KR20230090938A - 흡음 성능이 향상된 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본 발명은 흡음 성능이 향상된 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리우레탄 폼 조성물에 EPS (Expandable Polystyrene)를 추가로 첨가한 폴리우레탄 폼 조성물을 이용하여 제조한 폴리우레탄 폼은 내부 형태학의 변화 없이 저음역대에서 탁월한 흡음 성능을 나타내므로 차량용 흡음재로 사용할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 흡음 성능이 향상된 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리우레탄 폼 조성물에 EPS (Expandable Polystyrene)를 첨가함으로써 제조된 폴리우레탄 폼의 내부 형태학은 변하지 않으면서 저음역대에서 우수한 흡음 성능을 나타냄으로써 차량용 흡음재로 사용할 수 있는 흡음 성능이 향상된 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 폴리우레탄 폼 흡음재의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 자동차를 구성하는 구성요소에서 발생하는 소음, 자동차 하부를 통해 실내로 들어오는 소음, 엔진룸에서 발생한 소음, 그리고 자동차 주변에서 발생한 소음 등이 있다. 이 중 자동차의 실내로 유입되는 대표적인 소음으로는 엔진에서 발생하여 차체 또는 공기를 통해 전달되는 엔진투과소음이 있는데, 이러한 엔진 투과 소음을 억제하기 위하여 통상의 자동차에서는 엔진 커버 또는 후드 인슐레이터 등을 사용하고 있다. 그러나 이들만을 통해서는 소음을 원하는 수준으로 제거하는 데에는 한계가 있고 미흡한 점이 있다.
그러므로 이와 관련하여 자동차에는 여러 위치에 흡음재를 적용하고 있는데, 예를 들어, 엔진룸에서 발생하는 소음을 차단하기 위하여 엔진룸과 차실을 구분하는 대쉬 패널(dash panel)과, 차량 바닥으로부터 전달되는 소음을 차단하기 위해 플로어 패널(floor panel) 등에 흡음재가 설치되며, 소음이 많이 유입되는 또 다른 부분인 도어 패널, 루프 패널의 실내 측과 그 밖의 각종 내장재 등을 포함한 여러 위치에 흡음재가 적용되고 있다.
이러한 흡음재의 재질로는 폴리우레탄 폼(polyurethane foam, PUF) 또는 섬유질 펠트가 사용되고 있으며, 특히 최근에는 흡음 및 단열성능의 향상을 위하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephtalate, PET) 펠트가 널리 사용되고 있다. 그런데 소음을 억제하기 위한 흡음소재로는 폴리우레탄 폼을 일반적으로 많이 사용하고 있다.
폴리우레탄 폼은 폼 내부에서 부풀어 오른 셀(cell)이 서로 포어(pore)를 통해 이어진 구조로 되어 있다. 이를 이용하여 흡음재로 사용함으로써 자동차 및 비행기 등 승객이 차량 내 정숙함을 요구하는 곳, 혹은 악기 및 음향실 등 울리는 소리가 적어야 하는 곳 등 소리가 중요한 요소가 되는 다양한 곳에 사용될 수 있다. 또한, 폴리우레탄 폼은 밀도가 낮고 생산이 용이하기 때문에 쿠션, 흡음 및 단열재와 같은 다양한 산업 응용 분야에서 널리 사용된다(H. Choe et al., J. Ind. Eng. Chem. 73 (2019) 344-50; G. Sung et al., J. Ind. Eng. Chem. 44 (2016) 99-104; A. Kausar, Polym. Plast. Technol. Eng. 57(4) (2018) 346-69; C. Zhang et al., Mater. Des. 41 (2012) 319-25; J.G. Gwon et al., Mater. Des. 387 (2015) 448-54). 특히, 인간 사회의 생활 소음과 산업 소음을 줄이기 위해 유연한(flexible) PUF는 가벼운(porosity > 90%) 특성상 우수한 흡음재로 큰 주목을 받고 있다. 흡음 과정에서 두 가지 유형의 감쇄 메커니즘(기체 분자에 의한 점성 감쇄 및 셀 형태에 의한 구조 감쇄)은 재료의 궁극적인 흡음 성능을 달성하는 데 중요한 역할을 한다(H.J. Choi et al., Polym. Korea 45(1) (2021) 143-9; J. Hyuk et al., J. Sound Vib. 397 (2017) 17-30; L. Cao et al., Compos. Commun. 10(May) (2018) 25-35). 두 가지 감쇄 메커니즘 중에서 구조적 감쇄는 기체에 의한 점성 감쇄가 공기 조건에서 변경될 가능성이 없기 때문에 유연한 PUF를 통해 높은 흡음을 확보하는 데 훨씬 더 중요한 측면으로 간주된다. 일반적으로 공극(cavity)과 포어(pores)는 셀 내부벽과 충돌하고 부분적으로 열린 포어를 통해 파동 통로를 변경하여 음파를 소산하는 활성 사이트 역할을 할 수 있다. 따라서 셀 형태학과 흡음 계수 사이의 PUF의 구조-특성 관계를 이해하는 것이 매우 중요하다.
폴리우레탄 폼에 있어서 흡음 메커니즘을 설명하자면 폼 표면에서의 입사. 반사에 의한 감쇄, 셀 내부에 있는 공기의 점성저항과 진동에 의한 음 감쇄, 폼에 전달된 진동에너지의 열에너지 변환에 의해 이루어진다. 이러한 흡음 메커니즘을 기본으로 할 때 흡음 성능은 형태학적 측면에서 폼의 표면 상태, 밀도와 두께, 셀의 크기와 형상에 의해서, 재료적 측면에서는 폴리우레탄 미세구조와 이에 연계된 물리적 특성에 의해서 영향을 받는다. 형태학적 인자들 중 하나인 셀 구조는 폴리우레탄 원소재를 구성하는 성분들을 비롯한 발포제, 계면활성제, 기포개방제의 종류와 함량 및 촉매나 반응온도에 따른 폴리우레탄 합성반응과 발포반응의 상대적 속도 등에 의해 영향을 받으며, 셀 구조를 변화시키는 개개의 인자들은 또 다른 한편으로 폴리우레탄의 미세구조 형성과정에 직접적으로 영향을 주게 된다.
