KR20220002770A - 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법 - Google Patents

난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법에 관한 것으 로, 더욱 상세하게는 고난연성 고무계 발포체를 분쇄하는 제1분쇄단계, 고난연성 폴리올레핀계 발포체를 분쇄하는 제2분쇄단계, 상기 제1분쇄단계를 통해 제조된 제 1분쇄물, 상기 제2분쇄단계를 통해 제조된 제2분쇄물 및 접착제를 혼합하는 원료혼 합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 금형에 투입하고 성형하는 성 형단계, 상기 성형단계를 통해 성형된 성형물을 절단하는 절단단계 및 상기 절단단계를 통해 절단된 성형물에 기공층을 형성하는 핀치롤단계로 이루어진다.
상기의 과정으로 이루어지는 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법은 폐기처분되는 발포체를 재활용하여 친환경적이며, 중량이 가볍고 우수한 흡음성능을 나타낼 뿐만 아니라, 난연성, 단열성, 내열성 및 기계적 물성이 우수한 흡음재를 제공한다.

Description

난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF ECO-FRIENDLY SOUND ABSORBING MATERIAL EXCELLENT IN FLAME RETARDANCY AND SOUND SBSORPTION}
본 발명은 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐기처분되는 발포체를 재활용하여 친환경적이며, 중량이 가볍고 우수한 흡음성능을 나타낼 뿐만 아니라, 난연성, 단열성, 내열성 및 기계적 물성이 우수한 흡음재를 제공하는 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법에 관한 것이다.
도시의 인구 집중에 따라 적은 면적에 많은 주거공간을 확보하기 위해 다층구조를 갖는 공동주택 건설이 활성화되고 있으며, 이러한 공통주택의 경우 층간소음으로 인한 피해가 늘어나고 있다.
층간소음은 통상 경량충격음 및 중량충격음으로 구분되며, 경량충격음은 가볍고 딱딱한 소리로서 발생시 사람을 놀라게 하지만 잔향이 없어 불쾌감이 적고, 중량충격음은 무겁고 부드러운 소리로 발생시 잔향이 남아 사람으로 하여금 심한 불쾌감을 갖게 하며, 심하면 정신적 고통을 유발하게 된다.
이에 따라 공동주택 건설의 경우에는 법적으로 층간소음을 감소시킬 수 있는 바닥 구조로 시공을 하도록 고시하고 있으며, 예외적으로 층간소음 기준요건에 부합할 경우에는 건설회사에서 자체 기술로 바닥을 시공할 수 있도록 하고 있다.
이러한 층간소음 방지를 위한 종래 기술로는 바닥에 자체 공극을 갖는 천연섬유를 이용한 부직포를 첨가한 차음재를 사용하거나, 스티로폼, 발포폴리프로필렌(EPP) 및 발포폴리스틸렌(EPS) 등의 공극을 갖는 발포수지층을 흡음재로 적용하고 있다.
그러나, 상기한 천연섬유를 이용한 부직포를 사용하는 경우에는 천연섬유를 사용하므로 제조원가가 높고, 흡음재의 중량이 무거운 문제점이 있으며, 발포수지층을 사용하는 경우에는 발포시킨 단일 발포수지판을 사용하므로 공극이 다양하지 못해 다양한 주파수대의 소음을 차단하지 못하므로, 공극을 다르게 하여 발포시킨 발포수지판을 추가로 부착하거나 다른 주파수대의 소음을 차단할 수 있는 흡음재를 추가로 형성해야 하는 문제점이 있었다.
또한, 종래에 흡음재는 난연성이 확보되지 않아 화재에 취약할 뿐만 아니라, 단열성, 내열성 및 기계적 물성 등이 낮아 적용분야가 제한적인 문제점이 있었다.
