KR102333683B1 - 발포체 및 이를 포함하는 바닥재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복원성 등의 물성이 우수한 발포체 및 이를 포함하는 바닥재에 관한 것이다.

Description

발포체 및 이를 포함하는 바닥재{A foam and the floor comprising the foam}
본 발명은 복원성 등의 물성이 우수한 발포체 및 이를 포함하는 바닥재에 관한 것이다.
건물에 사용되는 바닥재는 안락감 및 차음효과를 가질 수 있도록 일정 수준의 쿠션성을 부여하는 발포체인 발포층을 포함하도록 제조된다. 이러한 발포체는 일반적으로 폴리염화비닐 수지에 발포제를 첨가하여 제조되는데, 발포제 중 일종인 화학 발포제는 열에 의하여 분해, 발포되어 발포체 내에 오픈 셀(open cell)을 형성할 수 있도록 한다.
다만, 화학 발포제로 형성되는 오픈 셀은 외부의 압력에 의해 쉽게 변형, 파손되기 때문에 오픈 셀을 포함하는 발포체는 복원성이 낮은 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 발포체에 오랜기간 지속적으로 압력을 주는 경우 발포체 내의 오픈 셀의 변형, 파손이 일어나 바닥재 전체의 쿠션성이 저하되고, 그로 인해 바닥재의 안락감 및 차음효과가 떨어지는 문제점까지 야기하였다.
이러한 문제를 개선하기 위하여, 대한민국 공개특허공보 제 10-2007-0059811호는 열가소성 니트릴계 공중합체의 셀 내부에 저비점 탄화수소가 함유된 마이크로캡슐 발포제를 이용하여 오픈 셀의 형성을 방지하고자 하였으나, 이 경우 쿠션성 및 차음성이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 현재까지도 바닥재에 사용되는 발포체의 복원성 등의 물성을 개선하여 바닥재의 쿠션성 개선 및 이에 따른 바닥재의 안락감 및 차음효과 개선의 요구가 있어왔다.
KR 10-2007-0059811 A (2007.06.12)
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 복원성 등의 물성이 우수한 발포체 및 이를 포함하는 바닥재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 폴리염화비닐 수지, 캡슐 발포제 및 고무를 포함하는 잔류압입률(KS M 3802)이 5%미만인 발포체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 발포체인 발포층을 포함하는 바닥재를 제공한다.
본 발명의 발포체 및 이를 포함하는 바닥재는 상기 발포체의 복원성 등의 물성이 우수하여 바닥재의 쿠션성 개선 및 이에 따른 바닥재의 안락감 및 차음성이 우수한 효과가 있다.
도 1은 종래 오픈 셀(12)이 형성된 발포체를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 화학 발포제가 발포되어 형성된 오픈 셀(120) 내, 외부에 발포된 캡슐 발포제가 포함되는 발포체를 나타내는 도면이다.
도 3은 발포체의 사진으로, 비교예 2의 발포체 내의 오픈 셀의 SEM사진(도3a), 실시예 1에 따른 본 발명의 발포체의 오픈 셀 내 발포된 캡슐 발포제의 SEM사진(도3b), 실시예 2에 따른 본 발명의 발포체의 오픈 셀 내 발포된 캡슐 발포제의 SEM사진(도3c) 및 실시예 1'에 따른 발포체의 오픈 셀 내 발포된 캡슐 발포제의 SEM사진이다(도3d).
본 발명은 폴리염화비닐 수지, 캡슐 발포제 및 고무를 포함하는 잔류압입률(KS M 3802)이 5%미만인 발포체에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명의 발포체는 잔류압입률(KS M 3802)이 5%미만 또는 4%이하일 수 있으며, 상기 범위를 초과할 경우 발포체의 복원성 개선이 미미할 수 있다. 또한, 이의 하한치는 제한하지 않으나 일 예로 0.5%이상 또는 1%이상일 수 있다.
상기 잔류압입률은 KS M 3802에 의거하여 지름 19mm의 반구형 강봉으로 222N의 하중을 가하고 5분 경과후 해제한 다음, 1시간이 경과한 시점에서 발포체의 두께 변화를 통해 아래와 같이 잔류압입율을 구할 수 있다.
잔류압입율 = (T0 - T1)/T0 X 100%
T0 : 가압 전 두께
T1 : 가압 후 두께
이하에서는 상기와 같이 우수한 복원성을 갖는 본 발명의 발포체의 구성에 대해 보다 구체적으로 설명해보기로 한다.
a)폴리염화비닐 수지
본 발명의 폴리염화비닐(PVC : Poly Vinyl Chloride)수지는 중합도가 800-1200, 또는 900-1100일 수 있다. 상기 범위 미만인 경우 인장강도, 파단신율, 인열강도 등의 물성을 충족하지 못할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 성형물의 성형온도가 높아져 생산 공정상의 문제가 있을 수 있다.
