KR102219220B1 - 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널로서, 케나프 보드; 및 상기 케나프 보드의 양면에 부착된 제1 및 제2 고압 멜라민 시트 (High Pressure Melamine Sheet, HPM)를 포함하며, 여기서 상기 케나프 보드는: 물유리 40 내지 70 중량부, 멜라민 수지 분말 10 내지 30 중량부, 및 포타슘하이드록사이드 0.1 내지 3 중량부를 포함하는 30 중량% 내지 70 중량%의 무기 바인더; 및 30 중량% 내지 70 중량%의 케나프 부직포를 포함하고, 여기서 상기 흡음 패널은 일면 상에 반타공된 다수의 흡음홀을 포함하며, 상기 흡음홀은 흡음 패널 두께의 30% 내지 90%의 깊이를 갖는 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널을 제공한다.
Description
본 개시는 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 건축용으로 사용되는 벽체의 내부는 발포폴리스티렌, 우레탄, 글래스울 등이 주로 사용되고 있으며, 벽체의 외벽은 철판이나 알루미늄, 각종 세라믹 보드, 석고보드, 세라믹 타일 등이 사용되고 있다. 발포폴리스티렌은 난연성이 없어 화재시 큰 인명피해를 낼 수 있으므로 사용에 대한 규제가 강화되고 있으며, 우레탄은 단열성이 우수하고 어느 정도 난연성이 있어 건축 및 단열시장에서 사용이 확대되고 있으나 여전히 화재위험성에 대해서는 취약하다.
건축용 외장재 요구조건 중에 가장 중요한 것 중 하나는 화재에 대한 안전성이다. 앞서 언급한 금속재질의 외피는 두께가 얇을 뿐 아니라 열전도율이 높아 화재시 내부 충진재인 폴리스티렌폼이나 우레탄폼과 같은 유기물질들을 적절하게 보호하지 못한다. 석고보드는 금속재보다는 열전도율이 낮고 화재에 강하지만 강도가 약하고 환경유해물질들이 다량 함유되어 있어 점차 건축자재로서 용도에 제한을 받고 있다.
케나프 (Kenaf)는 아프리카, 인도, 중미를 비롯하여 전세계적으로 널리 자라는 마의 일종으로 목재 대신 펄프의 원료로 사용할 수 있는 일년생 식물이며, 최근 들어 환경 보호와 이산화탄소 저감을 위한 대책으로 목재 사용을 대신할 수 있는 친환경식물로도 주목 받고 있다. 케나프 섬유로부터 케나프 보드를 제조하면 친환경적인 고강도 보드를 제조할 수 있는데, 케나프 보드는 특히 단열, 흡음, 방음, 보습 등의 특성이 뛰어나고 천연재질로서의 외관이 우수하여 자동차 내장재용 복합재로부터 건축용 자재로 사용이 증가하고 있다. 특히 건축용 자재로서 여러 요구특성에 더하여 난연 내지 불연성이 부가된다면, 케나프 보드는 보다 다양한 용도의 내외장재로 사용이 가능하다.
그러나, 케나프 섬유 자체는 천연소재로서 환경에 전혀 무해하며 질기고 강하기는 하여도, 그 자체를 압착하여 보드를 제조할 경우 조직이 거칠고 밀도가 낮아 건축자재로 사용하기가 적합하지 않다. 따라서, 최종 외장마감재와 같은 건축용 소재로 사용하려면 적절한 바인더로 섬유조직을 서로 결합시켜서 견고하고 표면이 거칠지 않은 보드 형태로 가공하는 것이 필요하다. 바인더로 섬유 조직을 결합시켜 단단하고 치수안정성이 확보된 케나프 보드는 자체로서 건축용 외벽을 구성할 수 있고, 또한 우레탄폼이나 유리섬유, 불연 EPS 등과 결합하여 건축물 벽체를 형성하는 경량, 단열, 불연 보드로 사용될 수 있다.
이러한 케나프 섬유를 활용한 제품과 관련된 종래기술로는 자동차 내장재에 대한 것인 한국 등록특허 제1266981호, 친환경 식생 매트에 대한 것인 한국 공개특허 제2011-0003450호, 및 마스크 시트에 대한 것인 한국 등록특허 제1410263호가 있다.
케나프 보드를 제조하기 위한 섬유의 결합제로서 바인더는 우선 유기 바인더가 사용될 수 있다. 유기 바인더로는 주로 열경화성 수지가 적합하며, 여기에는 에폭시, 불포화 폴리에스터, 멜라민 등이 사용될 수 있다. 한편, 건축자재 용도에는 내구성, 보온성, 단열성, 강도 등 다양한 요구조건들을 만족해야 함과 더불어 난연성 또는 불연성이 필수적으로 요구된다. 따라서 대부분 불에 타기 쉬운 물질인 유기 바인더를 사용할 경우는 다량의 난연제나 억연제 (연기억제제)를 과량 첨가하여야 한다.
그러나 일반적인 난연제나 억연제는 인체나 환경에 유해한 할로겐 화합물인 경우가 대부분이며 많은 물질이 발암 물질로 의심 받아 사용이 금지되고 있다. 플라스틱 또는 천연 소재의 난연화를 위하여, 친환경적이고 인체에 무해한 난연-불연 첨가제와 처리방법에 대한 연구는, 오래된 소재 업체의 숙제임에도, 아직까지 저렴하면서 성능이 우수한 친환경적 난연제, 불연제를 개발하지 못하고 있다.
