KR20230153866A - 흡음성이 우수한 발포비드, 이를 이용한 발포 성형체 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 발포 성형체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 흡음성이 우수한 흡음성이 우수한 발포비드, 이를 이용한 발포 성형체 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 발포 성형체에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 발포비드는 발포 폴리프로필렌(EPP)을 포함하며, 중심축을 기준으로 외측을 향하여 돌출된 6개의 돌출부를 포함하는 발포비드이며, 상기 돌출부는 최대폭(W) 및 길이(H)가 1:2~1:5 이다.
Description
본 발명은 흡음성이 우수한 흡음성이 우수한 발포비드, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 발포 성형체에 관한 것이다.
폴리올레핀 등의 열가소성 수지를 발포하여 제조되는 발포비드는 가공성과 성형성이 우수하고, 쿠션감과 경량성이 우수하여 차량 부재, 건축용 부재, 가정용품 및 포장 운반용 자재 등 다양한 산업분야에서 사용되고 있다.
한편 발포비드는 사용되는 산업분야에 따라 다양한 물성이 요구되며, 이에 발포비드에 다양한 물성을 부여하기 위한 연구가 시도되고 있다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2019-0071184호(2019.06.24. 공개, 발명의 명칭: 전도성 발포 비드 및 그 제조방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 하나의 목적은 흡읍성 및 강도가 우수한 발포비드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탄성, 내구성 및 압축 후 형상 회복성이 우수한 발포비드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 내화학성 및 내열성이 우수한 발포비드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 생산성 및 경제성이 우수한 발포비드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 발포비드를 이용한 발포 성형체 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 발포비드를 이용하여 제조된 발포 성형체를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 발포비드에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 발포비드는 발포 폴리프로필렌(EPP)을 포함하며, 중심축을 기준으로 외측을 향하여 돌출된 6개의 돌출부를 포함하되, 상기 돌출부는 최대폭(W) 및 길이(H)가 1:2~1:5이다.
한 구체예에서 상기 발포비드는 단면직경 10~400㎛인 기포셀을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 발포비드는 돌출부의 최대폭(W) 0.3~1.5mm 및 길이(H) 0.6~3.0mm 이며, 두께가 0.01~10mm 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 발포비드는 밀도가 10~100g/L일 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리프로필렌은 프로필렌 단독 중합체; 또는 프로필렌과 에틸렌, 부텐, 펜텐, 헥센 및 옥텐 중 1종 이상의 올레핀의 공중합체;를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리프로필렌은 용융점 120~170℃ 및 ASTM D1238에 의거하여 측정된 용융지수(230℃, 2.16kg) 0.1~100g/10min 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 상기 발포비드를 이용한 발포 성형체 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 발포 성형체 제조방법은 상기 발포비드를 금형에 충전하여 스팀 성형하는 단계;를 포함한다.
한 구체예에서 상기 스팀 성형은 130~170℃에서 1~6bar의 압력 조건으로 실시될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 상기 발포비드를 이용하여 제조되는 발포 성형체에 관한 것이다.
한 구체예에서 상기 발포 성형체는 ISO 845 기준에 의거하여 측정된 밀도가 10~100 kg/m3 이고, 기공률(porosity)가 10~30% 일 수 있다.
본 발명에 따른 발포비드는 흡읍성 및 강도가 우수하고, 탄성, 내구성 및 압축 후 형상 회복특성이 우수하며, 내화학성 및 내열성이 우수하고, 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 발포비드의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 발포비드의 사시도이다.
도 3은 실시예 1 발포비드의 사진이다.
도 4는 실시예 2 및 비교예 1의 흡음계수 측정결과 그래프이다.
도 5는 실시예 1~5 및 비교예 1의 흡음계수 측정결과 그래프이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 발포비드의 사시도이다.
도 3은 실시예 1 발포비드의 사진이다.
도 4는 실시예 2 및 비교예 1의 흡음계수 측정결과 그래프이다.
