KR20220022309A - 흡음천장재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수개의 개구부를 갖는 코어를 포함하고, 상기 개구부는 개구흡음지수(A)가 0.2 내지 1.2인, 흡음천장재에 관한 것이다.

Description

흡음천장재{ACOUSTIC ABSORPTION PANEL}
본 발명은 생산성 및 흡음성이 우수하고, 휨파괴강도, 불연성 등의 기계적 물성도 우수한 흡음천장재에 관한 것이다.
세라믹 섬유, 특히 미네랄울을 포함하는 흡음천장재는 건축물의 내장재로 널리 이용되고 있다. 상기 흡음천장재는 통상적으로 습식 공정을 통해 제조되고, 예를 들어, 미네랄울, 충전재, 바인더 등을 포함하는 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 탈수하여 건조체를 제조한 후 건조체의 표면을 펀칭, 코팅 등의 가공 처리하여 제조된다.
예를 들어, 한국 등록특허 제10-1676351호(특허문헌 1)에는 무기 섬유 및 다성분 본딩 섬유를 포함하고, 상기 다성분 본딩 섬유는 단일 섬유 필라멘트들로 형성된 저융점 성분 및 고융점 성분을 갖는, 흡음 천장 타일에 사용되는 부직포 재료가 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1은 에어 레이드 공법으로 제조함에 있어서 무늬와 같은 외관 표현이 제한되기 때문에 천장의 마감 형태에 대한 선택의 폭이 좁은 한계가 있었다.
한편, 상기 흡음천장재는 상술한 바와 같은 펀칭을 통해 개구부를 형성하는 공정을 통해 흡음 성능이 조절될 수 있다. 예를 들어, 펀치 핀 프레스(Punch Pin Press)의 상하 작용을 이용하여 개구부를 형성할 경우, 평균 깊이가 10mm 이상인 개구부를 형성할 수 있다. 그러나, 펀치 핀 프레스 방법을 이용하여 평균 깊이가 10mm 이상의 깊은 개구부를 형성하는 경우, 종래 널리 이용되던 롤러 핀 프레스(Roller Pin Press) 방법에 비해 생산성이 낮은 한계가 있었다. 또한, 상기 흡음천장재는 개구율이 높을수록 흡음 성능은 향상되지만, 휨파괴강도 등의 기계적 물성이 저하되는 문제가 있었다.
따라서, 생산성 및 흡음성이 우수하고, 휨파괴강도, 불연성 등의 기계적 물성도 우수한 흡음천장재에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
한국 등록특허 제10-1676351호 (공개일: 2010.12.9.)
본 발명은 생산성 및 흡음성이 우수하고, 휨파괴강도, 불연성 등의 기계적 물성도 우수한 흡음천장재를 제공하고자 한다.
본 발명은 복수개의 개구부를 갖는 코어를 포함하고,
상기 개구부는 하기 수학식 1로 계산되는 개구흡음지수(A)가 0.2 내지 1.2인, 흡음천장재를 제공한다:
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에 있어서,
D1은 개구부의 평균 깊이(m)이고,
D2는 개구부의 평균 폭(m)이며,
N은 개구부의 개수(개/m2)이다.
본 발명에 따른 흡음천장재는 생산성 및 흡음성이 우수하고, 휨파괴강도, 불연성 등의 기계적 물성도 우수하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 코어의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 코어의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 흡음천장재의 단면도이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어 "중량부"는 각 성분간의 중량비를 의미한다.
흡음천장재
본 발명에 따른 흡음천장재는 복수개의 개구부를 갖는 코어를 포함한다.
코어
도 1을 참조하면, 코어(10)는 복수개의 개구부(100)를 갖는다.
상기 코어는 흡음천장재에 흡음 성능을 부여하는 역할을 한다.
상기 코어는 통상적으로 흡음천장재 제조시 포함될 수 있는 성분, 예를 들어, 미네랄울, 충전제, 바인더 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 코어는 미네랄울, 전분, 점토 및 펄프를 포함할 수 있으며, 코어 총 중량부를 기준으로, 60 내지 80 중량부 또는 63 내지 73 중량부의 미네랄울, 1 내지 5 중량부 또는 2 내지 4 중량부의 전분, 5 내지 12 중량부 또는 7 내지 10 중량부의 점토 및 0.1 내지 5 중량부 또는 1 내지 2 중량부의 펄프를 포함할 수 있다.
