KR100468394B1 - 충격음 저감용 고분자 발포체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반 공동주택과 같은 층간(상하 세대간)에 쓰이는 바닥재에 관한 것으로, 상층부는 폴리올레핀계 고분자 발포체 층으로 이루어지고, 하층부는 폴리우레탄계 고분자 발포체 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 충격음 저감용 고분자 발포체에 관한 것이다.

Description

충격음 저감용 고분자 발포체{Polymer foam structure for reducing impact sound}

본 발명은 바닥재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일반 공동주택용에 사용하는 충격음 저감용 고분자 발포체에 관한 것이다.

최근 들어 초고층화에 따른 철골조 투입, 슬래브 두께 감소 등과 같은 건축 구조의 변화에 따라 공동주택의 층간에 발생하는 바닥 충격음의 문제점 인식 및 이에 대한 거주자들의 요구는 더욱 증대되고 있다. 온돌 구조를 채용하고 있는 우리 나라의 경우, 습식 공법에 의한 시공방법에 의해 충격음 저감재의 적용에 있어 수분의 침투를 방지해야 하는 문제 때문에 건식 공법에 비해 제한적인 부분이 있다. 즉, 경량기포 콘크리트가 양생되는 과정에서 충격음 저감재로 인한 경량 기포 콘크리트의 균열 등의 문제를 고려한 제품이어야 한다. 현재 시공되고 있는 기존의 경량기포 콘크리트 층만으로는 부족하여 충격음 저감 특성의 부여를 위해 유리솜, 폐타이어칩 등 여러 종류의 충격음 저감재가 출시되고는 있으나, 그 적용에 있어 실효를 거두고 있는 제품은 전무한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 공동주택과 같은 건축물의 층간(상하 세대간)에 발생하는 바닥충격음의 전파 및 소음을 저감시키는 것을 목적으로 제작된 충격음 저감재를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 상층부는 폴리올레핀계 고분자 발포체 층으로 이루어지고, 하층부는 폴리우레탄계 고분자 발포체 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 충격음 저감용 고분자 발포체에 의하여 달성된다.

이에, 본 발명에서는 지금까지 충격음 저감을 목적으로 하여 시도된 재료의 장점을 살리고 시너지 효과를 가질 수 있는 구성과 구조를 도입하여 충격음 저감 특성을 가진 고분자 발포체를 개발하였다.

먼저, 고체음을 발생원인별로 분류해보면 건물 내부에서는 물체의 낙하나 이동시 또는 사람의 보행시 바닥에 가하여지는 충격에 의해 바닥 구조가 진동함으로써 발생하는 바닥 충격음이나 펌프, 송풍기, 엘리베이터 등 건축설비기계에 의한 소음, 수전류에서 생기는 진동이나 배수관에 있어서의 수류 진동에 의한 급배수 설비 소음, 창이나 문을 여닫을 때 발생하는 소음 등이 있으며, 건물 외부에서는 철도나 도로 및 건설 공사, 공장의 기계 등에서 발생된 고체음이 지반을 거쳐 거물 내부로 전달됨으로써 발생한다.

이러한 바닥 충격음의 해결책을 제시하기 위해 본 발명에서는 구조적 강성과 발포체로서의 다공질에 의한 흡차음 특성을 갖춘 폴리올레핀계 고분자 발포체와 폴리우레탄계 고분자 발포체를 병용함으로써 충격음 저감 특성은 물론 건축자재로서의 구조적 안정성까지 확보한 충격음 저감재를 개발하였다. 이를 위해 상층부/하층부의 2중 구조 혹은 상층부/중간층/하층부의 3중 적층 구조로 충격음 저감재를 제작할 수 있다. 3중 적층 구조의 경우, 상층부와 하층부는 폴리올레핀계 고분자 발포체를 사용하고 중간층은 폴리우레탄계 고분자 발포체를 사용한다. 특히 2중 적층 구조의 경우 보다 나은 특성을 위해서는 상층부를 폴리올레핀계 고분자 발포체를 사용하고, 하층부는 폴리우레탄계 고분자 발포체를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 이렇게 구성된 고분자 발포체 층간의 적층구조로 제작함으로써 충격음 저감특성과 장기 신뢰성, 내구성, 그리고 시공성에 있어 상호 보완적인 효과를 가지게 되었다.