도 5는 실시예 1~5 및 비교예 1의 흡음계수 측정결과 그래프이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
발포비드
본 발명의 하나의 관점은 발포비드에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 발포비드의 평면도이며, 도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 발포비드의 사시도이다. 상기 도 1 및 도 2를 참조하면 발포비드(100)는 발포 폴리프로필렌(EPP)을 포함하며, 중심축(C)을 기준으로 외측을 향하여 돌출된 6개의 돌출부(10)를 포함한다.
한 구체예에서 발포비드 돌출부(10)는 최대폭(W) 및 길이(H)가 1:2~1:5이다. 상기 발포비드 돌출부의 최대폭에 대한 길이가 1:2 미만으로 형성되는 경우 발포 성형체 제조시 기공률 확보가 어려우며, 이로 인해 흡음 특성이 저하되며, 상기 발포비드 돌출부의 최대폭에 대한 길이가 1:5를 초과하여 형성되는 경우 발포 성형체 제조시 발포비드 간의 융착되는 표면적이 작아져 성형체 형상 구현이 어려울 수 있다. 예를 들면 발포비드 돌출부(10)는 최대폭 및 길이가 1:2.5~1:4로 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 발포비드는 닫힌 구조의 셀(closed cell)을 포함할 수 있다. 한 구체예에서 상기 발포비드는 단면직경 10~400㎛인 기포셀을 포함할 수 있다. 상기 단면직경은 상기 기포셀의 최대 길이 또는 직경을 의미할 수 있다. 상기 조건의 기포셀을 포함시 흡음 특성이 우수할 수 있다.
상기 도 1 및 도 2를 참조하면, 발포비드는 돌출부의 최대폭(W) 0.3~1.5mm, 길이(H) 0.6~3.0mm 일 수 있다. 상기 발포비드 돌출부의 최대폭 및 길이 조건에서 발포 비드의 형상 회복 특성과 흡음성이 우수하며, 발포 성형체 제조시 내구성 등의 기계적 물성이 우수할 수 있다. 예를 들면 발포비드는 돌출부의 최대폭(W)이 0.5~1.0mm 이고, 길이(H) 1.5~2.5mm 일 수 있다. 상기 발포비드는 최대길이가 1.2~6.0mm, 예를 들면 3~5mm 일 수 있다.
상기 도 2를 참조하면, 발포비드는 두께(T)가 0.01~10mm 일 수 있다. 상기 두께 조건에서 발포 성형체 제조시 기공률 확보가 용이하며, 흡음성과 기계적 물성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 발포비드는 밀도가 10~100g/L 일 수 있다. 예를 들면 상기 발포비드는 ISO 845 기준으로 측정된 성형밀도가 10~100g/L 일 수 있다. 상기 조건에서 기계적 물성과 경량성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리프로필렌은 용융점 120~170℃ 및 ASTM D1238에 의거하여 측정된 용융지수(230℃, 2.16kg) 0.1~100g/10min일 수 있다. 상기 조건에서 기계적 물성과 성형성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리프로필렌은 프로필렌 단독 중합체; 또는 프로필렌과 에틸렌, 부텐, 펜텐, 헥센 및 옥텐 중 1종 이상의 올레핀의 공중합체;를 포함할 수 있다.
발포비드 제조방법
본 발명의 다른 관점은 발포비드 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 발포비드 제조방법은 (S10) 압출체 제조단계; (S20) 펠렛화단계; 및 (S30) 발포비드 형성단계;를 포함한다. 보다 구체적으로 상기 발포비드 제조방법은 (S10) 폴리프로필렌을 포함하는 조성물을 압출하여 압출체를 제조하는 단계; (S20) 상기 압출체를 이용하여 펠렛을 형성하는 단계; 및 (S30) 상기 펠렛에 발포제를 함침하여 발포비드를 형성하는 단계;를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 발포비드 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 압출체 제조단계
상기 단계는 폴리프로필렌 수지를 포함하는 조성물을 압출하여 압출체를 제조하는 단계이다.
