KR100963284B1 - 폴리에틸렌계 메쉬층을 포함하는 완충시트 및 이의 용도 - Google Patents

Abstract

폴리에틸렌계 메쉬를 이용한 완충시트 및 이의 용도에 관한 것으로, 상기 완충시트는 폴리에틸렌계 메쉬층의 일 면 또는 양 면 상에 보호층이 형성되어 있다. 또한, 단열, 방음 등의 기능을 부여하거나 향상시키기 위하여 상기 완충시트와 표면재층 사이에 폴리우레탄 재질의 단열재층을 접착제의 개재 없이 일체화시킨 단열완충적층시트를 형성할 수 있다. 상기 완충시트 및 단열완충적층시트는 바닥완충재 또는 내부 벽체로 적용가능하며, 접착제 사용에 의한 문제점을 방지할 수 있는 장점을 갖는다.

완충시트, 메쉬층, 단열완충적층시트, 폴리우레탄, 폴리에틸렌

Description

폴리에틸렌계 메쉬층을 포함하는 완충시트 및 이의 용도{Shock-absorbing Sheet Including Polyethylene-based Mesh, and Use Thereof}

본 발명은 폴리에틸렌계 메쉬(mesh)를 이용한 완충시트에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 폴리에틸렌계 메쉬층의 적어도 일 면에 발포 폴리에틸렌층과 같은 보호층을 적층시켜 장기간에 걸친 완충특성을 부여할 수 있는 완충시트, 이를 포함하는 단열완충적층시트에 관한 것이다.

일반적으로 공동주택의 충격음은 경량 충격음과 중량 충격음으로 나뉜다. 경량 충격음은 가벼운 물건을 떨어뜨리거나 바닥에서 의자 등을 끌 때 발생하는 충격음을 말하고, 중량 충격음은 무거운 물건이 떨어지거나 성인이 뒤꿈치로 걷거나, 아이들이 뛸 때 발생하는 충격음을 말하며, 이들 경량/중량 충격음은 최근에는 심지어 위아래 세대 간 분쟁의 원인으로 되어 사회적 문제로서 대두되고 있다. 일반적으로 경량 충격음의 경우는 종래의 일반적인 완충재로 차단효과가 있었으나, 중량 충격음의 경우는 완충재가 시공되지 않은 맨 슬래브보다, 오히려 완충재를 시공한 구조에서 차단효과가 더 떨어지는 현상이 발생하였다.

최근에는 "공동주택 바닥충격음 차단구조 인정 및 관리기준"에 의해 신축 공동주택의 경우, 의무적으로 충격음 차단구조로 시공하여야 함을 법적으로 정하고 있다. 이에 많은 완충재가 개발되고 있다. 저가의 가격경쟁력을 내세운 스티로폼 재질로 된 단열재가 완충재로 둔갑하여 대부분 시공되고 있으나, 단열성능을 법적으로 간신히 만족하고 있으며 층간소음의 방지 측면에서는 그 성능이 현저히 저하되는 단점이 있다. 또한, 일부에서는 PE(polyethylene), EVA(ethylene vinyl acetate) 등과 같은 석유화학제품을 이용하고 있으나, 일정 두께의 기존 판상형 제품을 슬라브 위에 그대로 시공하는 수준에 머물러 있어 공동주택의 바닥충격음 저감성능에 한계를 갖고 있다. 더욱이, 상술한 기술의 경우, 단열성능이 현저히 떨어져 법적 기준을 초과하고 있는 실정이며, 바닥충격음 차단성능을 확보하기 위하여 여러 기능성 층이 적층된 제품들이 개발되고 있으나, 시공 시 층 사이를 접착제로 부착시켜야 하기 때문에 시공성 및 내구성이 떨어지는 단점이 발생하는 등, 상용화가 곤란하다.

상술한 종래기술의 단점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 에어캡을 이용한 일체형 단열완충재를 개발한 바 있으나, 상기 기술의 경우 완충재층에 포함된 에어캡이 경량 및 중량 충격음의 차단 성능면에서 효과적이기는 하나, 바닥완충재에 하측으로의 반복적으로 가압될 경우, 에어캡 내의 공기가 서서히 유출되어 장기적으로는 완충 특성이 저하되는 문제점이 야기될 수 있으며, 보다 향상된 소음 차단 효과를 달성하는데 한계를 갖고 있다. 특히, 에어캡은 상대적으로 고가이므로 바닥완충재의 원가를 절감하는데 한계를 가질 수 있다.

한편, 건축물의 에너지 손실의 대부분은 벽을 통한 열 손실로부터 기인하고, 층간 방음만으로는 발생하는 소음을 완벽하게 방지할 수는 없다. 이를 고려하여, 건물에 단열 기능, 방습, 방음 등의 기능을 부여하고자 그 내벽에 벽체를 시공하는 다양한 기술이 알려져 있다. 대표적으로, 유리 섬유 및 스티로폼 재질의 내부 벽체가 알려져 있다. 유리 섬유의 경우, 불연 단열재로서 화재 발생시 화염의 확산을 효과적으로 억제할 수는 있으나, 그 자체로는 일정한 외형을 갖고 있지 않을 뿐만 아니라 일정 수준의 내압축성 등의 기계적 물성을 기대하기 곤란하고, 시공 과정에서의 취급성 면에서도 불리하다. 유리 섬유에 비하여 스티로폼 재질의 단열재가 벽체의 재질로서 사용되고 있으나, 부피를 많이 차지할 뿐만 아니라, 다수의 시공 단계를 거쳐야 하므로 시공비 및 시공시간 면에서 불리하다.