유기계 난연제나 불연제에 비해 무기계 난연제는 일반적으로 친환경적이며 난연 및 불연 효과가 유기계 난연제에 비해 탁월하고 연소시 연기 발생이 없다. 그러나 대부분의 무기계 첨가제는 수분과 습기를 흡수하여 결합력이 풀어지는 단점이 있다. 무기계 바인더는 통상 이온성 물질로서 수용액 형태로 존재하며 부직포 보드 형태의 직물에 함침한 후 건조하면 단단한 불연보드를 제조할 수 있다. 그러나 습기에 장시간 접촉하거나 수분과 접촉하면 다시 용해되어 바인딩 포스 (결합력)가 사라지고 부직포는 다시 각각의 섬유로 해체될 수 있다.
따라서, 일단 건조되어 결합력을 갖게 된 후에는 다시 수분이나 습기에 의해 해체되지 않는 무기계 불연 바인더의 개발이 요구되고 있다.
본 개시는 케나프 부직포를 이용하여 준불연 흡음 패널 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 개시의 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널로서, 케나프 보드; 및
상기 케나프 보드의 양면에 부착된 제1 및 제2 고압 멜라민 시트 (High Pressure Melamine Sheet, 이하 HPM이라 함)를 포함하며, 여기서 상기 케나프 보드는: 물유리 40 내지 70 중량부, 멜라민 수지 분말 10 내지 30 중량부, 및 포타슘하이드록사이드 0.1 내지 3 중량부를 포함하는 30 중량% 내지 70 중량%의 무기 바인더; 및 30 중량% 내지 70 중량%의 케나프 부직포를 포함하고, 여기서 상기 흡음 패널은 일면 상에 반타공된 다수의 흡음홀을 포함하며, 상기 흡음홀은 흡음 패널 두께의 30% 내지 90%의 깊이를 갖는다.
예시적인 구현예에 따르면, 상기 다수의 흡음홀은 상기 흡음 패널의 표면적의 20% 내지 80%의 면적을 차지하고, 상기 흡음홀의 직경은 3.0 mm 내지 10.0 mm일 수 있다.
예시적인 구현예에 따르면, 상기 흡음 패널의 일 측면은 ㄱ자형상의 제1 결합면으로 형성하고, 상기 흡음 패널의 타 측면은 ㄴ자형상의 제2 결합면으로 형성할 수 있다.
본 개시의 제2 관점은 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널의 제조 방법으로서, 상기 방법은: 40 내지 70 중량%의 물유리, 10 내지 30 중량%의 물, 10 내지 30 중량%의 멜라민 수지 분말, 및 0.1 내지 3 중량%의 포타슘하이드록사이드를 포함하는 무기 바인더 용액을 제공하는 단계; 상기 무기 바인더 용액에 케나프 부직포를 함침시켜, 30 중량% 내지 70 중량%의 무기 바인더 용액 및 30 중량% 내지 70 중량%의 케나프 부직포를 포함하는 함침된 케나프 부직포를 형성시키는 단계; 상기 함침된 케나프 부직포를 건조시키는 단계; 상기 건조된 케나프 부직포를 압착 및 냉각시켜 케나프 보드를 형성시키는 단계; 상기 케나프 보드의 양면에 제1 및 제2 고압 멜라민 시트를 합지시키는 단계; 및 상기 흡음 패널의 일면 상에 반타공하여 흡음홀을 형성시키는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 흡음홀은 흡음 패널 두께의 30% 내지 90%의 깊이를 갖는다.
예시적인 구현예에 따르면, 상기 건조 단계는 마이크로파를 이용하여 수행될 수 있다.
예시적인 구현예에 따르면, 상기 흡음 패널의 일 측면은 ㄱ자형상의 제1 결합면으로 형성하고, 상기 흡음 패널의 타 측면은 ㄴ자형상의 제2 결합면으로 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에 따르면, 상기 고압 멜라민 시트를 합지시키는 단계는 50 톤/㎠ 내지 100 톤/㎠의 압력, 및 20 ℃ 내지 40 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.
예시적인 구현예에 따르면, 상기 다수의 흡음홀은 상기 흡음 패널의 표면적의 20 % 내지 80 %의 면적을 차지하고, 상기 흡음홀의 직경은 3.0 mm 내지 10.0 mm일 수 있다.
본 개시는 케나프 부직포 및 무기 바인더를 이용하여 내수성, 백화 현상, 내열성, 강도, 및 흡음 성능이 개선된 준불연 흡음 패널을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 하나의 구현예에 따른 흡음 패널의 개략도를 나타낸다.
도 2a는 일반적인 벽체용 패널을 나타낸다
도 2b는 종래 기술에 따른 관통형 흡음 패널을 나타낸다.
도 3은 본 개시의 하나의 구현예에 따른 케나프 보드를 이용한 반타공 흡음 패널을 위에서 바라본 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 반타공 흡음 패널을 아래에서 바라본 부분절개도이다.
도 5는 본 개시의 하나의 구현예에 따른 흡음 패널 간의 결합배열 상태를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 하나의 구현예에 따라 제조된 흡음 패널의 난연 성능에 대한 시험성적서이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시의 하나의 구현예에 따라 제조된 반타공 흡음 패널의 흡음 성능에 대한 시험성적서이다.