한편, 종래에는 발포수지층을 형성하기 위한 스티로폼, 발포폴리프로필렌(EPP) 및 발포폴리스틸렌(EPS) 등을 제조하는 과정에서 스크랩이 다량 발생하는데, 이 스크랩은 재활용되지 못하고 폐기처분되어 환경오염을 유발하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명자는 폐기처분되는 스크랩을 재활용하여 친환경적이며, 중량이 가볍고 우수한 흡음성능을 나타낼 뿐만 아니라, 난연성, 단열성, 내열성 및 기계적 물성이 우수한 흡음재의 제조방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
한국특허공개 제10-2009-0055270호(2009.06.02) 한국특허등록 제10-1031761호(2011.04.21)
본 발명의 목적은 폐기처분되는 발포체를 재활용하여 친환경적이며, 중량이 가볍고 우수한 흡음성능을 나타낼 뿐만 아니라, 난연성, 단열성, 내열성 및 기계적 물성이 우수한 흡음재를 제공하는 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 고난연성 고무계 발포체를 분쇄하는 제1분쇄단계; 고난연성 폴리올레핀계 발포체를 분쇄하는 제2분쇄단계; 상기 제1분쇄단계를 통해 제조된 제1분쇄물, 상기 제2분쇄단계를 통해 제조된 제2분쇄물 및 접착제를 혼합하는 원료혼합단계; 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 금형에 투입하고 성형하는 성형단계; 상기 성형단계를 통해 성형된 성형물을 절단하는 절단단계; 및 상기 절단단계를 통해 절단된 성형물에 기공층을 형성하는 핀치롤단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 고난연성 고무계 발포체는 고무 수지 100 중량부, 고무계 난연성 마스터배치 100 내지 200 중량부, 발포용 마스터배치 100 내지 200 중량부 및 가교용 마스터배치 10 내지 20 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 고무계 난연성마스터배치는 고무 100 중량부, 난연제 혼합물 100 내지 150 중량부 및 가공조제 0.1 내지 10 중량부로 이루어지며, 상기 난연제 혼합물은 고무계 나노클레이 복합체 10 내지 70 중량% 및 친환경 난연제 30 내지 90 중량%로 이루어지고, 상기 고무계 나노클레이 복합체는 고무 수지 100 중량부, 나노클레이 1 내지 15 중량부 및 상용화제 1 내지 15 중량부로 이루어지며, 상기 친환경 난연제는 무기금속 수산화물 100 중량부, 팽창흑연 30 내지 40 중량부, 인계난연제 60 내지 70 중량부 및 붕산아연 70 내지 90 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 고난연성 폴리올레핀계 발포체는 폴리올레핀 수지 100 중량부, 폴리올레핀계 난연성 마스터배치 100 내지 200 중량부, 발포용 마스터배치 100 내지 200 중량부 및 가교용 마스터배치 10 내지 40 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 폴리올레핀계 난연성마스터배치는 폴리올레핀 수지 100 중량부, 난연제 혼합물 100 내지 150 중량부 및 가공조제 0.1 내지 10 중량부로 이루어지며, 상기 난연제 혼합물은 폴리올레핀계 나노클레이 복합체 10 내지 70 중량% 및 친환경 난연제 30 내지 90 중량%로 이루어지고, 상기 폴리올레핀계 나노클레이 복합체는 폴리올레핀 수지 100 중량부, 나노클레이 1 내지 15 중량부 및 상용화제 1 내지 15 중량부로 이루어지며, 상기 친환경 난연제는 무기금속 수산화물 100 중량부, 팽창흑연 30 내지 40 중량부, 인계난연제 60 내지 70 중량부 및 붕산아연 70 내지 90 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 원료혼합단계는 상기 제1분쇄단계를 통해 제조된 제1분쇄물 100 중량부, 상기 제2분쇄단계를 통해 제조된 제2분쇄물 100 내지 200 중량부 및 접착제 10 내지 20 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 접착제는 에폭시계 또는 우레탄계로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 성형단계는 110 내지 130℃의 온도에서 5 내지 60분 동안 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법은 폐기처분되는 발포체를 재활용하여 친환경적이며, 중량이 가볍고 우수한 흡음성능을 나타낼 뿐만 아니라, 난연성, 단열성, 내열성 및 기계적 물성이 우수한 흡음재를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법은 고난연성 고무계 발포체를 분쇄하는 제1분쇄단계(S101), 고난연성 폴리올레핀계 발포체를 분쇄하는 제2분쇄단계(S101-1), 상기 제1분쇄단계(S101)를 통해 제조된 제1분쇄물, 상기 제2분쇄단계(S101-1)를 통해 제조된 제2분쇄물 및 접착제를 혼합하는 원료혼합단계(S103), 상기 원료혼합단계(S103)를 통해 제조된 혼합물을 금형에 투입하고 성형하는 성형단계(S105), 상기 성형단계(S105)를 통해 성형된 성형물을 절단하는 절단단계(S107) 및 상기 절단단계(S107)를 통해 절단된 성형물에 기공층을 형성하는 핀치롤단계(S109)로 이루어진다.
상기 제1분쇄단계(S101)는 고난연성 고무계 발포체를 분쇄하는 단계로, 고난연성 고무계 발포체를 분쇄기에 투입하여 2 내지 5mm의 입자크기로 분쇄하는 과정으로 이루어진다.