상기 중합도는 JIS K6721-77 시험방법으로 측정할 수 있다.
b)캡슐 발포제
본 발명의 캡슐 발포제는 상기 폴리염화비닐 수지와 혼합된 뒤 가열, 발포되는 것으로, 수지 재질의 캡슐 레이어와, 상기 캡슐 레이어에 내포되며, 상기 캡슐 레이어에 사용되는 수지의 연화점 이하에서 비등점을 갖는 팽창제를 포함하는 열팽창성 마이크로캡슐일 수 있다.
구체적으로 상기 캡슐 발포제는 적정 온도의 열이 가해지면, 상기 캡슐 레이어의 연화가 시작됨과 동시에 상기 캡슐 레이어에 내포되는 팽창제가 기화되면서 내압이 높아지며 발포되어, 후술되는 화학 발포제의 발포로 형성된 오픈 셀의 내, 외부에 위치될 수 있다. 상기 캡슐 발포제는 화학 발포제와 달리 캡슐 레이어를 포함하는 것이어서 발포체 외부의 압력이나 충격에 대해서 저항성을 가지고, 그로 인해 오픈 셀 내에서 발포된 캡슐 발포제는 외부로부터 압력이 가해지더라도 오픈 셀의 손상, 파손을 방지할 수 있다.
상기 캡슐발포제는 평균 입자크기가 20-50㎛, 또는 30-40㎛일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 충분한 발포를 얻을 수 없고, 상기 범위를 초과하면 형성되는 발포 셀(기포)의 입자크기가 커져 발포체의 품질이 저하될 수 있다.
본 발명에서 평균 입자크기란, 상기 캡슐 발포제가 구 형상인 경우는 지름의 평균을 의미하고, 구 형상 외의 다른 형상인 경우는 장축과 단축으로 구분 시 장축의 평균길이를 의미하는 것일 수 있다.
상기 평균 입자크기는 SEM(scanning electron microscope)을 이용하여 측정할 수 있다.
상기 캡슐 레이어는 일 예로 아크릴로니트릴 공중합체, 염화비닐리덴 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리스티렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 열가소성 수지일 수 있으나 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.
상기 캡슐 레이어는 두께는 일 예로 2-15㎛ 또는 5-13㎛일 수 있으며, 상기 범위 내에서 발포성이 우수하면서도 외부 압력에 의해 파괴되지 않는 우수한 내구성을 갖는 효과가 있다.
상기 캡슐 레이어의 두께는 SEM(scanning electron microscope)을 이용하여 측정할 수 있다.
상기 팽창제는 프로판, 프로필렌, 부텐, 부탄, 이소부탄, 이소펜탄, 네오펜탄, 노르말펜탄, 노르말헥산, 이소헥산, 헵탄, 옥탄, 노난 및 데칸으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 액상의 탄화수소일 수 있다.
상기 캡슐 발포제는 열팽창 개시온도가 150-210℃, 160-200℃ 또는 160-180℃일 수 있으며, 상기 범위 외일 경우 발포체의 복원성 및 차음성 개선이 미미할 수 있어 상기 범위 내의 열팽창 개시온도를 가질 수 있다.
상기 열팽창 개시온도란 열 기계 분석 장치(Thermomechanical Analysis, 이하 'TMA')로 상기 캡슐 발포제를 가열했을 때, 높이 방향의 변위가 플러스로 변했을 때의 온도를 의미한다.
또한, 상기 캡슐 발포제는 열팽창 최대온도가 200-230℃, 210-230℃ 또는 210-220℃일 수 있으며, 상기 범위 미만인 경우 캡술 발포제가 파손될 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 충분한 발포를 얻지 못해 발포체의 복원성 및 차음성 개선이 미미할 수 있어 상기 범위 내의 열팽창 최대온도를 가질 수 있다.
본 발명에서 열팽창 최대온도는 열 기계 분석 장치(TMA)로 상기 캡슐 발포제를 상온으로부터 가열하면서 그 직경을 측정했을 때에, 캡슐 발포제가 최대 변위량이 되었을 때의 온도를 의미한다.
또한, 상기 캡슐 발포제는 상기 폴리염화비닐 수지 100중량부에 대해 3-15중량부, 또는 4-10중량부로 사용될 수 있다. 상기 범위 미만으로 포함할 경우 발포체의 복원성 및 차음성 개선이 미미할 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 공정 경제성이 저하될 수 있다.
c)고무
본 발명의 고무는 상기 폴리염화비닐 수지의 내구성, 가공성 및 물리적 성질을 개선함과 아울러, 특히 발포체의 복원성 및 차음성을 더욱 개선시키는 역할을 한다.