도 2a는 일반적인 벽체용 패널을 나타낸다
도 2b는 종래 기술에 따른 관통형 흡음 패널을 나타낸다.
도 3은 본 개시의 하나의 구현예에 따른 케나프 보드를 이용한 반타공 흡음 패널을 위에서 바라본 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 반타공 흡음 패널을 아래에서 바라본 부분절개도이다.
도 5는 본 개시의 하나의 구현예에 따른 흡음 패널 간의 결합배열 상태를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 하나의 구현예에 따라 제조된 흡음 패널의 난연 성능에 대한 시험성적서이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시의 하나의 구현예에 따라 제조된 반타공 흡음 패널의 흡음 성능에 대한 시험성적서이다.
본 개시를 좀 더 구체적으로 설명하기 전에, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니 되며, 본 개시를 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 개시의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 개시의 바람직한 하나의 예에 불과할 뿐이고, 본 개시의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
농도, 양, 및 다른 수치적 데이터는 범위 형식으로 표현될 수 있다. 이러한 범위 형식은, 편의성 및 간결성을 위해서 단지 사용된 것으로서, 명시적으로 나열된 수치뿐만 아니라 모든 개별 수치 또는 그 범위 내에 포괄된 하위-범위를 포함하는 것으로 융통성 있게 해석되어야 한다. 예를 들어, "약 1 내지 약 5"의 수치 범위는, 명시적으로 나열된 약 1 내지 약 5의 값뿐만 아니라 지시된 범위 내에 개별 값 및 하위-범위를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 이 수치 범위에는 2, 3, 및 4와 같은 개별 값, 1-3, 2-4, 3-5, 등과 같은, 하위 범위뿐만 아니라 개별적으로 1, 2, 3, 4, 및 5가 포함된다.
이하, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 용이하게 실시할 수 있도록, 본 개시의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 아울러, 본 개시를 설명함에 있어서, 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
여기서 사용된 바와 같은, "케나프 부직포"는 아욱목에 속하는 아프리카 또는 인도가 원산지인 쌍떡잎 식물인 케나프를 통상적인 펄프의 제조공정인 고해 공정 등을 통하여 미세한 섬유상으로 제조한 후 이를 초지 등의 제지공정 등을 통하여 제조되는 부직포를 의미한다.
전술한 바와 같이, 케냐프 섬유 또는 이의 부직포는 그 자체를 압착하여 보드를 제조할 경우 조직이 거칠고 밀도가 낮아 건축자재로 사용하기 적합하지 않다. 따라서 적절한 바인더로 섬유 조직을 서로 결합시켜서 견고하고 표면이 거칠지 않은 케나프 보드 형태로 가공하는 것이 필요하다.
하나의 구현예에 있어서, 적절한 바인더로서, 40 내지 70 중량%의 물유리, 10 내지 30 중량%의 물, 10 내지 30 중량%의 멜라민 수지 분말, 및 0.1 내지 3 중량%의 포타슘하이드록사이드를 포함하는 무기 바인더 용액을 제공한다.
물유리는 실리카 (SiO2)를 강염기에 녹인 것으로 물에 용해성이 있으므로 물유리로 불리우며 일반적인 화학식은 Na2O-nSiO2-xH2O로 표시된다. 물유리는 실리카와 알칼리금속 (Na2O)의 비율과 농도에 따라 다양한 용도에 사용되는데, 대표적으로는 시멘트 첨가제, 토양개질제, 점착제, 제올라이트 촉매 원료, 각종 세제 및 제지 산업 첨가제와 같은 용도로 쓰인다.
하나 이상의 구현예에서, 무기 바인더는 40 내지 70 중량%, 40 내지 60 중량%, 40 내지 50 중량%, 50 내지 70 중량%, 60 내지 70 중량%, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 물유리를 포함할 수 있다.
물유리의 함량이 40 중량% 미만이면 케나프 보드의 제조시 결합력이 저하될 수 있고, 70 중량%를 초과하면 결합력은 우수하나, 제품 강도의 상승으로 2차 작업 (HPM 부착)시 제품 접착력이 현저히 저하되어 박리 현상이 발생할 수 있다.
제품의 제조 과정에서 물유리는 습기에 장시간 접촉하거나 수분과 접촉하면 다시 용해되어 바인딩 포스 (결합력)가 사라지고 부직포는 다시 각각의 섬유로 해체될 수 있다. 물유리가 다시 용해되는 것을 방지하기 위해, 멜라민 수지 분말을, 100 ℃이상의 온도, 예를 들어, 100 ℃ 내지 200 ℃, 100 ℃ 내지 150 ℃, 또는 100 ℃ 내지 120 ℃의 온도, 및 300 톤/㎠ 내지 400 톤/㎠, 320 톤/㎠ 내지 380 톤/㎠, 또는 340 톤/㎠ 내지 360 톤/㎠의 압력에서 물유리와 압착시키는 과정을 통하여 물유리가 재용해되는 것을 방지할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 무기 바인더는 10 내지 30 중량%, 10 내지 25 중량%, 10 내지 20 중량%, 10 내지 15 중량%, 15 내지 30 중량%, 20 내지 30 중량%, 25 내지 30 중량%, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 물을 포함할 수 있다.