고난연성 고무계 발포체는 고무를 발포하여 제조되는 것으로, 일반적으로, 0.1 내지 1 밀리미터의 기공이 형성되어 있는데, 천연고무(NR), 라텍스(LATEX), 니트릴부타디엔고무(NBR), 부타디엔고무(BR), 스티렌부타디엔고무(SBR), 스티렌고무(SR) 등과 같은 고무를 다양한 방법으로 발포하여 제조된다.
상기와 같은 성분으로 제조되는 고무계 발포체는 고무를 발포한 후에 가공하는 과정에서 스크랩이 발생하게 되며, 상기와 같은 과정에서 발생되는 스크랩은 재활용되지 못하고 폐기처분되어 환경오염을 유발하게 되는데, 본 발명에서는 고무 발포체의 제조단계에서 발생되는 발포고무 스크랩을 분말화하여 활용할 수 있기 때문에, 친환경적인 효과를 나타낸다.
상기 고난연성 고무계 발포체의 입자크기가 2 밀리미터 미만이면 발포체의 입자크기가 지나치게 작아 쉽게 비산되어 작업장을 오염시키며 뭉침현상이 발생하여 제2분쇄단계를 통해 제조되는 고난연성 폴리올레핀계 발포체와 고르게 혼합되지 못하며, 상기 고난연성 고무계 발포체의 입자크기가 5 밀리미터를 초과하게 되면 상기 원료혼합단계에서 상기 고난연성 폴리올레핀계 발포체와의 혼합도가 저하된다.
이때, 상기 고난연성 고무계 발포체는 고무 수지 100 중량부, 고무계 난연성 마스터배치 100 내지 200 중량부, 발포용 마스터배치 100 내지 200 중량부 및 가교용 마스터배치 10 내지 20 중량부를 혼합한 후 압출 및 발포에 의하여 제조된 것을 특징으로 한다.
상기 고난연성 고무계 발포체의 고무 수지는 고난연성 고무계 나노복합 마스터뱃치가 고무 성분과 혼합되었을때, 고른 분산성능을 나타낼 수 있도록 하는 역할을 하며, 고무 성분과 용융 혼합성이 좋은 성분이면 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하나 니트릴부타디엔러버 및 에틸렌프로필렌디엔모노머로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 고무계 난연성마스터배치는 고무 100 중량부, 난연제 혼합물 100 내지 150 중량부 및 가공조제 0.1 내지 10 중량부로 이루어지며, 상기 난연제 혼합물은 고무계 나노클레이 복합체 10 내지 70 중량% 및 친환경 난연제 30 내지 90 중량%로 이루어지고, 상기 고무계 나노클레이 복합체는 고무 수지 100 중량부, 나노클레이 1 내지 15 중량부 및 상용화제 1 내지 15 중량부로 이루어지며, 상기 친환경 난연제는 무기금속 수산화물 100 중량부, 팽창흑연 30 내지 40 중량부, 인계난연제 60 내지 70 중량부 및 붕산아연 70 내지 90 중량부로 이루어진다.
상기 고무는 니트릴부타디엔러버 및 에틸렌프로필렌디엔모노머로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 난연제 혼합물은 고무 100 중량부에 대하여 100 내지 150 중량부로 포함되는데, 흡음재에 난연성을 부여할 뿐만 아니라, 내열성 및 기계적 물성을 부여하며, 할로겐계 성분이 함유되지 않아 친환경적인 흡음재를 제공하는 역할을 한다. 이러한 난연제 혼합물은 고무계 나노클레이 복합체 10 내지 70 중량% 및 친환경 난연제 30 내지 90 중량%로 이루어진다.
여기서, 고무계 나노클레이 복합체는 난연제 혼합물에 10 내지 70 중량%로 함유되며 고무 수지 100 중량부, 나노클레이 1 내지 15 중량부 및 상용화제 1 내지 15 중량부로 이루어지는데, 고난연성 친환경 고무계 나노복합 마스터뱃치에 내열성과 난연성을 부여하며, 할로겐계 성분이 사용되지 않아 친환경적인 특성을 부여하는 역할을 한다.