따라서, 건물의 층간 바닥완충재, 내부 벽체 등에 공통적으로 적용되고 접착제 사용에 따른 문제점을 야기하지 않으면서 요구되는 완충 기능을 부여할 수 있는 구조를 제공하는 것이 경제적으로 유리하다. 이와 함께, 접착제의 사용을 요하지 않고 폴리우레탄 층과 일체화시켜 방음 및 단열 기능 등을 부여하거나 강화할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다. 이처럼, 종래 기술의 한계를 극복하면서 바닥완충재, 내부 벽체 등에 효과적으로 적용할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.

본 발명자들은 상술한 종래 기술의 한계를 극복하고 경제적이고 효율적인 완충구조를 개발하기 위하여 지속적으로 연구한 결과, 종래에 과일 포장재 정도로 알려진 폴리에틸렌계 메쉬(또는 그물망 형태의 폴리에틸렌)의 일 면 또는 양 면 상에 보호층이 적층된 완충시트가 바닥완충재 또는 내부 벽체 용도에 적용될 수 있고, 경제성 및 완충성능(경량 및 중량 충격음의 차단) 모두에 있어서 효과적임을 발견하였다. 또한, 상기 완충시트로 이루어진 완충재층과 표면재층 사이에 발포 폴리우레탄층이 단열재층으로서 형성된 단열완충적층시트가 완충 성능뿐만 아니라, 방음 및 단열 특성이 우수하고, 일체화된 적층 구조로 인하여 시공의 용이성 및 비용절감 면에서 유리하며, 그리고 접착제 개재에 의한 층간 부착 방식이 아니라 자기 경화형의 연속 방식으로 제작된다는 점에서 생산성 및 건축물 내 공기 오염을 방지할 수 있음을 인식하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래에 활용 범위가 한정되어 왔던 폴리에틸렌계 메쉬층을 이용하여 바닥완충재 또는 내부 벽체 용도에 효과적으로 적용되는 완충시트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 완충시트를 이용하여 접착제의 개재 없이 일체화된 적층구조를 형성하여 시공이 매우 편리하고 내구성이 뛰어나 바닥단열완충재 또는 내부 벽체로서 적합한 단열완충적층시트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 접착제 개재에 의한 층간 부착 방식이 아닌, 자기 경화형의 연속 방식으로 조업됨으로써 접착제 성분에 의한 공기 오염 문제를 최소화하고 연속 공정에 따라 생산성 개선된 단열완충적층시트의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 면에 따르면,

폴리에틸렌계 메쉬층 및 상기 폴리에틸렌계 메쉬층의 일 면 또는 양 면 상에 형성된 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 완충시트가 제공된다.

본 발명의 제2 면에 따르면,

위로부터 표면재층, 단열재층 및 완충재층 순으로 형성된 일체형 단열완충적층시트로서,

상기 표면재층은 발포 폴리에틸렌층, 부직포층 또는 종이층을 포함하고;

상기 단열재층은 발포 폴리우레탄 층을 포함하며; 그리고

상기 완충재층은 폴리에틸렌계 메쉬층 및 상기 폴리에틸렌계 메쉬층의 일 면 또는 양 면 상에 형성된 보호층을 포함하는 완충시트를 포함하며,

상기 표면재층, 단열재층 및 완충재층 간에 접착제가 개재되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 단열완충적층시트가 제공된다.

본 발명의 제3 면에 따르면,

위로부터 표면재층, 단열재층 및 완충재층 순으로 형성된 일체형 단열완충적층시트의 제조방법으로서,

a) 상술한 완충시트를 포함하는 완충재층을 하부층으로서 더블 슬래트 컨베이어로 이송하는 단계;

b) 상기 이송되는 완충재층이 상기 더블 슬래트 컨베이어에 도달하기 전에 발포 폴리우레탄의 반응 원료를 완충재층 상에 공급하는 단계;

c) 발포 폴리에틸렌, 부직포 또는 종이 재질의 표면재층을 상부층으로서 상기 더블 슬래트 컨베이어 내에서 상기 반응 원료가 공급된 완충재층과 일정한 상하 간격을 두고 이송하는 단계; 및

d) 상기 완충재층 및 표면재층이 상기 더블 슬래트 컨베이어를 통과하는 동안, 상기 반응 원료를 발포 및 수지화 반응을 통하여 발포 폴리우레탄 재질의 단열재층으로 전환시키는 단계, 상기 발포 폴리우레탄은 상기 표면재층 및 완충재층 사이에서 성형 및 경화되면서 자기 접착성에 의하여 일체형 적층체를 형성함;

를 포함하며,

상기 표면재층, 단열재층 및 완충재층 간에 접착제가 개재되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 완충시트는 종래에 과일 포장재와 같은 용도로 한정되어 왔고, 상대적으로 저렴한 폴리에틸렌계 메쉬를 이용하여 바닥완충재 또는 내부 벽체로 적용 가능하다. 또한, 상기 완충시트와 표면재층 사이에 발포 폴리우레탄층이 일체적으로 형성된 단열완충적층시트는 시공이 매우 편리하고 내구성이 뛰어나 바닥단열완충재 또는 내부 벽체로서 적합하다. 특히, 상기 단열완충적층시트는 접착제의 개재 없이 연속 방식으로 제조되기 때문에 접착제 성분(포름 알데하이드, 휘발성 유기물질 등)에 의한 공기 오염 문제를 최소화할 수 있으며, 연속 공정에 의하여 생산성을 개선할 수 있다. 따라서, 향후 상용 가능성이 높다.

이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하여 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 완충시트의 적층 구조를 개략적으로 도시하는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 완충시트의 단면 구조를 도시하는 사진이다.