한 구체예에서 상기 조성물은 폴리프로필렌을 포함한다. 상기 폴리프로필렌을 포함시 내열성과 내구성이 우수하며, 발포 성형체 제조시 공극률이 향상되며 상기 발포비드의 흡음성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 조성물은 폴리프로필렌외 첨가제를 더 포함할 수 있다. 한 구체예에서 상기 첨가제는 상기 프로필렌 수지와, 기포 조정제, 대전방지제, 활제, 산화방지제, 광흡수제, 난연제 및 착색제 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 압출기 단부에 본 발명의 발포비드 형상에 대응하는 다이를 사용하여, 상기 조성물을 압출할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리프로필렌은 용융점 120~170℃ 및 ASTM D1238에 의거하여 측정된 용융지수(230℃, 2.16kg) 0.1~100g/10min 일 수 있다. 상기 조건에서 기계적 물성과 성형성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리프로필렌은 프로필렌 단독 중합체; 또는 프로필렌과 에틸렌, 부텐, 펜텐, 헥센 및 옥텐 중 1종 이상의 올레핀의 공중합체;를 포함할 수 있다.
(S20) 펠렛화단계
상기 단계는 상기 압출체를 이용하여 펠렛을 형성하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 압출체를 냉각 및 커팅하여 펠렛을 형성할 수 있다. 상기 제조된 펠렛은, 본 발명의 발포비드 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
(S30) 발포비드 형성단계
상기 단계는 상기 펠렛에 발포제를 함침하여 발포비드를 형성하는 단계이다.
예를 들면 상기 펠렛을 분산용제가 충전된 용기에 투입하고 상기 용기를 밀봉 및 가압한 다음, 발포제를 공급하여 상기 펠렛에 발포제를 함침시킬 수 있다. 상기 분산용제는 물을 포함할 수 있다. 한 구체예에서 상기 분산용제는 분산제를 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 발포는 130~150℃에서 1~40bar의 압력 조건으로 실시할 수 있다. 상기 조건에서 펠렛에 발포제가 용이하게 함침되고 공극률이 향상되며 상기 발포비드의 흡음성이 우수할 수 있다. 예를 들면 140~150℃에서 20~40bar의 압력 조건으로 실시할 수 있다.
한 구체예에서 상기 발포제는 할로겐화 탄화수소, 에탄, 디클로로메탄, 이산화탄소, 질소 및 공기 중 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면 이산화탄소를 포함할 수 있다.
상기 발포비드는 발포 폴리프로필렌(EPP)을 포함하며, 중심축을 기준으로 외측을 향하여 돌출된 6개의 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 최대폭(W) 및 길이(H)가 1:2~1:5이다.
발포비드를 이용하여 제조되는 발포 성형체 제조방법
본 발명의 또 다른 관점은 상기 발포비드를 이용하여 제조되는 발포 성형체 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 발포 성형체 제조방법은 상기 발포비드를 금형에 충전하여 스팀 성형하는 단계;를 포함한다.
상기 스팀 성형은 130~170℃에서 1~6bar의 압력 조건으로 실시할 수 있다. 상기 조건에서 발포 성형체의 기계적 물성이 우수하며, 공극률이 증가하여 흡음특성이 우수할 수 있다.
발포비드를 이용하여 제조되는 발포 성형체
본 발명의 또 다른 관점은 상기 발포비드를 이용하여 제조되는 발포 성형체에 관한 것이다.
한 구체예에서 상기 발포 성형체는 ISO 845 기준에 의거하여 측정된 밀도가 10~100 kg/m3 일 수 있다. 예를 들면 밀도가 30~60 kg/m3 일 수 있다. 또한 상기 발포 성형체는 기공률(porosity)가 10~30% 일 수 있다.
예를 들면 상기 발포 성형체는 넓이(가로x세로) 2500cm2 및 두께 6cm인 시트 형태의 발포 성형체에 대하여 ISO 845 기준에 의거하여 측정된 밀도가 30~60 kg/m3 이며, 기공률이 10~25% 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 발포 성형체는 통상의 방법으로 기공률을 측정할 수 있다. 예를 들면 수조 등에 충전된 물에 발포 성형체를 완전히 침지한 다음, 발포 성형체 침지 전/후 물의 부피 변화량을 측정하여 기공률을 측정할 수 있다.