구체적으로, 상기 고무는 천연 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 우레탄 고무, 아크릴 고무, 이소프렌 고무, 실리콘 고무, 및 클로로프렌고무로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서는 구체적 일 실시예로 상기 폴리염화비닐 수지와 상용성이 우수한 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 상기 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 포함하는 마스터 배치일 수 있으며, 이 경우 상기 폴리염화비닐 수지 내 분산성이 더욱 우수한 효과가 있다.
상기 아크릴로니트릴 부타디엔 고무에 포함되는 아크릴로니트릴의 함량은 20-50중량% 또는 25-40중량%일 수 있으며, 상기 범위 내에서 발포체의 내구성 및 복원성이 우수할 수 있다.
상기 고무는 무늬점도(ML1+4,100℃)가 30-70 또는 45-60일 수 있으며, 상기 범위 내에서 반발탄성이 우수하여 발포체의 복원성이 개선됨과 아울러, 가공성이 우수할 수 있다.
상기 고무는 상기 폴리염화비닐 수지 100중량부에 대해 10-25중량부 또는 15-20중량부로 사용될 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 발포체의 복원성 및 차음성 개선이 미미할 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 내구성이 저하될 수 있으므로 상기 함량 범위 내로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 발포체는 화학 발포제를 더 포함할 수 있다. 상기 화학 발포제는 폴리염화비닐 수지와 혼합된 뒤 가열, 발포되어 오픈 셀 및 닫힌 셀을 형성함으로 인해 발포체에 쿠션성을 부여한다. 다만, 상기 캡슐 발포제와는 달리 별도의 레이어 없이 열가소성 수지 내부에 형성되는 것으로 발포체 외부로부터 압력이 가해질 경우 오픈 셀이 쉽게 손상, 파손될 수 있다.
상기 화학 발포제는 상기 폴리염화비닐 수지에 사용될 수 있는 것이면 어떠한 것, 어떠한 형태도 사용이 가능하다. 보다 구체적으로, 상기 화학 발포제는 p,p'옥시비스(벤젠술포닐 하이드라지드), 벤젠술포닐 하이드라지드 및 톨루엔술포닐 하이드라지드 중에 선택된 어느 하나 이상의 술포닐 하이드라지드; 아조디카본아미드 및 아조비스 이소프틸로니트릴 중에 선택된 어느 하나 이상의 아조 화합물; N,N'디니트로소펜타메틸렌 테트라민 및 N,N'디메틸-N,N'디니트로소테레프탈아미드 중에 선택된 어느 하나의 니트로소 화합물을 포함하는 유기 발포제, 및 중탄산나트륨 또는 중탄산암모늄을 포함하는 무기 발포제로 이루어진 군으로 부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서는 구체적 일 실시예로 아조디카본아미드를 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 상기 아조디카본아미드 20-50중량%를 포함하는 마스터 배치일 수 있으며, 이 경우 상기 폴리염화비닐 수지 내 분산성이 우수한 효과가 있다.
상기 화학 발포제는 일 예로, 200-205℃에서 분해되어 280-300ml/gr 가스량을 생성할 수 있으며, 상기 온도 범위 내에서 우수한 쿠션성 효과를 부여할 수 있다.
상기 화학 발포제는 상기 폴리염화비닐 수지 100중량부에 대해 4-12 중량부 또는 6-10중량부로 사용할 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 발포체의 쿠션성 효과가 저하될 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 과도한 발포로 인하여 발포체의 품질이 떨어질 수 있다.
또한, 본 발명의 발포체는 가소제 및 충전제 중 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 가소제는 프탈레이트계 가소제, 테레프탈레이트계 가소제, 벤조에이트계 가소제, 시트레이트계 가소제, 포스페이트계 가소제 또는 아디페이트계 가소제 중 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 본 발명에서는 친환경적인 테레프탈레이트계 가소제를 사용할 수 있다.
상기 가소제는 상기 폴리염화비닐 수지 100중량부에 대해 30-70중량부 또는 40-60중량부로 사용될 수 있으며, 상기 범위 내에서 가공성 및 쿠션감이 우수하면서 가소제 이행 현상이 발생하지 않아 발포체의 기계적 물성이 우수한 효과가 있다.