상기 미네랄울은 SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, CaO, MgO, Na2O 및 K2O을 포함할 수 있으며, 상기 미네랄울은 체액에 대한 용해성이 우수한 염용해성 미네랄울일 수 있다.
상기 개구부는 코어의 표면에 형성되어 소음을 흡수하여 천장재의 흡음 성능을 향상시키는 역할을 한다.
이때, 상기 개구부는 바늘(침) 형상의 무늬, 크랙, 홈, 함몰부, 개방 기공 및 구멍의 형태를 모두 포괄하는 의미이며, 구체적으로, 바늘(침) 형태일 수 있다. 개구부가 바늘(침) 형태인 경우, 개구 깊이 증대에 따른 기계적 강도의 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
상기 개구부는 하기 수학식 1로 계산되는 개구흡음지수(A)가 0.2 내지 1.2이다. 구체적으로, 상기 개구부는 하기 수학식 1로 계산되는 개구흡음지수(A)가 0.2 내지 1.1일 수 있다. 상기 개구흡음지수는 개구부의 평균 깊이, 개구부의 평균 폭 및 단위면적 당 개구부 개수를 곱한 값으로, 단위면적 당 차지하는 개구부의 비율이 클수록 개구흡음지수가 큰 것을 의미한다. 상기 개구흡음지수(A)가 상기 범위 미만인 경우, 소음을 흡수하는 개구부의 평균 깊이가 얕거나 개구부의 평균 폭이 좁거나 단위면적 당 형성된 개구부의 개수가 적은 것으로, 낮은 개구흡음지수로 인하여 소리 에너지가 제품 내부로 투입되기 어려우며, 좁은 표면적으로 인해 소리 에너지와 마찰을 일으키기 어려워짐에 따라 제품 내부로 투입된 소리 에너지가 열 에너지로 충분히 전환되지 못하여 흡음 성능이 저하되는 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 천장재의 섬유 성분이 상대적으로 줄어들며, 많은 비율의 개구부가 일종의 크랙과 동일하게 작용되어 외력에 의해 쉽게 부러질 수 있으므로 휨파괴강도 등 기계적 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00002
수학식 1에 있어서,
D1은 개구부의 평균 깊이(mm)이고,
D2는 개구부의 평균 폭(mm)이며,
N은 개구부의 개수(개/m2)이다.
상기 개구부는 평균 폭(W)이 0.9 내지 1.5 mm, 또는 0.9 내지 1.3 mm일 수 있다(도 1 참조). 상기 평균 폭이 상기 범위 미만인 경우, 흡음 성능이 저하되는 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 휨파괴강도 등 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 개구부는 평균 깊이가 5 내지 9 mm일 수 있다. 개구부의 평균 깊이가 상기 범위 미만인 경우, 흡음 성능이 저하되는 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 휨파괴강도 등의 기계적 물성이 제거되는 문제가 발생할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 개구부의 평균 폭(mm, W)과 개구부 간의 평균 간격(mm, l)이 1: 4 내지 8, 또는 1: 4.1 내지 7.8일 수 있다. W와 l의 비가 상기 범위 미만일 경우, 휨파괴강도 등 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 흡음 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 개구부의 평균 깊이(mm)와 상기 코어의 평균 두께(mm)가 1: 2 내지 5, 또는 1: 2.05 내지 4일 수 있다. 도 2를 참조하면, D는 코어(10)의 평균 두께(mm)이고, d는 개구부(100)의 평균 깊이(mm)이다. 이때, d와 D의 비가 상기 범위 미만인 경우, 휨파괴강도 등 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 흡음 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 개구부는 롤러 핀 프레스(roller pin press) 방법으로 형성될 수 있다. 상기 롤러 핀 프레스 방법은 표면에 핀(pin) 무늬가 형성되어 있는 롤(roll) 형태의 지그가 회전하면서 코어의 표면에 개구부를 형성하는 방법으로, 생산성이 매우 우수하다.
상기 흡음천장재는 총 표면적을 기준으로 개구율이 1 내지 3 %이고, ASTM C 423a에 의거한 방법으로 측정한 소음감쇠계수가 0.70이상이며, KS F 2263에 의거한 방법으로 측정한 휨파괴강도가 160N 이상 또는 165 내지 250 N이고, KS F ISO 1182에 의거한 방법으로 측정한 최고 온도와 마지막 평형 온도 간의 온도차가 10 내지 18 ℃ 또는 11 내지 17 ℃일 수 있다.