본 개시에 따르면, 물은 멜라민 수지 분말을 용해시키는 역할을 할 수 있다. 물의 함량이 10 중량% 미만이면 멜라민 수지 분말이 용해하는 정도가 낮아 케나프 보드의 제조시 결합력이 저하되고, 30% 중량 초과이면 케나프보드 접착력은 우수하나, 제품 강도의 상승으로 표면 융기층이 거의 없어짐에 따라 2차 작업 (HPM 부착)시에 접착제의 흡수가능 면적이 현저히 저하되어 박리 현상이 발생할 수 있다.
멜라민 수지 분말은 할로겐계 난연제를 대체하는 난연제이며, 난연성이 뛰어나고 할로겐계 난연제보다 독성이 적어, 환경에 대한 독성의 위험 정도가 낮다.
하나 이상의 구현예에서, 무기 바인더는 10 내지 30 중량%, 10 내지 25 중량%, 10 내지 20 중량%, 10 내지 15 중량%, 15 내지 30 중량%, 20 내지 30 중량%, 25 내지 30 중량%, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 멜라민 수지 분말을 포함할 수 있다.
멜라민 수지 분말의 함량이 10 중량% 미만이면 제품성능이 준불연 성능 이하로 나타나 화재에 대한 안정성이 저하될 수 있고, 30 중량%를 초과하면 준불연 성능 구현의 차이는 없으나 고온, 고압으로 제품 생산시 제품의 표면에 백화 현상 및 수지가 제품 표면으로 치고 올라오는 현상이 나타나 제품 고유의 색상 및 패턴을 구현할 수 없을 수 있다.
멜라민 수지 분말을, 100 ℃이상의 끓는 온도를 유지하고 300 톤/㎠ 내지 400 톤/㎠의 압력에서 물유리와 압착과정을 거치게 할 경우, 제품 표면 및 내부가 기존 목재제에 비하여 제품 밀도 구성이 높아지고, 이에 따라 외부로부터의 수분침투력에 강한 내구성을 가지게 되며, 케나프보드 전면에 HPM을 부착함에 따라 소비자가 흡음 패널을 사용하는 동안 물유리가 습기에 의해 다시 용해되는 현상을 방지할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 무기 바인더는 0.1 내지 3 중량%, 0.1 내지 2.5 중량%, 0.1 내지 2 중량%, 0.1 내지 1.5 중량%, 0.1 내지 1 중량%, 0.1 내지 0.5 중량%, 0.5 내지 3 중량%, 1 내지 3 중량%, 1.5 내지 3 중량%, 2 내지 3 중량%, 2.5 내지 3 중량%, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 포타슘하이드록사이드를 포함할 수 있다.
포타슘하이드록사이드의 함량이 0.1 중량% 미만이면 변색 방지의 성능이 미미할 수 있고, 3 중량%를 초과하면 변색 방지의 성능 구현의 차이는 없으나 고온 고압으로 제품 생산시 제품의 표면에 백화 현상이 나타날 수 있다.
포타슘하이드록사이드는 PH의 범위를 조절하고 변색 방지의 기능이 있어 상기 범위의 중량 미만이거나 초과할 경우에 전술한 현상이 나타날 수 있고, 또한 포타슘하이드록사이드는 각각의 혼합재등을 부식시키는 성질이 있어, 초과 중량 투입시 홍적색이나 백색의 곰보 모양의 백화 현상이 제품 표면에 나타날 수 있다.
본 개시에 따라, 상기 무기 바인더 용액에 케나프 부직포를 함침시킨다.
하나 이상의 구현예에서, 상기 함침 단계는 30 중량% 내지 70 중량%의 무기 바인더 용액 및 30 중량% 내지 70 중량%의 케나프 부직포를 포함하는 함침된 케나프 부직포를 형성하도록 수행될 수 있다.
무기 바인더 용액의 함량이 30 중량% 미만이면, 결합력이 저하될 수 있고, 70 중량%를 초과하면 케나프 부직포의 양이 적어 흡음력이 저하될 수 있다.
하나의 구현예에서, 무기 바인더 용액에 케나프 부직포를 함침시키는 단계는 망글 롤러 (mangle roller)를 이용하여 수행될 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 망글 롤러는 10 내지 50℃, 10 내지 40℃, 10 내지 30℃, 10 내지 20℃, 20 내지 50℃, 30 내지 50℃, 40 내지 50℃, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 온도에서 수행될 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 망글 롤러는 25 내지 50 톤/㎠, 25 내지 45 톤/㎠, 25 내지 40 톤/㎠, 25 내지 35 톤/㎠, 25 내지 30 톤/㎠, 30 내지 50 톤/㎠, 35 내지 50 톤/㎠, 40 내지 50 톤/㎠, 45 내지 50 톤/㎠, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 압력에서 수행될 수 있다.
25톤/㎠ 미만으로 작업시 무기 바인더 용액이 과다하게 남아 있을 수 있고, 50톤/㎠ 초과로 작업시 무기 바인더 용액이 과소하게 남이 있어, 제품의 불량원인이 나타날 수 있다.
이러한 망글 롤러를 사용하는 방법은 당업자의 관점에서 통상적으로 사용할 수 있는 방법의 적용이 가능하다.