상기 고무계 나노클레이 복합체의 고무 수지는 아크릴로니트릴의 함량이 28 내지 34%인 니트릴부타디엔고무 및 ENB 함량이 4.5～8.0%인 에틸렌프로필렌디엔모노머로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 나노클레이는 1 내지 15 중량부가 함유되며, 흡음재의 내열성 및 난연성을 향상시키는 역할을 하는데, 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하나, 구체적으로는 몬모릴로나이트, 헥토라이트, 벤토나이트, 버미큘라이트 및 볼콘스코이트 등이 사용될 수 있다. 상기 몬모릴로나이트는 유기화합물로 개질된 형태이며, 구체적으로는 Southern Clay Products사의 제품의 Cloisite 10A, Cloisite 15A, Cloisite 20A, Cloisite 25A, Cloisite 30B, Cloisite 93A 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 나노클레이가 함유되면 흡음재의 분해 온도가 50% 이상 증가(50 내지 150℃ 증가)하여 내열성이 향상되며, 흡음재의 함유되는 발포고무 스크랩으로 이루어지는 고무분말의 복합구조{Intercalation(삽입형) 구조 및 exfoliation(박리형) 구조가 공존함}로 챠 형성 극대화를 통한 난연성이 향상되고 화염전파 차단력이 향상된다.
또한, 상기의 나노클레이가 함유된 고무분말은 종래 믹싱물이나 컴파운드에서의 구조와 달리 나노클레이 층간에 고무성분이 삽입된 형태(삽입형, intercalation)와 나노클레이 층상구조가 박리되어 고무성분 내에 존재하는 형태 (박리형, exfoliation)로 제조되기 때문에, 난연성 및 차폐성이 향상된다.
상기 나노클레이의 함량이 1 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 나노클레이의 함량이 15 중량부를 초과하게 되면 고무분말에 대해 분산효과가 저하되면서 나노클레이 성분 간의 뭉침현상이 발생하여 흡음재의 물성이 저하될 수 있다.
상기 상용화제는 1 내지 15 중량부가 혼합되며, 폴리에틸렌 그라프트 무수말레인산으로 이루어지는데, 상기 고무 수지와 나노클레이가 고르게 혼합될 수 있도록 하기 때문에, 균질한 물성을 나타내는 고분자 나노클레이 복합체를 제공하는 역할을 한다.
상기 상용화제의 함량이 1 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 상용화제의 함량이 15 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 지나치게 많은 양이 함유되는 것으로 고분자 나노클레이 복합체의 물성을 저하시킬 수 있다.
상기 고분자 나노클레이 복합체는 고무 수지, 나노클레이, 및 상용화제를 혼합기에 투입하고, 200 RPM 이상의 고속, 바람직하게는 200 내지 500 RPM의 고속, 180 ℃ 이상의 고온, 바람직하게는 180 내지 220 ℃의 고온, 5 min 이하의 단시간, 바람직하게는 3 내지 5 min의 단시간으로 혼합하여 제조할 수 있다.
상기 친환경 난연제는 난연제 혼합물에 30 내지 90 중량%로 함유되며, 상기 난연제 혼합물에 난연성능을 부여하여 고난연성 친환경 고무계 마스터뱃치가 제공될 수 있도록 하는 역할을 하는데, 무기금속 수산화물 100 중량부, 팽창흑연 30 내지 40 중량부, 인계난연제 60 내지 70 중량부 및 붕산아연 70 내지 90 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 상기 무기금속 수산화물은 친환경 난연제의 주재료가 되는 성분으로 친환경성과 우수한 난연성을 나타내며, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 팽창흑연은 30 내지 40 중량부가 함유되며 단열성을 부여하는 역할을 하는데, 흑연을 물로 정제한 후 황산으로 처리하여 1차 팽창을 시킨 후 이를 다시 정제수로 정제하고 열을 가하면 2차 팽창하는데, 황산 및 열처리를 통하여 최초의 흑연은 수십 내지 수백 배로 팽창하는 과정을 통해 제조된다.
상기의 과정을 통해 제조되는 팽창흑연의 일반적인 제조방법을 살펴보면, 천연광산으로부터 흑연을 채굴한 후, 분쇄 및 수분급의 공정을 거쳐 흑연을 만들고, 이 흑연을 황산과 같은 강산을 이용하여 1차 팽창시키고 고온 및 알칼리 상태에서 소결한 후에 세정 공정을 거쳐 순도 99.5%의 흑연을 만들며, 이 세정된 흑연을 예열을 통하여 흑연을 팽창시켜 제조한다.
팽창흑연은 고상층을 형성하는 난연제로서 팽창된 카본층이 절연층으로 작용하여 열의 이동을 방해하는데, 비할로겐 타입의 저발연성 친환경 난연제이며, 흑연이 열처리에 의해 팽창되게 되면, 층을 이루는 면에 대하여 수직한 방향으로는 단열성이 우수한 특성을 나타낸다. 또한, 팽창흑연은 독성이 없고, 가벼우며, 할로겐 성분을 함유하지 않고, 물에 불용성이며, 유독가스를 발생하지 않는 등의 장점을 가지고 있다.
