KR20200024416A - 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물 및 그의 발포체 - Google Patents

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Abstract

층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물에 있어서, 에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 10 내지 30 중량%; 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 20 내지 55 중량%; 올레핀 블록 코폴리머(OBC) 15 내지 30 중량%; 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 15 내지 30 중량%; 및 스티렌-이소프렌-스티렌　블록 공중합체(SIS) 5 내지 15 중량%를 포함하고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)는 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

Description

층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물 및 그의 발포체{Thermoplastic Elastomer Composition For Reducing Floor Impact Sound And Foamed Articles Therefrom}
본 발명은 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물 및 그의 발포체에 관한 것이다.
아파트와 같은 공동주택이나 복층 건축물의 경우, 공기전파음은 콘크리트 슬라브 구조에 의해 대다수가 차단되나, 상층 바닥에서 사람의 보행이나 물건의 낙하 등에 의해 바닥에 충격이나 진동이 직접 가해지면 고체전파음으로 변하여 거의 감쇠되지 않고, 바닥 슬라브나 천정 또는 벽체를 통해 아래층이나 인접 세대 안으로 방사되는 특성이 있다. 이와 같은 충격음은 '층간 소음'이라 불리우며, 그릇이나 물건의 낙하음, 의자 이동음과 같이 고주파수 성분의 음을 많이 발생시키는 경량충격음과, 성인보행 또는 어린이의 뜀뛰기 등과 같이 저주파수 성분의 음을 많이 발생시키는 중량충격 등으로 구별된다. 공동주택 등에서는 중량충격음과 경량충격음이 모두 발생하며, 이의 전파를 막기 위한 건축물의 층간 소음 저감용 바닥 완충재가 더 요구되고 있다.
이와 같은 바닥 완충재에는 탄성 특성, 부드러운 촉감과 우수한 충격 강도 및 내열성을 가지는 엘라스토머의 함유가 요구된다. 이를 위해, 발포성을 갖는 열가소성 엘라스토머 수지 조성물을 사출 성형한 발포체가 사용되고 있다.
한국공개특허 제10-2003-0078135호에는 EVA를 주재료 성분으로 하고 LDPE를 보조재료 성분으로 가지는 조성물을 발포체로 만든 "EVA 패드"가 일례로써 개시되어 있다. 또한, 한국공개특허 제10-2016-0107773호에는 EVA를 주재료 성분으로 하되, 재료 성분인 LDPE의 전부 또는 일부를, LDPE보다 연화점이 높은 LLDPE로 대체함으로써 동탄성의 장기간 유지 성능이 더욱 향상되고 내열 유지성의 지속능력도 향상된 EVA 조성물이 개시되어 있다.
그러나, 종래의 EVA를 조성물로 사용한 완충재는 시간이 경과됨에 따라 진동을 절연하고 음압을 흡수하는 물성인 동탄성이 급격하게 상승하는 현상이 발생한다.
따라서, 동탄성 계수를 보다 더 오랜 시간 동안 일정하게 지속 가능하게 하여, 아파트 및 공동주택 등의 건축물에서 발생하는 층간 소음을 효율적으로 저감할 수 있는 엘라스토머 조성물이 요구되고 있다.
한국공개특허 제10-2012-0095987호 한국공개특허 제10-2016-0107773호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 가열 전후 동탄성 계수가 일정하게 지속되는 열가소성 엘라스토머 조성물 및 그의 발포체를 제공하는 것이다.
또한, 시간이 경과함에도 동탄성이 급격하게 상승하는 현상이 발생하지 않고, 내구성이 우수하여 한번 설치된 후 장기간 사용할 수 있는 열가소성 엘라스토머 조성물 및 그의 발포체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 고탄성의 열가소성 엘라스토머 조성물 및 그의 발포체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물은,
에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 10 내지 30 중량%; 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 20 내지 55 중량%; 올레핀 블록 코폴리머(OBC) 15 내지 30 중량%; 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 15 내지 30 중량%; 및 스티렌-이소프렌-스티렌　블록 공중합체(SIS) 5 내지 15 중량%를 포함하고,
상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)는 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 열가소성 엘라스토머 조성물 전체 중량에 대하여, 상기 에틸렌-옥텐 공중합체를 10 내지 25 중량%, 상기 에틸렌-부텐 공중합체를 10 내지 30 중량%로 포함할 수 있다.
상기 올레핀 블록 코폴리머(OBC)는 에틸렌-옥텐 블록 공중합체를 포함하고,
상기 에틸렌-옥텐 블록 공중합체는, 옥텐 함량이 2.0 중량%인 경질 에틸렌-옥텐 블록 및 옥텐 함량이 48.3 중량%인 연질 에틸렌-옥텐 블록이 공중합체를 형성할 수 있다.