상기 충전제는 폴리염화비닐 수지의 점도 조절, 물성 강화 및 제품 단가 조절 등의 목적으로 첨가되는 것으로 글라스버블, 탄산칼슘, 비정질 실리카, 활석, 제올라이트, 탄산마그네슘, 황산칼슘, 인산칼슘, 인산마그네슘, 산화알루미늄, 카올린, ATH(Alumina trihydrate) 및 탈크로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 구체적 일 실시예로 가격이 저렴한 탄산칼슘을 사용할 수 있다.
상기 충전제는 폴리염화비닐 수지 100중량부에 대해 10-30중량부 또는 15-25중량부로 사용될 수 있으며, 상기 범위 내에서 원재료 값이 적절할 수 있으며, 가공성이 우수한 효과가 있다.
선택적으로, 본 발명의 발포체는 열안정제, 활제 및 난연제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 이들의 종류 및 함량은 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 발포체는 상기 폴리염화비닐 수지를 발포체 내 45-80중량% 또는 45-75중량%로 포함할 수 있으며, 상기 범위 내에서 가공성 및 기계적 물성이 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 발포체는 상기 캡슐 발포제를 발포체 내 1.5-8중량% 또는 1.7-7중량%로 포함할 수 있으며, 상기 범위 내에서 발포체의 복원성 및 차음성이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 발포체는 상기 고무를 발포체 내 4-13중량% 또는 7-11중량%로 포함할 수 있으며, 상기 범위 내에서 발포체의 복원성, 차음성 및 내구성이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 발포체는 상기 화학 발포제를 발포체 내 3-10중량% 또는 3.5-8중량%로 포함할 수 있으며, 상기 범위 내에서 발포체의 품질 및 쿠션감이 우수한 효과가 있다.
본 발명의 발포체의 두께는 한정하지 않으나 일 실시예로 상기 발포체가 바닥재로 이용될 경우 0.5-4.0mm 또는 1.0-3.5mm일 수 있으며, 상기 범위 내에서 바닥재에 우수한 쿠션감, 복원성 및 차음성을 부여하는 효과가 있다.
본 발명의 발포체는 발포 전 밀도가 1.40g/cm3이하 또는 1.35g/cm3이하일 수 있으며, 상기 범위 내에서 발포체의 경량화가 우수한 효과가 있다. 또한, 이의 하한치는 제한하지 않으나 일 예로 0.80g/cm3이상 또는 0.90g/cm3이상일 수 있다.
상기 발포 전 밀도는 비중계를 이용하여 측정할 수 있으며, 이 때 물의 밀도는 1g/cm3으로 계산하였다.
또한, 상기 발포체의 겉보기 밀도는 0.1-0.5g/cm3 또는 0.2-0.4g/cm3일 수 있으며, 상기 범위 내에서 발포체의 경량화가 우수한 효과가 있다.
상기 발포체의 겉보기 밀도는 발포 전 밀도를 발포배율로 나눈 값에 100을 곱하여 이의 수치를 확인하였다.
또한, 상기 발포체의 발포배율은 200-600% 또는 300-550%일 수 있으며, 상기 범위 내에서 발포체의 쿠션성, 복원성 및 차음성이 우수할 수 있다.
상기 발포체의 발포배율은 발포체의 발포 전 및 발포 후의 두께 변화를 통해 아래와 같이 계산하였다.
발포배율 = Ta/Ta' X 100%
Ta : 발포 후 두께
Ta' : 발포 전 두께
또한, 상기 발포체는 충격흡수성(G값)이 80G이하 또는 70G이하일 수 있으며, 상기 범위 내에서 발포체의 복원성 및 쿠션감이 우수한 효과가 있다. 또한, 이의 하한치는 제한하지 않으나 일 예로 20G이상 또는 40G이상일 수 있다.
상기 충격흡수성(G값)은 3.75kg의 머리모양 추를 20cm 높이에서 발포체로 자유낙하 시 발포체를 통해 전달된 충격가속도 값을 측정할 수 있다.
또한, 상기 발포체는 맨 바닥 대비 경량충격음의 감소가 △7dB 초과 또는 △8dB 이상일 수 있으며, 상기 범위 내에서 발포체의 차음성이 우수한 효과가 있다. 또한, 이의 상한치는 제한하지 않으나 일 예로 △30dB 이하 또는 △20dB 이하일 수 있다.
상기 경량충격음은 의자가 끌리는 소리, 수저가 떨어지는 소리, 가벼운 발걸음 소리 등을 의미한다. 상기 경량충격음은 KS F 2810(경량충격음 시험조건)의 규격에 의거하여 측정할 수 있다.
또한, 상기 발포체는 피로 시험(KS M ISO 3385) 시 두께 손실이 5%이하, 또는 3.8%이하로, 상기 범위 내에서 발포 셀 벽이 단단하여 발포체의 복원성이 우수한 효과가 있다.