상기 구체예에 따른 완충시트는 폴리에틸렌계 메쉬층 또는 그물망 형태의 폴리에틸렌층(32)의 양 면에 보호층(31, 33)이 형성되어 있다. 이때, 상기 폴리에틸렌계 메쉬층과 보호층은 바람직하게는 열접착 또는 열융착에 의하여 부착되어 있다. 따라서, 층간 부착을 위하여 접착제를 사용할 필요가 없다. 상기 구체예에서는 메쉬층의 양 면에 보호층이 형성되어 있으나, 단열재 및 기존 층간단열 완충재와 함께 현장에서 별도 시공을 하는 경우에는 메쉬층의 일 면의 보호층을 생략할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 완충시트에 포함된 폴리에틸렌계 메쉬의 구조를 보여주는 사진이다.

상기 도면에 예시된 폴리에틸렌계 메쉬층의 기본적인 구성은 과일 포장 분야에서 알려져 있으며, 상대적으로 저렴한 비용으로 입수가능하다. 대표적으로는 복수의 스레드가 상호 교차하면서 연결되어 있는 형태를 들 수 있다. 상기 도면에서 예시된 예는 일정 간격을 두고 배열된 복수의 스레드(34)로 구성되어 있으며, 각 스레드는 2 방향으로, 예를 들면, 90ㅀ 이하의 각을 이루면서, 갈라져 분지된 스레드(35 및 36, 35' 및 36')를 형성한다. 각각의 분지된 스레드의 하부 또는 상부는 인접하는 분지된 스레드의 상부 또는 하부와 연결되어 있다. 예를 들면, 분지된 스레드 중 좌측 스레드(35')의 하부는 인접 분지된 스레드(36)의 상부 상에 배열되어 연결되는 한편, 우측 스레드(36')의 상부는 인접 분지된 스레드(35'')의 하부 상에 배열되어 연결되어 있다.

본 발명이 반드시 이러한 특정 형태 및 배열 구성을 갖는 메쉬로 한정되는 것은 아니지만, 상기 도면에 도시된 입체적인 메쉬는 평면적인 메쉬에 비하여 완충시트 내에 공기를 보다 많이 함유할 수 있기 때문에 완충특성 면에서 유리할 것이다.

상기 도시된 예에서 상기 폴리에틸렌 스레드(34, 34', 34'')의 두께는 바람직하게는 약 3 내지 20 ㎜, 보다 바람직하게는 약 5 내지 15 ㎜이다. 분지된 스레드의 두께는 바람직하게는 약 2 내지 10 ㎜, 보다 바람직하게는 약 3 내지 8 ㎜이다.

본 발명에 따른 완충 시트에 있어서, 메쉬 구조 중 빈 공간의 직경은 바람직하게는 약 5 내지 50 ㎜, 보다 바람직하게는 약 5 내지 30 ㎜ 범위이며, 메쉬층의 두께는 전체적으로 약 3 내지 30㎜, 보다 바람직하게는 약 5 내지 20 ㎜이다. 만약, 메쉬층의 두께가 지나치게 작은 경우에는 공기에 의한 완충 성능이 의도하는 수준까지 도달할 수 없는 반면, 지나치게 큰 경우에는 완충재의 강도 부족으로 인한 온돌 구성층으로 적용시 크랙, 침하 등의 문제점이 있을 수 있기 때문에 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 메취층의 재질로서 폴리에틸렌(특히, 발포 폴리에틸렌)이 바람직한 바, 이에 대한 예시적 기준 물성값은 하기 표 1과 같다.

[표 1]

항 목	기준 물성값
밀 도	0.020 g/㎤ 이상
인장강도	20 N/㎠ 이상
신장율	50% 이상
흡수율	4 v/v% 이하

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 폴리에틸렌계 메쉬는 바람직하게는 하기와 같이 제조될 수 있는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 약 60 내지 87 중량%의 저밀도 폴리에틸렌, 약 5 내지 30 중량%의 발포제, 약 0.5 내지 2 중량%의 가교제 및 약 3 내지 8 중량%의 기타 첨가제(예를 들면, 착색제, 보조발포제, 맥반석, 및 폴리실리카 등의 단독 또는 조합물)로 이루어진 원료를 압출 발포기에 투입하여 약 140∼180℃의 온도 조건하에서 예열시키고, 180∼230 ℃의 온도 조건 하에서 발포시켜, 이를 서로 반대방향으로 회전하고 있는 더블 다이스(dies)를 통과하여 압출시켜 메쉬 구조를 갖도록 성형한다. 이때, 더블 다이스에 있는 토출 구멍의 크기를 통하여 스레드(및/또는 분지 스레드)의 굵기를 조정할 수 있고, 또한 더블다이스의 회전속도가 빠를수록 메쉬는 촘촘해지고, 느릴수록 메쉬는 넓어지므로 이를 용도에 맞게 적절하게 조정할 수 있다.

한편, 폴리에틸렌계 메쉬층의 일 면 또는 양 면에 부착되는 보호층의 대표적인 예로서 폴리에틸렌 시트(바람직하게는, 발포폴리에틸렌 시트), 독립기포 폴리에틸렌 발포 수지, 폴리에스테르 부직포, 폴리프로필렌시트, 비드법 스티로폼, 압출법 스티로폼, 패브릭 원단 등을 들 수 있으며, 보다 바람직하게는 발포 폴리에틸렌 시트, 독립기포 폴리에틸렌 발포 수지, 폴리프로필렌시트, 비드법 스티로폼 또는 압출법 스티로폼이며, 특히 바람직하게는 발포 폴리에틸렌 시트이다. 또한, 폴리에틸렌계 메쉬층의 양 면에 보호층을 부착할 경우, 각각의 보호층을 동일 재질로 구성할 수 있으나, 경우에 따라서는 상이한 재질로 구성할 수도 있다.