바닥 충격음이란 물체의 낙하나 이동시 또는 사람의 보행시 바닥에 가하여지는 충격에 의해 바닥 구조가 진동함으로써 발생되는 음으로 이때 발생한 음은 극히 적은 감쇠로 여러 위치에 전달되어 구조체의 표면을 진동시킴으로써 직접 방사되는 공기음처럼 인식되는 음을 말한다. 따라서, 바닥 충격음의 발생에 관계되는 요인을 크게 나누어보면 충격원, 바닥구조, 수음실 등 3가지 영향요소로 대별할 수 있다.

일반적으로 뜬 바닥 구조는 질량이 있는 것을 탄성재로 하며 공진계의 특성을 이용하여 진동 전달을 저감시킨다. 차음 성능은 바닥 슬래브, 완충층, 뜬 바닥 층에 의해서 결정되는데, 충격음 저감재의 개발시 이러한 뜬 바닥 구조상에서의 고유 진동수를 낮추면서도 구조적 안정성을 동시에 만족시킬 수 있도록 최적화 하는 기술이 요구되며, 본 연구에서는 이의 최적점을 찾기 위해 노력하였다. 이를 위해 상층부는 연속기포구조 또는 닫힌기포 구조를 갖는 충격음 저감용 고분자 발포체 특히 폴리올레핀계 고분자 발포체를 사용하게 되는데, 밀도는 10~70kg/㎥, 발포율은 20~50배, 셀 수는 10~20 개/cm의 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.

한편, 하층부의 폴리우레탄계 발포체로는 에테르 타입을 사용하는 것을 특징으로 하며 밀도는 30~150kg/㎥, 셀 수는 30~80 개/cm인 것을 특징으로 한다. 이러한 고분자 발포체 층간의 적층 구조를 통한 충격음 저감용 고분자 복합재는 각 부분에서의 특성 및 상호간 시너지 효과를 통해 효과적인 충격음 저감은 물론 장기 신뢰성과 시공성에 있어서도 뛰어난 특성을 갖게 된다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부한 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하 본 발명에 따른 충격음 저감용 고분자 발포체의 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.

상층부는 폴리올레핀계 고분자 발포체 층을 사용하며, 충격음 저감 효과와 외부 충격으로부터의 보호, 그리고 기계적 특성의 향상을 위해 알루미늄과 PET막을 열융착하여 사용할 수 있다. 이때 고분자 발포체의 셀은 닫힌기포 구조를 갖는 것이 구조적 특성에 있어 더 안정하며, 보다 나은 특성을 위해서는 폴리에틸렌에 대하여 과산화물(DCP;dicumyl peroxide)을 사용하여 화학 가교 시키거나 폴리프로필렌에 대하여 감마선을 조사가교시켜 사용한다.

보다 구체적인 제조방법을 살펴보면, 상층부의 고분자 발포체 층은 폴리올레핀계 고분자 특히, 고내열성의 폴리프로필렌 혹은 폴리에틸렌을 가교시켜 기계적, 열적 안정성을 부여하게 되며, 보다 나은 기계적 특성과 시공 과정에서의 훼손을막고 충격음 저감 특성을 한층 더 향상시키기 위해 알루미늄 재질의 박막과 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET;polyethyleneterephthalate) 필름을 열융착 코팅하여 사용할 수 있다. 상층부의 폴리올레핀계 발포체의 경우 화학 가교시는 가교제와 발포제, 레진을 함께 믹싱한 후 시트 형상으로 뽑아내고 이후 이를 2단계로 오븐에서 가교와 발포공정을 거치게 된다. 또한, 조사 가교시는 레진과 발포제를 함께 믹싱한 후, 시트 형상으로 뽑아내고 이후 이를 전자선 조사를 통해 가교 시키고 최종적으로 오븐에서 가열하여 발포시키게 된다.