상기 함침된 케나프 부직포를 건조하여 수분을 제거한다.
부직포를 건조하는 단계는 통기 건조, 복사에너지를 이용하는 근적외선 건조기 또는 원적외선 건조기, 파장에너지를 이용하는 마이크로웨이브 건조기, 고주파 건조기, 직접가열식 열풍 건조기, 열판 건조기에 의하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
열풍 건조 방식의 경우 열 전달이 균일하게 이루어지지 않아 부직포 외부는 건조되지만 내부에는 수분이 남아있는 등의 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 하나의 구현예에 있어서, 함침된 케나프 부직포를 건조하는 단계를 마이크로파를 사용하여 수행될 수 있다.
마이크로파 건조 방식은 부직포에 마이크로파를 조사함으로써, 부직포의 중심부까지 마이크로파가 투입되어 파장과 복사열에 의해 부직포 내 수분 분자를 증발시킨다. 한편, 고출력의 마이크로파를 사용할 경우 부직포에 발화 현상이 초래되거나 변형 및 파괴가 일어날 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 따라서, 부직포 건조 공정 중 부직포의 건조 상태 변화에 따라 마이크로파의 건조 조건 또한 적절하게 조절하여 과도한 건조 또는 과열을 방지한다.
이러한 마이크로파를 이용하는 과정은 당업자의 관점에서 통상적으로 사용할 수 있는 방법의 적용이 가능하다.
건조된 케나프 부직포를 300 ℃ 내지 400 ℃의 온도 및 250 톤/㎠ 내지 400 톤/㎠의 압력에서 예열하여 케나프 보드를 제조한다.
보일러를 이용한 열풍압 방식의 건조일 경우, 케나프 보드 제조시의 온도가 300℃ 미만이면 성형작업시의 케나프 섬유와 물유리, 물, 멜라민 수지 분말, 포타슘하이드록사이드의 함침후 건조 작업시 불건조 현상이 나타날 수 있다. 케나프 보드 제조시의 온도가 400℃를 초과하면 과건조에 따른 고압 성형 작업시 제품이 파괴되는 현상이 나타날 수 있다.
보일러를 이용한 열풍압 방식은 보일러의 성능에 따라 250 톤/㎠ 내지 400 톤/㎠의 압력을 발생시킬 수 있으나, 시간에 따른 고정값 편차가 나타나 제품의 균일한 생산을 담보하지 못하여 마이크로파를 이용한 건조 방식을 먼저 수행할 수 있다. 제품 내부의 균일한 건조를 위하여는 마이크로파를 이용한 건조방식이 수행되는 것이 바람직하다.
케나프 보드 제조시의 압력이 250톤/㎠ 미만의 경우 제품의 평활도를 보장할 수 없어 2차 성형 작업 (HPM 부착)시 제품의 벤딩 (휨) 현상이 나타나는 문제점이 있을 수 있다. 압력이 400 톤/㎠을 초과하는 경우 고압으로 인한 제품의 두께 변형 및 파손등이 나타나는 문제점이 있을 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 건조된 케나프 보드는 30 중량% 내지 70 중량%, 30 중량% 내지 60 중량%, 30 중량% 내지 50 중량%, 또는 30 중량% 내지 40 중량%의 무기 바인더 및 30 중량% 내지 70 중량, 30 중량% 내지 60 중량%, 30 중량% 내지 50 중량%, 또는 30 중량% 내지 40 중량%%의 케나프 부직포를 포함할 수 있다.
무기 바인더 용액의 함량이 30 중량% 미만이면, 결합력이 저하될 수 있고, 70 중량%를 초과하면 케나프 부직포의 양이 적어 흡음력이 저하될 수 있다.
케나프 보드의 양면에 고압 멜라민 시트를 배치시킨 후, 50 톤/㎠ 내지 100 톤/㎠의 압력 및 20 ℃ 내지 40 ℃의 온도에서 압착시켜 흡음 패널을 형성시킨다.
하나 이상의 구현예에서, 상기 압력은 50 톤/㎠ 내지 100 톤/㎠, 60 톤/㎠ 내지 100 톤/㎠, 70 톤/㎠ 내지 100 톤/㎠, 80 톤/㎠ 내지 100 톤/㎠, 90 톤/㎠ 내지 100 톤/㎠, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 압력일 수 있다.
압력이 50 톤/㎠ 미만이거나, 100 톤/㎠을 초과하는 경우, 이질적인 케나프 보드와 고압 멜라민 시트간의 접착력이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 상기 온도는 20 ℃ 내지 40 ℃, 20 ℃ 내지 35 ℃, 20 ℃ 내지 30 ℃, 20 ℃ 내지 25 ℃, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 온도일 수 있다.
압착시키는 온도가 20 ℃보다 미만이거나, 40 ℃를 초과하면 이질적인 케나프 보드와 고압 멜라민 시트간의 접착력이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
도 1은 본 개시의 하나의 구현예에 따른 흡음 패널의 개략도를 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 흡음 패널은 케나프 보드 (10) 및 케나프 보드의 양면에 부착된 HPM (20;20a,20b)을 포함한다. 선택적으로, 흡음 패널은 케나프 보드의 양면 및/또는 측면을 포함한 외주면 상에 HPM를 부착할 수도 있다.