상기 보호층의 두께는 바람직하게는 약 2 내지 20㎜, 보다 바람직하게는 5 내지 15㎜이다. 상기 보호층의 두께가 지나치게 작은 경우에는 시트 자체의 생산이 곤란할 뿐만 아니라, 보호층으로서의 기능을 효과적으로 발휘할 수 없는 반면, 지나치게 큰 경우에는 공간 경제상 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직할 것이다.

전술한 바와 같이, 메쉬층과 보호층은 열접착 또는 열융착 방법으로 상호 부착되는 바, 이에 대한 세부사항은 당업계에서 통상적으로 알려져 있다. 예를 들면, 연속적으로 약 150 내지 400℃에서 열풍기를 통과하거나, 가스 불꽃을 이용하여 보호층의 일 면이 약간 용융되면 즉시 메쉬층과 합지하여 압착 롤러를 통과시켜 일 면의 용융된 부분이 경화되도록 함으로써 열접착 또는 열융착될 수 있다. 이때, 완충시트의 전체 두께는 열접착(열융착)시의 가압 용융 조건에 따라, 메쉬 및 보호층 각각의 두께의 합보다 약간 작을 수도 있다.

본 발명에 따른 완충시트는 그 내부에 메쉬층을 포함하는 구조를 갖고 있으며, 롤 형태 또는 시트 형태에 관계없이 취급이 용이하다. 특히, 내부 메쉬층의 빈 공간은 공기층의 역할을 수행하는데, 과일 포장용 폴리에틸렌계 메쉬의 경우, 단독으로는 인장력 및 인열 성능이 취약하여 건축자재로는 적당하지 않으나, 본 발명에서는 메쉬층의 일 면 또는 양 면에 보호층을 형성함으로써 다층 구조의 공기층 을 형성하게 되고, 외력(예를 들면, 높은 하중)에도 견딜 수 있도록 한다. 또한, 메쉬층의 빈 공간에 존재하는 공기는 완충 효과뿐만 아니라, 층간 충격음(경량 및/또는 중량) 또는 벽간 소음의 전달을 억제하는 효과를 제공할 수 있다. 따라서, 경우에 따라서는 상술한 구조의 완충시트 단독으로 층간 바닥완충재(예를 들면, 온돌 구성층에 포함되는 완충재) 또는 벽간 내부 벽체로서 적용할 수 있음을 주목해야 한다.

본 발명에 따르면, 상기 완충시트는 다른 재질과의 접착성 및 혼용성이 좋기 때문에, 예를 들면 폴리우레탄을 직접 도포하여 발포시킬 경우, 단열, 방음 등의 효과를 부가하거나 강화할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 구체예에 따른 일체형 단열완충적층시트를 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 일체형 단열완충적층시트의 단면 구조를 도시하는 사진이다.

상기 도면에서, 표면재층(10), 단열재층(20) 및 완충재층(30)이 순차적으로 적층되어 있다. 상기 완충재층은 전술한 완충시트로 이루어져 있는 바, 폴리에틸렌계 메쉬층의 양 면 상에 보호층이 형성된 구조를 갖는다. 특히 주목할 점은 상기 표면재층, 단열재층 및 완충재층 간에 접착제가 개재되어 있지 않기 때문에 층간 접착 공정이 생략되어 시공이 간편할 뿐만 아니라, 통상 접착제에 함유된 포름알데하이드, 휘발성 유기화합물 등으로 인하여 야기되는 공기오염 문제도 방지할 수 있다.

본 발명의 다른 구체예에 따르면, 상기 완충재층(30) 상에서 단열재층(20)의 하측에 전술한 폴리에틸렌계 메쉬층(도시되지 않음)이 추가적으로 포함될 수 있다. 예를 들면, 단열재층의 하측에 매립된(embedded) 형태로 포함되어 형성될 수 있고, 발포된 상태가 보다 바람직하다. 이에 대하여는 후술하는 제조공정에서 보다 구체적으로 설명된다.

상기 표면재(10)는 폴리에틸렌(예를 들면, 발포 폴리에틸렌), 부직포 또는 종이 재질일 수 있으며, 특히 완충시트의 보호층으로서 사용 가능한 발포 폴리에티렌과 동일한 재질일 수도 있다. 이러한 표면재층은 하부의 단열재층을 외부 충격으로부터 보호할 수 있으며, 특히 발포 폴리에틸렌수지 재질이 바람직한 바, 이는 재질 특성상 화학적으로 불활성으로 변질의 우려가 없으며, 내습성 및 내화학성이 우수하여, 예를 들면 공동주택의 온돌 바닥 단열재를 구성하는 층의 재질로 특히 적합하기 때문이다. 다만, 건축물의 내부 벽체로 사용할 경우에는 부직포 또는 종이 재질로 표면재층을 구성할 수도 있다. 또한, 발포 폴리에틸렌은 매우 낮은 동탄성계수(예를 들면, KS F 2868에 따른 동탄성 계수가 약 3 내지 40 MN/㎥ 범위)를 고유특성으로 하고 있어 층간 또는 벽간 소음 및 진동 방지에 효과적이다. 이러한 발포 폴리에틸렌의 제조방법은 하기와 같이 예시될 수 있는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 주원료인 폴리에틸렌, 바람직하게는 용융 지수(melt index)가 약 0.6 내지 1g/10min, 바람직하게는 약 0.7 내지 0.9g/min의 저밀도폴리에틸렌(LDPE) 약 60 내지 87 중량%, 분해온도가 약 180 내지 185℃인 발포제 약 5 내지 10 중량%, 분해온도가 약 197 내지 203℃인 발포제 약 5 내지 10 중량%, 정포제(가교제) 약 0.5 내지 2 중량%, 및 촉매(예를 들면, KCN)를 포함하는 기타 첨가제 약 3 내지 8 중량%를 배합하여 약 160 내지 240℃로 예열한 다음, 약 180 내지 260℃에서 발포 성형된다.

