난연성 폴리아크릴로니트릴 고분자 섬유 및 복합소재 연구 동향

김종호,구본철 한국복합재료학회 2019 Composites research Vol.32 No.6

Development of flame retarding polymer based materials has been studied actively due to the increase in use of polymers. The post treatment of manufactured fibers or the introduction of flame retardant into fibers is representative method for the way to improve the flame retardancy. Among the polymers, polyacrylonitrile (PAN), which is a precursor of carbon fiber, has been widely used for clothes. Due to low flame retardancy of PAN fiber (LOI value: 17~18%), the improvement of flame retardancy of PAN fiber is needed. In this review paper, we report preparation methods for the fabrication of post-treated (oxidization or chemical reaction) flame-retarding PAN fibers and composites composed of PAN and organic/inorganic materials (SiO2, 2D materials or CNT) 고분자 재료의 사용이 늘어남에 따라 난연성 고분자 재료에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다. 고분자 재료의 난연성 향상을 위한 방법으로 제조된 섬유의 후처리 또는 섬유내 난연제의 도입에 관한 연구가 진행되고 있다. 많은 고분자들 중 탄소섬유 전구체인 폴리아크릴로니트릴(PAN)은 의류용으로도 많이 사용되고 있어서 낮은 난연성을 지닌 PAN으로 이루어진 소재의 난연성 향상이 절실히 요구되고 있다. 본 총설 논문에서는 PAN 섬유의 후처리(안정화 또는 화학반응)을 통한 난연성 PAN 섬유와, 유/무기 소재(실리카, 2차원 소재, 탄소나노튜브)과 함께 혼합하여 섬유로 제조하는 난연성 PAN 복합소재의 제조에 대한 연구를 소개하고자 한다.

할로겐프리 인계 난연 폴리우레탄 수지의 합성 및 난연 라미네이팅 원단 제품 응용

오경택,김민수,한기섭,김종찬,이병천,김문정,이정순 한국생활과학회 2022 한국생활과학회지 Vol.31 No.3

The purpose of this study is to design a halogen-free, phosphorus flame retardant polyurethane resin composition formulation possessing suitable mechanical properties for use. The flame-retardant performance of the laminating fabric, to which the synthesized flame-retardant polyurethane resin composition of optimal conditions was applied, was confirmed. Through Fourier-transform infrared spectroscopy analysis, it was possible to confirm the specific peak of the urethane reaction and the flame-retardant polyurethane resin. As the amount of phosphorus-based flame-retardant polyol increased, the elongation and tensile strength decreased. As the content of the chain extender increased, the tensile strength increased but the elongation decreased. The content of the flame retardant polyol and the molar ratio of the chain extender and the diisocyanate were kept constant, and the molar ratio of the low molecular weight polyol to the high molecular weight polyol was adjusted. As a result, a phosphorus polyurethane possessing appropriate mechanical properties and excellent flame retardancy with a tensile strength of 432kg/ and an elongation of 423% was synthesized. In addition, when dimethylacetamide was used instead of dimethylformamide as a solvent, similar levels of physical properties were observed, confirming the applicability of an eco-friendly solvent. The flame retardancy of the triple-laminated fabric for safety protective clothing applied with the newly developed flame-retardant polyurethane resin and the triple-laminated fabric for wall coverings met the standards of flame retardant products. 본 연구의 목적은 사용하기에 적합한 기계적 특성을 갖는 무할로겐 인계 난연성 폴리우레탄 수지 조성물 제형을 설계하는 것이다. 합성된 최적 조건의 난연성 폴리우레탄 수지 조성물을 적용한 라미네이팅 원단의 난연성능을 확인하였다. FT-IR 분석을 통해 제조된 폴리우레탄 수지는 우레탄 반응이 잘 일어나고 인계 난연성 폴리우레탄 수지가 잘 합성됨을 확인하였다. 인계 난연 폴리올의 함량이 증가할수록 신도 및 인장강도는 감소하였다. 사슬연장제의 함량이 증가할수록 인장강도는 증가하나 신도는 감소하였다. 난연성 폴리올의 함량 및 사슬연장제와 디이소시아네이트의 몰비는 일정하게 유지하였고, 저분자량 폴리올 대 고분자량 폴리올의 몰비를 조절하였다. 그 결과, 인장강도 432kg/ 및 신율 423%로 적절한 기계적 물성과 우수한 난연성을 갖는 인 폴리우레탄을 합성하였다. 또한 친환경 용매인 DMAc/MEK를 사용할 수 있음을 확인하였다. 개발된 난연성 폴리우레탄 수지를 적용한 안전보호복 3중적층원단과 벽지용 3중적층원단의 난연성은 난연제품의 기준을 만족하였다.