또한, 에틸렌프로필렌 고무(EPDM)를 더 포함할 수 있고, 상기 에틸렌프로필렌 고무(EPDM)는 상기 열가소성 엘라스토머 조성물 전체 중량에 대하여 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.
또한, 산화아연(ZnO)을 더 포함할 수 있고, 상기 산화아연(ZnO)은 상기 열가소성 엘라스토머 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.
또한, 아연스테아린산(Zn-St)을 더 포함할 수 있고, 상기 아연스테아린산(Zn-St)은 상기 열가소성 엘라스토머 조성물 전체 중량에 대하여 0.5 내지 1.3 중량%로 포함될 수 있다.
또한, 보강제, 가교제 및 발포제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 보강제는, 탈크(Talc) 및 칼슘카보네이트(CaCO3) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 가교제는, [1,3-Phenylenebis(1-methylethylidene)]bis[tert-butyl]peroxide 및 [1,4-Phenylenebis(1-methylethylidene)]bis[tert-butyl]peroxide 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발포제는, 아조디카르본아마이드계(Azodicarbonamide) 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 층간 소음 저감용 발포체는 상기 열가소성 엘라스토머 조성물을 사용하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 발포체는 요철 형태를 가질 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물 및 그의 발포체에 따르면, 아파트 등의 건축물 온도 조건(약 50~70℃)이 장시간 지속되는 환경에서도 동탄성 계수가 안정적으로 유지된다.
또한, 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물이 저비중이면서도 유연성이 우수하므로, 그로부터 제조된 발포체의 탄성이 증가하고 완충 효과가 개선된다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발포체가 설치된 층간 구조의 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발포체가 설치된 층간 구조의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발포체가 설치된 층간 구조의 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하다(comprises)”및/또는 "가지다(include)"는 언급된 구성요소, 특징, 숫자, 단계 및/또는 동작 이외에 하나 이상의 다른 구성요소, 특징, 숫자, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머(완충재) 조성물은, 에틸렌 비닐아세테이트((Ethylene Vinyl Acetate, EVA) 10 내지 30 중량%, 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer, POE) 20 내지 55 중량%, 올레핀 블록 코폴리머(Olefin Block Copolymer, OBC) 15 내지 30 중량%, 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene, LDPE) 15 내지 30 중량% 및 스티렌-이소프렌-스티렌　블록 공중합체(Styrene-isoprene-styrene Block Copolymer, SIS) 5 내지 15 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물에서 에틸렌 비닐아세테이트는, 70℃ 이상의 연화점을 가지며, 이를 이용하여 발포체 형태로 제조하였을 때, 가공성이 용이하고 가교 효율 또한 우수하다. 용융지수(Melt Index, MI)나 비닐아세테이트(Vinyl Acetate, VA)의 함량이 증가함에 따라 녹는점(TM, Melting Temp)이 현저하게 낮아지는 특징이 있다. 따라서, 에틸렌 비닐아세테이트 수지에서 컴파운딩(compounding) 작업성은, 비닐아세테이트 함량에 크게 좌우되어, 함량 수치가 높을수록 결정화도(Crystallinity)의 감소로 부드러워지고, 첨가제의 충진성이 크게 향상된다.
본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물에서 폴리올레핀 엘라스토머(POE)는 에틸렌-옥텐 공중합체(Ethylene Octene Copolymer), 에틸렌-부텐 공중합체(Ethylene Butene Copolymer) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 에틸렌-옥텐 공중합체 및 에틸렌-부텐 공중합체는 무색 투명하며 무취인 특징을 가진다. 또한, 에틸렌 비닐아세테이트는(EVA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)에 비해 저비중이면서도 유연성이 우수한 특성을 가진다. 따라서, 종래에 사용되던 에틸렌 비닐아세테이트 폼(EVA Foam)보다 탄성이 증가되어, 진동을 절연하고 음압을 흡수할 수 있는 물성인 동탄성(動彈性) 계수에서 양호한 효과를 나타낸다. 여기서 동탄성 계수(s', 단위: MN/m3)란, 동적 하중에 대한 동적 변위의 비로, 이론적으로 하기 수학식 1에 의해 도출될 수 있다.
Figure pat00001
(상기 수학식 1에서, S는 시험편의 면적(m2), F는 시험편에 수직으로 가한 동적 하중(N), △d는 시험편 두께의 동적 변화값(m)임).
