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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 파스콘 제품에 사용되고 있는 기존의 할로겐계 난연제를 효과적으로 대체할 수 있는 난연제를 선정하여 파스콘 제품의 물성 저하를 가져오 지 않으며, base polymer와의 혼합성 및 원료의 분산 성 향상으로 난연성 향상 및 경제성이 확보된 파스콘 제품을 제조하고 KS M 3015 수평연 소시험방법으로 난연성을 평가하였다.
제안 방법
- 이때 파스콘 제품 에 미치는 영향을 조사하기 위하여 각각의 난연제 종 류, 조성 및 난연보조제의 사용 여부를 변화시켜 가면 서 시험편을 제조하였고, KS M 3015 항목의 수평연 소시험법을 이용하여 파스콘 제품의 난연특성을 시험 하였다. 30초간 접염 후 불꽃을 제거하고, 그 순간부터 연소시간 및 연소거리를 측정하여 연소시간이 180초 이상이면 가연성, 연소거리가 25~100mm이면 자기소 화성, 그리고 연소거리가 25mm 미만인 경우 불연성 으로 판정하였다.
- 각 조건별로 제조된 난연성 파스콘의 분산성을 확인 하기 위하여 시험편을 액체질소를 이용하여 파단하고, Jeol사의 SEM(scanning electron microscope, JSM-5800) 을 이용하여 관찰하였다. 또한 파스콘 제품에 첨가된 난연제 및 난연보초제의 첨가량이 난연특성에 미치는 영향을 측정하기 위한 난연성평가는 KS M 3015의 시험법, 에 의거하여 내연성 시험 A방법인 수평연소시험 을 실시하였다.
- 난연제등을 대체하기 위하여 적인계 난연제, 난연보 조제로 구성된 조성을 적용하였다. 이때 파스콘 제품 에 미치는 영향을 조사하기 위하여 각각의 난연제 종 류, 조성 및 난연보조제의 사용 여부를 변화시켜 가면 서 시험편을 제조하였고, KS M 3015 항목의 수평연 소시험법을 이용하여 파스콘 제품의 난연특성을 시험 하였다.
- 모든 난연성 파스콘의 제조는 Internal Mixer(HAAK Polylab Rheomix 600P)를 이용하여 제조하였고, 혼합 기의 내부온도를 23(rc로 유지시켰으며, 재생 플라스 틱 수지, 플라이애쉬, 난연제 및 난연보조제를 순서대 로 첨가하여 5~20분간 50rpm의 회전속도로 제조하다. 제조된 컴파운드는 hydraulic hot press를 이용하여 200℃에서 1000psi의 압력으로 10분간 가압 .
- 성형하여 시험편을 제조하였으며, 본 실험에서 사용된 각각의 컴파운드의 배합비를 Table 2에 나타내었다. 실험 번호 1번의 경우 기존 생산품에 적용되었던 난연제 및 난연보조제의 조성이며, 주성분이 PP인 재생플라스틱 과 플라이애쉬의 조성은 그대로 두고, 대체 난연제 및 난연보조제의 함량을 변화시켜 가면서 제조하였다.
- 난연제등을 대체하기 위하여 적인계 난연제, 난연보 조제로 구성된 조성을 적용하였다. 이때 파스콘 제품 에 미치는 영향을 조사하기 위하여 각각의 난연제 종 류, 조성 및 난연보조제의 사용 여부를 변화시켜 가면 서 시험편을 제조하였고, KS M 3015 항목의 수평연 소시험법을 이용하여 파스콘 제품의 난연특성을 시험 하였다. 30초간 접염 후 불꽃을 제거하고, 그 순간부터 연소시간 및 연소거리를 측정하여 연소시간이 180초 이상이면 가연성, 연소거리가 25~100mm이면 자기소 화성, 그리고 연소거리가 25mm 미만인 경우 불연성 으로 판정하였다.
대상 데이터
- 이 때, 사용된 재생플라스틱의 주요 성분은 폴리프로필렌 과 폴리에티렌 수지이다. 기존제품에 적용된 난연제는 할로겐계 난연제인 decabromodiphenyl oxide(DBDPO)와 난연 상승 작용제 즉, 난연보조제로 Antimonytrioxide (ATO)를 사용하였다. 이를 대체하기 위하여 Table 1과 같은 난연제들이 대체 난연제로서 실험에 사용되었고, 보다 효과적인 난연 특성을 위하여 난연보조제로서 magnesium hydroxide(MH)가 사용되었다.
- 기준 연소시간은 180초 미만이고 연소 거 리는 25 mm 미만이며, 용융낙하가 없어야 한다. 난 연성 시험시편은 길이가 125 mm, 폭이 125 mm이고, 두께는 시료의 원래두께를 그대로 적용하였다. 난연시험 장치를 Fig.
- 본 연구에서 사용된 재생 플라스틱 및 플라이애쉬는 기존 파스콘 제품에 사용되고 있는 원료는 (주)더코로 부터 공급받아 별도의 정제과정 없이 사용하였다. 이 때, 사용된 재생플라스틱의 주요 성분은 폴리프로필렌 과 폴리에티렌 수지이다.
- 기존제품에 적용된 난연제는 할로겐계 난연제인 decabromodiphenyl oxide(DBDPO)와 난연 상승 작용제 즉, 난연보조제로 Antimonytrioxide (ATO)를 사용하였다. 이를 대체하기 위하여 Table 1과 같은 난연제들이 대체 난연제로서 실험에 사용되었고, 보다 효과적인 난연 특성을 위하여 난연보조제로서 magnesium hydroxide(MH)가 사용되었다.