이때, 상기 개구율이 1% 미만인 경우, 흡음 성능이 저하되는 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 휨파괴강도 등의 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 흡음천장재는 상기 코어의 개구부가 형성된 표면측 상에 외피재를 추가로 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 흡음천장재(1)는 복수의 개구부를 갖는 코어(10) 및 외피재(20)가 순서대로 적층된 형태를 포함할 수 있다.
외피재
상기 외피재는 코어의 개구부가 형성된 표면측 상에 형성되어 천장재의 외관 품질을 향상시키는 역할을 한다.
또한, 상기 외피재는 통상적으로 천장재의 외관 향상을 위해 적용되는 것이라면 특별히 제한하지 않으며, 예를 들어, 글라스 티슈, 부직포 또는 직포 등을 들 수 있다.
상기 외피재는 접착제에 의해 코어 상에 적층되고, 상기 접착제는 스프레이 코팅 방법으로 도포될 수 있다. 상기 스프레이 코팅 방법은 접착제를 스프레이 분무 형태로 도포하는 방식으로, 접착제의 도포량 제어가 가능한 장점이 있다. 상술한 바와 같이, 접착제의 도포량 제어를 통해 소량의 접착제 도포가 가능하여 접착력이 우수하면서도 개구부의 은폐를 최소화하여 흡음 성능의 저하를 방지할 수 있고, 불연에 취약한 유기 성분 중량을 줄여 불연 성능을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 접착제는 통상적으로 천장재에 적용 가능한 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있고, 예를 들어, 핫 멜트(Hot melt), 아크릴 접착제 등을 들 수 있다.
상기 접착제는 코어 표면적을 기준으로, 5 내지 50 g/m2, 또는 10 내지 40 g/m2의 양만큼 도포할 수 있다. 접착제의 도포량이 상기 범위 미만인 경우, 외피재와 코어 상의 접착 성능이 저하되는 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 접착제에 의해 개구부가 막혀 흡음 성능이 저하되며, 접착제 내의 유기 성분의 영향으로 불연 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 흡음천장재는 생산성 및 흡음성이 우수하고, 휨파괴강도, 불연성 등의 기계적 물성도 우수하다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1. 흡음천장재의 제조
68.63중량부의 미네랄울, 3.04중량부의 전분, 8.84중량부의 점토, 15.04중량부의 broke(제조사: KCC, 제품명: 마이톤, 분말 형태로 파분하여 약 8.3% 농도로 습식 혼합하여 투입), 1.5중량부의 아황산 펄프(셀룰로오스계 원료, (C6H10O5)n, n은 900 내지 1,500), 1.07중량부의 발수제(C20H30O2의 로진 에스테르계), 및 0.2중량부의 응집제((C3H5NO)m의 폴리아크릴아미드계, 중량평균분자량 약 300만g/mol)를 반응기에 투입하고 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 이후, 슬러리를 장망 위에 붓고 자연 탈수한 후 자연 탈수된 슬러리를 진공펌프를 이용하여 강제 탈수했다. 이후, 프레스기를 이용하여 두께를 조정한 후, 건조기에서 건조하고, 재단하여 최종 두께 약 19mm인 코어를 제조하였다.
이때, 사용한 미네랄울은 39.5중량부의 SiO2, 21.9중량부의 Al2O3, 0.9중량부의 Fe2O3, 0.7중량부의 TiO2, 29.2중량부의 CaO, 4.1중량부의 MgO, 및 2.4중량부의 Na2O와 K2O의 총량으로 구성되었다.
이후, 코어의 표면에 개구를 형성하기 위해, 롤러 핀 프레스 기구를 이용하여 하기 표 1에 기재된 개구율, 일단에서 타단까지의 평균 최단 길이(하기 평균 길이로 기재), 평균 폭 및 평균 깊이로 개구부를 형성하였다. 이때, 개구부는 바늘(침)의 형태로 형성하였다.
이후, 코어의 개구부가 형성된 표면측 상에 스프레이 코팅 방법으로 23g/m2의 접착제(폴리스티렌-폴리이소프렌 공중합체로 [CH2CH(C6H5)]x[CH2CH=C(CH3)CH2]y[CH2CH(C6H5)]z의 핫 멜트 접착제, 중량평균분자량 약 1만g/mol)를 도포하고, 외피재(제조사: ㈜한국카본, 제품명: GLASS PAPER, 글라스 티슈)를 적층하여 흡음천장재를 제조하였다.
실시예 2 내지 8 및 비교예 1 내지 8.