차음성능 및 표면강도를 고려하여 표면재층의 두께는 바람직하게는 약 2 내지 20㎜, 보다 바람직하게는 약 5 내지 15 ㎜ 범위이다. 표면재층의 두께가 지나치게 작은 경우에는 외부 충격에 취약할 뿐만 아니라 동탄성계수가 높아져 충격음 저감성능이 저하되는 반면, 지나치게 큰 경우에는 공간 활용 면에서 불리하므로 전술한 두께 범위를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 구체예에 있어서, 상기 단열재(20)는 폴리우레탄, 특히 발포 폴리우레탄으로 이루어진다. 폴리우레탄은 하이드록실기를 포함하는 폴리올 및 이소시아네이트(-NCO)의 반응과 발포제와 이소시아네이트(-NCO)의 반응에 의하여 형성되는 우레탄 결합을 포함하는 고분자로서 독립기포율이 높아서 물을 거의 흡수를 하지 않으며, 열전도율이 낮아 매우 우수한 단열특성을 나타낸다.

도 6은 본 발명에 따른 일체형 단열완충적층시트를 제조하는 공정의 일 구체예를 개략적으로 도시하는 도면이다.

상기 도면에 따르면, 단열재 제조용 원료는 2액형으로 구성된다. 즉, 폴리올계 화합물의 원료 탱크 및 이소시아네이트계 화합물의 원료 탱크를 별도로 배치한다. 또한, 별도의 탱크에 세척제, 예를 들면, 메틸렌 클로라이드(Methylene Chloride; MC)가 저장되어 있다. 상기 세척제는 작업 종료 후에 원료 투입 라인 및 혼합 헤드에 남아 있는 우레탄 반응물을 제거하기 위한 것으로, 도시된 바와 같이 별도의 세척제 라인으로 구성하는 이유는 세척제를 폴리올계 화합물 및/또는 이소시아네이트계 화합물과 혼합할 경우에는 세척제로서 작용하지 못하고 보조 발포제의 역할을 하기 때문에 경화 지연, 후 발포, 경화 후 수축 등의 문제를 야기할 수 있음을 고려한 것이다.

한편, 상기 폴리올계 화합물의 대표적인 예는 폴리프로필렌글리콜(PPG)과 같이 에테르기가 반복적으로 결합되어 있는 폴리에테르계 폴리올 및 에스테르기가 반복적으로 결합되어 있는 폴리에스테르계 폴리올이다. 상기 폴리올계 화합물을 단독으로 또는 배합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 폴리올계 화합물의 분자량은 약 300 내지 20,000이며, 수산기 함량은 약 30 내지 500 KOH 수준이다.

또한, 이소시아네이트계 화합물로서는 대표적으로 디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-Diphenylmethane diisocyanate; MDI)류가 사용될 수 있다. MDI는 통상적으로 아닐린 및 포름알데히드가 축합되어 생성되는 디페닐메탄디아민(MDA)에 포스겐을 처리하여 얻어지는 물질이며, 이를 정제하면 Crude MDI로 분리된다. 모노머릭 MDI는 상온에서 백색 고체이기 때문에 카르보디이미드 변성 MDI 혹은 우레톤이민 변성 MDI와 같은 액상으로 변성시켜 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 상온에서 액체인 폴리머릭 MDI, Crude MDI 등을 사용하는 것이 바람직한 바, 특히 분자량이 약 3,000 내지 5,000, 평균 관능기 수가 약 2 내지 3이고, 점도(25℃)는 약 150 내지 300 cps, 그리고 NCO% 함량이 약 20 내지 40인 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 폴리올계 화합물 탱크에 우레탄 촉매 (예를 들면, 아민계 및/또는 금속계 촉매), 화학적·물리적 발포제(및 보조 발포제), 정포제(surfactant), 기타 첨가제(난연제, 사슬 이동제 등) 성분 등을 투입하여 혼합 저장한다.

우레탄 촉매는 특별히 제한되는 것은 아니며, 2급 또는 3급 아민 화합물(예를 들면, DMEA, TEDA, DMCHA, TMCHA 등), 유기 금속계 촉매 등과 같이 통상적인 종류를 사용할 수 있다. 특히, 요구 특성에 따라 2종 이상의 촉매를 조합하여 사용할 수 있다.

발포제는 수지 반응 중 기포를 발생시키는 성분으로서 화학적 발포제인 물(이소시아네이트와 반응하여 이산화탄소를 발생시킴)이 주발포제로 사용될 수 있고, 보조 발포제로는 수지 반응에는 참여하지 않고 반응열에 의하여 기화되어 기포를 형성하는 성분, 예를 들면 염화불화탄소계인 CFC-11, HCFC-141b, C-Pentane, HFC류 등이 선택적으로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 보다 친환경적 성분인 HCFC-141b, C-Pentane, HFC류 등이 사용될 수 있다.

정포제는 계면활성제로서 발포 폴리우레탄 내의 셀 구조를 고려하여 적절하게 선정될 수 있으며, 이의 구체적인 예로는 실리콘계 정포제(예를 들면, OSI 사의 제품명 L-5420, L-6900) 등이 있다.