상기 팽창흑연의 함량이 30 중량부 미만이면 난연성 및 단열성의 효과가 미미하며, 상기 팽창흑연의 함량이 40 중량부를 초과하게 되면 발포고무의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 인계난연제는 60 내지 70 중량부가 함유되며, 인산 에스테르, 인산 에스테르의 올리고머, 무기 인 화합물, 폴리인산암모늄, 멜라민 폴리인산암모늄 및 인산암모늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지고 난연성을 부여하는 역할을 하는데, 상기 인계난연제의 함량이 60 중량부 미만이면 난연효과가 미미하며, 상기 인계난연제의 함량이 70 중량부를 초과하게 되면 흡음재의 가공성 및 내충격성 등이 저하될 수 있다.
상기 가공조제는 0.1 내지 10 중량부가 함유되며, 테레프탈레이트계 가소제, 폴리에틸렌왁스 및 스테아르산으로 이루어지는데, 구체적으로는 테레프탈레이트계 가소제 단독 또는 폴리에틸렌 왁스와 스테아르산이 1: 1의 중량비로 혼합되거나 테레프탈레이트계 가소제와 폴리에틸렌 왁스와 스테아르산이 8: 1: 1의 중량비 또는 6: 2: 2의 중량비 또는 5: 2.5: 2.5의 중량비로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 고무 수지와 상기 난연제 혼합물이 고르게 혼합되도록 할 뿐만 아니라, 상기 고무 수지 및 고난연성 친환경 고무계 나노복합 마스터뱃치가 고무와 혼합되는 경우에 고무의 가공성을 향상시켜 다양한 형태로 성형할 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기 발포용 마스터뱃치는 고무 수지 100 중량부 및 발포제 15 내지 100 중량부로 이루어지며, 상기 발포제는 아조디카본아마이드로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기의 성분으로 이루어지는 발포용 마스터뱃치는 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물이 상기 발포성형단계에서 발포되도록 하여 중량이 가벼우면서도 우수한 흡음성능 및 단열성을 나타내는 발포체를 제공하는 역할을 한다.
또한, 상기 가교용 마스터뱃치는 고무 수지 100 중량부 및 가교제 혼합물 5 내지 100 중량부로 이루어지며, 상기 가교제 혼합물은 황 화합물, 2-멜캅트벤조티아졸(M), 디벤조티아딜 디설파이드(DM) 및 Zn-디메틸디치오카아바메이트(PZ)로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기의 성분으로 이루어지는 가교용 마스터뱃치는 상기 원료혼합단계(S103)를 통해 제조된 혼합물이 상기 발포단계(S107)에서 발포되는 과정에서 가교반응을 유도하여 기계적 물성이 우수한 발포체를 제공하는 역할을 한다.
상기 제2분쇄단계(S101-1)는 고난연성 폴리올레핀계 발포체를 분쇄하는 단계로, 고난연성 폴리올리핀계 발포체를 분쇄기에 투입하고 2 내지 5mm의 입자크기로 분쇄하는 과정으로 이루어진다.
이때, 상기 폴리올레핀계 발포체에 형성된 기공, 입자크기 및 폴리올레핀계 발포체를 구성하는 성분 및 역할은 상기 제1분쇄단계(S101)를 통해 제조되는 고난연성 고무계 발포체와 비교했을 때, 고무계 수지나 고무 성분을 대신하여 폴리올레핀을 사용한 것을 제외하고는 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 가교용 마스터배치는 폴리올레핀계 고분자 수지 100 중량부 및 가교제 4 내지 100 중량부로 이루어지며, 상기 가교제는 디큐밀퍼옥사이드로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기의 성분으로 이루어진다.
이때, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리스티렌 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 원료혼합단계(S103)는 상기 제1분쇄단계(S101)를 통해 제조된 제1분쇄물, 상기 제2분쇄단계(S101-1)를 통해 제조된 제2분쇄물 및 접착제를 혼합하는 단계로, 상기 제1분쇄단계(S101)를 통해 제조된 제1분쇄물 100 중량부, 상기 제2분쇄단계(S101-1)를 통해 제조된 제2분쇄물 100 내지 200 중량부 및 접착제 10 내지 20 중량부를 교반기가 구비된 혼합장치에 투입하고 100 내지 200rpm의 속도로 10 내지 20분 동안 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제1분쇄물과 상기 제2분쇄물은 상기 성형단계(S105)에서 용융점 이상으로 가열되면 접착성능이 발현되어 접착제의 함량을 낮출 수 있게 된다. 따라서, 제1분쇄물과 제2분쇄물의 함량이 높아질수록 접착제 성분은 함량을 낮추는 것이 바람직하다.