또한, 흡음재에서 면과 면의 밀도 차이가 발생할 때, 이에 따른 에너지의 손실이 커지는 원리를 이용하여 흡음재의 면밀도를 다르게 함으로써 동일 면밀도에 비해 보다 향상된 성능을 나타낼 수 있다.
다시 말하면 상기 폴리우레탄 폼은 그 자체 내부에 기공이 있어서 소리가 들어갈 수 있고, 그렇게 들어간 소리들은 재료 속에서 부딪히면서 흡수된다. 소음이 어떤 재료에 부딪치게 되면 일부는 반사되고 일부는 흡수된다. 여기서 흡수된 소리는 재료의 구조를 진동시키고, 그로 인해 발생된 진동에너지가 열에너지로 바뀌어 그 열에너지가 소산되는데 이런 원리로 소음을 저감시키게 되는 것이다.
일반적으로 제조되는 폴리우레탄 폼은 글리세린과 산화폴리프로필렌의 반응을 통하여 제조되는 폴리에테르 폴리올과 이소시아네이트와의 반응으로 제조된다. 그런데 폴리에테르 폴리올은 반응과정에서 필연적으로 일관능성 수산기를 포함하는 모노올이 생성하는데, 상기 폴리에테르 폴리올의 분자량이 3000 g/mol 이상인 경우 일관능성 수산기를 포함하는 모노올이 약 10 중량% 생성된다. 이로 인하여 이소시아네이트와 반응 후에 얻어지는 폴리우레탄 발포 폼에는 이소시아네이트와의 반응에 의해 망상구조를 이루지 못하는 폴리올이 존재하게 되어 흡음 특성에서 매우 불리하게 작용하는 문제점이 있다.
폴리우레탄 폼을 자동차 흡음재로 사용하는 종래기술로서 대한민국 등록특허 제10-1272551호는 레진 펠트, 무기섬유 및 발포 폼 중 선택된 2종 또는 그 이상이 적층되어 다층 구조로 구성된 흡음재 층과 상기 흡음재 층의 일측 혹은 양측 겉면에 적층된 표면보호층으로 형성된 자동차용 고성능 다층 흡음재를 개시하고 있고, 대한민국 공개특허 제2004-0081520호는 폴리에스터 흡음재를 다층구조화함으로써 가벼우면서도 흡음성 및 차음성이 우수한 플로우카페트 흡음재를 개시하고 있으며, 또한, N.S. Ramesh et al.는 발포제가 포함된 폴리에틸렌의 신장 점도 및 이것이 발포체에 미치는 영향을 측정하는 방법을 개시하고 있다.
이에 자동차 업계 등에서는 기존의 폴리우레탄 폼의 장점을 최대한 살릴 수 있으면서도 흡음 효과가 우수한 폴리우레탄 폼 흡음재의 요구가 증대되고 있다.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 폴리우레탄 폼 조성물에 EPS (Expandable Polystyrene)를 첨가함으로써 제조된 폴리우레탄 폼의 내부 형태학은 변하지 않으면서 저음역대에서 우수한 흡음 성능을 가질 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
N.S. Ramesh et al., Novel Method for Measuring the Extensional Viscosity of PE with Blowing Agent and its Impact on Foams, JOURNAL OF CELLULAR PLASTICS, Volume 39 ― July 2003, pp 281-289
Fundamentals of sound and vibration Frank Fahy, David Thompson, second edition, 2015
본 발명의 목적은 흡음 성능이 향상되어 차량용 흡음재로 사용가능한 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물 및 상기 조성물을 이용한 폴리우레탄 폼 흡음재의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 0.6~13.2중량부, 발포제 3~13.2중량부, 겔화촉매 0.74~3.6중량부, 발포화촉매 0.08~0.36중량부, 계면활성제 1.32~13.12중량부, 이소시아네이트 51.5~208중량부 및 EPS (expandable polystyrene) 2~10중량부를 포함하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한, 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 0.6~13.2중량부, 발포제 3~13.2중량부, 겔화촉매 0.74~3.6중량부, 발포화촉매 0.08~0.36중량부, 계면활성제 1.32~13.12중량부, 이소시아네이트 51.5~208중량부 및 EPS (expandable polystyrene) 2~10중량부를 포함하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물을 발포시켜 폴리우레탄 폼을 제조하는 단계를 포함하는 폴리우레탄 폼 흡음재의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, (a) 수산가(OH-value)가 26~30 mgKOH/g이고 분자량이 5600~6500인 고분자량 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 0.6~4중량부, 발포제 3~4중량부, 겔화촉매 0.72~1.08중량부, 발포화촉매 0.08~0.11중량부, 계면활성제 1.32~3.96중량부 및 EPS 2~10중량부를 혼합한 다음, 이소시아네이트 51.5~63중량부를 첨가하고 발포시켜 폴리우레탄 폼 1을 제조하는 단계; (b) 분자량이 5600~6500인 고분자량 폴리올 80~85중량%와 분자량이 400~435인 저분자량 폴리올 15~20중량%의 혼합물 100중량부에 대하여 가교제 2~13.2중량부, 발포제 10~13.2중량부, 겔화촉매 2.4~3.6중량부, 발포화촉매 0.26~0.36중량부, 계면활성제 4.37~13.12중량부 및 EPS 2~10중량부를 혼합한 다음, 이소시아네이트 170~208중량부를 첨가하고 발포시켜 폴리우레탄 폼 2를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계에서 제조한 폴리우레탄 폼 1에 상기 (b) 단계에서 제조한 폴리우레탄 폼 2를 부착시켜 폴리우레탄 폼 흡음재를 제조하는 단계를 포함하는 폴리우레탄 폼 흡음재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 폼에 첨가되는 EPS는 폴리우레탄 폼의 내부 형태학을 변화시킬 만큼 큰 발포력을 갖지 않아 형태학의 변화를 주지 않는다. 하지만 내부에서 음파의 이동경로를 막는 장애물로 작용하여, 특히 저음역대에서 높은 흡음 성능을 보인다.