HPM (20)은 내마모성, 내열성, 내화성, 및 내산성 등 표면 물성이 우수하고, 특히 내화성이 우수한 난연 소재이다. 따라서, 이러한 HPM을 이용하여 제조된 흡음 패널은 내구성이 우수하여 그 사용 기간을 기존 제품보다 늘릴 수 있고, 불에 잘 타지 않는 난연성의 특성을 가질 수 있다.
하나의 구현예에서, HPM은 접착제를 이용하여 케나프 보드에 접착될 수 있다. 상기 접착제는 핫멜트 접착제, 에폭시 접착제, 및 수성 EVA (Ethylene-vinyl acetate) 수지를 포함하는 접착제, 및 우레탄 접착를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 흡읍용 패널은 흡음 성능이 뛰어나지만, 성능을 더욱 향상시키기 위하여 흡읍용 패널의 하나의 면을 반타공하여 흡음홀을 형성시킨다.
도 2a는 일반적인 벽체용 패널을 나타낸다. 도 2a에 나타낸 바와 같이, 흡음홀이 없는 일반적인 벽체용 패널은 소리를 흡수하지 못하고 반사시켜, 소리가 울리는 현상이 발생하게 된다.
도 2b는 종래 기술에 따른 관통형 흡음 패널을 나타낸다. 관통형 흡음 패널은 도 2a의 벽체용 패널을 개선한 것이다. 대부분의 타공 흡음 패널이 전면과 후면 전부를 관통하는 방식으로 제조되고 있다. 관통형 흡음 패널은 관통홀을 통하여 소리를 흡수하여 소음 절감 효과를 갖는, 즉 잔향 (殘響)을 줄이는 구조를 갖는다. 그러나, 관통형 흡음 패널은 패널 후면의 공간으로 인하여 흡음하고자 하는 소리 이외의 배타적 소음이 발생하는 현상이 나타난다. 또한, 관통형 구조는 흡음 패널의 전면과 후면 전부를 관통하는 방식이므로, 제품의 균열을 발생시킬 위험이 있고, 화재 발생시 공기 통로의 역할을 하여 화재의 확산 원인이 될 수 있다.
도 3은 본 개시의 하나의 구현예에 따른 케나프 보드를 이용한 반타공 흡음 패널을 나타낸다. 본 개시는 소정의 두께를 갖는 케나프 보드 (10)와, 케나프보드 (10)의 편평한 양면에 부착된 2개의 HPM (20)을 포함한다. 바람직하기로, 본 개시는 흡음 패널의 내부영역에 다수 개의 흡음홀 (30)을 배치할 수 있다.
예컨대, 본 개시의 하나의 구현예에 따른 흡음 패널은 흡음홀을 소음원에 대향되게 배치하는데, 소음원에서 발생된 소음을 흡음 패널의 흡음홀의 내부로 입사시켜 더욱 효과적인 흡음 기능을 제공할 수 있다.
상기 반타공 흡음 패널은 기존 관통형 흡음 패널의 단점인 배타적 소음을 발생시키지 않고 기존 관통형 반타공 흡음 패널의 흡음 성능을 유지할 수 있는 제품이다. 케나프 보드의 특징인 질김, 흡음, 방음, 보습 등의 여러 장점을 활용하여, 홀을 통해서 들어오는 기존의 MDF나 아트보드에 대비하여 소리를 충분이 흡수할 수 있다. 관통 형태의 타공이 불필요하고, 케나프 보드의 질긴 성질 및 후면 HPM은 외부로부터 발생되는 배타적 소리를 차단하여 기존 관통형 구조의 흡음 패널 이상의 흡음 성능을 창출할 수 있다.
앞서 기술되었듯이, 본 개시에 따른 흡음 패널은 이의 내부 영역에 다수 개의 흡음홀 (30)을 배치할 수 있다. 다수 개의 흡음홀 (30)은 도시된 바와 같이 격자 모양으로 배열될 수 있으며, 이에 국한되지 않고 다양한 패턴을 배열될 수 있다. 또한, 흡음홀은 흡음 패널에 흡음 기능을 유지할 수 있는 한 그 개수, 크기, 형상 등에 제한을 두지 않는다.
하나 이상의 구현예에서, 다수의 흡음홀은 상기 흡음 패널의 표면적의 20 % 내지 80 %, 20 % 내지 70 %, 20 % 내지 60 %, 20 % 내지 50 %, 20 % 내지 40 %, 20 % 내지 30 %, 30 % 내지 80 %, 40 % 내지 80 %, 50 % 내지 80 %, 60 % 내지 80 %, 70 % 내지 80 %, 60 % 내지 70 %, 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위일 수 있다.
흡음홀이 차지하는 면적이 20 %보다 미만이면 흡음홀의 개수가 작아서 원하는 흡음 효과를 나타낼 수 없고, 80 %의 면적을 초과하면 너무 많은 흡음홀로 인하여 제품의 강도가 약해질 수 있다.
하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 흡음홀의 직경은 3.0 mm 내지 10.0 mm, 3.0 mm 내지 9.0 mm, 3.0 mm 내지 8.0 mm, 3.0 mm 내지 7.0 mm, 3.0 mm 내지 6.0 mm, 3.0 mm 내지 5.0 mm, 3.0 mm 내지 4.0 mm, 4.0 mm 내지 10.0 mm, 5.0 mm 내지 10.0 mm, 6.0 mm 내지 10.0 mm, 7.0 mm 내지 10.0 mm, 8.0 mm 내지 10.0 mm, 9.0 mm 내지 10.0 mm, 3.0 mm 내지 10.0 mm, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위일 수 있다.