상기 제1분쇄물은 우수한 탄성을 나타내면서도, 단열성, 내열성 및 기계적 물성을 나타내기 때문에, 본 발명을 통해 제조되는 흡음재에 완충성과 내충격성을 향상시킬 뿐만 아니라 흡음성능을 향상시키는 역할을 하며, 상기 제2분쇄물은 본 발명을 통해 제조되는 흡음재의 차음성능을 향상시키는 역할을 한다.
이때, 상기 접착제는 에폭시계 또는 우레탄계 접착제로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 성형단계(S105)는 상기 원료혼합단계(S103)를 통해 제조된 혼합물을 금형에 투입하고 성형하는 단계로, 상기 원료혼합단계(S103)를 통해 제조된 혼합물을 금형에 투입하고 110 내지 130℃의 온도에서 5 내지 60분 동안 압축성형하는 과정으로 이루어진다.
상기 성형단계(S105)의 온도가 110℃ 미만이면 상기 제1분쇄물, 상기 제2분쇄물 및 접착제가 고르게 혼합되지 못하며, 상기 성형단계(S105)의 온도가 130℃를 초과하게 되면 상기 원료혼합단계(S103)를 통해 제조된 혼합물에 함유된 성분 중 일부가 탄화되어 흡음재의 물성이 저하될 수 있다.
상기 절단단계(S107)는 상기 성형단계(S105)를 통해 성형된 성형물을 절단하는 단계로, 상기 성형단계(S105)를 통해 다양한 형태 및 두께로 성형된 성형물을 상온으로 냉각한 후에 절단하는 과정으로 이루어진다.
상기 핀치롤단계(S109)는 상기 절단단계(S107)를 통해 절단된 성형물에 기공층을 형성하는 단계로, 상기의 절단단계(S107)를 통해 절단된 성형물에 핀치롤(Pinch roll)공정을 진행하여, 0.1 내지 2mm의 기공을 2 내지 40mm의 거리가 유지되도록 형성하는 과정으로 이루어진다.
상기의 과정으로 이루어지는 핀치롤단계(S109)를 거치면 10 내지 104cc/cm2/sec의 통기성을 나타내는 흡음재가 제공되는데, 상기와 같은 통기성을 나타내는 흡음재는 흡음성능이 더욱 향상된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 흡음재의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<제조예 1> 고분자 나노클레이 복합체의 제조
고분자수지(NBR) 100 중량부, 나노클레이(Cloisite　 10A) 7 중량부 및 상용화제(폴리에틸렌 그라프트 무수말레인산) 7 중량부를 혼합기 또는 이축압출기에 투입하고, 고속 (>200 RPM), 고온 (>180 ℃), 단시간 (<5 min.) 하에서 고분자 나노복합체를 제조하였다.
<제조예 2> 고난연성 친환경 고무계 나노복합 마스터배치의 제조
상기 제조예 1에서 제조한 고분자 나노클레이 복합체 40 중량% 및 친환경 난연제{무기금속 수산화물(수산화마그네슘) 100 중량부, 팽창흑연 35 중량부, 인계난연제(암모늄폴리포스페이트) 65 중량부 및 붕산아연 80 중량부} 60 중량%가 혼합된 난연제 혼합물 125 중량부, 가공조제(폴리에틸렌 왁스와 스테아르산의 1: 1 혼합물) 2.5 중량부를 혼합기에 투입하고, 120±5 ℃에서 혼합한 후, 일축 압출기에서 압출성형하여 시트화 또는 펠렛화하고, 냉각하여 고난연성 친환경 고무계 나노복합 마스터뱃치를 제조하였다.
<제조예 3> 고분자 나노클레이 복합체의 제조
고분자 수지(폴리에틸렌) 100 중량부, 나노클레이(Cloisite　 10A) 7 중량부 및 상용화제(폴리에틸렌 그라프트 무수말레인산) 7 중량부를 혼합기 또는 이축압출기에 투입하고, 고속 (>200 RPM), 고온 (>180 ℃), 단시간 (<5 min.) 하에서 고분자 나노복합체를 제조하였다.
<제조예 4> 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터배치의 제조
상기 제조예 3에서 제조한 고분자 나노클레이 복합체 40 중량% 및 친환경 난연제{무기금속 수산화물(수산화마그네슘) 100 중량부, 팽창흑연 35 중량부, 인계난연제(암모늄폴리포스페이트) 65 중량부 및 붕산아연 80 중량부} 60 중량%가 혼합된 난연제 혼합물 125 중량부, 가공조제(폴리에틸렌 왁스와 스테아르산의 1: 1 혼합물) 2.5 중량부를 혼합기에 투입하고, 120±5 ℃에서 혼합한 후, 일축 압출기에서 압출성형하여 시트화 또는 펠렛화하고, 냉각하여 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터배치를 제조하였다.
