를 제제로 포화시킴으로써 완성된 발포체를 제제로 처리하는 것이 가능하다.
소수화 또는 소유화를 위한 다른 성공적인 방법은 복합물 요소의 하나 이상의 층에 소수성 층 및 소유성 층을 각각 적층시키는 것이다. 적층 물질은 복합물 요소의 흡음률의 손상을 최소화하는 방식으로 선택되어야 한다.
사용될 수 있는 이들 적층 층은 특히 호일, 예컨대 중합체 호일, 및 직물 또는 유리 섬유로 이루어진 직물 또는 부직물이다. 적용된 적층 물질은 소수성 또는 소유성이거나, 또는 바람직하게는 소수성 및 소유성 적층 물질이 서로의 위에 적용될 수 있다. 적층 물질은 일반적으로 상기 본문에 앞선 단계에서 결합 방법에 기술한 바와 같이 외각 발포체 층에, 바람직하게는 접착제 결합 또는 가압에 의해 결합된다.
적합한 중합체 호일은 폴리아미드, 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르(예: 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트)로 이루어진 호일이다. 호일의 총 두께는 일반적으로 5 내지 100 ㎛, 바람직하게는 5 내지 60 ㎛, 특히 10 내지 20 ㎛이다.
직물 또는 부직물에 적합한 직물 섬유의 예는 셀룰로즈 섬유, 폴리에스테르 섬유 또는 폴리아미드 섬유이다.
적합한 소수화제의 예는 실리콘, 파라핀, 실리콘 계면활성제 및 플루오르화 계면활성제이다. 특히 적합한 상업적으로 입수가능한 제품은 로타(Rotta)의 플루오로알칸 유화액인 디폴리트(Dipolit, 등록상표); 데구사(Degussa)의 실리콘 유화액인 시트렌(Sitren, 등록상표); 및 바스프의 파라핀 유화액인 퍼시스톨(Persistol, 등록상표), 및 유사 제품이다. 적합한 소유화제의 예는 플루오로알칸 유화액, 예컨대 클라리안트로부터 상업적으로 입수가능한 누바(Nuva, 등록상표), 상기 언급한 디폴리트, 및 유사 제품이다.
언급한 소수화제 또는 소유화제를 발포체의 즉각적인 처리에 사용하거나, 또는 이들 제제를 적층 물질, 즉 호일, 직물 층 또는 유리 섬유 층을 생성하는 동안 동시에 사용할 수 있거나, 이들 제제를 적층 물질에 적용할 수 있다.
본 발명의 복합물 요소의 한 면, 바람직하게는 입사 음파를 향하지 않는 면은, 경우에 따라 안정화 지지 층을 가질 수 있다. 적합한 지지층의 예는 금속(예컨대, 알루미늄 또는 강철), 판지, 석고 플라스터보드(plasterboard), 플라스틱, 또는 다른 기계적으로 안정한 물질로 이루어진 것이다. 지지 층은, 예를 들어 천공된 시이트 또는 격자 또는 망상 조직 형태를 갖는, 연속 표면의 시이트일 수 있거나 또는 리세스를 가질 수 있다. 리세스를 갖는 지지 층이 바람직할 수 있는데, 중량이 절감되고 요구되는 흡음률의 손상이 덜하기 때문이다.
배열은 또한 복합물 요소의 내부에 지지 층을 가질 수 있다. 즉, 지지 층의 양면에 발포체 층이 위치한다. 이는 특히 소리가 양쪽으로부터 복합물 요소에 충돌하는 경우 유리하다.
복합물 요소 및/또는 그의 지지 층은 탑재 보조 기구 또는 고정 보조 기구를 가질 수 있다. 이들 보조 기구는 서로에게 다수의 복합 요소의 부착을 용이하게 하여 하나의 표면을 제공하고, 복합물 요소를 기재에 고정시킨다. 적합한 보조 기구의 예는 접착제 구역, 접착제 스트립 또는 접착제 스폿(spot), 스크류(screw) 또는 스크류 트레드, 리벳, 스냅 커넥터(snap connector), 겸자, 인터로킹 커넥터(interlocking connector), 또는 다른 보조 기구이다. 예를 들어, 이들은 구멍, 절첩, 끈, 홈, 컷-아웃(cut-out)에 의해, 또는 몰디드-온(molded-on) 텅, 페그, 스트랩(strap) 등에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 또한, 예를 들어 건물, 기계 또는 자동차의 흡음 요소로서, 전술한 복합물 요소의 용도를 제공한다.