이하 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 충격음 저감용 고분자 발포체에 대한 작용 및 실시예에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 충격음 저감 작용을 살펴보면 상층부의 폴리올레핀계 고분자 발포체 층은 공기 점성에 의한 흡음 현상으로 설명할 수 있는데, 이들 다공질 재료에서는 기포 또는 섬유의 틈새에 대한 공기의 점성이 흡음 작용의 주요인 으로 되어 있다. 즉 공기의 점성에 대응하는 흐름 저항이 중요한 역할을 하고 있다. 이를 통해 내부손실/공기 점성의 복합화된 흡음 현상에 의해 바닥 충격음은 효과적으로 차단된다. 즉, 고분자 발포체 층의 뒤의 공기층을 둔 구조에서 음이 접촉되면 발포체 층은 진동하고 이때 재료의 내부 손실 등에 대항하여 진동을 지속시키기 위해서는 외부에서 에너지를 공급할 필요가 있으며 이것이 음의 흡수로 나타난다. 그러므로, 각 주파수 대역별로 대응하는 이종 재료의 접목을 통해 효과적인 충격음 저감이 이루어질 수 있도록 하고 있다.

본 발명에 따른 고분자 발포체층간의 이종 매질 적층에 따라 진동, 충격 에너지 감쇄율이 극대화되고 공진 주파수 대역의 차이에 따라 주파수 대역별로 고르게 충격음의 감쇄가 이루어지는 효과를 가져오며, 상층부와 하층부의 발포체 층은 고에너지 흡수의 가교구조에 의한 발포체 층간의 점탄성 최적화로 진동, 소음의 에너지 흡수 효과를 증대시키게 된다. 폴리올레핀계 고분자 발포체 층과 폴리우레탄계 고분자 발포체 층의 밀도 및 발포율의 조합에 따른 진동/소음의 산란, 분산 효과 극대화 및 진동가속도의 감소가 가능하고, 내부 손실에 의한 흡음 효과와 다공질의 고분자 발포체 기포 사이의 공기 점성에 기인한 저항 효과의 복합화로 충격, 소음에너지를 흡수 차단하는 효과까지 가져올 수 있다.

<실시예>

본 발명의 가장 중요한 목적이 되는 충격음 저감 특성의 부여를 위해 폴리올레핀계 고분자 발포체중 특히 폴리에틸렌 혹은 폴리프로필렌 재질의 고분자 발포체를 제작하여 2층 혹은 3층 적층구조로 하여 시험하였다. 이때 상층부의 폴리올레핀계 고분자 발포체 층은 외부로부터의 충격과 내하중 특성의 보완을 위해 알루미늄과 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 사용하여 열융착 코팅하여 사용하는 것이 효과적이다.

실시예에서 모형테스트(mock-up test)를 통해 측정된 충격음 저감재의 충격음 저감 정도를 경량 충격음과 중량 충격음에 대하여 비교, 평가하였다.

현재 충격음 저감 특성의 측정은 일본 공업규격을 받아들여 케이에스 에프(KS F) 2810으로 제정하여 사용하고 있으며, 바닥충격음 차단성능을 평가할 때 일본건축학회 및 일본공업규격에서 제안하고 있는 L곡선과 단일 평가지수인 전체음압레벨 (Overall sound pressure level) [db (A)]에 의거한 평가방법을 사용하였다. 바닥충격음은 비교적 중,고음역을 발생시키는 경량충격음 발생 장치인 태핑머신(Tapping Machine)과 저음역을 발생시키는 뱅머신(Bang Machine)을 사용하여 측정한다.

완충재를 설치하지 않거나 스티로폼이나 폐타이어 칩을 단독으로 설치한 경우, 비교예에서 보듯이 충격음 저감에 거의 효과가 없거나 경량 충격음의 1등급 저감에 불과 한 데 비해, 폴리올레핀계 고분자 발포체인 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌을 상층부로 구성하고 하층부를 폴리우레탄계 고분자 발포체로 구성하여 설치한 경우, 경량 충격음 3개 등급 저감, 중량충격음 1개 등급 저감의 효과를 나타내는 것으로 확인되었다.

