KR101360352B1 - 바닥충격음 차음 및 온도둔감형 폴리우레탄 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공동주택의 바닥충격음 차음 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원목을 표면마감재로 사용하는 공동주택에 있어서 바닥충격음 차음 효과를 향상시키고 동시에 온도 변화에 의한 탄성의 변화가 거의 없는 바닥충격음 차음구조 및 그 차음 구조에 이용되는 폴리우레탄에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 차음재 및 이를 포함하는 바닥충격음 차음 구조를 이용하면 종래의 바닥구조에 비하여 차음재의 두께가 얇은 데도 불구하고 바닥충격음의 차음 효과가 뛰어나고, 사계절의 온도 차이, 냉·난방에 따른 온도 차이에도 동일한 탄성 및 큰 마찰 저항을 가지므로 우수한 차음 효과를 나타낸다.

Description

바닥충격음 차음 및 온도둔감형 폴리우레탄{Isolated structure for impact sound on floor and Non heat sensitive Polyurethane}
본 발명은 공동주택의 바닥충격음 차음 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원목을 표면마감재로 사용하는 공동주택에 있어서 바닥충격음 차음 효과를 향상시키고 동시에 온도 변화에 의한 탄성의 변화가 거의 없는 바닥충격음 차음 구조 및 그 차음 구조에 이용되는 폴리우레탄에 관한 것이다.
바닥충격음은 아파트와 같은 공동주택의 상층 바닥에서 사람의 보행, 물건의 낙하 등의 충격이 가해질 때, 바닥 슬래브, 천장 또는 벽체를 통하여 하층 세대 내로 방사되는 음이다. 일반적으로 콘크리트 슬래브 구조는 공기 전파음을 잘 차단하기 때문에 좋은 차음재라 할 수 있으나, 콘크리트구조에 충격이나 진동을 직접 가하게 되면 고체전파음으로 변하여 거의 감쇠되지 않고 인접한 다른 세대로 전달되어 음(소음)으로 방사되는 특성을 가지고 있다.
바닥충격음에 발생에 관계되는 요인은 크게 충격원(진동원), 바닥구조, 수음실 등 3가지의 영향요소로 나눌 수 있다. 가장 단순한 천장이 없는 바닥구조에 대한 충격음의 전달경로는 도 1에 나타난 바와 같다. 바닥충격음에 관련된 요소 중, 충격원과 관계되는 요소는 질량과 속도에 의한 운동량, 충격력의 파형에 관계되는 질량, 가진점에서의 스프링 상수(Spring rate), 저항계수 등이 작용하여 바닥충격음의 전달에 영향을 미친다. 바닥구조의 경우는 충격원과 연관된 충격파형, 가진점에서의 본 부분적인 압축파형에 관계되는 스프링상수, 휨진동에 의한 스프링상수, 슬래브의 저항, 슬래브의 진동계 및 음향방사에 관련되는 탄성계수, 밀도, 두께, 경계조건 등이 바닥충격음 전달에 미치는 요인이다. 또한, 수음실에 있어서는 음향방사에 바닥의 기하학적인 조건과 공간 내의 음의 시간적인 축적효과와 관계되는 공동주택의 방의 크기 및 흡음력이 변수로 작용한다. 여기에서 Mt는 충격원의 질량(kg), Vt는 충격원의 충돌속도(m/s), Kc는 충격면의 탄성계수(N/㎡)이고, Rc는 충격면의 마찰계수(N/m/s), Ms는 슬래브면의 질량이다. 여기에서 Mt(충격원의 질량)와 Ms(바닥 슬래브의 질량)은 고정되어 있으므로 Kc(탄성계수)와 Rc(마찰저항)을 조절하여 바닥충격음을 차단하여야 한다. 즉, 공동주택의 충격음의 차단은 탄성계수와 마찰저항이 큰 엘라스토머(열경화성, 열가소성수지, 고무, 이들의 복합체 또는 이들의 다공체 등)가 이용되어야 하고, 더욱이 마찰특성이 높은, 즉, 감쇄가 큰 물질을 도입해야 한다는 것을 알 수 있다.