이와 같은 동탄성 계수는, 실험에서 정현파 가진법 또는 펄스 가진법에 의해 측정될 수 있다. 한편, 고유 진동수(또는, 공진 주파수)의 측정을 통해 단위 면적당 동탄성 계수를 산출할 수 있고, 손실 계수는 고유 주파수로부터 산출될 수 있다. 이와 같은 고유 진동수(fr, 단위: Hz)는 하기 수학식 2에 의해 도출될 수 있다.
Figure pat00002
(상기 수학식 2에서, s't는 시험편의 단위 면적당 겉보기 동탄성 계수(MN/m3), m't는 하중판의 단위 면적당 질량(kg/m2)임).
한편, 바닥 구조에 사용되는 완충재는 동탄성 계수가 40MN/m3 이하, 손실계수가 0.1 내지 0.3인 것이 바람직하다.
특히, 바람직한 효과를 위하여 본 발명에서는, 열가소성 엘라스토머 조성물 전체 중량에 대하여 에틸렌-옥텐 공중합체 공중합체 10 내지 25 중량%, 에틸렌-부텐 공중합체 10 내지 30 중량%가 폴리올레핀 엘라스토머로서 열가소성 엘라스토머 조성물에 포함될 수 있다.
본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물에서 올레핀 블록 코폴리머(OBC)는, 폴리올레핀 엘라스토머에 비하여 유연하고 내열성이 우수한 특성을 가지기 때문에 이를 포함하여 제조된 발포체(Foam)(또는, 완충재)는 치수 안정성(Dimensional stability)이 개선된다. 또한, 높은 탄성 및 복원력을 가지므로 잔류 변형(residual strain)에서 우수한 특성을 나타낸다. 또한, 올레핀 블록 코폴리머의 함량이 높게 포함되어 발포체로 제조되는 경우, 저비중화에 따른 내구성 저하를 방지 할 수 있다. 그러나, 올레핀 블록 코폴리머가 열가소성 엘라스토머 조성물 전체 중량의 50 중량% 이상 포함되는 경우, 가공 공정 중 시트 작업성이 현저히 떨어지므로 표면이 깨끗하게 되지 못할 수 있다. 따라서, 열가소성 엘라스토머 조성물 전체 중량에서 15 내지 30 중량%의 올레핀 블록 코폴리머가 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 올레핀 블록 코폴리머(OBC)는, 예를 들어 에틸렌-옥텐 블록 공중합체(Blocky Ethylene-Octene Copolymer)를 포함할 수 있다. 이와 같은 에틸렌-옥텐 블록 공중합체는 경질 블록(hard block) 및 연질 블록(Soft block)의 공중합체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 옥텐 함량이 2.0 중량%(또는, 0.5몰%)인 경질 에틸렌-옥텐 블록 및 옥텐 함량이 48.3 중량%(또는, 18.9 몰%)인 연질 에틸렌-옥텐 블록이 공중합체를 형성할 수 있다.
본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물에서 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은, 투명성, 가공성, 기계적 강도가 우수한 특징을 가지므로, 이를 포함하여 제조된 발포체에서 물성을 개선시키는 효과를 나타낸다. 이와 같은 저밀도 폴리에틸렌은, 바람직하게, 열가소성 엘라스토머 조성물 전체 중량에서 10 내지 30중량% 함유할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 15 내지 30 중량% 함유할 수 있다.
한편, 저밀도 폴리에틸렌은 비교적 탄성이 낮고 고경도인 것이 특징이므로, 본 발명에서와 같이 높은 탄성을 가지는 폴리올레핀 엘라스토머와 함께 블랜딩(blending)하는 경우, 고탄성용 발포체를 제조할 수 있다.
본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물에서 스티렌-이소프렌-스티렌　블록 공중합체(SIS)는 예를 들어, 스티렌(Styrene)의 함량이 25 중량% 이하일 수 있다. 이와 같은 스티렌-이소프렌-스티렌　블록 공중합체는, 과산화물 가교(Peroxide crosslinking)에 적합하고(예를 들어, 가교제로 비스(알파-t-부틸-퍼옥시이소프로필)벤젠(이하, BIPB)을 사용), 압축 변형(compression set)의 개선에 도움이 된다. 따라서, 예를 들어 열가소성 엘라스토머 조성물에 에틸렌프로필렌 고무(EPDM)가 함께 포함되는 경우, 에틸렌프로필렌 고무의 특성인 복원력(처짐성)을 보완해줄 수 있다.
이와 같은 스티렌-이소프렌-스티렌　블록 공중합체는, 열가소성 엘라스토머 조성물의 전체 중량에서 15 중량% 이상 함유 시 에틸렌프로필렌 고무와 비슷한 정도로 경도가 감소하고, 열수축율은 높아지므로 5 내지 15 중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명의 몇몇 실시예는, 에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 14 중량부, 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 20 내지 55 중량부, 올레핀 블록 코폴리머(OBC) 15 내지 30 중량부 및 스티렌-이소프렌-스티렌　블록 공중합체(SIS) 5 내지 15 중량부를 포함하고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)는 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물을 제공한다.