인/실리콘 함유 난연성 에폭시 수지의 제조 및 물성

김창헌,하도영,이영희,이동진,김한도 한국청정기술학회 2017 청정기술 Vol.25 No.4

To obtain epoxy resin with permanently attached flame-retardant groups, phosphorus compound containing di-hydroxyl group [10-(2,5-dihydroxyphenyl)-9,10-dihydro-9-oxa-10-phospha phenanthrene-10-oxide, DOPO-HQ] and silicone compound containing di-hydroxyl group (polydimethylsiloxane, hydroxyl terminated, PDMS) were reacted with uncured epoxy prepolymer (diglycidyl ether of bisphenol A, DGEBA) and then cured using 4,4-diaminodiphenylmethane (DDM) as a crosslinking agent. The properties of the resulting epoxy materials were characterized using Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer, differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), limiting oxygen index (LOI) test/vertical burning test (UL 94-V test), tensile properties test and impact test. This study examined the effect of phosphorus/silicone compound contents on the thermal/mechanical properties and flame retardancy of cured epoxy resins containing phosphorus and silicone compounds. It was found that the thermal/mechanical properties of epoxy resins containing phosphorus and silicone components were higher than those of simple epoxy resin. The flame-retardancy (LOI: 29.9 ~ 31.8% and UL 94-V: V-0) of all samples containing phosphorus compound and phosphrous compound/silicone compound was found to be passed the flame-retardant requirements (LOI: > 30%, UL 94-V: V-0) of LOI and vertical burning tests. However, the flame 영구적 난연성기를 함유한 에폭시 수지를 얻기 위하여, 본 연구에서는 디하이드록시를 함유한 인 화합물[10-(2,5-dihydroxyphenyl)- 9,10-dihydro-9-oxa-10-phospha phenanthrene-10-oxide, DOPO-HQ]과 디하이드록시를 함유한 실리콘 화합물(polydimethylsiloxane, hydroxyl terminated, PDMS)를 경화하지 않은 에폭시 프리폴리머(diglycidyl ether of bisphenol A, DGEBA)와 반응시킨 다음, 경화제(4,4-diaminodiphenylmethane, DDM)를 사용하여 경화반응 시킨 에폭시 수지를 제조하였다. 제조된 에폭시 수지의 각종 특성을 적외선 분광분석기(FTIR), 시차주사열량기(DSC), 열중량 분석기(TGA), 한계산소지수(LOI)/수직 연소 시험(UL 94-V test), 인장 및 충격 시험을 이용하여 분석하였다. 그리고 사용한 인 및 실리콘 화합물의 함량이 에폭시 경화물의 열적/ 기계적 성질 및 난연성에 미치는 영향을 조사하였다. 인 및 실리콘 성분이 함유된 에폭시 수지의 열적 및 기계적 물성이 단순 에폭시 수지의 물성에 비교하여 크게 향상되었다는 것을 알 수 있었다. 그리고 인 및 실리콘을 함유한 모든 에폭시 수지는 29.9 ~ 31.8%의 LOI 및 V-0 수준의 UL 94-V로 난연성 기준(LOI: 30% 이상, UL 94-V: V-0)을 통과한 반면, 단순 에폭시 수지는 LOI: 21.4% 및 UL 94-V: no rating으로 난연성 기준에 크게 못 미치는 것을 알 수 있었다.

인/실리콘 함유 난연성 에폭시 수지의 제조 및 물성

김창헌(Chang-Heon Kim),하도영(Do-Young Ha),이영희(Young Hee Lee),이동진(Dong-Jin Lee),김한도(Han-Do Kim) 한국청정기술학회 2017 청정기술 Vol.23 No.4