폴리우레탄 폼 형성시 첨가되는 재료들의 특징에 따라 포어의 모양이 결정되고, 그 비율에 따라 공기 흐름 저항과 비틀림, 공극률이 결정되는데, 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼은 그 내부 형태학 값이 전혀 변하지 않으면서 EPS 비드가 음파의 경로를 증가시켜 저음역대에서 향상된 흡음 성능을 얻는다. 따라서 폴리우레탄 폼의 내부 형태학을 변화시켜 흡음 성능을 끌어올리는 연구와 융합하여 적용한다면 시너지 효과를 나타낼 것으로 예상된다.
또한, 기존 폴리우레탄 폼 제조공정과 비교하여 EPS를 첨가하는 간단한 공정만 추가하면 되므로, 초기 설치비용도 그리 크기 않으며, 사용될 수 있는 곳도 다양하므로 수요도 많고 사람들의 관심이 높아짐에 따라 시장도 점점 성장할 것으로 예상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PFU 샘플에 첨가되는 EPS의 세 가지 중요한 형태의 SEM 사진이다. 수지의 팽창에 의해 형성된 비드를 원하는 형상으로 성형한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PUF에서 팽창된 폴리스티렌의 SEM 이미지이다.
도 3은 (a) 본 발명의 일 실시예에 따른 EPS 함량에 따라 제조한 PUF 샘플의 SEM 이미지; (b) 형태학적 데이터(표준 편차가 있는 공극 크기 및 포어 크기); 및 (c) 셀 벽 면적 비율을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PUF 샘플의 흡음 계수(α)에 대한 모델 계산 그래프이다.
도 5는 (a) 본 발명의 일 실시예에 따른 EPS 함량에 따라 제조한 PUF 샘플의 흡음 계수(sound absorption coefficients) 및 (b) EPS 함량에 따른 흡음 지표값인 음향 활성(acoustic activity) 및 소음 감소 계수(noise reduction coefficient)를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PUF에서 팽창된 폴리스티렌의 SEM 이미지이다.
도 3은 (a) 본 발명의 일 실시예에 따른 EPS 함량에 따라 제조한 PUF 샘플의 SEM 이미지; (b) 형태학적 데이터(표준 편차가 있는 공극 크기 및 포어 크기); 및 (c) 셀 벽 면적 비율을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PUF 샘플의 흡음 계수(α)에 대한 모델 계산 그래프이다.
도 5는 (a) 본 발명의 일 실시예에 따른 EPS 함량에 따라 제조한 PUF 샘플의 흡음 계수(sound absorption coefficients) 및 (b) EPS 함량에 따른 흡음 지표값인 음향 활성(acoustic activity) 및 소음 감소 계수(noise reduction coefficient)를 도시한 그래프이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
폼 내부에서 부풀어 오른 셀(cell)이 서로 포어(pore)를 통해 이어진 구조로 되어 있어, 다양한 곳의 흡음재로 사용하는 폴리우레탄 폼에 있어서, 이를 제조할 때 주원료에 충전제(filler)로서 EPS (expandable polystyrene) 비드(bead)를 첨가할 경우 EPS의 발포력은 폴리우레탄 폼의 내부 형태학을 변형시킬 만큼 충분히 세지 않기 때문에 EPS 첨가시 폴리우레탄 폼의 내부 형태는 전혀 변하지 않으나, 발포된 EPS는 내부에서 음파의 이동경로를 방해하는 장애물로 작용하기 때문에, 음파의 비틀림 정도가 심해졌고, 그로 인해 흡음 계수가 저음역으로 편향되는 결과를 나타내어 폴리우레탄 폼의 흡음 성능을 현저하게 향상시키는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 일 관점에서, 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 0.6~13.2중량부, 발포제 3~13.2중량부, 겔화촉매 0.74~3.6중량부, 발포화촉매 0.08~0.36중량부, 계면활성제 1.32~13.12중량부, 이소시아네이트 51.5~208중량부 및 EPS (expandable polystyrene) 2~10중량부를 포함하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 다른 관점에서 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 0.6~13.2중량부, 발포제 3~13.2중량부, 겔화촉매 0.74~3.6중량부, 발포화촉매 0.08~0.36중량부, 계면활성제 1.32~13.12중량부, 이소시아네이트 51.5~208중량부 및 EPS (expandable polystyrene) 2~10중량부를 포함하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물을 발포시켜 폴리우레탄 폼을 제조하는 단계를 포함하는 폴리우레탄 폼 흡음재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 또 다른 관점에서 (a) 수산가(OH-value)가 26~30 mgKOH/g이고 분자량이 5600~6500인 고분자량 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 0.6~4중량부, 발포제 3~4중량부, 겔화촉매 0.72~1.08중량부, 발포화촉매 0.08~0.11중량부, 계면활성제 1.32~3.96중량부 및 EPS 2~10중량부를 혼합한 다음, 이소시아네이트 51.5~63중량부를 첨가하고 발포시켜 폴리우레탄 폼 1을 제조하는 단계; (b) 분자량이 5600~6500인 고분자량 폴리올 80~85중량%와 분자량이 400~435인 저분자량 폴리올 15~20중량%의 혼합물 100중량부에 대하여 가교제 2~13.2중량부, 발포제 10~13.2중량부, 겔화촉매 2.4~3.6중량부, 발포화촉매 0.26~0.36중량부, 계면활성제 4.37~13.12중량부 및 EPS 2~10중량부를 혼합한 다음, 이소시아네이트 170~208중량부를 첨가하고 발포시켜 폴리우레탄 폼 2를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계에서 제조한 폴리우레탄 폼 1에 상기 (b) 단계에서 제조한 폴리우레탄 폼 2를 부착시켜 폴리우레탄 폼 흡음재를 제조하는 단계를 포함하는 폴리우레탄 폼 흡음재의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물은 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 0.6~13.2중량부, 발포제 3~13.2중량부, 겔화촉매 0.74~3.6중량부, 발포화촉매 0.08~0.36중량부, 계면활성제 1.32~13.12중량부, 이소시아네이트 51.5~208중량부 및 EPS (expandable polystyrene) 2~10중량부를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리올이 수산기가(mg KOH/g)가 26~30이고 분자량이 5600~6500인 고분자량 폴리올인 경우, 상기 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 0.6~4중량부, 발포제 3~4중량부, 겔화촉매 0.72~1.08중량부, 발포화촉매 0.08~0.11중량부, 계면활성제 1.32~3.96중량부, 이소시아네이트 51.5~63중량부 및 EPS 2~10중량부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 폴리올이 분자량이 5600~6500인 고분자량 폴리올 80~85중량%와 분자량이 400~435인 저분자량 폴리올 15~20중량%의 혼합물인 경우, 상기 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 2~13.2중량부, 발포제 10~13.2중량부, 겔화촉매 2.4~3.6중량부, 발포화촉매 0.26~0.36중량부, 계면활성제 4.37~13.12중량부, 이소시아네이트 170~208중량부 및 EPS 2~10중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 EPS은 500~600 ㎛의 직경을 갖는 비드(bead)일 수 있다. EPS는 국내에 1974년 스티로폴(Styropor)이라는 이름으로 처음 소개되었고, 그 탄력성이 우수하며, 파손의 우려가 적어 취급이 용이하고 가격이 저렴한 등 여러 장점으로 인해 현재 일반 건축용 단열재, 외단열, 샌드위치판넬 제조용 심재 등의 용도로 광범위하게 사용되는 대표적인 단열재이다. 도 1에 EPS의 세 가지 중요한 형태의 SEM 사진을 나타내었다(출처: Nor Hafizah Ramli Sulong et al., "Application of expanded polystyrene (EPS) in buildings and constructions: A review", Journal of Applied Polymer Science, Volume 136, Issue: 20, 2019). 수지의 팽창에 의해 형성된 비드를 원하는 형상으로 성형한다. 구체적으로 설명하자면, EPS는 폴리스티렌 수지에 펜탄이나 부탄과 같은 발포제를 첨가시켜 제조되는 0.2~3.0mm의 조그마한 비드(bead) 상태로 가공되어 스팀을 열원으로 이용한 가열(1차 발포)이후 성형틀에 삽입되어 2차 발포(성형공정)을 통하여 얻어진 성형물을 그대로 이용하거나 적절한 크기로 열선(hot wire)을 이용하여 필요한 크기로 재단되어 사용되고 있다.