이외에도, 난연제는 요구되는 수준을 고려하여 적절한 량으로 사용 가능한 바, 주로 인계 난연제(예를 들면, TCPP, TCEP, Phosphorus ester 등)를 사용할 수 있다.

상기 구체예에서 폴리올계 화합물 탱크 내의 원료는 예를 들면, 폴리올계 화 합물 100 중량부에 대하여, 우레탄 촉매 약 0.1 내지 2 중량부, 발포제(보조 발포제 포함) 약 15 내지 40 중량부, 정포제 약 1.0 내지 2 중량부 및 난연제 약 8 내지 15중량부를 포함하도록 조성할 수 있으며, 이외에도 디올 또는 디아민과 같은 2 관능성의 사슬 이동제 등을 적절한 량으로 추가 사용할 수 있다. 또한, 각각의 원료 탱크는 바람직하게는 약 15 내지 30℃, 보다 바람직하게는 약 20 내지 25℃로 유지된다.

상기 구체예에 따르면, 더블 슬래트 컨베이어는 도시된 바와 같이 상하에 걸쳐 컨베이어가 설치되어 2개의 롤로부터 각각 공급되는 상부층으로서의 표면재층(10) 및 하부층으로서의 완충재층(30)이 일정한 속도로, 그리고 동일한 속도로 이송되도록 구동된다. 이때, 롤로부터 완충재층(30)을 더블 슬래트 컨베이어로 연속적으로 이송하는 과정 중 원료 교반 토출기로부터 폴리우레탄의 반응 원료를 먼저 완충재층 상에 토출하고, 표면재층(10)을 더블 슬래트 컨베이어 내에서 반응 원료와 함께 이송되는 완충재층(30)과 일정한 간격을 유지하면서 이송된다.

한편, 각각의 원료 탱크로부터 폴리올계 화합물 및 이소시아네이트계 화합물은 원료 교반 토출기에서 혼합되는데, 바람직하게는 각 탱크에 구비된 정량 펌프(도시되지 않음)를 사용하여 원하는 량만큼 독립적으로 원료 교반 토출기로 공급한다. 이때, 폴리올계 화합물 및 이소시아네이트계 화합물의 사용량의 비(중량비)는 바람직하게는 약 1 : 1 내지 1 : 3, 보다 바람직하게는 약 1 : 1 내지 1 : 1.5로 조절한다. 상술한 사용량의 비율은 폴리올의 특성, 계절의 차이, 요구되는 제품 경도의 차이 등을 고려하여 적절하게 선택된다. 상기 원료 교반 토출기 내부에는 혼합기(mixer)가 구비되어 있어, 바람직하게는 약 750 내지 4000 rpm, 보다 바람직하게는 약 1500 내지 3500 rpm의 속도로 회전하는 교반기 헤드를 통과하면서 반응물 성분이 서로 혼합되도록 한다.

상술한 과정을 통하여, 단열재층용 폴리우레탄의 원료 혼합물은 더블 슬래트 컨베이어 내에서 일정한 간격을 두고 이송되는 표면재층(10)과 완충재층(30) 사이에 위치하게 된다.

토출되는 반응 원료의 량은 2개의 층 사이의 공간이 차지하는 부피, 표면 마감재 층 또는 표면재 층의 이송 속도 등을 종합적으로 고려하여 결정될 수 있으나, 일단 토출량이 정하여지면 제품 균일성을 위하여 균일한 량으로 공급되는 것이 바람직하다. 또한, 2개의 롤로부터 각각 공급되는 표면재층(10) 및 완충재층(30), 특히 표면재층은 이동 중 표면에 주름이 발생되지 않도록 충분한 장력을 유지하는 것이 바람직하다.

일정 간격을 두고 이동하는 상부 층과 하부 층 사이에 위치하는 반응 혼합물은 더블 슬래트 컨베이어를 통과하는 동안, 발포 반응(물과 이소시아네이트계 화합물의 반응에 의하여 이산화탄소 및 열이 발생되고, 발생된 열에 의하여 보조 발포제가 기화되어 연속 라인 상에서 발포됨) 및 수지화 반응을 통하여 부풀어올라 상부 층인 표면재층(10)과 하부층인 완충재층(30) 사이에서 일정한 두께(즉, 2개의 층 사이의 공간)로 성형되면서 경화된다. 상기 반응의 총 시간은 약 1 내지 3분으로 유지하고, 반응 온도는 약 20 내지 120℃로 유지하는 것이 바람직하다.

물과 이소시아네이트계 화합물의 반응에 의하여 이산화탄소 및 열이 발생되 고, 발생된 열에 의하여 보조 발포제가 기화되어 연속 라인 상에서 발포된다. 발포된 폴리우레탄이 경화되면서 발생하는 자기 접착력에 의하여 표면재층(10) 및 완충재층(30)에 부착되어 일체화되므로 별도의 접착제를 사용할 필요가 없다.

상기 단열재층의 두께는 용도(예를 들면, 바닥단열완충시트 또는 단열완충내부벽체), 요구되는 단열 및 차음 성능, 공간 활용성 등을 종합적으로 고려하여 조절되는 바, 전형적으로는 약 5 내지 100㎜, 보다 전형적으로는 약 10 내지 40㎜ 범위이다.