건축자재로서 요구되는 충격음 저감재의 장기 신뢰성을 평가하였다. 이를 위해 먼저, 고온에서의 하중 인가에 따른 안정성을 비교하기 위해 200 ×200 ×20 (mm)의 틀을 제작한 후 충격음 저감재 시편을 그 안에 설치하고 400kgf/㎡의 하중을 14일간 인가한 후 변형 정도를 측정하였다. 또한, 충격음 저감재는 고정 하중과 적재 하중에 따른 피로를 장기적으로 견뎌낼 수 있어야 하므로, 이에 따른 평가를 위해 유압 피로 시험기를 사용하여 인가 하중은 400kgf/㎡, 주파수는 5Hz, 변위는 ±0.05mm, 반복회수는 100,000 cycles의 조건으로 하여 반복하중에 따른 시험을 진행하였다. 마지막으로 경량 기포 콘크리트의 포설에 따른 구조물로서의 충격음 저감재의 영향을 알아보기 위해 경량 기포 콘크리트를 포설한 후 충격음 저감재로의 수분 침투 유무, 양생후의 균열 여부 및 정도를 평가하였다.

평가 결과, 아래의 비교예와 실시예에서 알 수 있듯이 스티로폼과 타이어 칩의 경우 충격음 저감 특성은 물론, 장기 신뢰성의 항목인 가열 변형, 반복하중, 경량 콘크리트 안정성에 있어 취약한 특성을 나타내는데 반해 올레핀계 고분자 발포체를 적용한 적층 구조의 경우, 충격음 저감 특성에 있어 경량 충격음은 3개 등급 저감, 중량 충격음은 1개 등급을 저감시키고, 가열 변형 및 반복 하중, 경량 콘크리트 포설 후에도 구조적 안정성을 유지하고 있는 것을 확인할 수 있다.

충격음 저감용 고분자 발포체의 재료/구성에 따른 물성

	비교예1	비교예2	비교예3	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
구성	완충재없음	스티로폼	타이어칩	폴리에틸렌계단독	폴리우레탄계단독	폴리에틸렌/폴리우레탄	폴리프로필렌/폴리우레탄
경량충격음감쇄	-	-	1개등급	1개등급	2개등급	3개등급	3개등급
중량충격음감쇄	-	-	-	-	-	1개등급	1개등급
가열변형	-	0.4mm	1.7mm	1.8mm	0.8mm	2.2mm	0.8mm
반복하중	-	4.1mm	3.4mm	1.2mm	0.8mm	2.1mm	0.9mm
경량콘크리트안정성	-	크랙발생	수분침투및크랙발생	양호	수분침투및크랙발생	양호	양호

* 총제품의 두께는 10mm 기준으로 함(2층구조는 층별로 각각5mm)

상기 언급한 바와 같이 본 발명에 따른 충격음 저감용 고분자 발포체에 의하면, 상층부의 폴리올레핀계 고분자 발포체를 삼차원 망상 구조 및 열융착 코팅을 통해 충격음 저감 특성은 물론, 기계적 안정성에서도 탁월한 기능을 수행할 수 있도록 하고, 하층부의 폴리우레탄계 발포체를 통해 바닥 부분의 요철 보상 및 주파수 대역이 다른 재료를 사용하여 2중 혹은 3중 적층구조를 구현함으로써 충격음 저감은 물론 기계적 안정성, 시공성을 완벽하게 갖추었다.

Claims (5)

1. 상층부는 연속기포 또는 닫힌기포 구조를 갖고 밀도는 10~70kg/㎥, 셀 수는 10~20 개/cm, 발포율은 20~50 배를 갖는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 고분자 발포체 층으로 이루어지고, 하층부는 폴리우레탄계 고분자 발포체 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 충격음 저감용 고분자 발포체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 고분자 발포체는,

   폴리에틸렌에 대하여 과산화물계의 사용으로 화학 가교 하여, 알루미늄 박막이나 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 단독 혹은 이중으로 열융착 하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 충격음 저감용 고분자 발포체.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 고분자 발포체는,

   폴리프로필렌에 대하여는 감마선을 사용하여 조사 가교 하여, 알루미늄 박막이나 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 단독 혹은 이중으로 열융착 하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 충격음 저감용 고분자 발포체.
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