본 발명에서는 폴리우레탄 폼 형성시, 주원료에 충전제(filler)로서 EPS (exapandable polystyrene) 비드(bead)를 첨가하여 폴리우레탄과 EPS 첨가 폼의 흡음 성능을 향상시켰다. EPS는 합성 전 500~600 ㎛의 입자이지만, 폴리우레판 폼 합성에서 발생하는 발포열에 의해 팽창하게 된다. EPS의 발포력은 폴리우레탄 폼의 내부 형태학을 변형시킬 만큼 충분히 세지 않기 때문에 EPS 첨가시 폴리우레탄 폼의 내부 형태학의 변화는 나타나지 않았다. 하지만 발포된 EPS는 내부에서 음파의 이동경로를 방해하는 장애물로 작용하기 때문에, 음파의 비틀림 정도가 심해졌고, 그로 인해 흡음 계수가 저음역으로 편향되는 결과를 나타내었다.
폴리우레탄 폼에 첨가되는 EPS는 폴리우레탄 폼의 발포열로도 충분히 입자 발포가 가능하여 시편 제작에 큰 어려움이 없다. 이는 EPS 내부에 함침되어 있는 펜테인의 증발과 폴리스티렌의 낮은 유리전이온도에 의한 결과이다. 따라서 특별한 설비 없이 기존의 폴리우레탄 폼 생산 기술에 EPS를 첨가하게 된다면 쉽게 생산이 가능하다.
폴리우레탄 폼에 첨가되는 EPS는 폴리우레탄 폼의 내부 형태학을 변화시킬 만큼 큰 발포력을 갖지 않아 형태학의 변화를 주지 않는다(도 2). 하지만 내부에서 음파의 이동경로를 막는 장애물로 작용하여, 특히 저음역대에서 높은 흡음 성능을 보인다. 폴리우레탄 폼 형성시 재료들의 특징에 따라 포어의 모양과 그 비율에 따라 공기 흐름 저항과 비틀림, 공극률이 결정되지만, 본 발명은 내부 형태학 값이 변하지 않고, EPS 비드가 음파의 경로를 증가시켜 저음역대에서 향상된 흡음 성능을 얻는다.
본 발명에 의한 폴리우레탄 폼 흡음재는 다음과 같은 공정에 의하여 제조할 수 있다.
(a) 수산가(OH-value)가 26~30 mgKOH/g이고 분자량이 5600~6500인 고분자량 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 0.6~4중량부, 발포제 3~4중량부, 겔화촉매 0.72~1.08중량부, 발포화촉매 0.08~0.11중량부, 계면활성제 1.32~3.96중량부 및 EPS 2~10중량부를 혼합한 다음, 이소시아네이트 51.5~63중량부를 첨가하고 발포시켜 폴리우레탄 폼 1을 제조하는 단계;
(b) 분자량이 5600~6500인 고분자량 폴리올 80~85중량%와 분자량이 400~435인 저분자량 폴리올 15~20중량%의 혼합물 100중량부에 대하여 가교제 2~13.2중량부, 발포제 10~13.2중량부, 겔화촉매 2.4~3.6중량부, 발포화촉매 0.26~0.36중량부, 계면활성제 4.37~13.12중량부 및 EPS 2~10중량부를 혼합한 다음, 이소시아네이트 170~208중량부를 첨가하고 발포시켜 폴리우레탄 폼 2를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 (a) 단계에서 제조한 폴리우레탄 폼 1에 상기 (b) 단계에서 제조한 폴리우레탄 폼 2를 부착시켜 폴리우레탄 폼 흡음재를 제조하는 단계.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 다음 방법에 의하여 폴리우레탄 폼 흡음재를 제조할 수 있다.