본 발명의 복합물 요소는 종래 기술의 것보다 우수하다. 이들은 우수한 흡음률을 나타내면서 중량이 가볍다는 특징이 있다. 본 발명의 복합물 요소를 리세스가 없는 "속이 비지 않은" 요소와 비교하면, 리세스의 도입에 의한 중량 감소에 비해 흡음률 감소는 덜하다. 예를 들어, 리세스가 없는 요소와 비교하였을 때, 리세스의 도입에 의해 요소의 중량이 1/3 감소한 경우, 흡음률은 1/3보다 덜 줄어든다.
멜라민 수지 발포체를 사용하여 다층 복합물 요소(시험편)를 제조하였다. 발포체는 멜라민과 포름알데히드로부터 유도된 축합물이었다. 이 멜라민-포름알데히드 발포체의 엔벨로프 밀도(EN ISO 845)는 9 ㎏/㎥이었다. 바스프로부터 상업적으로 입수가능한 제품인 바소텍트(Basotect, 등록상표)를 사용하였다. 하기 두께는 원통형 시험편의 높이를 뜻한다.
시험편 I: 비교예
리세스가 없는, 직경 100 ㎜ 및 두께 50 ㎜의 속이 비지 않은 원통
시험편 II : 리세스 층을 갖는 3층 복합물 요소
하기 층 순서를 갖는, 직경 100 ㎜ 및 총 두께(d) 50 ㎜의 원통
- 제1 층(외각 층), 두께 10 ㎜, 리세스 없음
- 제2 층(내부 층), 두께 30 ㎜, 19개의 대칭 배열된 직경 15 ㎜의 원통형 리세스 있음(리세스는 드릴링에 의해 얻었음)
- 제3 층(외각 층): 두께 10 ㎜, 리세스 없음
상기 층들을 손으로 서로 겹쳐 놓고 서로 접착시켰다.
리세스의 횡단면은 직사각형이고, 리세스의 평면도는 원형이었다. 제2 층의 리세스의 체적은 그 층의 43 체적%에 달하였다. 제2 층의 두께는 총 두께(d)의 60 %에 달하였다.
시험편 III: 두 리세스 층을 갖는 5층 복합물 요소
하기 층 순서를 갖는, 직경 100 ㎜ 및 총 두께(d) 50 ㎜의 원통
- 제1 층(외각 층), 두께 10 ㎜, 리세스 없음
- 제2 층(내부 층), 두께 10 ㎜, 19개의 대칭 배열된 직경 15 ㎜의 원통형 리세스 있음(리세스는 드릴링에 의해 얻었음)
- 제3 층(내부 층), 두께 10 ㎜, 리세스 없음
- 제4 층(내부 층), 두께 10 ㎜, 19개의 대칭 배열된 직경 15 ㎜의 원통형 리세스 있음(리세스는 드릴링에 의해 얻었음)
- 제5 층(외각 층): 두께 10 ㎜, 리세스 없음
상기 층들을 손으로 서로 겹쳐 놓고 서로 접착시켰다.
제2 층과 제4 층의 리세스의 횡단면은 직사각형이고, 리세스의 평면도는 원형이고, 배열은 서로에 대하여 수직으로 리세스를 가졌다. 제2 층과 제4 층의 리세스의 체적은 각각의 경우 그 층의 43 체적%였다. 제2 층과 제4 층을 합한 두께는 총 두께(d)의 40 %에 달하였다.
시험편 IV: 사다리꼴 리세스를 갖는 3층 복합물 요소
하기 층 순서를 갖는, 직경 100 ㎜ 및 총 두께(d) 50 ㎜의 원통
- 제1 층(외각 층), 두께 10 ㎜, 리세스 없음
- 제2 층(내부 층), 두께 30 ㎜, 19개의 대칭 배열된 피라미드형 리세스 있음(리세스는 분쇄에 의해 얻었음)
- 제3 층(외각 층): 두께 10 ㎜, 리세스 없음
상기 층들을 손으로 서로 겹쳐 놓고 서로 접착시켰다.
리세스의 횡단면은 사다리꼴이고, 리세스의 평면도는 정사각형이었다. 제2 층의 리세스의 체적은 그 층의 30 체적%에 달하였다. 제2 층의 두께는 총 두께(d)의 60 %에 달하였다.