코팅 내 바인더 가교를 통한 리튬이온전지용 난연성 확보 분리막 연구

노영준,전현규,진다희,김상헌,이용민 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1

스마트폰, 노트북 등의 소형 디바이스 뿐만 아니라 전기자동차, ESS등의 대형 디바이스까지 리튬이온전지의 적용분야는 넓어지고 있으며, 전지의 규모가 커짐에 따라 안전사고가 발생하였을 때 일어나는 전지 폭발의 위험성이 더욱 주목받고 있다. 이러한 위험성을 줄이고자 전지의 폭발 사고의 문제를 완화하기 위해 높은 내열 특성을 가진 세라믹 코팅 분리막은 선택이 아닌 필수로 자리잡고 있다. 그러나, 높은 내열 특성은 직접적인 화재 발생시에는 그 역할을 수행할 수 없어 더욱 개선된 안전성 확보 방법에 대한 연구가 이뤄져야 한다. 본 연구에서는 안전성을 확보하기 위해 폴리올레핀계 분리막에 난연성을 부여하여 발화시 분리막에 점화가 일어나지 않는 연구를 진행하였다. Inorganic polyhedral oligomeric silsesquioxane with epoxy functional end groups (ePOSS)의 난연성 물질과 PVdF-HFP를 통한 세라믹 코팅을 진행하여, 폴리올레핀 계 분리막에서 볼 수 없었던 난연성을 가진 세라믹 코팅 분리막을 얻을 수 있었으며, 내열성 역시 우수하였다. 또한, 전기화학적 성능 역시 기존 분리막과 동등 또는 다소 우위의 결과를 나타냄을 보고한다.

무기계 물질을 첨가한 난연성 종이의 제조

김윤아,김석조,이채연,서동철,임계규,임대우 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.0

최근 다양한 분야에서 종이를 이용한 친환경 제품이 사용되고 있으며, 용도에 따라종이에 다양한 기능을 부여하기 위한 연구가 진행 되고 있다. 본 연구에서는 삼산화안티몬, 수산화마그네슘, 붕산아연 등의 무기계 물질을 첨가하여 종이의 난연성을 향상시켰다. 난연성 효과는 Air 분위기에서 100°C, 150°C, 200°C, 300°C의 온도에서 소성하는 방법으로 진행하였다. 특히 150°C, 200°C에서 무기계 물질이 첨가된 경우와 아닌 경우의 난연 효과 차이가 확실히 나타나는 것을 확인 할 수 있었다.

유·무기 복합 소재의 가교에 의한 내열/난연 특성을 갖는 세라믹 코팅 분리막

노영준,전현규,진다희,유명현,이용민 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-

리튬이온전지는 스마트폰, 노트북 등의 소형 디바이스를 넘어 전기자동차, ESS등의 대형 디바이스까지 적용분야를 넓혀가고 있다. 하지만 전지의 규모가 커짐에 따라 전지에서 발생하는 안전사고의 위험성이 더욱 주목받고 있다. 전지의 안전성을 확보하기 위한 방법으로 높은 내열 특성을 가져 열 수축을 방지할 수 있는 세라믹 코팅 분리막이 널리 사용되고 있다. 그러나, 높은 내열 특성은 직접적인 화재 발생시에는 그 역할을 수행할 수 없어 더욱 개선된 안전성 확보 방법에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 폴리올레핀계 분리막에 난연성을 부여하여 발화시 분리막에 점화가 일어나지 않는 연구를 진행하였다. 유/무기 특성을 갖는 Inorganic polyhedral oligomeric silsesquioxane with epoxy functional end groups (ePOSS)는 우수한 난연성 물질이며, UV조사를 통해 가교가 가능하다. 이를 바인더로 이용하여 세라믹 코팅을 진행, 폴리올레핀 계 분리막에서 볼 수 없었던 난연성을 가진 세라믹 코팅 분리막을 얻을 수 있었으며, 내열성 역시 우수하였다. 또한, 전기화학적 성능 역시 기존 분리막과 동등 또는 다소 우위의 결과를 나타냄을 보고한다.