(a) 수산가(OH-value)가 26~30 mgKOH/g이고, 분자량이 6000이며, 평균 관능가수가 3인 고분자량 폴리에테르 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 0.6중량부, 발포제 4중량부, 아민계 촉매 0.72중량부, 발포화촉매 0.08중량부, 금속계열 촉매 0.1중량부, 계면활성제 1.32중량부 및 EPS 2~10중량부를 첨가하고 1600~1800 rpm으로 10~20분 동안 혼합한 다음, 상기 혼합물에 NCO기 함량이 36~39중량%이고, NCO 인덱스가 0.9~1.1인 이소시아네이트 51~63중량부를 투입하고 6000~8000rpm으로 혼합하고 발포시켜 공극이 큰 폴리우레탄 폼 1을 제조하는 단계;
(b) 수산가(OH-value)가 26~30 mgKOH/g이고, 분자량이 6000이며, 평균 관능가수가 3인 고분자량 폴리에테르 폴리올과 수산가(OH-value)가 385~415 mgKOH/g이고, 분자량이 400이며, 평균 관능가수가 3인 저분자량 폴리에테르 폴리올의 혼합물 100중량부에 대하여 가교제 0.6중량부, 발포제 4중량부, 아민계 촉매 0.72중량부, 발포화촉매 0.08중량부, 금속계열 촉매 0.1중량부, 계면활성제 1.32중량부 및 EPS 2~10중량부를 첨가하고 1600~1800 rpm으로 10~20분 동안 혼합한 다음, 상기 혼합물에 NCO기 함량이 36~39중량%이고, NCO 인덱스가 0.9~1.1인 이소시아네이트 51~63중량부를 투입하고 6000~8000rpm으로 혼합하고 발포시켜 공극이 작은 폴리우레탄 폼 2를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 (a) 단계에서 제조한 폴리우레탄 폼 1에 상기 (b) 단계에서 제조한 폴리우레탄 폼 2를 부착시켜 폴리우레탄 폼 흡음재를 제조하는 단계.
본 발명에 있어서, 상기 고분자량 폴리에테르 폴리올은 중량평균분자량이 5600~6500이면서, 수산가(OH-value)가 26~30 mgKOH/g이고, 평균 관능기수가 약 3인 것을 사용할 수 있다. 상기 저분자량 폴리에테르 폴리올은 중량평균분자량이 400~435이면서, 수산가(OH-value)가 385~415 mgKOH/g이고, 평균 관능기수가 약 3인 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가교제는 에탄올아민(ethanolamine), 디에탄올아민(diethanolamine), 트리에탄올아민(triethanolamine), 1,4-부탄디올(1,4-butanediol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 구성된 군에서 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 가교제로 트리에탄올아민은 디에탄올아민보다 가교를 더 많이 시키기 때문에 공극의 크기는 감소하지만 포어의 오픈(open)성이 더 저하될 수 있다. 즉, 동일한 함량일 때 트리에탄올아민의 경우 가교도의 영향으로 크기가 작은 공극에서의 폐쇄 포어(closed pore)가 생성되어 고주파 영역에서 흡음 성능이 낮게 나타날 수 있다.
또한 에탄올아민의 경우 관능기 개수가 2개로서 가교제 역할과 더불어 촉매 역할도 하며, 미세구조에 영향을 미친다. 또한 분자량이 작은 짧은 사슬을 가지고 있어 전자 교환이 용이한 아민기를 가지며, 이로 인해 이소시아네이트와의 빠른 반응으로 폼을 형성할 수 있다. 또한 디에탄올아민의 경우 구조상 우레아(urea)기의 상분리에 영향을 미쳐 개방 포어(open pore)의 생성을 방해함으로써 부분 개방 포어(partially opened pore) 생성으로 음파의 충돌 회수가 증가되어 에탄올아민과 트리에탄올아민보다 고주파영역에서의 흡음 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서 바람직하게는 에탄올아민 또는 디에탄올아민을 사용하고, 가장 바람직하게는 디에탄올아민을 사용한다.
상기 가교제는 그 사용량에 따라 폐쇄 포어 비율에 영향을 미치는데, 폐쇄 포어 비율이 증가하게 되면 고주파 영역의 흡음 성능이 감소할 수 있다. 즉 부분 개방 포어 비율이 높을수록 음파의 충돌 회수가 증가되어 고주파 영역의 흡음 성능이 우수하다. 상기 가교제는 상기 폴리올 100중량부에 대하여 0.6~13.2중량부를 첨가하되, (a) 단계에서는 0.6~4중량부를, (b) 단계에서는 2~13.2중량부를 사용할 수 있는데, 그 함량이 하한치 미만이면 개방 포어의 형성으로 흡음 성능이 저하되고, 상한치를 초과하면 반대로 폐쇄 포어의 형성으로 음파 가 반사되어 흡음 성능이 저하되는 문제가 있다.
본 발명에 있어서, 상기 발포제는 물일 수 있다. 상기 발포제는 폴리올 100중량부에 대하여 3~13.2중량부를 첨가하되, (a) 단계에서는 3~4중량부를, (b) 단계에서는 10~13.2중량부를 사용할 수 있는데, 그 함량이 하한치 미만이면 폴리우레탄 폼이 충분히 발포되지 않으며, 상한치를 초과하면 급격한 발포로 인하여 셀이 찌그러지거나 깨지는 현상이 발생하여 흡음 성능이 좋지 않을 수 있다.
본 발명에 있어서, 사용하는 촉매는 겔화 반응(이소시아네이트-폴리올), 발포 반응(blowing) (이소시아네이트-물) 및/또는 이소시아네이트의 이량체화 또는 삼량체화를 촉매하는 물질이다. 이러한 촉매는 바람직하게는 질소 화합물, 특히 아민 및 암모늄 염, 및/또는 금속 화합물이다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화촉매는 아민계 촉매 또는 금속 촉매일 수 있다. 상기 아민계 촉매는 알킬아민(alkyl amine), 삼차아민(tertiary amine) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 금속 촉매는 상기한 이소시아네이트 반응 중 하나를 촉매하고/거나 폴리우레탄, 특히 폴리우레탄 발포체의 제조를 위해 사용될 수 있는 종래 기술에 따른 모든 금속 화합물이다. 그것들은 예를 들어 금속-유기 또는 유기금속염, 무기 금속염, 하전 또는 비하전된 금속-함유 배위 화합물, 특히 금속 킬레이트 착물 중에서 선택될 수 있다.