<제조예 5> 발포용 마스터배치의 제조
고무계 고분자 수지(NBR) 100 중량부 및 발포제(아조디카본아마이드) 60 중량부를 110~120℃에서 혼합하여 발포용 마스터뱃치를 제조하였다.
<제조예 6> 발포용 마스터배치의 제조
폴리올레핀계 고분자 수지(폴리에틸렌) 100 중량부 및 발포제(아조디카본아마이드) 60 중량부를 110 ~ 120℃에서 혼합하여 발포용 마스터뱃치를 제조하였다.
<제조예 7> 가교용 마스터배치의 제조
고무계 고분자 수지(NBR) 100 중량부 및 가교제 혼합물(황, [2-멜캅트벤조티아졸(M), 디벤조티아딜 디설파이드(DM), Zn-디메틸디치오카아바메이트(PZ)] 40 중량부를 70~75℃에서 혼합하여 가교용 마스터뱃치를 제조하였다.
<제조예 8> 가교용 마스터배치의 제조
폴리올레핀계 고분자 수지(폴리에틸렌) 100 중량부 및 가교제(디큐밀퍼옥사이드) 25 중량부를 110 ~ 120℃에서 혼합하여 가교용 마스터뱃치를 제조하였다.
<제조예 9>
고무(NBR)100 중량부에 상기 제조예 2를 통해 제조된 고난연성 친환경 고무계 나노복합 마스터배치 150 중량부 및 상기 제조예 5을 통해 제조된 발포용 마스터배치 150 중량부 및 상기 제조에 7을 통해 제조된 가교용 마스터배치 15 중량부를 압출기에 투입하여 약 금형에 투입하고 40℃의 온도에서 압출성형하고, 이어서 압출성형물을 발포로에 투입하여 100~170℃의 온도에서 가교 및 발포성형한 후에 냉각하고 절단하여 고난연성 친환경 고무 발포체를 제조하였다.
<제조예 10>
폴리올레핀 수지(폴리에틸렌) 100 중량부에 상기 제조예 4를 통해 제조된 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터배치 120 중량부 및 상기 제조예 6을 통해 제조된 발포용 마스터배치 160 중량부 및 상기 제조예 8을 통해 제조된 가교용 마스터배치 15 중량부를 압출기에 투입하고 약 120℃의 온도에서 시트형태로 압출하고, 시트형태로 압출된 압출물을 발포로에 투입하여 180℃의 온도에서 20분 동안 가교 및 발포한 후에 상온으로 냉각하고 절단하여 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체를 제조하였다.
<실시예 1>
상기 제조예 9를 통해 제조된 고난연성 고무계 발포체 100 중량부, 상기 제조예 10을 통해 제조된 고난연성 폴리올레핀계 발포체 150 중량부 및 우레탄 접착제 15 중량부를 교반기가 구비된 혼합장치에 투입하고 150rpm의 속도로 15분 동안 교반한 후에, 가로 1미터×세로 2미터×두께 5센티미터인 금형에 투입하고 120℃의 온도로 8분 동안 압축성형한 후에 상온으로 냉각하고 가로 84cm×세로 84cm×두께 5cm로 절단한 후에 표면에 핀치롤 공정을 진행하여 0.5mm의 기공이 20mm의 거리가 유지되도록 형성된 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 10을 통해 제조된 고난연성 폴리올레핀계 발포체 100 중량부 및 우레탄 접착제 20 중량부를 사용하여 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 10을 통해 제조된 고난연성 폴리올레핀계 발포체 200 중량부 및 우레탄 접착제 10 중량부를 사용하여 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 난연성, 단열성 및 내충격성을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
{단, 난연성은 KSM ISO 4589-2의 측정방법을 이용하였으며, 단열성은 KSL 9016의 측정방법을 이용하였고, 내충격성은 실시예 1 내지 4을 통해 제조된 친환경 난연성 흡음재를 150mm×세로150mm×두께0.9mm로 절단하여 시편화하고 JIS P8134(1976) 의 측정방법을 이용하였다.}
구분 난연성(L.O.I) 단열성(W/m·k) 내충격성(kgf/cm2)
실시예 1 ≤44% 0.36 132
실시예 2 ≤42% 0.35 130
실시예 3 ≤48% 0.33 125
상기 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 난연 성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재는 난연성, 단열성 및 내충격성이 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 및 실시예 5 내지 9를 통해 제조된 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 흡음률을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다.