흡음홀의 직경이 3.0 mm 미만이면, 흡음홀 안으로 소리를 흡수하지 않을 수 있고, 10.0 mm를 초과하면 반사음이 생겨서 흡음 성능을 발휘하지 않을 수 있다.
본 개시에 따르면, 흡음홀의 단면은 원형, 타원형, 다각형 등 임의의 닫힌 도형의 형상을 가질 수 있다.
여기에 사용된 바와 같은, 용어 "직경"은 흡음홀을 가로지른 길이 중 최대의 길이를 의미한다.
도 4는 본 개시의 하나의 구현예에 따른 반타공 흡음 패널의 단면도이다.
흡음홀 (30)은 흡음 패널의 일면에서 두께방향으로 요부 (凹部) 형상의 반타공 홈으로 성형가공될 수 있다. 구체적으로, 흡음홀 (30)은 케나프 보드 (10)의 일면 상에 부착된 제1 HPM (20a)을 관통해 케나프 보드 (10)의 중심을 향해 길이연장되되 제2 HPM (20b)에 도달하지는 않는다.
선택가능하기로, 흡음홀 (30)은 흡음홀의 내측면 (참조번호 없음)과 이의 바닥면 (참조번호 없음)의 경계를 이루는 모서리 부분에 응력 변형을 최소화하기 위해 흡음홀의 끝 단부를 반구형상으로 형성할 수도 있다.
덧붙여서, 본 발명은 흡음 패널의 타면 상에 다수의 흡음홀 (미도시)을 형성하여 소음원과 대향되는 수음점 (受音點)에서 발생된 소음을 흡음할 수 있도록 설계될 수 있으며, 흡음 패널의 일면 상에 형성된 흡음홀과 중첩되지 않게 배열해야 한다.
본 개시에 따른 반타공 흡음 패널은 흡음홀 (30)의 성형으로 케나프 보드 (10)의 일부를 외부로 노출시켜 소음과의 접촉기회를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 홉음홀의 깊이에 종속되어 케나프 보드의 노출 면적을 증가시켜 흡음 효율을 향상시킬 수 있다.
이에, 흡음홀 (30)은 흡음 패널 두께의 30% 내지 90%, 30% 내지 80%, 30% 내지 70%, 30% 내지 60%, 30% 내지 50%, 30% 내지 40%, 40% 내지 90%, 50% 내지 90%, 60% 내지 90%, 70% 내지 90%, 80% 내지 90%, 60% 내지 70%, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 깊이를 가질 수 있다.
흡음홀의 깊이가 총 패널 두께의 30% 미만인 경우 케나프 보드가 소리를 흡수하는 면적이 적어 흡음 성능이 낮아질 수 있고, 90%를 초과하면 혹시 발생할 수 있는 기존 벽체의 결로 현상으로 인한 수분의 침투로 인해 자재의 변형이 나타날 수 있다.
하나의 구현예에 있어서, 본 개시에 따른 흡음홀은 엠보싱 제품처럼 제품 표면의 홀부분을 제외한 표면을 절삭 방식으로 가공하는 것이 아니라, 제품 표면을 수치 제어 (NC) 및 다축 드릴을 활용하는 펀칭 가공을 하여 형성될 수 있으나, 원하는 반타공 흡음홀을 형성할 수 있는 한, 이에 제한되지 않는다.
도 5는 본 개시의 하나의 구현예에 따른 흡음 패널의 결합 방식을 나타낸다. 대부분의 흡음 패널의 경우, 흡음 패널을 금속 재료 분리대를 사용하여 설치하거나, 흡음 패널과 흡음 패널을 맞대기 방식으로 설치하기 때문에, 설치면 평활도가 나쁘거나, 사용상 안전의 위험성이 있다.
그러나, 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 개시에 따른 흡음 패널은 인접배치될 흡음 패널과 정합 혹은 치합될 수 있도록 일 측면 (혹은 사면)을 ㄱ자형상으로 형성된 제1 결합면으로 가공처리하는 한편, 제1 결합면에 대응되게 타 측면 (혹은 사면)을 ㄴ자형상으로 형성된 제2 결합면으로 가공처리하여 제품 설치상의 신속성 및 사용상의 안전성을 확보할 수 있다. 이에 국한되지 않고, 본 개시에 따른 흡음 패널은 배향배치된 일 측면과 타 측면을 상호 정합 혹은 치합될 수 있는 임의의 형상으로 형성될 수 있음은 자명한 사실이다.