한 구체예에서 상기 발포 성형체는 ISO 1926 기준에 의거하여 측정된 인장강도 300kPa 이상 및 신율 5% 이상일 수 있다. 예를 들면 상기 발포 성형체는 인장강도 300~500kPa 및 신율 5~15% 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 발포 성형체는 ISO 844 기준에 의거하여 측정된 압축강도 350kPa 이상이며, ISO 1856C 기준에 의거하여 측정된 영구압축율이 35% 이상일 수 있다. 예를 들면 상기 발포 성형체는 압축강도가 365~400kPa 이며, 영구압축율이 35~45%일 수 있다.
한 구체예에서 상기 발포 성형체는 ISO 354 및 SAE J 2883 기준에 의거하여 흡음계수(absorption coefficient) 측정시, 400Hz 영역에서 흡음계수가 0.05~0.17 이고, 500Hz 영역에서 흡음계수가 0.30~0.46 이며, 800Hz 영역에서 흡음계수가 0.30~0.67 이고, 1000Hz 영역에서 흡음계수가 0.36~0.73 일 수 있다.
예를 들면 상기 발포 성형체는 상기 방법으로 흡음계수 측정시, 2000Hz 영역에서 흡음계수가 0.56~0.88 이고, 4000Hz 영역에서 흡음계수가 0.75~1.1 이고, 5000Hz 영역에서 흡음계수가 0.76~1.1 일 수 있다.
예를 들면 상기 발포 성형체는 상기 방법으로 흡음계수 측정시, 6300Hz 영역에서 흡음계수가 0.77~1.30 이고, 8000Hz 영역에서 흡음계수가 0.77~1.35 이고, 10000Hz 영역에서 흡음계수가 0.77~1.35 일 수 있다.
본 발명의 발포비드는 가공성과 성형성이 우수하고, 쿠션감과 경량성이 우수하여 이를 이용하여 제조된 발포 성형체는 차량 부재, 건축용 부재, 가정용품 및 포장 운반용 자재 등의 용도로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 및 비교예
실시예 1
폴리프로필렌(용융점 140~145℃ 및 ASTM D 1238 기준(230℃, 2.16kg) 용융지수 5~8g/10min인 폴리프로필렌 호모폴리머)를 포함하는 조성물을 혼련 및 압출하여 압출체를 제조하였다. 그 다음에 상기 압출체를 수냉 커팅하여 펠렛을 형성하였다.
그 다음에 분산용제(물)와 분산제가 충전된 반응기(오토클레이브)에 상기 펠렛을 투입하고, 용기 내부에 발포제를 주입하되 온도 140~150℃ 및 20~40bar의 압력 조건으로 상기 펠렛에 발포제를 함침하여 하기 도 3과 같은 발포비드를 제조하였다.
상기 발포비드는 단면직경 10~400㎛인 기포셀(closed cell)을 포함하는 발포 폴리프로필렌(EPP)을 포함하며, 하기 도 3과 같이 중심축을 기준으로 외측을 향하여 돌출된 6개의 돌출부를 포함하는 별 형태를 가지며, 각 돌출부는 중심축을 기준으로 최대폭(W) 0.7mm 및 길이(H) 2.1mm이고 상기 발포비드의 두께는 3~4mm로 형성되었다.
실시예 2~5
하기 표 1 조건의 기공률과 돌출부 최대폭 및 길이 조건을 적용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 발포비드를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 폴리프로필렌(PP)을 사용하여 평균 입경(L방향 길이) 3~7 mm 조건의 구 형상의 발포 폴리프로필렌(EPP)을 포함하는 발포비드를 제조하였다.