도 1은 시험편 I, II, III 및 IV의 횡단면의 도면이다. 화살표는 음파를 향하는 면을 가리킨다(확성기, 도 2 참조).
시험편의 흡음률은 DIN EN ISO 10534-1(2001년 10월)에 따라 임피던스관의 흡음 계수로서 결정하였다. 시험 주파수는 800, 1200 및 1600 ㎐였다.
도 2는 임피던스관(1)을 갖는 시험 배열의 도면이다. 임피던스관의 한쪽 끝에 확성기(2)가 있고, 다른쪽 끝에 시험편(3)(즉, 시험편 I, II, III 또는 IV)이 있다. 확성기(2)는 시험편(3)에 충돌하는 음파를 생성한다. 마이크는 나타내지 않았다.
임피던스관에 시험편을 위치시키는 방식은 시험편의 층들의 배열이 임피던스관의 축에 대하여 수직이도록 하였다. 시험편 IV의 위치 방식은 횡단면 사다리꼴 리세스의 더 긴 변, 즉 리세스의 더 큰 구멍이 확성기를 향하도록 한 것이었다.
하기 표에 결과를 합쳐 나타내었다. 시험의 기준은 속이 비지 않은 시험편 I(비교예)이었다. 시험편 II, III 및 IV 내 리세스에 의해 달성된 중량 감소율은 시험편 I을 기준으로 하였다. 속이 비지 않은 시험편 I과 비교하였을 때 리세스는 흡음률을 감소시켰다. 감소 정도는 시험편 I을 기준으로 %로 나타내었다.
Figure 112008070427013-pct00001
실시예 2의 3층 시험편 II의 경우에서, 33 %의 중량 감소는 소리 주파수의 함수로서 흡음률을 6 % 내지 21 % 감소시켰다. 따라서 흡음률의 감소는 중량 감소에 비하여 덜하다.
실시예 3의 5층 시험편 III의 경우에서, 22 %의 중량 감소에도 불구하고 흡음률은 거의 일정하게 유지되었다. 흡음률은 겨우 1 % 내지 5 %가 줄었으므로, 중량 감소에 비하여 현저하게 덜하다. 사다리꼴 리세스를 갖는 3층 시험편 IV의 경우에서(실시예 4), 흡음률은 마찬가지로 거의 변하지 않고 유지되었는데, 중량 감소가 20 %일 때 흡음률은 겨우 1 % 내지 5 %가 줄었다.
따라서, 복합물 요소 III 및 IV는 특히 상당한 중량 절감 특징을 나타내었고, 이는 양호한 흡음률을 희생하지 않고 달성되었다.

Claims (10)

  1. 총 두께(d)가 연속 기포형 발포체로 이루어진 3층 이상을 포함하고, 하나 이상의 내부 층이 리세스(recess)를 가지고, 두 외각 층은 리세스를 갖지 않으며, 이때 i) 리세스를 갖는 내부 층의 리세스의 체적이 20 내지 70 체적%이고, ii) 리세스를 갖는 층의 두께가 총 두께(d)의 20 내지 80 %인 다층 발포체 복합물 요소.
  2. 제1항에 있어서, 연속 기포형 발포체가 멜라민 수지 발포체, 폴리우레탄 발포체 및 폴리이미드 발포체 중에서 선택된 복합물 요소.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 3개 층 A, B 및 C를 가지고, 내부 층 B가 리세스를 가지며, 외부 층 A 및 C가 리세스를 갖지 않는 복합물 요소.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 5개 층 A, B, C, D 및 E를 가지고, 내부 층 B 및 D 중 하나 이상이 리세스를 가지며, 다른 층은 리세스를 갖지 않는 복합물 요소.
  5. 제4항에 있어서, 두 내부 층 B 및 D가 리세스를 가지고, 다른 층은 리세스를 갖지 않는 복합물 요소.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 리세스의 횡단면이 직사각형, 정사각형, U형, 사다리꼴, 삼각형, 원형 또는 타원형인 복합물 요소.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 리세스의 평면도가 원형, 타원형, 직사각형, 정사각형 또는 스트립(strip)형인 복합물 요소.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 외각 층이 소수화 또는 소유화되거나, 또는 소수화되면서 소유화된 복합물 요소.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전체 표면이 소수화 또는 소유화되거나, 또는 소수화되면서 소유화된 복합물 요소.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 흡음 요소로서 사용되는 복합물 요소.
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