바닥표면마감재로서 원목을 사용하는 종래의 바닥구조는 철근을 포함하는 콘크리트 슬래브, 상기 슬래브 위에 도포되는 것으로서 단열을 위한 경량기포 콘크리트, 상기 경량기포 콘크리트 위에 도포되며 난방배관이 설치되는 마감 모르타르, 그리고 상기 마감 모르타르 위에 접착제에 의하여 표면마감재로서 부착되는 원목으로 이루어져 있다(도 2). 이와 같이 표면마감재로서 원목을 사용하는 종래의 바닥구조는 원목 자체가 어느 정도 차음 기능을 수행하여 별도 완충재를 사용하지 않기 때문에 바닥충격음을 효과적으로 차단할 수 없는 문제점이 있었다. 또한, 표면마감재로서 모노륨을 사용하는 종래의 바닥구조는 콘크리트 슬래브와 경량기포 콘크리트 사이에 폴리에스테르와 같은 완충재를 구성하여 바닥충격음을 차단하고 있으나, 완충재가 바닥표면에서 멀리 떨어져 있어서 바닥충격음을 일차적으로 직접 차단하기 못하고 경량기포 콘크리트까지 전달된 후에 차음하기 때문에 차음 효율은 물론 시공성이 떨어지는 문제점이 있었다(도 3).
층간 소음을 방지하기 위한 종래의 기술로는 한국등록특허 제10-0451400(흡음 및 차음 특성이 우수한 폴리에스테르 부직포복합판재 및 그 제조방법), 제10-0492496호(복합판상 차음재 및 그 제조방법), 제10-0729871호(건물의 층간차음재 및 그 제조방법), 제10-0357024호(공동주택의 바닥충격음 차음구조 및 그 차음구조에 이용되는 폴리우레탄) 등이 있다. 종래의 기술은 차음재로서 폴리에스터 섬유, EVA 폼, 우레탄 폼, 고무, 고무복합체 등을 사용하고, 차음재가 슬래브와 경량기포 콘크리트 사이에 삽입되는 습식구조에 관한 것이다. 특히, 한국등록특허 제10-0357024호에 개시된 폴리우레탄 탄성체로 구성된 열민감성 폴리우레탄 폼의 차음재는 겨울과 여름, 창가와 구석진 곳의 온도 차에 의해 탄성율이 변하는 단점이 있어 마감모르타르의 크랙 발생, 온도 차에 의한 보행감의 차이가 나타나는 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 원목 또는 모노륨을 표면마감재로 사용하는 공동주택에서 바닥 충격음 차음 효과를 향상시키고 온도 변화에 관계없이 우수한 차음 효과를 갖는 차음재를 개발하고자 예의 노력한 결과, 폴리올 100 Phr, 셀 오프너 5-20 Phr, 실리콘 정포제 1-8 Phr, 촉매 0.05-2 Phr, 발포제 0.5-3 Phr 및 프리폴리머 15-50 Phr를 포함하는 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 차음재 및 이를 포함하는 차음 구조를 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 폴리올 100 Phr, 셀 오프너 5-20 Phr, 실리콘 정포제 1-8 Phr, 촉매 0.05-2 Phr, 발포제 0.5-3 Phr 및 프리폴리머 15-50 Phr를 포함하는 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 차음재 및 이를 포함하는 바닥충격음 차음 구조를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 차음재로 사용하기 위한 탄성계수 및 점성저항이 크고 온도에 민감하지 않은 점탄성체를 제조하고, 충격원과 가까운 곳에 차음재를 설치하는 바닥충격음 차음 구조를 제공한다.