금속의 예로는 리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 스칸듐, 이트륨, 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 니오븀, 크로뮴, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 수은, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 게르마늄, 주석, 납 및/또는 비스무스, 특히 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 지르코늄, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 알루미늄, 주석 및/또는 비스무스, 보다 바람직하게는 주석, 비스무스, 아연 및/또는 칼륨을 포함하는 모든 금속 화합물로부터 선택될 수 있고, 유기금속염의 일례로는 유기주석, 주석, 아연, 비스무스 및 칼륨 염, 특히 상응하는 금속 카르복실레이트, 알콕시드, 티올레이트 및 메르캅토아세테이트, 예를 들어 디부틸주석 디아세테이트, 디메틸주석 디라우레이트, 디부틸주석 디라우레이트(DBTDL), 디옥틸주석 디라우레이트(DOTDL), 디메틸주석 디네오데카노에이트, 디부틸주석 디네오데카노에이트, 디옥틸주석 디네오데카노에이트, 디부틸주석 디올레에이트, 디부틸주석 비스(n-라우릴 메르캅티드), 디메틸주석 비스(n-라우릴 메르캅티드), 모노메틸주석 트리스(2-에틸헥실 메르캅토아세테이트), 디메틸주석 비스(2-에틸헥실 메르캅토아세테이트), 디부틸주석 비스(2-에틸헥실 메르캅토아세테이트), 디옥틸주석 비스(이소옥틸 메르캅토아세테이트), 주석(II) 아세테이트, 주석(II) 2-에틸헥사노에이트 (주석(II) 옥토에이트), 주석(II) 이소노나노에이트(주석(II) 3,5,5-트리메틸헥사노에이트), 주석(II) 네오데카노에이트, 주석(II) 리시놀레에이트, 주석(II) 올레에이트, 아연(II) 아세테이트, 아연(II) 2-에틸헥사노에이트 (아연(II) 옥토에이트), 아연(II) 이소노나노에이트 (아연(II) 3,5,5-트리메틸헥사노에이트), 아연(II) 네오데카노에이트, 아연(II) 리시놀레에이트, 비스무스 아세테이트, 비스무스 2-에틸헥사노에이트, 비스무스 옥토에이트, 비스무스 이소노나노에이트, 비스무스 네오데카노에이트, 칼륨 포르메이트, 칼륨 아세테이트, 칼륨 2-에틸헥사노에이트 (칼륨 옥토에이트), 칼륨 이소노나노에이트, 칼륨 네오데카노에이트 및/또는 칼륨 리시놀레에이트 등이 있다.
특히, 본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계에서 디부틸주석 디라우레이트(DBTDL)를 추가로 첨가할 수 있다. 이 때, 겔화반응을 가속화하며, 폴리우레탄 매트릭스 강도를 유지시켜 작은 공극 크기를 생성하게 할 수 있다.
상기 겔화촉매는 폴리올 100중량부에 대하여 0.74~3.6중량부를 첨가하되, (a) 단계에서는 0.72~1.08중량부를, (b) 단계에서는 2.4~3.6중량부를 사용할 수 있는데, 상기 범위에서 안정적인 폴리우레탄 폼을 생산할 수 있다. 상기 함량이 하한치 미만이면 우레탄이 구조를 유지하지 못하고 푹 꺼지는 문제점이 있고, 상한치를 초과하면 우레탄 반응이 빨라져 온전한 형태로 경화되지 않는 문제점이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 발포화촉매는 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol) 및 비스(2-디메틸아미노에틸)에테르(bis(2-dimethylaminoethyl)ether)의 혼합물 촉매일 수 있다.
상기 발포화촉매는 폴리올 100중량부에 대하여 0.08~0.36중량부를 첨가하되, (a) 단계에서는 0.08~0.11중량부를, (b) 단계에서는 0.26~0.36중량부를 사용할 수 있는데, 상기 범위에서 안정적인 폴리우레탄 폼을 생산할 수 있다. 상기 함량이 하한치 미만이면 발포 반응이 원활하게 이루어 지지 않는 문제점이 있고, 상한치를 초과하면 급격한 발포 반응에 의해 온전한 형태를 이루지 못하는 문제점이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 아민계 촉매는 수지화 반응을 촉진시키는 역할을 할 수 있고, 그 제품으로는 Dabco 33 LV 촉매를 사용할 수 있다. 상기 발포 촉매는 발포제와 함께 사용하여 발포 반응 및 폴리우레탄 폼을 성장시키는 역할을 할 수 있고, 그 제품으로는 Dabco BL11인 것을 사용할 수 있다. 여기에서, Dabco 33 LV 촉매는 트리에틸렌디아민(Triethylenediamine) 촉매이고, Dabco BL11 촉매는 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol) 및 비스(2-디메틸아미노에틸)에테르(bis(2-dimethylaminoethyl)ether)의 혼합물 촉매이다.
본 발명에 있어서, 상기 계면활성제는 발포체에 셀이 형성될 때, 생성된 셀이 합일, 파괴되는 것을 방지하고 균일한 셀이 형성되도록 조정하는 역할을 하며, 반응물 분산성 측면에서 실리콘 계면활성제인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이소시아네이트는 특별히 한정하지는 않으나, NCO기 함량이 36~39중량%이고, NCO 인덱스(index)가 0.9~1.1인 것을 사용할 수 있다. 상기 이소시아네이트는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate, MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate, TDI) 또는 이들의 혼합물인 것을 사용할 수 있다.
상기 이소시아네이트는 폴리올 100중량부에 대하여 51.5~208중량부를 첨가하되, (a) 단계에서는 51.5~63중량부를, (b) 단계에서는 170~208중량부를 사용할 수 있는데, 상기 범위에서 안정적인 폴리우레탄 폼을 생산할 수 있다. 상기 함량이 하한치 미만이면 미반응 폴리올에 의해 물성이 저하되어 온전한 형태를 유지하지 못하는 문제점이 있고, 상한치를 초과하면 폴리우레탄 폼의 반응시간이 증가하고 반응 후 경도가 급격하게 증가하는 문제점이 있다.