{단, 흡음률의 측정은 상기 실시예 5 내지 9를 통해 제조된 흡음재를 흡음률 측정방법인 표준 잔향실 1/3 축소 크기인 간이잔향실(SRC, SemiReverberation Chamber)법을 이용하여 3회 측정한 값의 평균으로 나타내었다. }
구분 Frequency(Hz)
400 500 630 800 1000 2000 3000 4000 5000 8000 10000
실시예 1 0.03 0.05 0.12 0.19 0.24 0.61 0.72 0.79 0.83 0.84 0.82
실시예 2 0.04 0.06 0.14 0.20 0.25 0.62 0.73 0.75 0.81 0.82 0.83
실시예 3 0.02 0.03 0.09 0.18 0.22 0.58 0.69 0.74 0.79 0.81 0.80
상기 표 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 난연 성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재는 모든 주파수 대역에서 우수한 흡음성능을 나타내는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법은 폐기처분되는 발포체를 재활용하여 친환경적이며, 중량이 가볍고 우수한 흡음성능을 나타낼 뿐만 아니라, 난연성, 단열성, 내 열성 및 기계적 물성이 우수한 흡음재를 제공한다.
S101 ; 제1분쇄단계
S101-1 ; 제2분쇄단계
S103 ; 원료혼합단계
S105 ; 성형단계
S107 ; 절단단계
S109 ; 핀치롤단계

Claims (8)

  1. 고난연성 고무계 발포체를 분쇄하는 제1분쇄단계 ;
    고난연성 폴리올레핀계 발포체를 분쇄하는 제2분쇄단계;
    상기 제1분쇄단계를 통해 제조된 제1분쇄물, 상기 제2분쇄단계를 통해 제조된 제2분쇄물 및 접착제를 혼합하는 원료혼합단계;
    상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 금형에 투입하고 성형하는 성형단계;
    상기 성형단계를 통해 성형된 성형물을 절단하는 절단단계; 및
    상기 절단단계를 통해 절단된 성형물에 기공층을 형성하는 핀치롤단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고난연성 고무계 발포체는 고무 수지 100 중량부, 고무계 난연성 마스터배치 100 내지 200 중량부, 발포용 마스터배치 100 내지 200 중량부 및 가교용 마스터 배치 10 내지 20 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 고무계 난연성마스터배치는 고무 100 중량부, 난연제 혼합물 100 내지 150 중량부 및 가공조제 0.1 내지 10 중량부로 이루어지며,
    상기 난연제 혼합물은 고무계 나노클레이 복 합체 10 내지 70 중량% 및 친환경 난연제 30 내지 90 중량%로 이루어지고,
    상기 고무계 나노클레이 복합체는 고무 수지 100 중량부, 나노클레이 1 내지 15 중량부 및 상용화제 1 내지 15 중량부로 이루어지며,
    상기 친환경 난연제는 무기금속 수산화물 100 중량부, 팽창흑연 30 내지 40 중량부, 인계난연제 60 내지 70 중량부 및 붕산아연 70 내지 90 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난 연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 고난연성 폴리올레핀계 발포체는 폴리올레핀 수지 100 중량부, 폴리올레핀계 난연성 마스터배치 100 내지 200 중량부, 발포용 마스터배치 100 내지 200 중량부 및 가교용 마스터배치 10 내지 40 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 난연성마스터배치는 폴리올레핀 수지 100 중량부, 난연제 혼합물 100 내지 150 중량부 및 가공조제 0.1 내지 10 중량부로 이루어지며,
    상기 난연제 혼합물은 폴리올레핀계 나노클레이 복합체 10 내지 70 중량% 및 친환경 난연제 30 내지 90 중량%로 이루어지고,
    상기 폴리올레핀계 나노클레이 복합체는 폴리올레핀 수지 100 중량부, 나노 클레이 1 내지 15 중량부 및 상용화제 1 내지 15 중량부로 이루어지며,
    상기 친환경 난연제는 무기금속 수산화물 100 중량부, 팽창흑연 30 내지 40 중량부, 인계난연제 60 내지 70 중량부 및 붕산아연 70 내지 90 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료혼합단계는 상기 제1분쇄단계를 통해 제조된 제1분쇄물 100 중량부, 상기 제2분쇄단계 를 통해 제조된 제2분쇄물 100 내지 200 중량부 및 접착제 10 내지 20 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법.
  7. 청구항 1 또는 6에 있어서,
    상기 접착제는 에폭시계 또는 우레탄계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성과 흡음성이 우수한 친환경 흡음재의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 성형단계는 110 내지 130℃의 온도에서 5 내지 60분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 난연성 흡음재의 제조방법.
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