개구부 가공 조건 및 접착제 도포 방법을 하기 표 1에 기재된 바와 같이 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 표 1에 나타냈다.
개구율
(%)		 개구부 개구부 간의 평균 간격 (mm) 접착제 도포 방법 및 도포량
평균 폭 (mm) 평균 깊이 (mm) 개수
(개/m2)		 개구흡음지수
(A)
실시예 1 1 1 5 12,732 0.20 7.8 스프레이 분사, 23g/m2
실시예 2 1 1 9 12,732 0.36 7.8 스프레이 분사, 23g/m2
실시예 3 2 1 5 25,465 0.40 5.2 스프레이 분사, 23g/m2
실시예 4 2 1 9 25,465 0.72 5.2 스프레이 분사, 23g/m2
실시예 5 3 1 5 38,197 0.60 4.1 스프레이 분사, 23g/m2
실시예 6 3 1 9 38,197 1.08 4.1 스프레이 분사, 23g/m2
실시예 7 2 1.2 9 17,684 0.60 6.3 스프레이 분사, 23g/m2
실시예 8 2 1.2 9 17,684 0.60 6.3 스프레이 분사, 50g/m2
비교예 1 2 0.7 1 51,969 0.11 3.7 스프레이 분사, 23g/m2
비교예 2 1 0.7 3 25,984 0.17 5.5 스프레이 분사, 23g/m2
비교예 3 0.5 1 5 6,366 0.10 11.4 스프레이 분사, 23g/m2
비교예 4 0.5 1.3 9 3,767 0.14 14.8 스프레이 분사, 23g/m2
비교예 5 5 1.5 10 28,294 1.33 4.4 스프레이 분사, 23g/m2
비교예 6 5 2 14 15,915 1.40 5.9 스프레이 분사, 23g/m2
비교예 7 2 1.2 9 17,684 0.60 6.3 롤 코팅, 80g/m2
비교예 8 2 1.2 9 17,684 0.60 6.3 롤 코팅, 50g/m2
시험예. 흡음천장재의 물성 평가
실시예 및 비교예에서 제조한 흡음청장재의 물성을 하기와 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다.
(1) 흡음성
흡음천장재를 대상으로 ASTM C 423a에 의거한 방법으로 소음감쇠계수(NRC)를 측정하여 흡음성을 측정하였다.
(2) 휨파괴강도
외피재를 포함하지 않는 코어를 가로 20cmX세로 15cm로 절단하여 시편으로 사용하고, KS F 2263에 의거한 방법으로 휨파괴강도를 측정하였다.
(3) 인장강도
외피재를 포함하지 않는 코어를 가로 75mmX세로 230mm로 절단하여 시편으로 사용하고, 만능시험기를 이용하여 50mm/분의 속도로 인장하면서 세로 방향으로 인장 시험을 실시하여 인장강도를 측정하였다.
(4) 불연성
흡음천장재를 대상으로 KS F ISO 1182에 의거한 방법으로 최고 온도와 최종 평형 온도 간의 온도차를 측정하여 불연성을 측정하였다.
구체적으로, 시편을 750℃ 전기로에 30분에서 1시간 동안 5분 간격으로 온도 평형에 이를 때까지 방치하면서 온도 변화를 측정하였으며, 시험 기간 중 최고 온도와 시험 종료 전 1분 동안의 평균 온도(최종 평형 온도)를 측정한 후 상기 온도 간의 차이값을 불연성으로 하였다.
(5) 표면 경도
C-타입 고무경도계를 이용하여 코어에서 개구가 형성되어 있는 표면의 쇼어 경도를 측정한다.
(6) 처짐성
흡음천장재를 대상으로 ASTM C 367에 의거한 방법으로 처짐성을 측정하였다.