한편, 본 발명에 따른 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물은 에틸렌프로필렌 고무(Ethylene Propylene Diene monomer Rubber, EPDM)를 더 포함할 수 있다. 가교제(예를 들어, BIPB)의 사용량이 증가하여도, 열가소성 엘라스토머 조성물에 에틸렌프로필렌 고무를 첨가하여 발포체(foam)를 제조하는 경우, 외관 불량(예를 들어, 외관의 터짐)없이 안정된 외관을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 에틸렌프로필렌 고무가 첨가되는 본 발명은, 에틸렌프로필렌 고무가 첨가되지 않은 열가소성 엘라스토머 조성물로 제조한 발포체보다 기계적 강도에는 큰 변화 없이, 복원력(restoring　force)(또는, 처짐성)이 개선되는 효과가 확인되었다.
특히, 발포체가 층간 방음재의 용도로 사용되는 것을 고려하여, 열가소성 엘라스토머 조성물의 전체 중량에 대하여 에틸렌프로필렌 고무 5 내지 10 중량%가 포함되는 것이 바람직하다. 이로부터 제조된 발포체는, 동탄성이 안정적으로 유지되면서 복원력(또는, 처짐성) 및 반발 탄성이 개선되는 효과를 나타낸다. 또한, 앞서 설명한 것과 같이, 에틸렌프로필렌 고무 및 스티렌-이소프렌-스티렌　블록 공중합체(SIS)가 함께 열가소성 엘라스토머 조성물에 포함되어 복원력(처짐성)이 개선될 수 있다. 한편, 에틸렌프로필렌 고무가 조성물 전체 중량에 대해 15중량% 이상 포함되는 경우, 이로부터 제조되는 발포체의 경도가 낮아지는 특성을 나타낸다.
한편, 본 발명에 따른 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물은 산화아연(ZnO)을 더 포함할 수 있다. 산화아연(ZnO)은, 금속산화물로써, 분해 온도가 높은 발포제를 함께 사용되는 경우에 상기 분해 온도를 적절히 조절하는데 사용된다. 열가소성 엘라스토머 조성물에서 산화아연(ZnO)의 함량이 증가할수록 이로부터 제조되는 발포체(foam)의 비중은 서서히 감소한다. 따라서, 산화아연(ZnO)은 발포제의 분해를 촉진시키는 기능을 함을 알 수 있다. 또한, 산화아연(ZnO) 첨가 시 압축 변형이 개선된다. 즉, 산화아연(ZnO)은 가교 효율에 기여하여 기계적 강도를 높일 수 있다.
이와 같은 산화아연(ZnO)은, 열가소성 엘라스토머 조성물의 전체 중량에 대하여 1 내지 3 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 함량이 3 중량%를 초과하는 경우, 압축 변형이 저하되는 현상이 관찰되었다.
한편, 본 발명에 따른 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물은 아연스테아린산(Zn-St)을 더 포함할 수 있다. 아연스테아린산(Zn-St)은 컴파운딩 공정 중 점착성(tack)을 저하시켜 가공성을 개선시킨다. 또한, 아연스테아린산(Zn-St)을 포함하는 열가소성 엘라스토머 조성물로 제조된 발포체는, 기계적 강도가 개선되며, 특히 발포체의 셀(cell) 안정화 효과를 나타내어 소음의 진동을 절감시키는데 효과가 있다.
이와 같은, 아연스테아린산(Zn-St)은 열가소성 엘라스토머 조성물의 전체 중량에 대하여 0.5 내지 1.3 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물은 보강제(filler)(또는 충진제), 가교제(cross　linking　agent) 및 발포제(blowing　agent) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
우선, 본 발명에서 보강제는 예를 들어, 탈크(Talc) 및 칼슘카보네이트(CaCO3) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 같은 보강제는, 열가소성 엘라스토머 조성물의 전체 중량에 대하여 5 내지 9 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 수치 범위의 보강제가 함유되는 열가소성 엘라스토머 조성물로 제조된 발포체는 동탄성이 저하되지 않은 반면, 10중량% 초과하여 포함되는 경우에는 발포체의 탄성 및 동탄성을 저하시킨다.