상기와 같이 메쉬층을 포함하는 완충재층(30), 폴리우레탄 단열재층(20), 표면재층(10)이 순차적으로 적층, 경화된 상태로 더블 슬래트 컨베이어를 통과한 후, 전형적으로는 전동식 자동 재단기에 의하여 측면 및 단면을 일정한 규격으로 재단하여 완제품을 형성할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 구체예에 따르면, 전술한 바와 같이,

단열완충적층시트의 제조 시, 완충재층(30) 상에서 단열재층(20)의 하측에 전술한 폴리에틸렌계 메쉬층(도시되지 않음)이 추가적으로 포함될 수 있다. 즉, 상술한 발포 과정에서 폴리에틸렌계 메쉬를 이송되는 완충재층 상에 공급하는데, 이 경우 우레탄 원료가 상기 폴리에틸렌계 메쉬의 공간을 메워주면서 발포반응이 일어나게 된다. 이때, 우레탄의 발포 반응 시 발생되는 열에 의하여 열가소성 수지인 폴리에틸렌계 메쉬의 재질에서도 발포가 일어나게 되어 기공이 추가적으로 형성될 수 있다. 따라서, 추가적인 방음 특성을 부여할 수 있다.

이처럼, 본 발명에 따른 단열완충적층시트는 층간 바닥단열완충재 또는 벽간 단열완충내부벽체로서 적용 가능하다. 특히, 발포 반응에 의하여 형성되는 폴리우레탄 단열재층은 하부의 완충재층에 포함되어 있는 메쉬층의 미세한 형상에 따라 성형 및 경화되므로 상부로부터 전달되는 하중을 매우 효과적으로 분산시켜 메쉬층을 안정적으로 유지할 수 있도록 한다. 실제 바닥재의 현장 시공 시 후속공정을 위하여 시공자들이 바닥 단열완충재를 밟고 다니는데, 본 발명의 단열완충적층시트는 이와 같은 경우에도 메쉬층이 보호될 수 있다. 즉, 본 발명의 제조방법에 의한 일체형 단열완충적층시트는 외부 요인에 의한 성능저하를 방지할 수 있다. 더욱이, 종래의 바닥완충재의 두께(예를 들면, 약 20 내지 120㎜)로 생산이 가능하며, 종래 시판되는 제품에 비하여 벽간 소음 또는 층간 바닥충격음 저감성능, 그리고 단열성능은 우수하면서, 대량생산이 용이한 장점을 갖는다.

또한, 종래의 바닥완충재 또는 내부벽체는 적층구조를 일체화하기 위하여 시공 시 접착제를 사용하여야 하므로 포름알데히드, 휘발성 유기화합물 등의 발생하거나, 이를 방지하기 위하여 적층구조의 각 층을 별도로 시공해야 하는 시공상의 곤란성이 존재하였다. 그러나, 본 발명의 완충시트, 또는 단열완충적층시트는 접착제의 개재 없이 일체형으로 제조되므로, 간단하게 시공할 수 있으며, 일반적인 휴대용 칼로 쉽게 재단되므로 공동주택의 내부 구조에는 상관없이 가장자리까지 현장에서 쉽게 재단하여 시공할 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 명확히 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적에 불과하며 발명의 영역을 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1

완충시트의 제조

발포 폴리에틸렌층은 하기와 같이 제조되었다:

용융 지수가 약 0.8g/10min인 무색투명의 저밀도 폴리에틸렌(제품명: FB0800) 80 중량부, 발포제(UNICELL D1500PE) 9 중량부, 발포제(UNICELL D1500TSK) 9 중량부, 가교제(DCP) 1중량부 및 촉매(KCN) 1중량부를 배합하여, 200℃의 예열 과정을 거친 후에 220℃에서 발포시켜 발포 폴리에틸렌 층을 제조하였다. 상기 발포 폴리에틸렌 층이 하기 표 1에 기재된 실제 공정 규격을 만족하는지 평가하였다.

과일 포장용으로 시판 중인 폴리에틸렌계 메쉬의 양 면에 발포 폴리에틸렌층를 700℃의 가스 불꽃 하에서 열 접착하여 3층 구조의 완충시트를 제작하였으며, 하기 표 2에 기재된 설정된 공정 규격을 만족하는지 확인하였다.

[표 2]

	발포 폴리에틸렌층	완충시트
두께(㎜)	5ㅁ1(5)	12ㅁ3(12.2)
밀도(g/㎤)	최소 0.020(0.031.)	최소 0.015(0.031)
인장강도(N/㎠)	최소 20(40)	최소 20(40)
신장율(%)	최소 50(100)	최소 50(100)
흡수량(g/100㎠)	최대 4(0.1)	최대 4(0.1)

상기 표에서, 실제 측정값을 괄호로 표시하였다. 측정 결과, 상기 발포 폴리에틸렌층 및 완충시트는 설정된 규격을 모두 만족하고 있음을 확인하였다.

실시예 2

단열완충적층시트의 제조

실시예 1에서 제조된 발포 폴리에틸렌층 및 완충시트를 각각 표면재층 및 완충재층으로 사용하여 도 6에 도시된 공정에 따라 단열완충적층시트를 제조하였다. 본 실시예에서 단열재층의 제조를 위한 각 탱크 별 원료 조성, 및 공정 조건은 하기와 같다.