본 발명에 있어서, 경질 폼 제조 시에 사용되는 저분자량 폴리올(실시예에서는 TF400를 사용)과 겔화촉매인 DBTDL을 기반으로 이들의 함량을 변화시켜 공극 크기가 작은 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있다. 폴리우레탄폼의 내부 형태학은 저분자량 폴리올(TF400)의 비율이 증가하고 DBTDL이 첨가됨에 따라 공극의 크기는 감소하였고 공극벽 면적비는 저분자량 폴리올 50%에서 최소값을 나타낸 뒤 75% 이상에서 급격하게 증가하였다. 이러한 형태학적 특성에 따라 공극벽 면적비가 최소값인 처방에서 음향 활성과 소음감소율이 가장 높은 결과를 보였다. 유동 흐름 저항은 서서히 증가하다가 공동벽 면적비에 따라 75%에서 급격하게 증가하였다. 따라서 TF400의 혼합에 따라 변화되는 흐름저항과 형태학이 폴리우레탄 폼의 저주파 영역 흡음률을 향상시키는 것으로 판단된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
[실시예]
실시예 1: 폴리우레탄 폼의 제조
흡음재인 PU 폼을 합성하기 위해 주재료로 두 종류의 폴리에테르폴리올 PPG-6000(금호석유화학, Korea, 수산가(OH-value): 28±2, 분자량(Mw): 6000 g/mol, 관능기수: 3, 
= 1200±100 cps at 25℃), TF-400 (Mitsui Chemicals & SKC Polyurethanes, Korea, 수산기값: 400±15, 분자량(Mw_: 400 g/mol, 관능기수: 3, 
= 350±50 cps at 25℃)과 혼합 이소시아네이트 CG-3701S(MDI 75%, TDI 25%, %NCO: 37±0.5, 금호석유화학, Korea)가 사용되었다. 우레탄 폼 형성 반응을 촉진시키기 위해 겔화 촉매로 DABCO 33LV(33% triethy-lenediamine, 67% dipropylene glycol, Air Products and Chemicals, USA)와 DBTDL(95% dibutyltin dilaurate, Sigma-Aldrich, USA), 발포화 촉매로 BL11(70% bis(2-dimethylaminoethyl) ether(BDMAEE) diluted with 30% dipropylene glycol, Air Products and Chemicals, USA)이 사용되었다. 폴리우레탄을 폼 형태로 제작하기 위해 화학 발포제로 이온이 제거된 증류수가 사용되었고, 추가적으로 사슬 가교제 디에탄올아민(diethanolamine, DEA, Sigma-Aldrich, USA, Mw: 105.14 g/mol)과 안정적인 폼 형성을 보조하는 실리콘 계면활성제(L-3002, Momentive, USA)가 사용되었다.
PU 폼은 폴리올 시스템(폴리올, 수지화 및 발포화 촉매, 가교제, 발포제, 계면활성제)을 혼합한 뒤 이소시아네이트를 NCO 지수(index) 1.0에 맞게 계량하여 2차 혼합으로 합성을 유도하였고, 상세 내용은 표 1에 나타내었다. 폴리올 시스템의 1차 혼합은 1700 rpm에서 10분간 수행되었고, 이소시아네이트를 추가한 2차 혼합은 균일한 혼합과 반응을 위해 6000 rpm에서 6초간 실시되었다. 2차 혼합 후, PU 혼합물을 폭이 1mm인 벤트구멍 4개가 있는 알루미늄 주형(200Х200Х50 mm3)에 채우고 60 
에서 20분간 경화 후 PU 폼을 주형에서 꺼냈다. PU 폼의 표면층 5 mm를 제거한 후 샘플을 제조하였다. 샘플 절단 전 3일 동안 상대 습도 40% 하에서 실온에서 보관하였다.
일반적으로 우레탄 결합은 하이드록실기와 이소시아네이트기 사이의 반응에 의해 형성되며, 물 분자와 이소시아네이트기의 반응에서 생성된 CO2 가스로부터 동시에 셀 발포체 구조가 생성된다. CO2 가스가 생성되는 동안 셀 형태는 셀 핵 형성(cell nucleation), 공극 성장(cavity growth) 및 인접한 공극과의 접촉에 의한 포어 생성과 같은 순차적 단계에 따라 제조된다(J.G. Gwon et al., J. Precis. Eng. Manuf. 16(11) (2015) 2299-307). 또한, 포어 구조의 유형(개방형, 부분적 개방형, 폐쇄형)은 PUF의 반응 역학과 셀 벽의 물리적 강도에 크게 의존한다(H.J. Choi et al., J. Ind. Eng. Chem. 90 (2020) 260-5).
PUF를 제조하기 위해 먼저 폴리올, 촉매, 가교제, 발포제, 계면활성제를 포함하는 폴리올 시스템을 칭량하고 혼합한 다음 사전 혼합된 폴리올 시스템에 이소시아네이트를 첨가하여 PU 반응을 완료하였다. 모든 성분의 세부적인 양은 표 1에 요약되어 있다.
| Ingredients | Formulation(g) a | |
| Poloyol1 | PPG6000 | 100 |
| Catalyst1 | DABCO33LV | 0.72 |
| Catalyst2 | DABCOBL11 | 0.08 |
| Catalyst3 | DBTDL | 0.10 |
| Crosslinker | DEA | 0.60 |
| Blowing agent | Water | 4.00 |
| Surfactant | L-3002 | 1.32 |
| Isocyanate | CG-3701S | 57.3 |
| Filler | EPS | 0.00~10.0 |
a: 참조 A를 기준으로 한 폴리올 100중량부 당중량부
b 각 폴리올의 총 당량은 0.04991로 계산되었다.
EPS는 KUMHO PETROCHEMICAL(product catalog: Expandable polystyrene)의 EPS GN30 제품을 사용하였으며, 구체적인 사양은 표 2와 같다.
| Filler | 평균 입자 크기(mean particle size, ㎛) | 최적 팽창 배수(optimum expansion multiple) |
| EPS GN30 | 500~600 | 40~50 |
실시예 2: 모폴로지(morphology)의 확인
SEM (SNE3000M, SEC, 15kV에서)을 사용하여 PUF 샘플의 셀 형태를 조사하였다. PUF 샘플을 절단하고 측정 전에 금 스퍼터링 코팅하였다. SEM 이미지를 촬영한 후 Image-Pro Plus 소프트웨어 (Media Cybernetics)를 사용하여 20개의 이미지로 셀 구조(공극 및 포어 크기)를 분석하여 통계적 불확실성을 줄였다. 또한, 셀 벽 면적 비율(cell wall area ratio)를 다음 식(1)로 계산하였다.
Cell wall area ratio = 1 - (pore area/cavity area) ---- (1)
PUF에서 팽창된 폴리스티렌의 SEM 이미지는 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타낸 바와 같이, EPS에 의한 형태학 변화는 확인되지 않았다.