또한, 본 발명의 가교제로서, 비스(알파-t-부틸-퍼옥시이소프로필)벤젠기(BIPB)를 가지는 과산화물 가교제가 사용될 수 있다. 이와 같은 과산화물 가교제는 예를 들어, [1,3- 페닐렌비스(1-메틸에틸리덴)비스[tert-부틸]퍼옥사이드{[1,3-Phenylenebis(1-methylethylidene)]bis[tert-butyl]peroxide} 및 [1,4-페닐렌비스(1-메틸에틸리덴)비스[tert-부틸]퍼옥사이드{[1,4-Phenylenebis(1-methylethylidene)]bis[tert-butyl]peroxide} 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 가교제는, 열가소성 엘라스토머 조성물로부터 발포체의 제조에 필요한 점탄성 부여 및 물성 향상을 위해 사용된다. 특히, 비스(알파-t-부틸-퍼옥시이소프로필)벤젠기(BIPB)를 포함하는 가교제를 사용하는 경우, 이로부터 제조된 발포체의 셀에 적절한 Stress를 유지시키는 것이 가능하므로, 발포체의 기계적 강도를 향상시킨다. 뿐만 아니라, 종래에 가교제로서 사용하는 디쿠밀퍼옥사이드(DCP)는 아세토페논(Acetophenone) 또는 2-페닐-2-프로판올(2-Phenyl-2-propanol) 등의 유해 물질을 발생시키는 반면, 본 발명의 비스(알파-t-부틸-퍼옥시이소프로필)벤젠기(BIPB)를 가지는 과산화물 가교제는 상기와 같은 유해 물질을 발생시키지 않아 친환경적이다.
이와 같은 가교제는, 열가소성 엘라스토머 조성물의 전체 중량에 대하여 0.5 내지 0.8 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 가교제의 함유량을 증가시킬 수록 제조되는 발포체의 탄성이 증가하지만, 1.2 중량% 초과 시에는 셀 Stress로 인한 발포체의 물성 저하 및 물성 불량(예를 들어, 외관의 터짐)을 발생시킨다.
한편, 본 발명에서 발포제는 예를 들어, 아조디카르본아마이드계(Azodicarbonamide, ADCA) 화합물을 포함할 수 있다. 이와 같은 아조디카르본아마이드계 가교제는, 열가소성 엘라스토머 조성물의 전체 중량에 대하여 4 내지 8 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
이어서, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 열가소성 엘라스토머 조성물을 사용하여 제조되는 층간 소음 저감용 발포체의 구조 및 특징에 대하여 살펴본다.
본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물은, 구성 성분을 균일한 혼합 상태가 되도록 한 후, 발포 과정을 거쳐서 발포체로 제작될 수 있다. 특히, 층간 소음 저감이라는 목적에 따라, 상기 발포체를 패드(Pad) 또는 시트(sheet) 형상으로 성형하여 건축물의 완충재로서 사용하게 된다.
본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물은, 상술한 각 구성 성분을, 예를 들어 각종의 압출기(extruder), 반바리 믹서(Banburry mixer), 니더(kneader), 연속 니더(continuous kneader), 롤(roll) 등에 의해 용융 혼련할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 혼련 과정은, 각 성분을 일괄 첨가하거나 분할하여 첨가하여 혼련하는 등 다양한 방식으로 혼련할 수 있다.
이와 같이 제조된 열가소성 수지 조성물은, 사출 성형, 프레스 성형, 캘린더 성형, T 다이 압출 성형, 중공 시트 압출 성형, 발포 시트 압출 성형, 인플레이션 성형, 라미네이션 성형, 진공 성형, 이형 압출 성형 등, 또한, 이들을 조합 성형법 등의 다양한 방식의 성형을 통해 성형품을 얻을 수 있다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발포체가 설치된 층간 구조의 측단면도가 도시된다. 예를 들어, 발포성 폴리스티렌 폼(Expandable polystyrene Foam, 이하, 'EPS 폼'이라 칭함)(100)와 함께, 본 발명에 따른 열가소성 엘라스토머 조성물로부터 제조된 발포체(200)가 적층되는 다층 구조의 완충재가 설치될 수 있다. 한편, 도 1에서는 EPS 폼(100)과 발포체(200)가 서로 나란하게 적층되어 설치되는 것을 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 단일 구조 완충재의 동탄성 계수를 바탕으로, 완충재가 적층될 때의 동탄성 계수를 연속된 스프링의 직렬구조로 가정하여 다층 구조 완충재의 동탄성 계수 s's는 하기 수학식 3로부터 산출될 수 있다.
Figure pat00003
(상기 수학식 3에서, s's는 적층 구조의 동탄성 계수, s'1, s'2 및 s'3는 각 단일 구조 완충재의 동탄성 계수임).