상기 발포체의 피로 시험은 KS M ISO 3385에 의거하여 반복인장압축시험기(Material Test System, MTS systems corporation社)를 이용하여 발포체에 800N의 하중으로 1000회 반복적인 하중을 가한 후, 피로를 받은 부위의 두께 손실을 아래와 같은 식으로 구하였다.
두께 손실(%) = (D0 - D1)/D0 X 100
D0 : 가압 전 두께
D1 : 가압 후 두께
또한, 상기 발포체는 눌림성이 7%이상, 10%이상 또는 12%이상일 수 있으며, 상기 범위 내에서 쿠션감이 우수한 효과가 있다. 또한, 이의 상한치는 제한하지 않으나 일 예로 80%이하 또는 70%이하일 수 있다.
상기 눌림성은 지름 19mm의 반구형 강봉으로 222N의 하중을 가하여 들어간 발포체의 깊이를 측정한 후, 이를 발포체의 두께로 나누어 계산할 수 있다.
한편, 본 발명의 발포체는 발포체 조성물을 제조하는 발포체 조성물 제조 단계; 상기 발포체 조성물을 성형하여 예비발포체를 제조하는 예비발포체 제조 단계; 및 상기 예비발포체를 발포시키는 발포 단계;를 포함하는 발포체 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
이하에서는, 각 제조단계에 대해 구체적으로 설명해보기로 한다.
발포체 조성물 제조 단계
발포체 조성물 제조 단계는 발포체 조성물을 140-180℃ 또는 150-170℃에서 공지의 혼합기(일 예로, 반바리 믹서 또는 브라밴드)에서 2-7분간 혼련하는 단계일 수 있다.
상기 발포체 조성물은 위에서 서술한 발포체의 구성과 동일하므로 이의 중복된 기재는 생략하도록 한다.
예비발포체 제조 단계
예비발포체 제조 단계는 위에서 제조한 발포체 조성물을 140-180℃ 또는 150-170℃에서 캘린더링 공법 또는 압출 공법을 이용하여 시트 형태로 제조하는 단계일 수 있다.
본 발명에서는 구체적 일 예로 첨가제 등의 성분의 함량의 자유로운 제어가 가능하고, 이에 따라 우수한 유연성, 내충격성, 기계적 강도, 가공성, 안착성 및 용융 효율을 가지는 발포체를 제공할 수 있으며, 추가로 원재료비의 절감도 가능한 캘린더링 공법을 이용할 수 있다.
발포 단계
상기 발포 단계는 위에서 제조한 예비발포체를 발포시키는 단계로, 공지의 방법으로 발포시킬 수 있고, 일 실시예로 발포 오븐을 이용하여 발포시킬 수 있다.
상기 발포 조건은 190-230℃ 또는 200-220℃에서, 3-7분간 발포가 수행될 수 있다. 상기 범위 외에서 발포가 이루어질 경우 발포체의 발포가 충분하지 않거나, 과도한 발포로 인해 발포제가 파손되는 등의 발포체의 품질이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 발포체인 발포층을 포함하는 바닥재에 관한 것이다.
본 발명의 바닥재는 상기 발포체인 발포층 외에도 다른 층들을 포함할 수 있으며, 일 실시예로 간지층, 치수안정층, 투명층, 인쇄층 및 표면처리층 중 선택되는 1종 이상의 층들을 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 층들에 대한 구체적인 설명은 공지의 바닥재와 동일하므로 중복된 기재는 생략하도록 한다.
본 발명의 발포체 및 이를 포함하는 바닥재는 상기 발포체의 복원성 등의 물성이 우수하여 바닥재의 쿠션성 개선 및 이에 따른 바닥재의 안락감 및 차음효과가 우수한 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[실시예]
후술되는 실시예, 비교예 및 참조예에 사용되는 조성은 하기와 같다.
-폴리염화비닐 수지: 중합도가 1000인 폴리염화비닐 수지(LG화학社, LS100)
-캡슐 발포제: 캡슐 레이어의 두께가 2-15㎛, 열팽창 개시온도가 160-170℃, 열팽창 최대온도가 210-220℃, 평균 입자크기가 30-40㎛인 캡슐 발포제
-고무: 33중량%의 아크릴로니트릴을 포함하고, 무늬점도(ML1+4,100℃)가 57인 아크릴로니트릴 부타디엔 고무
-화학 발포제: 200-205℃에서 분해되어 280-300ml/gr 가스량을 생성하는 아조디카본아미드
1. 발포체 제조
(실시예 1)
폴리염화비닐 수지 100 중량부, 화학 발포제 8.1 중량부, 캡슐 발포제 4중량부, 고무 15중량부, 가소제 50중량부, 충전제 20중량부 및 열안정제 1.6중량부를 포함한 발포체 조성물을 브라밴드에서 150℃, 5분간 혼련한 후 170℃의 캘린더롤을 통과시켜 두께 0.4mm인 예비발포체를 제조하였다.