본 발명은 일 구체예에서, 폴리올 100 Phr, 셀 오프너 5-20 Phr, 실리콘 정포제 1-8 Phr, 촉매 0.05-2 Phr, 발포제 0.5-3 Phr 및 프리폴리머 15-50 Phr를 포함하는 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리올은 OH value 35-45 폴리올, OH value 60의 트리올과 OH value 30-50의 디올을 혼합하여 얻어진 폴리올, 프로락탐 폴리올 및 폴리카보네이트 폴리올로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 프리폴리머는 MDI 프리폴리머, TDI 프리폴리머, IPDI 프리폴리머, PEDI 프리폴리머, TODI 프리폴리머 및 PMDI 프리폴리머로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있고, 이소시아네이트 함량이 30 내지 34%인 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 셀 오프너는 우레탄 변성 에폭시 수지인 것을 특징으로 할 수 있고, 예를 들어 hypox UA11-에머랄드 성능 재료(hypox UA11-Emerald performance material)일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄의 밀도는 60-650 Kg/m3 인 것을 특징으로 할 수 있고, 볼 리바운드(ball rebound) 시험 값은 0.5-10%인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 폴리우레탄의 압축 변형(compression set)은 0.8-5%인 것을 특징으로 할 수 있고, 난연규격 FMVSS-302에 적합한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄은 영하 10℃ 내지 40℃에서 탄성의 변화가 없는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 다른 구체예에서, 표면 마감재층와 마감모르타르층 사이에 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 폼이 장착된 공동주택의 바닥충격음 차음 구조를 제공하고, 이 때, 상기 폴리우레탄은 폴리올 100 Phr, 셀 오프너 5-20 Phr, 실리콘 발포제 1-8 Phr, 촉매 0.05-2 Phr, 발포제 0.5-3 Phr 및 프리폴리머 15-50 Phr를 포함하는 다공성 점탄성 온도둔감형 폴리우레탄인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 바닥 충격음 차음구조는 콘크리트 슬래브 위에 경량기포 콘크리트층이 적층되고, 상기 경량기포 콘크리트층 위에 마감모르타르층이 적층되며, 상기 마감모르타르층 위에 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 폼이 적층되고, 상기 폴리우레탄 폼 위에 표면 마감재층이 적층되어 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, KS F 2810-1 또는 KS F 2810-2에 규정된 시험방법으로 시험하여 KS F 2810-1 또는 KS F 2810-2의 평가방법으로 평가하였을 때 경량충격음이 53dB 이하, 중량충격음이 43dB 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 바닥 충격음 차음 구조는 철근을 포함하는 콘크리트 슬래브(1), 상기 슬래브 위에 단열을 위한 경량기포 콘크리트(2), 상기 경량기포 콘크리트 위에 난방 배관과 함께 시공되는 마감모르타르(3), 그리고 상기 마감모르타르 위에 접착제에 의하여 표면 마감재로 부착되는 원목마루로 이루어지는 공동주택의 바닥구조에 있어서, 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 시트를 마감모르타르 위에 붙이고(10), 상기 다공성 점탄성우레탄 시트 위에 원목마루(4)가 접착되는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에서, 용어 "프리폴리머(prepolymer)"란 성형하기 쉽게 하기 위하여 중합 반응을 중도 단계에서 중지시킨 비교적 중합도가 낮은 중합체를 의미하고, MDI(Mehtylene 4,4 diphenyl diisocyanate) 또는 PMDI(Polymeric MDI)를 사용할 수 있고, 이소시아네이트(isocyanate) 함량이 32.5%인 것을 사용한다.
본 명세서에서 용어 "폴리올(polyol)"은 이소시아네이트와 함께 폴리우레탄 제조에 필수적인 원료로써 OH value 35-45의 폴리올이고, OH value 60의 트리올 및 OH value 30-50의 디올을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 단위 "Phr(parts per hundred resin)"은 고분자 100 중량 당 첨가되는 첨가제 중량을 나타내는 것으로, 예를 들어 고분자 100kg에 첨가제 1kg을 섞으면 1 Phr로 나타낸다.
본 명세서에서 용어 "점탄성"은 물체에 힘을 가했을 때 액체로서의 성질과 고체로서의 성질이 동시에 나타나는 현상으로, 적용된 응력에 대하여 시간-지연형 및 속도-의존형의 응답을 나타내고, 압축되었을 경우 천천히 회복되는 특성을 나타낸다.
본 명세서에서 용어 "압축 변형(compression set)"은 재료가 압축을 받았을 때 그 단면에 대해서 수직방향으로 생기는 변형을 말한다.
본 발명에 따른 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 차음재 및 이를 포함하는 바닥충격음 차음 구조를 이용하면 종래의 바닥구조에 비하여 차음재의 두께가 얇은 데도 불구하고 바닥충격음의 차음 효과가 뛰어나고, 사계절의 온도 차이, 냉·난방에 따른 온도 차이에도 동일한 탄성 및 큰 마찰 저항을 가지므로 우수한 차음 효과를 나타낸다. 또한, 원목 마루(또는 모노륨)를 걷어내고 마루와 마감모르타르 사이에 간편하게 재시공할 수 있고, 마루 바닥의 바로 밑에 시공됨으로써 원목 마루에서 느낄 수 없는 좋은 보행감을 느낄 수 있다. 나아가, 층간 소음 차단재 뿐만 아니라, 자동차, 전자 등 연관 산업분야의 소음 및 진동 방지 분야에서 사용될 수 있다.