한편, 다층 구조에 대한 동탄성 계수 실제 측정 결과와 상기 수학식 3에 의한 계산치를 비교한 경우 거의 일치하는 것으로 나타나, 단일 구조에 대한 동탄성 계수를 아는 경우 다층 구조의 동탄성 계수를 손쉽게 유추할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 발포체(200)는, 열가소성 수지 조성물의 상술한 구성 성분을 목적에 따라 서로 다르게 배합한 고탄성 발포체, 일반 발포체, 충격흡수 발포체를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발포체가 설치된 층간 구조는, EPS 폼과 함께, 2 개의 발포체(200, 300)가 나란하게 위치할 수 있다. 이와 같은 발포체(200, 300)는 서로 동일한 조성을 가지거나, 동일한 종류의 발포체(예를 들어, 고탄성 발포체)일 수 있다. 그러나, 서로 다른 목적으로 서로 다른 종류의 발포체(예를 들어, 고탄성 발포체(200) 및 충격흡수 발포체(300))를 가질 수 있다.
한편, 도 2에서는 발포체(200, 300)가 나란하게 위치하는 것으로 도시하였지만 이에 한정되지 않고 복수 개(예를 들어, 3개)의 발포체가 설치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발포체가 설치된 층간 구조를 도시한 측단면도이다. 설명의 편의상, 도 1을 이용하여 설명한 것과 다른 점을 위주로 설명한다.
도 3을 참조하면, 적어도 하나의 발포체(300)가 요철 형태로 설치될 수 있다. 즉, 예를 들어 도 3에 도시된 것과 같이, 평판형 발포체(200) 하부에 요철형 발포체(300)가 설치될 수 있다. 이와 같이 평판형 발포체(200) 및 요철형 발포체(300)가 함께 사용되는 경우, 완충 성능이 보다 개선될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 더 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 예시적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2
본 발명에 따른 열가소성 엘라스토머 조성물인 실시예 1 내지 4 및 종래 기술에 따른 비교예 1, 2를 하기 표 1에 나타난 성분으로 배합하고, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2의 조성물을 이용하여 발포체를 패드 형태로 제작하였다.
COMPONENT 실시예1
(wt%)		 실시예2
(wt%)		 실시예3
(wt%)		 실시예4
(wt%)		 비교예1
(wt%)		 비교예2
(wt%)
EVA 14 14 14 14 47 30
POE 1 18 15 20 15 10 -
POE 2 15 20 25 15 - -
OBC 20 18 15 25 - -
LDPE - - - - 20 24
SOE - - - - 7 30
SIS 7 7 - 5 - -
EPDM 10 10 10 10 - -
산화아연(ZnO) 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8
아연스테아린산(Zn-St) 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9
보강제(Talc) 3 3 3 3 3 3
보강제(CaCO3) 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4
가교제(BIPB(F)) 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
발포제(ADCA) 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3
총 합계 100 100 100 100 100 100
* EVA : 에틸렌 비닐아세테이트 (Ethylene Vinyl Acetate)
* POE 1: 폴리올레핀 옥텐 엘라스토머 (Polyolefin Elastomer - Ethylene Octene Copolymer)
* POE 2: 폴리올레핀 부텐 엘라스토머 (Polyolefin Elastomer - Ethylene Butene Copolymer)
* OBC : 올레핀 블록 코폴리머 (Olefin Block Copolymer)
* LDPE : 저밀도 폴리에틸렌 (Low Density Polyethylene)
* SOE : Hydrogenated Block Copolymer
* SIS : Styrenic TPE
* SBS : PolyStyrene Butadiene Styrene
* EPDM : Ethylene Propylene Diene monomer Rubber
* BIPB(무독성 가교제): [1,3(or1,4)-Phenylenebis(1-methylethylidene)]bis[tert-butyl]peroxide
* ADCA: Azodicarbonamide
발포체 물성, 동탄성 계수 및 그 변화의 측정
실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2의 조성물을 이용하여 제작된 패드 형태의 발포체에 대해 기초동탄성을 측정하였으며, 70℃로 48시간 가열한 직후에 상온(22 내지 26℃의 온도 범위)상태에서 발포체에 대한 동탄성을 측정하였으며, 이를 이용하여 동탄성 변화율을 측정하였다.
동탄성의 측정값 및 동탄성 변화율은 하기 표 2와 같다.