이어서, 상기 예비발포체를 발포 오븐에 넣어 210℃에서 5분간 가열하여 발포체를 제조하였다.
(실시예 2)
폴리염화비닐 수지 100 중량부, 화학 발포제 8.1 중량부, 캡슐 발포제 4중량부, 고무 20중량부, 가소제 50중량부, 충전제 20중량부 및 열안정제 1.6중량부를 포함한 발포체 조성물을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 발포체를 제조하였다.
(비교예 1)
폴리염화비닐 수지 100 중량부, 캡슐 발포제 4중량부, 가소제 50중량부, 충전제 20중량부 및 열안정제 1.6중량부를 포함한 발포체 조성물을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 발포체를 제조하였다.
(비교예 2)
폴리염화비닐 수지 100 중량부, 화학 발포제 8.1 중량부, 가소제 50중량부, 충전제 20중량부 및 열안정제 1.6중량부를 포함한 발포체 조성물을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 발포체를 제조하였다.
(참조예 1)
폴리염화비닐 수지 100 중량부, 화학 발포제 8.1 중량부, 캡슐 발포제 4중량부, 가소제 50중량부, 충전제 20중량부 및 열안정제 1.6중량부를 포함한 발포체 조성물을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 발포체를 제조하였다.
(참조예 2)
고무를 5중량부로 사용한 발포체 조성물을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 발포체를 제조하였다.
(참조예 3)
고무를 30중량부로 사용한 발포체 조성물을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 발포체를 제조하였다.
2. 압력이 가해진 발포체 제조
바닥재로 제조되기 위해, 엠보 가공 시 발포체에 압력이 가해질 것을 고려하여, 실시예 1-2, 비교예 1-2, 및 참조예 1-3의 발포체를 80℃조건에서 엠보 롤(압력: 3-6kg/cm2)을 1번 통과한 발포체를 제조하였다. (실시예 1' 내지 2', 비교예 1' 내지 2' 및 참조예 1' 내지 3').
[실험예]
1. 발포체 물성 측정
실시예 1-2, 비교예 1-2, 및 참조예 1-3의 잔류압입률, 발포체의 발포 전 밀도, 발포 후 발포체의 겉보기 밀도, 발포 배율, 충격흡수성(G값), 차음성, 피로 시험 시 두께 손실 및 눌림성을 확인하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
(1) 잔류압입률은 KS M 3802에 의거하여 지름 19mm의 반구형 강봉으로 222N의 하중을 가하고 5분 경과후 해제한 다음, 1시간이 경과한 시점에서 발포체의 두께 변화를 통해 아래와 같이 잔류압입율을 구하였다.
잔류압입율 = (T0 - T1)/T0 X 100%
T0 : 가압 전 두께
T1 : 가압 후 두께
(2) 발포 전 밀도는 비중계를 이용하여 측정하였다. 이 때, 물의 밀도는 1g/cm3으로 계산하였다.
(3) 겉보기 밀도는 발포 전 밀도를 발포배율로 나눈 값에 100을 곱하여 이의 수치를 확인하였다.
(4) 발포배율은 발포체의 발포 전 및 발포 후의 두께 변화를 통해 아래와 같이 계산하였다.
발포배율 = Ta/Ta' X 100%
Ta : 발포 후 두께
Ta' : 발포 전 두께
(5) 충격흡수성(G값)은 3.75kg의 머리모양 추를 20cm 높이에서 자유낙하 시 발포체를 통해 전달된 충격가속도 값을 측정하였다.
낮은 값을 가질수록 충격흡수성이 우수한 것을 나타낸다.
(6) 차음성은 맨 바닥 대비 경량충격음의 감소 정도로 측정하였으며, 구체적으로 두께가 150mm인 슬라브(맨 바닥) 상에 발포체를 위치시키고 KS F 2810에 의거하여 경량충격음의 감소 정도를 측정하였다.
슬라브의 경량충격음은 70-75dB이었다.
(7) 피로 시험 시 두께 손실은 KS M ISO 3385에 의거하여 반복인장압축시험기(Material Test System, MTS systems corporation社)를 이용하여 발포체에 800N의 하중으로 1000회 반복적인 하중을 가한 후, 피로를 받은 부위의 두께 손실을 아래와 같은 식으로 구하였다.