도 1은 일반적인 바닥충격음의 발생 모델을 나타내는 모식도이다.
도 2는 표면마감재로서 원목을 사용하는 종래의 공동주택 바닥구조를 나타낸 것이다.
도 3은 표면마감재로서 모노륨을 사용하는 종래의 공동주택 바닥구조에 층간 차음재를 시공한 바닥구조의 단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 표면마감재로서 원목을 사용하는 바닥구조에서 본 발명에 따른 온도둔감형 점탄성 우레탄폼을 사용한 바닥충격음 차음구조를 나타내는 단면도이다.
도 5는 다공성 폴리우레탄폼의 제조공정도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 폼( compound -010)의 제조
OH value 35 폴리올 100Phr, 이소시아네이트 함량이 32.5%인 MDI/PMDI 프리폴리머 25Phr, 셀 오프너로서 우레탄 변성 에폭시 수지(Urethane modified Epoxy resine) 7.5Phr, 촉매로서 1, 4 디아자바이사이클로 (2,2,2) 옥탄 용액 0.4Phr, 실리콘 정포제 1Phr, 발포제로서 H20 1.6Phr을 혼합하고, 발포기를 이용하여 몰드 폼 또는 슬래브 폼으로 제조하였다. 제조한 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 폼 블록은 2-3mm로 가공하였다. 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 폼의 제조에 사용된 재료의 배합은 표 1에 나타내었다. 본 실시예에서는 하기 표 1에 따른 폴리우레탄 폼만을 제조하였으나, 발포제의 조절로 다양한 밀도의 다공성 온도둔감형 점탄성 폼을 만들 수 있고, 밀도의 조절에 의해 탄성율의 조절이 가능하므로 다양한 변이를 가진 폼을 생산할 수 있음은 자명한 사실이다.
재료 중량부수
 비고
폴리올 100 OH value 35 Polyol
촉매: 데브코 33LV 0.4 1, 4 디아자바이사이클로 (2,2,2) 옥탄 용액
정포제: Niax L-580 1 비-가수분해성 실리콘
발포제 1.6 H2O
셀 오프너 7.5 우레탄 변성 에폭시 수지
이소시아네이트 프리폴리머 25 MDI/PMDI, 이소시아네이트 함량: 32.5%
다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 폼의 물성시험
상기 실시예 1에서 제조된 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄의 물성 시험 결과, 낮은 볼 리바운드(ball rebound) 시험 값과 낮은 압축변형(Compression set) 값을 나타내었고, 낮은 볼 리바운드 시험 값은 좋은 감쇄 특성을 나타내고 낮은 압축 변형은 장기간 사용하여도 보행감과 성능의 변화가 적음을 나타낸다.
구분 단 위 시험결과 시험 규격
밀도 kg/㎥ 0.10 ASTM D3574
볼 리바운드(%) % 0.8 ASTM D3574
압축변형 22Hr x 70℃ % 1.6 ASTM D3574
50% 압축
IFD 22℃ x 50% 상대습도 N 10 ASTM D3574 25% 디플렉션
난연성 UL 94 Listed HBF
FMVSS 302 적합
인장강도 51cm/Min, 22℃ Kpa 65 ASTM D3574
절단강도 51cm/Min, 22℃ KN/m 0.24 ASTM D3574
연신율 51cm/Min, 22℃ % 200 ASTM D3574
바닥충격음을 측정하기 위하여, KS F 2863-1 및 KS F 2863-2에서 규정하고 있는 평가 방법 중 역A특성곡선에 의한 평가방법을 이용하여 평가하였다. 그 결과는 국토해양부 고시 2012-7에 적합한 3등급으로 저주파수와 고주파수 영역에서 모두 만족하고 있음을 나타내었다. 이러한 결과는 점탄성폼(메모리폼)이 저주파영역에서도 감쇄 능력을 가짐을 나타내고, 물성 시험의 볼 리바운드 값이 이를 뒷받침해준다.