구분 UNIT 실시예1
(wt%)		 실시예2
(wt%)		 실시예3
(wt%)		 실시예4
(wt%)		 비교예1
(wt%)		 비교예2
(wt%)
발포체
물성		 경도 ASKER C 24 20 27 20 25 25
비중 g/cm³ 0.090 0.079 0.088 0.071 0.072 0.077
탄성 % 62 65 58 55 45 22
C.set % 50 60 55 70 60 55
동탄성
계수		 기초 동탄성 계수 MN/m² 16.3 10.2 17.6 18.6 22.1 52
가열 후 동탄성 계수
(70℃×48hr)		 MN/m² 17.5 11.0 19.3 20.5 25.4 66.0
가열 후 변화율 % 7.4% 7.8% 9.7% 10.2% 14.9% 26.9%
상기 표 2에서 '기초 동탄성 계수'는 패드 형태의 발포체를 제작한 직후에 측정한 발포체의 동탄성 계수를 의미하고, '가열 후 동탄성 계수(70℃×48hr)'는 패드 형태의 발포체에 대해 70℃로 48시간 가열한 직후에 상온(22 내지 26℃의 온도 범위)상태에서 측정한 발포체의 동탄성 계수를 의미한다. 또한, '가열 후 변화율'은 기초 동탄성 계수와 가열 후 동탄성 계수(70℃×48hr)의 차이를 기초 동탄성 계수 값으로 나눈 값으로서, 패드 형태의 발포체에 대해 70℃로 48시간 가열한 후에 측정하였을 때의 발포체 동탄성 계수의 변화율을 의미한다.
상기 표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 경우, 시간이 경과된 후에도 동탄성 계수의 변화율이 7.4% 내지 10.2%으로 비교적 낮은 반면에, 비교예 1, 2의 경우 시간에 따른 동탄성 계수의 변화가 실시예에 비해 현저히 증가함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 열가소성 엘라스토머 조성물로부터 제조된 발포체의 경우, 아파트 등의 건축물 온도 조건(약 50~70℃)이 장시간 지속되는 환경에서도 동탄성 계수가 급격한 변화 없이 안정적으로 유지됨을 알 수 있다. 따라서, 가열 전후에도 동탄성 계수가 보다 더 오랜 시간 동안 일정하게 지속 가능하므로, 아파트 및 공동주택 등의 건축물에서 발생하는 층간 소음을 효율적으로 저감할 수 있다.
고탄성 발포 복합체, 일반 발포 복합체, 충격흡수 발포 복합체
본 발명에 따른 열가소성 엘라스토머 조성물은, 통상의 발포성 폴리스티렌(EPS) 또는 스폰지(Sponge, SP)와 함께 사용되어 다층 구조의 발포 복합체로 제조될 수 있다. 특히, 그 사용 목적에 따라 열가소성 수지 조성물의 구성 성분을 상술한 수치 범위 내에서 서로 다르게 배합하여 고탄성 발포 복합체(샘플 번호: 15-2, 15-3, 15-6, 15-12), 일반 발포 복합체(샘플 번호: 15-16), 충격흡수 발포 복합체(샘플 번호: 충흡 4-1 190%, 충흡 4-2 210%)를 제조하여 하기 표 3에 나타내었다.
또한, 대조군으로서 통상의 열가소성 엘라스토머 조성물을 발포성 폴리스티렌(EPS) 또는 스폰지(SP)와 함께 사용하여 제조한 다층 구조의 발포 복합체(샘플 번호: D1)를 하기 표 3에 함께 나타내었다.
구분 대조군 고탄성 일반 충격흡수
샘플 번호(Serior no.) D1 15-2 15-3 15-6 15-12 15-16 충흡 4-1
190%		 충흡 4-1
210%
물성 경도 (Asker C) 36 17 18 15 15 25 31 25
비중 (g/cm3) 0.072 0.071 0.069 0.066 0.069 0.072 0.104 0.077
C.Set (%) 55 91 91 97 91 79 51 75
탄성 (%) 41 64 58 60 62 45 17 23
동탄성 계수
(MN/m3)		 Sponge (SP) 13.435 8.022 13.845 11.289 9.161 21.762 90.715 58.736
SP+단열 EPS 6.96 5.70 7.25 7.25 5.84 8.18 9.16 9.67
SP+1종 EPS 9.67 6.53 8.83 9.85 5.57 14.68 24.98 20.24
손실
계수		 Sponge (SP) 0.25 0.176 0.187 0.165 0.220 0.202 0.557 0.449
SP+단열 EPS 0.18 0.21 0.22 0.23 0.20 0.24 0.22 0.25
SP+1종 EPS 0.17 0.18 0.20 0.16 0.19 0.20 0.34 0.31
차음률
(dB)		 Sponge (SP) plastic ball 111.01 106.22 106.19 106.97 106.46 108.28 115.55 114.04
basketball 95.44 94.19 94.30 94.29 93.23 97.86 90.71 58.74
단열 EPS plastic ball 105.76 103.79 103.58 104.12 103.95 107.89 110.99 110.17
basketball 93.50 92.51 93.62 93.09 92.53 95.54 96.67 96.57
1종 EPS plastic ball 110.16 105.25 104.76 105.77 104.42 108.67 113.53 111.10
basketball 94.43 93.04 93.90 93.08 93.20 97.46 99.52 99.23
본 발명에 따른 다층 구조의 발포 복합체 구조 중 고탄성 발포 복합체나 일반 발포 복합체의 경우 탄성 및 동탄성 계수가 대조군에 비해 현저히 증가하였고, 나머지 물성 또한 대조군에 비해 개선되거나 적어도 비슷함을 알 수 있다. 또한, 충격흡수 발포 복합체는 대조군에 비해 차음률이 증가하였고, 나머지 물성 또한 대조군에 비해 개선되거나 적어도 비슷함을 알 수 있다. 한편, 동일한 복수의 단일 구조 완충재를 사용한다면, 각 단일 구조 완충재의 적층 순서와 관계 없이 다층 구조의 완충재는 동일한 동탄성 계수와 소음 저감량 특성을 보이는 것으로 알려져 있다.