두께 손실(%) = (D0 - D1)/D0 X 100
D0 : 가압 전 두께
D1 : 가압 후 두께
(8) 눌림성은 지름 19mm의 반구형 강봉으로 222N의 하중을 가하여 들어간 발포체의 깊이를 측정한 후, 이를 발포체의 두께로 나누어 계산하였다.
실시예1 실시예2 비교예 1 비교예 2 참조예 1 참조예 2 참조예 3
화학 발포제
(중량부)		 8.1 8.1 - 8.1 8.1 8.1 8.1
캡슐 발포제
(중량부)		 4 4 4 - 4 4 4
고무
(중량부)		 15 20 - - - 5 30
물성
잔류압입률(%) 3.3 3.1 2.3 5.8 4.9 4.3 2.1
발포 전 밀도 (g/cm3) 1.29 1.35 1.28 1.26 1.24 1.28 1.45
겉보기 밀도
(g/cm3)		 0.269 0.293 0.673 0.280 0.275 0.284 0.403
발포 배율(%) 480 460 190 450 450 450 360
충격흡수성(G) 66 67 81 70 72 73 75
차음성(△dB) 15 16 5 9 10 11 10
피로 시험 시 두께 손실(%) 3.1 2.9 4.0 5.4 4.9 4.5 3.85
눌림성(%) 14 15 6 12 12 12 8
상기 표 1에서 확인된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 발포체는 발포배율이 높아 발포 후의 겉보기 밀도가 작은 바 경량성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1 및 2의 발포체는 잔류압입률, 충격흡수성, 피로 시험 시 두께 손실 및 눌림성이 우수하여 복원성 및 쿠션성이 개선되었으며, 차음성 또한 우수한 것을 확인할 수 있었다.
특히, 실시예 2의 발포체는 실시예 1에 비해 고무를 더 많이 포함한 바 잔류압입률, 충격흡수성, 차음성, 피로 시험 시 두께 손실 및 눌림성이 더욱 우수한 것을 확인할 수 있었다.
반면, 비교예 1은 발포제로서 캡슐 발포제만을 포함하고 고무를 포함하지 못한 바 충분한 발포배율을 갖지 못해 겉보기 밀도가 매우 큰 바 경량화 효과가 미미하며 또한, 충격흡수성, 차음성, 피로 시험 시 두께 손실 및 눌림성이 저하된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 2는 발포제로서 화학 발포제만을 포함하고 고무를 포함하지 못한 바 실시예 1 및 2에 비해 잔류압입률, 충격흡수성, 차음성, 피로 시험 시 두께 손실 및 눌림성 개선이 미미한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 화학 발포제 및 캡슐 발포제는 포함하였으나, 고무를 포함하지 않는 참조예 1 및 고무를 특정 함량 범위 미만으로 포함한 참조예 2의 발포체는 실시예 1 및 2에 비해 잔류압입률, 충격흡수성, 차음성, 피로 시험 시 두께 손실 및 눌림성 개선이 미미한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 고무를 특정 함량 범위 초과로 포함한 참조예 3의 발포체는 동일한 조건에서 발포가 잘 되지 않아 발포 배율이 낮고, 따라서 실시예 1 및 2에 비해 겉보기 밀도가 높고, 충격흡수성, 차음성, 피로 시험 시 두께 손실 및 눌림성 개선이 미미한 것을 확인할 수 있었다.
2. 압력이 가해진 발포체의 물성 측정
실시예 1'-2', 비교예 1'-2' 및 참조예 1'-3'의 압력이 가해진 발포체의 잔류압입률, 겉보기 밀도, 발포 배율, 충격흡수성(G값), 차음성, 피로 시험 시 두께 손실 및 눌림성을 확인하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
측정방법은 상기 실험예 1과 동일하다.