발포성형체 제조
상기 실시예 1~5 및 비교예 1의 발포비드를 이용하여 발포 성형체를 제조하였다. 구체적으로 상기 발포비드를 금형에 각각 충전한 다음, 130~170℃ 및 1~6bar의 압력으로 스팀 성형하여 넓이(가로x세로) 2500cm2 및 두께 6cm인 시트 형태의 발포 성형체를 제조하였다. 상기 실시예 및 비교예 발포비드에 대하여 수조에 충전된 물에 발포 성형체를 완전히 침지한 다음, 발포 성형체 침지 전/후 물의 부피 변화량을 측정하여 기공률을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실험예
(1) 밀도(kg/m3), 인장강도(kPa) 및 신율(%): 실시예 및 비교예 중 대표적으로 실시예 2~4 및 비교예 1에 대하여 밀도, 인장강도 및 신율을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 상기 밀도는 ISO 845 기준에 의거하여 측정하였으며, 인장강도 및 신율은 각각 ISO 1926 기준에 의거하여 측정하였다.
(2) 압축강도(kPa) 및 영구압축률(%): 실시예 및 비교예 중 대표적으로 실시예 2~4 및 비교예 1에 대하여, 압축강도 및 영구압축률을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 상기 압축강도는 ISO 844 기준에 의거하여 측정하였으며, 영구압축률은 ISO 1856C 기준에 의거하여 측정하였다.
(3) 흡음계수: 상기 실시예 1~5 및 비교예 1 발포 성형체를 알파 캐빈(alpha cabin)에서 ISO 354 및 SAE J 2883 기준(잔향실법)에 의거하여 400~10,000 Hz의 주파수 대역에서의 흡음계수(absorption coefficient)를 측정하였으며, 각 주파수 대역에서 3회 측정된 흡음계수값을 평균하여 그 결과를 하기 표 3~4 및 도 4~5에 나타내었다.
상기 표 2의 결과를 참조하면, 실시예 2~4는 비교예 1 보다 압축강도가 우수한 것을 알 수 있었다. 하기 도 4는 실시예 2 및 비교예 1의 흡음계수 측정결과 그래프이며, 도 5는 실시예 1~5 및 비교예 1의 흡음계수 측정결과 그래프이다. 상기 표 3~4 및 도 4~5의 결과를 참조하면, 실시예 1~5는, 비교예 1 보다 발포성형체의 기공률과 흡음계수 특성이 우수한 것을 알 수 있었다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 돌출부 100: 발포비드
C: 중심축
C: 중심축
Claims (10)
- 발포 폴리프로필렌(EPP)을 포함하며, 중심축을 기준으로 외측을 향하여 돌출된 6개의 돌출부를 포함하는 발포비드이며,
상기 돌출부는 최대폭(W) 및 길이(H)가 1:2~1:5인 발포비드.
- 제1항에 있어서, 상기 발포비드는 단면직경 10~400㎛인 기포셀을 포함하는 발포비드.
- 제1항에 있어서, 상기 발포비드는 돌출부의 최대폭(W) 0.3~1.5mm 및 길이(H) 0.6~3.0mm이며, 두께가 0.01~10mm인 발포비드.
- 제1항에 있어서, 상기 발포비드는 밀도가 10~100g/L인 발포비드.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌은 프로필렌 단독 중합체; 또는 프로필렌과 에틸렌, 부텐, 펜텐, 헥센 및 옥텐 중 1종 이상의 올레핀의 공중합체;를 포함하는 발포비드.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌은 용융점 120~170℃ 및 ASTM D1238에 의거하여 측정된 용융지수(230℃, 2.16kg) 0.1~100g/10min인 발포비드.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 발포비드를 금형에 충전하여 스팀 성형하는 단계;를 포함하는 발포 성형체 제조방법.
- 제7항에 있어서, 상기 스팀 성형은 130~170℃에서 1~6 bar의 압력 조건으로 실시되는 발포 성형체 제조방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 발포비드를 이용하여 제조되는 발포 성형체.
- 제9항에 있어서, 상기 발포 성형체는 ISO 845 기준에 의거하여 측정된 밀도가 10~100 kg/m3 이고,
기공률(porosity)가 10~30% 인 발포 성형체.
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