- 인계 난연제 중에서 본 연구개발에서 사용될 재생플 라스틱의 주성분인 폴리 프로필렌과의 상용성이 좋은 ammonium polyphosphate(APP)와 적인계 난연제 (red- phosphorous, RP)를 이용하였다. 각각의 난연특성을 난 연제 함량에 따른 연소시간 및 연소거리로 Fig.
- 환경규제의 대상이 되는 할로겐계 난연제나 삼산화 안티몬을 사용하지 않기 위해서는 상기 난연특성에 관한 조사에서 얻어진 결과를 토대로 했을 때 주요 난연 제를 인계 난연제를 사용하는 것이 좋을 것으로 판단 되며 , 따라서 난연보조제로서 수산화금속화합물인 magnesium hydroxide(MH)를 선택하여 사용하였다.
이론/모형
- 각 조건별로 제조된 난연성 파스콘의 분산성을 확인 하기 위하여 시험편을 액체질소를 이용하여 파단하고, Jeol사의 SEM(scanning electron microscope, JSM-5800) 을 이용하여 관찰하였다. 또한 파스콘 제품에 첨가된 난연제 및 난연보초제의 첨가량이 난연특성에 미치는 영향을 측정하기 위한 난연성평가는 KS M 3015의 시험법, 에 의거하여 내연성 시험 A방법인 수평연소시험 을 실시하였다. 기준 연소시간은 180초 미만이고 연소 거 리는 25 mm 미만이며, 용융낙하가 없어야 한다.
성능/효과
- 1. 기존에 적용되었던 브롬 원소를 포함하는 할로겐 계 난연제와 유사한 특성을 지닌 대체 난연제를 적용하여 난연특성을 조사하였으나 기존의 제품과 뚜렷한 차이가 없음을 확인하였다.
- 2. 멜라민계 난연제를 적용하였을 경우 난연특성의 향상이 있었으나 용융낙하 현상이 관찰되었으며, 대체 난연제로서의 가능성을 확인하였다.
- 3. 인계 난연제를 적용하였을 경우 우수한 난연특성을 나타내었으며 특히, 적인계 난연제는 적은 첨가량 으로도 높은 난연특성을 나타내었다.
- 4. 난연 보조제로서 수산화금속화합물인 magnesium hydroxide(MH)를 주 난연제의 50 wt% 첨가하였을 때, 파스콘 제품의 난연특성에 상당한 효과가 있는 것으로 보이며, 주 난연제만을 사용했을 경우 발생했던 용융 낙하 현상이 현저하게 줄어듦을 확인할 수 있었다.
- 5. Base polymer인 재생 플라스틱과 난연제의 혼합 성 및 분산성은 난연제의 종류 및 조성과 관계없이 고 른 난연제 분포를 보임을 확인하였고, 기계적인 블렌 딩 조건이 큰 영향을 주는 것으로 확인되었다.
- 2에 나타내었다. MPP의 함량에 따라 연소시간 및 연소거리가 줄어드는 것을 확인할 수 있었으며 적절한 함유량은 약 20 phr 인 것으로 나타났다. 할로겐계 난연제를 적용 하였을 때와 비교해보면 같은 함량일 때 보다 향상된 난연특성을 보임을 알 수 있었다.
- 3에 나타내었다. 그림에서 보듯이 두 가지 인계 난연제 모두 불연성으로 우수한 난연특성을 보였고, 멜라민계 난연 제를 적용하였을 경우와 마찬가지로 첨가량에 따라 연 소시간 및 연소거리가 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 특히 적인계 난연제인 RP를 적용한 경우에 적은 함량으로도 보다 우수한 난연특성을 가짐을 알 수 있었다.
- 인계 난연제인 APP의 첨가량을 20 phr, 적인계 난연 제 의 첨 가량을 5 phr로 고정 하고, 난연보조제 인 MH를 주 난연제의 50 wt% 첨가하였을때, 제조된 파스콘의 난연특성을 Table 4에 나타내었다. 난연보조제의 사용 은 파스콘 제품의 난연특성에 상당한 효과가 있는 것으로 보이며 특히, 주 난연제만을 사용했을 경우 발생 했던 용융낙하 현상이 현저하게 감소함을 확인할 수 있었다.
- 이는 BDDP의 경우 파스콘 의 주원료로 사용되는 재생플라스틱 및 fly-ash와의 혼 합성이 나빠 난연효과에 크게 기여하지 못한 것으로 보인다. 따라서 기존 난연제와 유사한 특성을 가진 같은 계열의 난연제들은 특별한 난연상승효과를 볼 수 없었으며, 오히려 난연특성이 좋지 못한 결과를 나타 내었으므로 실효성이 없음을 확인하였다.
- 그림에서 보듯이 두 가지 인계 난연제 모두 불연성으로 우수한 난연특성을 보였고, 멜라민계 난연 제를 적용하였을 경우와 마찬가지로 첨가량에 따라 연 소시간 및 연소거리가 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 특히 적인계 난연제인 RP를 적용한 경우에 적은 함량으로도 보다 우수한 난연특성을 가짐을 알 수 있었다.
- MPP의 함량에 따라 연소시간 및 연소거리가 줄어드는 것을 확인할 수 있었으며 적절한 함유량은 약 20 phr 인 것으로 나타났다. 할로겐계 난연제를 적용 하였을 때와 비교해보면 같은 함량일 때 보다 향상된 난연특성을 보임을 알 수 있었다. 이 경우, 불연성으로 판정 할 수 있으나 용융낙하는 존재하는 것으로 나타났으며, 이를 개선하기 위하여 적절한 난연보조제의 사용이 필 요하리라 사료된다.
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