이로써, 본 발명은 본 개시에 따른 다수의 흡음 패널을 상호 맞물리게 결합하여 벽체구조물과 같이 방음벽 형태로 견고하게 축조할 수 있다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
하기 표 1의 조성을 갖는 무기 바인더 조성물을 제조하였다.
| 구성 성분 | 투입량 (kg) |
| 물유리 (3호) | 40 |
| 물 | 10 |
| 멜라민 수지 분말 | 10 |
| 포타슘하이드록사이드 | 0.1 |
상기 무기물 바인더 조성물에 케나프 부직포 가로 약 600mm x 세로 약 1,200mm x 겉보기 두께 8.5 mm를 함침하여 충분히 적신 후, 이중 롤을 사용하여 과잉의 바인더 액을 짜서 제거한 후 마이크로파 챔버에 넣어 방치하여 수분이 거의 제거되도록 건조한 후 약 300℃ 로 가열된 프레스로 압착하여 2 분을 유지한 다음 다시 별도의 냉각 프레스에 넣고, 0.5 mm 두께의 HPM를 일면에 배치시킨 다음, 압착하고 냉각하여 흡음 패널을 얻었다. 상기 패널의 일면을 타공 지름 8 mm로 원형 타공하여 최종 흡음 패널을 얻었다.
상기 흡음 패널을 30℃ 물에 담가 약 24시간을 방치하여도, 섬유간 결합력이 그대로 유지되어 흡음 패널의 치수 변화가 없었다.
도 6a 및 도 6b는 실시예 1에서 제조된 흡음 패널의 난연 성능에 대한 시험성적서이다.
도 6b에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 흡음 패널은 총방출열량이 평균 7.2 MJ/㎡으로서 판정 기준인 8 MJ/㎡ 이하를 충족시키는 것을 비롯하여 국토교통부고시 제2018-771호에 따른 준불연재료의 기준에 적합하였다.
도 7a 내지 도 7c는 실시예 1에서 제조된 흡음 패널의 흡음 성능에 대한 시험성적서이다.
도 7c에서 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 흡음 패널은 0.69의 우수한 흡음계수를 나타내었다.
비교예 1
물을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 제조된 바인더를 사용하여 케나프 보드를 제작하였다. 비교예 1에서 제조된 케나프 보드를 30 ℃ 물에 24시간 담가 방치한 결과, 보드가 전체적으로 부풀고 외곽에서 섬유조직이 풀어졌다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
Claims (8)
- 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널로서,
케나프 보드; 및
상기 케나프 보드의 양면에 부착된 제1 및 제2 고압 멜라민 시트 (High Pressure Melamine Sheet, HPM)를 포함하며,
여기서 상기 케나프 보드는:
물유리 40 내지 70 중량부, 멜라민 수지 분말 10 내지 30 중량부, 및 포타슘하이드록사이드 0.1 내지 3 중량부를 포함하는 30 중량% 내지 70 중량%의 무기 바인더; 및
30 중량% 내지 70 중량%의 케나프 부직포를 포함하고,
여기서 상기 흡음 패널은 일면 상에 반타공된 다수의 흡음홀을 포함하며, 상기 흡음홀은 흡음 패널 두께의 30% 내지 90%의 깊이를 갖는, 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널. - 청구항 1에 있어서,
상기 다수의 흡음홀은 상기 흡음 패널의 표면적의 20% 내지 80%의 면적을 차지하고, 상기 흡음홀의 직경은 3.0 mm 내지 10.0 mm인 것을 특징으로 하는 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널. - 청구항 1에 있어서,
상기 흡음 패널의 일 측면은 ㄱ자형상의 제1 결합면으로 형성하고, 상기 흡음 패널의 타 측면은 ㄴ자형상의 제2 결합면으로 형성하는 것을 특징으로 하는 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널. - 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널의 제조 방법으로서, 상기 방법은:
40 내지 70 중량%의 물유리, 10 내지 30 중량%의 물, 10 내지 30 중량%의 멜라민 수지 분말, 및 0.1 내지 3 중량%의 포타슘하이드록사이드를 포함하는 무기 바인더 용액을 제공하는 단계;
상기 무기 바인더 용액에 케나프 부직포를 함침시켜, 30 중량% 내지 70 중량%의 무기 바인더 용액 및 30 중량% 내지 70 중량%의 케나프 부직포를 포함하는 함침된 케나프 부직포를 형성시키는 단계;
상기 함침된 케나프 부직포를 건조시키는 단계;
상기 건조된 케나프 부직포를 압착 및 냉각시켜 케나프 보드를 형성시키는 단계;
상기 케나프 보드의 양면에 제1 및 제2 고압 멜라민 시트를 합지시키는 단계; 및
상기 흡음 패널의 일면 상에 반타공하여 흡음홀을 형성시키는 단계를 포함하고,
여기서, 상기 흡음홀은 흡음 패널 두께의 30% 내지 90%의 깊이를 갖는, 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널의 제조 방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 건조 단계는 마이크로파를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널의 제조 방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 흡음 패널의 일 측면을 ㄱ자형상의 제1 결합면으로 형성하고, 상기 흡음 패널의 타 측면을 ㄴ자형상의 제2 결합면으로 형성하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 케나프 부직포를 이용한 준불연 흡음 패널의 제조 방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 고압 멜라민 시트를 합지시키는 단계는 50 톤/㎠ 내지 100 톤/㎠의 압력, 및 20 ℃ 내지 40 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 케나프 부직포를 이용한 준불연 패널의 제조 방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 다수의 흡음홀은 상기 흡음 패널의 표면적의 20 % 내지 80 %의 면적을 차지하고, 상기 흡음홀의 직경은 3.0 mm 내지 10.0 mm인 것을 특징으로 하는 케나프 부직포를 이용한 준불연 패널의 제조 방법.
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