또한, EPS 함량에 따라 제조한 PUF 샘플의 SEM 이미지를 도 3 (a)에 나타내었다. 도 3 (b)는 형태학적 데이터(표준 편차가 있는 공극 크기 및 포어 크기); 및 (c) 셀 벽 면적 비율을 도시한 그래프이다.
실시예 3: 흡음 계수(sound absorption coefficient)의 측정
흡음 계수를 측정하기 위해 2개의 1/4 인치 마이크(MPA416, BSWA)와 함께 2개의 임피던스 튜브(SW420 및 SW470. BSWA)를 사용하였다. 그리고 마이크는 저주파(63~1600Hz)와 고주파(1000~6300Hz)에 적용되었다. 원통형 PU 폼의 샘플 치수는 저주파 및 고주파 범위의 경우 두께가 20mm이고 직경이 100mm 및 30mm이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PUF 샘플의 흡음 계수(α)에 대한 모델 계산 그래프이다.
음향 활성(acoustic activity, AA)는 전체 흡음 계수를 평균낸 값이고, 소음 감소 계수(noise reduction coefficient, NRC)는 250, 500, 1000, 2000Hz에서 측정한 흡음 계수의 평균값으로서, 하기 문헌에 개시된 방법에 의하여 측정하여 표 3에 나타내었다.
(1) AA (63 ~ 6300Hz에서 전체 주파수 범위에 대한 흡음 계수 평균): H. Choe et al., Compos. Sci. Technol. 156 (2018) 19-27; R. Verdejo et al., Compos. Sci. Technol. 69(10) (2009) 1564-9
(2) NRC (250, 500, 1000, 2000Hz에서 흡음 계수 평균): G. Sung et al., J. Ind. Eng. Chem. 44 (2016) 99-104; G. Sung et al., Polym. Adv. Technol. 29(2) (2018) 852-9
| EPS 함량 (wt%) | Acoustic activity | Noise reduction coefficient |
| 0 | 0.73639 | 0.36363 |
| 2 | 0.7417 | 0.38189 |
| 4 | 0.74658 | 0.40396 |
| 6 | 0.74632 | 0.39925 |
| 8 | 0.74927 | 0.44028 |
| 10 | 0.75447 | 0.49769 |
본 발명의 EPS 함량에 따라 제조한 PUF 샘플의 흡음 계수(sound absorption coefficients) 및 (b) EPS 함량에 따른 흡음 지표값인 음향 활성(acoustic activity) 및 소음 감소 계수(noise reduction coefficient)를 도시하여 도 5에 나타내었다.
전반적으로 EPS의 함량이 2~10중량%의 범위 내에서 증가할수록 높은 NRC 값을 나타내어 10중량%에서 가장 높은 NRC 값을 나타내었다. 그에 반하여, AA는 함량에 무관하게 거의 유사한 값을 나타내었다. EPS는 함량이 2~10중량%의 범위 내에서 증가할수록 전체적인 흡음 성능 저하 없이 효과적으로 NRC 값을 증가시키는 역할을 하였다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Claims (9)
- 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 0.6~13.2중량부, 발포제 3~13.2중량부, 겔화촉매 0.74~3.6중량부, 발포화촉매 0.08~0.36중량부, 계면활성제 1.32~13.12중량부, 이소시아네이트 51.5~208중량부 및 EPS (expandable polystyrene) 2~10중량부를 포함하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리올이 수산기가(mg KOH/g)가 26~30이고 분자량이 5600~6500인 고분자량 폴리올인 경우, 상기 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 0.6~4중량부, 발포제 3~4중량부, 겔화촉매 0.72~1.08중량부, 발포화촉매 0.08~0.11중량부, 계면활성제 1.32~3.96중량부, 이소시아네이트 51.5~63중량부 및 EPS 2~10중량부를 포함하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리올이 분자량이 5600~6500인 고분자량 폴리올 80~85중량%와 분자량이 400~435인 저분자량 폴리올 15~20중량%의 혼합물인 경우, 상기 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 2~13.2중량부, 발포제 10~13.2중량부, 겔화촉매 2.4~3.6중량부, 발포화촉매 0.26~0.36중량부, 계면활성제 4.37~13.12중량부, 이소시아네이트 170~208중량부 및 EPS 2~10중량부를 포함하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 EPS는 500~600 ㎛의 직경을 갖는 비드(bead)인 것을 특징으로 하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 가교제는 에탄올아민(ethanolamine), 디에탄올아민(diethanolamine), 트리에탄올아민(triethanolamine), 1,4-부탄디올(1,4-butanediol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 구성된 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 발포제는 물인 것을 특징으로 하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 겔화촉매는 아민계 촉매 또는 금속 촉매인 것을 특징으로 하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 발포화촉매는 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol) 및 비스(2-디메틸아미노에틸)에테르(bis(2-dimethylaminoethyl)ether)의 혼합물 촉매인 것을 특징으로 하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물.
- 다음 단계를 포함하는 폴리우레탄 폼 흡음재의 제조방법:
(a) 수산가(OH-value)가 26~30 mgKOH/g이고 분자량이 5600~6500인 고분자량 폴리올 100중량부에 대하여 가교제 0.6~4중량부, 발포제 3~4중량부, 겔화촉매 0.72~1.08중량부, 발포화촉매 0.08~0.11중량부, 계면활성제 1.32~3.96중량부 및 EPS 2~10중량부를 혼합한 다음, 이소시아네이트 51.5~63중량부를 첨가하고 발포시켜 폴리우레탄 폼 1을 제조하는 단계;
(b) 분자량이 5600~6500인 고분자량 폴리올 80~85중량%와 분자량이 400~435인 저분자량 폴리올 15~20중량%의 혼합물 100중량부에 대하여 가교제 2~13.2중량부, 발포제 10~13.2중량부, 겔화촉매 2.4~3.6중량부, 발포화촉매 0.26~0.36중량부, 계면활성제 4.37~13.12중량부 및 EPS 2~10중량부를 혼합한 다음, 이소시아네이트 170~208중량부를 첨가하고 발포시켜 폴리우레탄 폼 2를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 (a) 단계에서 제조한 폴리우레탄 폼 1에 상기 (b) 단계에서 제조한 폴리우레탄 폼 2를 부착시켜 폴리우레탄 폼 흡음재를 제조하는 단계
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