경량충격음 중량충격음
Compound-010 48 ＜ L'n,AW = 53 40 ＜ L'i,Fmax,AW = 43
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
1: 바닥 슬래브
2: 경량기포 콘크리트
3: 마감모르타르
4: 원목 (마루 바닥)
4': 모노륨 (PVC 장판)
5: 차음재 (EVA 폼, 스티로폼, 고무탄성체, 샌드위치 타입 차음재 등)
10: 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 폼 차음재

Claims (15)

  1. 폴리올 100 Phr, 셀 오프너 5-20 Phr, 실리콘 정포제 1-8 Phr, 촉매 0.05-2 Phr, 발포제 0.5-3 Phr 및 프리폴리머 15-50 Phr를 포함하고, 상기 프리폴리머는 MDI(Mehtylene 4,4 diphenyl diisocyanate) 프리폴리머, TDI(Toluene diisocyanate) 프리폴리머, IPDI(Isophorone diisocyanate) 프리폴리머, PEDI(p-Phenylene diisocyanate) 프리폴리머, TODI(3,3' dimethyldiphenyl 4,4 diisocyanate) 프리폴리머 및 PMDI(Polymeric Mehtylene 4,4 diphenyl diisocyanate) 프리폴리머로 구성된 군에서 선택되고, 상기 셀 오프너는 우레탄 변성 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리올은 OH value 35-45 폴리올, OH value 60의 트리올과 OH value 30-50의 디올을 혼합하여 얻어진 폴리올, 프로락탐 폴리올 및 폴리카보네이트 폴리올로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 프리폴리머는 이소시아네이트 함량이 30 내지 34 중량%인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄의 밀도가 60-650 Kg/m3 인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄을 볼 리바운드 시험으로 측정하였을 때 0.5-10%의 복원력을 나타내는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄의 압축 변형율이 0.8-5%인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄은 난연규격 FMVSS-302에 적합한 것을 특징으로 하는 폴리우레탄.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄은 영하 10℃ 내지 40℃에서 탄성의 변화가 없는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄.
  11. 표면 마감재층와 마감모르타르층 사이에 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 폼이 장착되고, 상기 폴리우레탄은 폴리올 100 Phr, 셀 오프너 5-20 Phr, 실리콘 정포제 1-8 Phr, 촉매 0.05-2 Phr, 발포제 0.5-3 Phr 및 프리폴리머 15-50 Phr를 포함하는 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄인 공동주택의 바닥충격음 차음 구조에 있어서, 상기 프리폴리머는 MDI(Mehtylene 4,4 diphenyl diisocyanate) 프리폴리머, TDI(Toluene diisocyanate) 프리폴리머, IPDI(Isophorone diisocyanate) 프리폴리머, PEDI(p-Phenylene diisocyanate) 프리폴리머, TODI(3,3' dimethyldiphenyl 4,4 diisocyanate) 프리폴리머 및 PMDI(Polymeric Mehtylene 4,4 diphenyl diisocyanate) 프리폴리머로 구성된 군에서 선택되고, 상기 셀 오프너는 우레탄 변성 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 공동주택의 바닥충격음 차음 구조.
  12. 삭제
  13. 제 11항에 있어서,
    콘크리트 슬래브 위에 경량기포 콘크리트층이 적층되고, 상기 경량기포 콘크리트층 위에 마감모르타르층이 적층되며, 상기 마감모르타르층 위에 다공성 온도둔감형 점탄성 폴리우레탄 폼이 적층되고, 상기 폴리우레탄 폼 위에 표면 마감재층이 적층되어 구성되는 것을 특징으로 하는 바닥충격음 차음 구조.
  14. 제 11항에 있어서,
    KS F 2810-1 또는 KS F 2810-2에 규정된 시험방법으로 시험하여 KS F 2810-1 또는 KS F 2810-2의 평가방법으로 평가하였을 때 경량충격음이 53dB 이하인 것을 특징으로 하는 바닥충격음 차음 구조.
  15. 제 11항에 있어서,
    KS F 2810-1 또는 KS F 2810-2에 규정된 시험방법으로 시험하여 KS F 2810-1 또는 KS F 2810-2의 평가방법으로 평가하였을 때 중량충격음이 43dB 이하인 것을 특징으로 하는 바닥충격음 차음 구조.
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