- 폴리올계 화합물 탱크 내의 원료 조성(유지온도: 22℃)

폴리에테르 폴리올 (수산기: 200∼500 KOH) 90 중량부

폴리에스테르 폴리올 (수산기: 150∼300 KOH) 10 중량부

아민계 촉매 (DMEA) 1.1 중량부

금속촉매 (T-45) 0.7 중량부

발포제로서 물 1 중량부

보조발포제 (HCFD-141b) 30 중량부

정포제 (L-6900) 1.8 중량부

난연제 (TCPP) 12 중량부

- 이소시아네이트계 화합물 탱크 내의 원료 조성(유지온도: 22℃)

MDI (NCO% 함량: 31.5, 점도(25℃) 170∼250 cps) 200 중량부

정량 펌프를 이용하여 폴리프로필렌글리콜:MDI의 중량비를 1:1.5로 조절하면서 원료 교반 토출기로 공급하였다. 상기 원료 교반 토출기는 성원 ENG 사의 혼합기(토출 압력 약 2kgf/㎠)로서 그 내부에 구비된 혼합기 내에서 약 3500 rpm으로 교반하면서 반응 원료 혼합물을 분당 1500g의 속도로 토출하도록 하였다. 2개의 SUS 재질 롤러(직경: 15㎝) 컨베이어를 이용하여, 하부층인 완충재층(두께: 12㎜)을 공급하고, SUS 재질의 롤(직경: 15㎝)을 이용하여 상부층인 표면재층(두께: 5㎜)을 공급하였다. 이때, 더블 슬래트 컨베이어에서는 표면재층 및 완충재층을 각각 5m/min의 일정한 속도로 이송하였으며, 표면재층과 완충재층 사이의 간격은 약 30㎜가 되도록 하였다. 상기 더블 슬래트 컨베이어 상하 사이의 온도는 40℃로 조절하였고, 발포 및 경화 반응의 총 시간은 약 2분이 되도록 조절하였다. 반응 결과 얻어진 3층의 표면재층-단열재층-완충재층의 적층시트를 자동 재단기(성원 ENG사 제작)를 사용하여 재단하였다.

상기 재단된 단열완충적층시트의 물성을 측정하였으며, 본 출원인에 의하여 이미 시도된 바 있는 종래 기술과의 대비를 위하여 폴리에틸렌계 메쉬 대신에 에어캡을 사용한 단열완충적층시트의 물성을 측정하여 대비한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[표 3]

항 목	본 발명	종래 기술
바닥충격음(경량)	1급	1급
바닥충격음(중량)	2급	3급
동탄성 계수	8	10
압축변형(2톤/1㎥)	2㎜	3㎜

상기 표에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 단열완충적층시트는 종래 기술에 비하여 우수한 완충성능을 나타내었다. 특히, 현재 일반적으로 사용되는 기술과는 달리, 일체형의 적층 구조의 형성을 위하여 별도의 접착제 또는 접착 몰탈의 사용을 요하지 않는다. 따라서, 종래의 바닥단열완충재 또는 내부 벽체로서 광범위하게 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 완충시트의 적층 구조를 개략적으로 도시하는 사시도이고,

도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 완충시트의 단면 구조를 도시하는 사진이고,

도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 완충시트에 포함된 폴리에틸렌계 메쉬의 구조를 보여주는 사진이고,

도 4는 본 발명의 다른 구체예에 따른 일체형 단열완충적층시트를 개략적으로 도시하는 도면이고,

도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 일체형 단열완충적층시트의 단면 구조를 도시하는 사진이고, 그리고

도 6은 본 발명에 따른 일체형 단열완충적층시트를 제조하는 공정의 일 구체예를 개략적으로 도시하는 도면이다.

<도면 부호에 대한 설명>

10: 표면재층 20: 단열재층

30: 완충재층 31, 33: 보호층

32: 메쉬층 34, 34', 34'': 스레드

35, 35', 35'': 분지된 스레드 36, 36', 36'': 분지된 스레드

Claims (7)

1. 위로부터 표면재층, 단열재층 및 완충재층 순으로 형성된 바닥단열완충재용 또는 내부 벽체용 일체형 단열완충적층시트로서,

   상기 표면재층은 발포 폴리에틸렌층, 부직포층 또는 종이층을 포함하고,

   상기 단열재층은 발포 폴리우레탄층을 포함하며, 그리고

   상기 완충재층은 폴리에틸렌계 메쉬층 및 상기 폴리에틸렌계 메쉬층의 일 면 또는 양 면 상에 형성된 보호층을 포함하는 완충시트를 포함하며,

   상기 완충시트의 보호층은 발포 폴리에틸렌 시트, 독립기포 폴리에틸렌 발포 수지, 폴리에스테르 부직포, 폴리프로필렌시트, 비드법 스티로폼, 압출법 스티로폼, 또는 패브릭 원단 재질이고, 상기 폴리에틸렌계 메쉬층과 상기 보호층은 열접착 또는 열융착에 의하여 상호 부착되어 있으며, 그리고

   상기 단열재층은 발포 폴리우레탄의 경화에 따른 자기 접착성에 의하여 상기 표면재층 및 완충재층에 부착되고,

   상기 폴리에틸렌계 메쉬층은 복수의 폴리에틸렌계 스레드가 상호 교차하면서 연결되는 형태로서, 이때 각 스레드는 2 방향으로 갈라져 분지 스레드를 형성하되 상기 분지 스레드의 하면(또는 상면)은 다른 스레드로부터 갈라진 인접하는 분지 스레드의 상면(또는 하면)과 연결되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 단열완충적층시트.
2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌계 메쉬층 및 상기 보호층의 두께는 각각 3 내지 30㎜ 및 2 내지 20㎜인 것을 특징으로 하는 단열완충적층시트.
3. 제1항에 있어서, 상기 표면재층 및 단열재층의 두께는 각각 2 내지 20㎜ 및 5 내지 100㎜인 것을 특징으로 하는 단열완충적층시트.
4. 제1항에 있어서, 상기 표면재층은 발포 폴리에틸렌층을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열완충적층시트.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 완충재층 상에 폴리에틸렌계 메쉬층이 상기 단열재층의 하측에 매립된 형태로 더 포함되어 형성된 것을 특징으로 하는 단열완충적층시트.
6. 삭제
7. 삭제

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