중도절단 데이터를 포함한 혼합물 재료의 강건성 확보 실험연구 사례

변재현,정춘식,김동학,박규환 한국품질경영학회 2019 한국품질경영학회 학술대회 Vol.2019 No.-

본 연구는 전선 피복용 소재 개발에 관한 것이다. 종래의 일반적인 케이블 난연 피복 소재는 화재 시 수산화 산과 부식성 가스가 혼합되어 할로겐 성분을 유출하는 문제점이 있다. 이 성분은 우수한 난연성을 갖지만 소각 시 다이옥신 및 다이퓨란 등의 유독물질을 발생시키고 인간의 신체에 장기간 축적되어 환경 호르몬 문제를 유발한다. 이에 따라 할로겐 원소가 첨가되지 않은 친환경 난연 소재를 개발하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 핸드폰 충전기 케이블에 입힐 친환경 난연 소재를 개발함에 있어서 실험계획 방법을 이용하고자 한다. 본 연구를 시작하기 전 시점까지는 개발된 소재가 고객요구사항 중 난연성을 제외한 나머지 물성은 모두 합격 판정을 받았다. 이러한 난연성 확보를 위해 연소시간을 최소화하기 위한 실험을 수행하기 위하여, P(인계난연제), F(불소수지), S(Silacate)를 인자로 삼아 혼합물실험을 3차에 걸쳐 시행을 하였다. 실제 제조공정에서의 잡음을 반영하기 위하여 전선 성형 시 두께를 소/중/대로 나누어 성형했다. 최적조건을 파악한 다음, 이 조건에서 확인실험을 하여 재현성을 확보하였다.

내열성 물질 코팅을 통한 리튬이온전지용 난연성 분리막 개발 연구

노영준,전현규,진다희,유명현,이용민 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0

리튬이온전지는 소형 디바이스를 넘어 전기자동차, ESS등의 대형 디바이스까지 적용분야를 넓히고 있다. 전지의 Scale이 증가함에 따라 기존의 소형 전지에서 대두되지 않던 새로운 문제점들이 발생하고 있는데, 이 같은 문제의 발생원인으로는 전지 자체의 크기 증가 및 사용 기간 증가, 그리고 새로운 구동 환경으로 꼽힌다. 위와 같은 화재 및 안전사고를 막기 위해 높은 내열 특성을 가진 세라믹 코팅 분리막이 넓게 활용되고 있다. 그러나, 내열성이 뛰어나더라도 직접적인 화재가 발생하였을 때에는 안전이 보장되지 못하는 문제를 가지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 Inorganic polyhedral oligomeric silsesquioxane with epoxy functional end groups (ePOSS)의 난연성 물질과 PVdF-HFP를 이용하여 세라믹 코팅을 폴리 올레핀 계 분리막에 진행하였다. 그 결과, 기존 분리막에서 찾아볼 수 없었던 난연성을 가진 세라믹 코팅 분리막을 얻을 수 있었으며, 내열성 역시 우수하였다. 또한, 전기화학적 성능 역시 기존 분리막과 동등 또는 다소 우위의 결과를 나타냄을 보고한다.

폴리프로필렌 기반 자기강화 복합재료의 기계적물성 및 난연성 연구

이동우 ( Dong-woo Lee ),박승빈 ( Seung-bhin Park ),송정일 ( Jung-il Song ) 한국복합재료학회 2017 Composites research Vol.30 No.3

본 연구에서는 폴리프로필렌(PP), 폴리프로필렌 직조섬유를 이용하여 자기강화 복합재료를 제조하고, 자기강화 복합재료에 암모늄 폴리포스페이트(APP) 및 키토산을 첨가하여 난연 자기강화 복합재료를 개발하였으며, 시험을 통하여 기계적 특성 및 난연성을 확인하였다. 시험결과, 자기강화 복합재료의 기계적 강도는 PP에 비해 크게 향상되었으나, 난연제를 첨가하는 양이 증가함에 따라 강도가 점차 감소하였다. 두 난연제 중에서는 키토산을 첨가한 자기강화복합재료가 APP를 첨가한 자기강화복합재료에 비하여 우수한 강도를 보였다. 난연성의 경우, APP를 첨가할 경우, 키토산을 첨가하는 것 보다 더욱 우수하였다. 본 연구의 결과는 자동차 및 포장산업에서 경량화 및 재활용을 위하여 응용이 가능할 것으로 기대된다. The article explains about development of flame retardant self-reinforced composites (FR-SRC) through compression molding technique by utilizing Polypropylene (PP), Ammonium polyphosphate (APP) and chitosan. The effect of APP and chitosan on mechanical, thermal and flame retardant properties in FR-SRC were studied. The mechanical strength of FR-SRC is enhanced than Pure SRC. However, the strength is decreased significantly with increasing the concentration of both flame retardant fillers. But comparison, chitosan filled FR-SRC is stronger than APP filled FR-SRC. In case of flame retardancy, APP is more effective than chitosan. These results can be applicable to provide light weight and recyclable flame retardant self-reinforced composites for automobile and packaging industries, etc.