흡음성
(NRC)		 휨파괴강도
(N)		 인장강도
(kPa)		 불연성
(℃)		 표면 경도
(Shore)		 처짐성
(mm)
실시예 1 0.71 228 21.89 16.6 77.1 1.65
실시예 2 0.72 212 20.50 12.9 76.5 1.71
실시예 3 0.73 197 20.06 15.3 75.0 1.88
실시예 4 0.76 180 17.66 11.7 74.8 1.90
실시예 5 0.75 174 18.02 12.2 72.5 2.28
실시예 6 0.78 167 16.45 12.3 73.0 2.43
실시예 7 0.75 178 18.21 12.1 74.3 1.97
실시예 8 0.72 185 19.08 18.0 74.0 1.94
비교예 1 0.60 201 21.63 13.5 75.9 1.82
비교예 2 0.65 210 21.84 14.6 75.3 1.87
비교예 3 0.61 235 22.98 12.8 78 1.48
비교예 4 0.63 220 22.17 15.2 77.8 1.52
비교예 5 0.79 126 14.11 14.9 69.2 3.22
비교예 6 0.81 112 12.64 13.8 68 3.49
비교예 7 0.48 186 19.3 23.9 75 2.00
비교예 8 0.65 182 18.96 18.4 74.0 2.03
표 2에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1 내지 8의 흡음천장재는 소음감쇠계수가 0.71 내지 0.78로 흡음 성능이 우수하고, 휨파괴강도가 167 내지 228 N으로 우수하며, 접착제 23 내지 50g/㎡을 스프레이 분사 방식으로 도포하여 불연 성능을 11.7 내지 18.0 ℃로 우수하였다.
반면, 개구흡음지수(A)가 낮은 비교예 1 내지 4의 천장재는 흡음 성능이 매우 부족했다.
또한, 개구부의 폭이 좁고 깊이도 얕으며, 개구흡음지수(A)가 낮은 비교예 1 및 2는 소음감쇠계수가 부족하여 흡음 성능이 부족했다.
개구율이 작고 개구흡음지수(A)가 낮으며, 개구부의 평균 폭과 개구부 간의 평균 간격이 작은 비교예 3 및 4도 소음감쇠계수가 부족하여 흡음 성능이 부족했다.
또한, 개구부의 개구율이 크고, 깊이가 깊으며, 개구흡음지수(A)가 큰 비교예 5는 휨파괴강도가 부족하고, 표면 경도가 부족하여 처짐성이 부족했다.
개구부의 개구율이 크고, 평균 폭이 크고, 깊이가 깊으며, 개구흡음지수(A)가 큰 비교예 6은 휨파괴강도가 부족하고, 표면 경도가 부족하여 처짐성이 부족했다.
또한, 롤 코팅 방식으로 접착제를 고형분 기준 80g/㎡ 도포한 비교예 7은 소음감쇠계수가 부족하여 흡음 성능이 부족하며, 최고 온도와 최종 평형 온도 간의 온도차가 23.9℃로 불연성이 부족하였다.
또한, 롤 코팅 방식으로 접착제를 고형분 기준 50g/㎡ 도포한 비교예 8은 롤 코팅으로 인한 접착제의 개구부 코팅 현상으로 동일 양을 스프레이 분사 방식으로 도포한 실시예 8과 달리 소음감쇠계수가 부족하여 흡음 성능이 부족하였다.

Claims (6)

  1. 복수개의 개구부를 갖는 코어를 포함하고,
    상기 개구부는 하기 수학식 1로 계산되는 개구흡음지수(A)가 0.2 내지 1.2인, 흡음천장재:
    [수학식 1]
    Figure pat00003

    수학식 1에 있어서,
    D1은 개구부의 평균 깊이(m)이고,
    D2는 개구부의 평균 폭(m)이며,
    N은 개구부의 개수(개/m2)이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 개구부의 평균 폭(mm)이 0.9 내지 1.5mm이고,
    상기 개구부의 평균 폭(mm)과 개구부 간의 평균 간격(mm)이 1: 4 내지 8인, 흡음천장재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 개구부는 평균 깊이가 5 내지 9 mm이고,
    상기 개구부의 평균 깊이(mm)와 상기 코어의 평균 두께(mm)가 1: 2 내지 5인, 흡음천장재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡음천장재는 총 표면적을 기준으로 개구율이 1 내지 3 %이고, ASTM C 423a에 의거한 방법으로 측정한 소음감쇠계수가 0.70 이상이며, KS F 2263에 의거한 방법으로 측정한 휨파괴강도가 160N 이상이고, KS F ISO 1182에 의거한 방법으로 측정한 최고 온도와 최종 평형 온도 간의 온도차가 10 내지 18 ℃인, 흡음천장재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어의 개구부가 형성된 표면측 상에 외피재를 추가로 포함하고,
    상기 외피재는 접착제에 의해 적층되고,
    상기 접착제는 스프레이 코팅 방법으로 코어 표면적을 기준으로 5 내지 50 g/m2의 양만큼 도포되는, 흡음천장재.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 개구부는 롤러 핀 프레스(roller pin press) 방법으로 형성되는, 흡읍천장재.
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