실시예1' 실시예2' 비교예 1' 비교예 2' 참조예 1' 참조예 2' 참조예 3'
화학 발포제
(중량부)		 8.1 8.1 - 8.1 8.1 8.1 8.1
캡슐 발포제
(중량부)		 4 4 4 - 4 4 4
고무
(중량부)		 15 20 - - - 5 30
물성
잔류압입률(%) 3.8 3.6 2.7 6.5 5.5 4.9 2.5
겉보기 밀도
(g/cm3)		 0.280 0.307 0.711 0.293 0.288 0.298 0.439
발포 배율(%) 460 440 180 430 430 430 330
충격흡수성
(G)		 68 69 83 73 74 75 76
차음성(△dB) 12 13 4 7 7 9 8
피로 시험 시 두께 손실(%) 3.5 3.3 4.2 5.7 5.4 5.0 4.1
눌림성(%) 13 14 5 11 11 11 6
상기 표 2에서 확인된 바와 같이, 실시예 1'-2'의 발포체는 압력이 가해지더라도 우수한 수준의 발포 배율, 잔류압입률, 충격흡수성, 차음성, 피로 시험 시 두께 손실 및 눌림성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 오픈 셀의 파손이 적은 바 겉보기 밀도가 작아 여전히 우수한 경량성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
반면, 발포제로서 캡슐 발포제만을 포함하는 비교예 1'의 발포체는 발포 배율이 낮고, 충격흡수성, 차음성, 피로 시험 시 두께 손실 및 눌림성이 저하된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 발포제로서 화학 발포제만을 포함하는 비교예 2'의 발포체는 오픈 셀이 파손되어 발포 배율이 저하되어 이에 따라 잔류압입률, 충격흡수성, 차음성, 피로 시험 시 두께 손실 및 눌림성이 모두 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 발포제로서 화학 발포제 및 캡슐 발포제를 모두 포함하였으나 고무를 포함하지 않는 참조예 1'의 발포체 및 고무를 특정 함량 범위 미만으로 포함한 참조예 2'의 발포체는 실시예 1'-2'의 발포체에 비해 잔류압입률, 충격흡수성 차음성, 피로 시험 시 두께 손실 및 눌림성이 모두 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 고무를 특정 함량 범위 초과로 포함한 참조예 3'의 발포체는 발포 배율이 더욱 떨어져 실시예 1'-2'의 발포체에 비해 겉보기 밀도가 높고, 충격흡수성, 차음성, 피로 시험 시 두께 손실 및 눌림성 개선이 미미한 것을 확인할 수 있었다.
3. 발포체 내 오픈 셀 및 발포된 캡슐 발포제의 확인
실시예 1-2, 1' 의 발포체 내 오픈 셀 및 오픈 셀 내, 외에 발포된 캡슐 발포제의 형상과, 비교예 2의 발포체 내 오픈 셀의 형상을 주사현미경(SEM)으로 확인하였고, 이를 도 3에 나타내었다.
도 3a 내지 3c 에서 확인할 수 있듯이, 비교예 2(도 3a)와 달리 실시예 1(도 3b) 및 2(도 3c)의 발포체의 오픈 셀 내, 외에 발포된 캡슐 발포제가 포함됨을 확인할 수 있다.
그리고 도 3d에서 확인할 수 있듯이, 압력이 가해진 실시예 1'의 발포체는 캡슐 발포제가 유지되는 것으로, 외부의 압력에도 압력이 분산되어 오픈 셀의 변형, 손상이 방지될 수 있음을 확인하였다.
10 : 종래의 발포체 11: 폴리염화비닐 수지
12 : 오픈 셀 100 : 본 발명의 발포체
110 : 폴리염화비닐 수지 120 : 오픈 셀
130 : 발포된 캡슐발포제 131 : 캡슐 레이어
132 : 팽창제

Claims (15)

  1. 폴리염화비닐 수지, 캡슐 발포제, 화학 발포제 및 고무를 포함하고,
    상기 캡슐 발포제는 캡슐 레이어의 두께가 2-15㎛이며, 잔류압입률(KS M 3802)이 5%미만인 것인 발포체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캡슐 발포제는 평균 입자 크기가 20-50㎛이고, 캡슐 레이어의 두께는 2-15㎛인 것인 발포체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캡슐 발포제는 열팽창 개시온도가 150-210℃이고, 열팽창 최대온도가 200-230℃인 것인 발포체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 캡슐 발포제는 상기 폴리염화비닐 수지 100중량부에 대해 3-15중량부로 사용되는 것인 발포체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고무는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무인 것인 발포체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고무는 상기 폴리염화비닐 수지 100중량부에 대해 10-25중량부로 사용되는 것인 발포체.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발포체는 화학 발포제가 발포되어 형성된 오픈 셀 내, 외부에 발포된 캡슐 발포제를 포함하는 것인 발포체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발포체는 폴리염화비닐 수지 100중량부에 대해 가소제 30-70중량부 및 충진제 10-30중량부를 더 포함하는 것인 발포체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발포체의 겉보기 밀도는 0.1-0.5g/cm3 인 것인 발포체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발포체의 충격흡수성(G값)(3.75kg 추, 20㎝)은 20-80G인 것인 발포체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발포체의 맨 바닥 대비 경량충격음의 감소는 △7dB 초과 △30dB 이하 것인 발포체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 발포체의 피로 시험(KS M ISO 3385) 시 두께 손실이 5%이하인 것인 발포체.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 발포체는 눌림성(Ф19mm, 222N)이 7%이상인 것인 발포체.
  15. 제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항의 발포체인 발포층을 포함하는 바닥재.
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