보다 구체적으로, 고탄성 발포 복합체(샘플 번호: 15-2, 15-3, 15-6, 15-12) 및 일반 발포 복합체(샘플 번호: 15-16)를 참조하면, 탄성이 증가할수록 동탄성 계수가 감소하며, 이에 따라 소음 저감량이 증가(차음률이 증가)하는 바, 소음 차폐에 보다 유리함을 알 수 있다. 특히, 탄성이 64%이며, 동탄성 계수가 8.022 인 스폰지(SP)를 포함하는 고탄성 발포 복합체(샘플 번호: 15-2)의 경우에 대조군(샘플 번호: D1)에 비하여 소음 저감량(dB)이 현저히 높음을 알 수 있다.
결론적으로, 본 발명에 따른 발포 복합체는 종래에 비하여 기계적 물성, 탄성, 동탄성, 차음 효과가 개선되었음을 상기 표 3을 통해 알 수 있다. 또한, 완충재의 동탄성 계수가 낮을수록 소음 저감량은 증가하는 것으로 나타나, 동탄성 계수와 층간 소음 저감 간의 상관 관계를 유추할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: EPS 폼 200, 300: 발포체

Claims (12)

  1. 에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 10 내지 30 중량%;
    폴리올레핀 엘라스토머(POE) 20 내지 55 중량%;
    올레핀 블록 코폴리머(OBC) 15 내지 30 중량%;
    저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 15 내지 30 중량%; 및
    스티렌-이소프렌-스티렌　블록 공중합체(SIS) 5 내지 15 중량%를 포함하고,
    상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)는 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열가소성 엘라스토머 조성물 전체 중량에 대하여,
    상기 에틸렌-옥텐 공중합체를 10 내지 25 중량%, 상기 에틸렌-부텐 공중합체를 10 내지 30 중량%로 포함하는 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 올레핀 블록 코폴리머(OBC)는 에틸렌-옥텐 블록 공중합체를 포함하고,
    상기 에틸렌-옥텐 블록 공중합체는,
    옥텐 함량이 2.0 중량%인 경질 에틸렌-옥텐 블록 및 옥텐 함량이 48.3 중량%인 연질 에틸렌-옥텐 블록이 공중합체를 형성하는 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    에틸렌프로필렌 고무(EPDM)를 더 포함하고,
    상기 에틸렌프로필렌 고무(EPDM)는 상기 열가소성 엘라스토머 조성물 전체 중량에 대하여 5 내지 15 중량%로 포함되는 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    산화아연(ZnO)을 더 포함하고,
    상기 산화아연(ZnO)은 상기 열가소성 엘라스토머 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 3 중량%로 포함되는 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    아연스테아린산(Zn-St)을 더 포함하고,
    상기 아연스테아린산(Zn-St)은 상기 열가소성 엘라스토머 조성물 전체 중량에 대하여 0.5 내지 1.3 중량%로 포함되는 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    보강제, 가교제 및 발포제 중 적어도 하나를 더 포함하는 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 보강제는,
    탈크(Talc) 및 칼슘카보네이트(CaCO3) 중 적어도 하나를 포함하는 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 가교제는,
    [1,3-Phenylenebis(1-methylethylidene)]bis[tert-butyl]peroxide 및 [1,4-Phenylenebis(1-methylethylidene)]bis[tert-butyl]peroxide 중 적어도 하나를 포함하는 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 발포제는, 아조디카르본아마이드계(Azodicarbonamide) 화합물을 포함하는 층간 소음 저감용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 열가소성 엘라스토머 조성물을 사용하여 제조된 층간 소음 저감용 발포체.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 발포체는 요철 형태를 가지는 것인 층간 소음 저감용 발포체.

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