나노클레이 첨가에 따른 할로겐프리 난연컴파운드의 수직난연 특성 향상에 관한 연구 A Study on Perpendicular Flame Retardant Characteristic Improvement of Halogen-free Flame Retardant Compounds by Nanoclay Addition원문보기
The object of this study is to obtain the optimum mix proportion of halogen free compound with flame resistance and, for the purpose, thermal/electrical characteristics test are conducted using compatibilizing agents, flame resistance agents, hydroxide aluminum, sunscreen, antioxidant and silicon oi...
The object of this study is to obtain the optimum mix proportion of halogen free compound with flame resistance and, for the purpose, thermal/electrical characteristics test are conducted using compatibilizing agents, flame resistance agents, hydroxide aluminum, sunscreen, antioxidant and silicon oil on the base resin of linear low density polyethylene (LLDPE), Ethylene vinyl acetate copolymer (EVA). Existing compound method accompanies many requirements to be satisfied including a lot of addition of flame resistance agents, prohibition of impact on mixing capability with base and property and etc. In this study, different from the existing method, the optimum mix proportion is determined and experimented by adding nano clay. Oxygen index test shows no difference between specimens while T-6, T-9 shows oxygen index of 29[%] and 26[%], respectively. This is concluded that hydroxide aluminum, which is a flame resistance agent, leads low oxygen index. From UL94-V vertical flame resistance test, the combustion behavior is determined as V-0, Fail based on UL94-V decision criteria. Viscometry shows low measurements in specimens with separate addition of compatibilizing agents or nano clay. Volume resistivity test shows low measurement mainly in specimens without compatibilizing agents. Therefore, with the flame resistance compound shows better performance for thermal/electrical property and the optimum mix proportion are achieved among many existing materials.
The object of this study is to obtain the optimum mix proportion of halogen free compound with flame resistance and, for the purpose, thermal/electrical characteristics test are conducted using compatibilizing agents, flame resistance agents, hydroxide aluminum, sunscreen, antioxidant and silicon oil on the base resin of linear low density polyethylene (LLDPE), Ethylene vinyl acetate copolymer (EVA). Existing compound method accompanies many requirements to be satisfied including a lot of addition of flame resistance agents, prohibition of impact on mixing capability with base and property and etc. In this study, different from the existing method, the optimum mix proportion is determined and experimented by adding nano clay. Oxygen index test shows no difference between specimens while T-6, T-9 shows oxygen index of 29[%] and 26[%], respectively. This is concluded that hydroxide aluminum, which is a flame resistance agent, leads low oxygen index. From UL94-V vertical flame resistance test, the combustion behavior is determined as V-0, Fail based on UL94-V decision criteria. Viscometry shows low measurements in specimens with separate addition of compatibilizing agents or nano clay. Volume resistivity test shows low measurement mainly in specimens without compatibilizing agents. Therefore, with the flame resistance compound shows better performance for thermal/electrical property and the optimum mix proportion are achieved among many existing materials.
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문제 정의
따라서 클레이를 이용한 고분자 기반 나노복합체는 다른 무기입자에 비해 비교적 적은 양을 첨가하여 나노클레이, 난연제, 상용화제 및 기타 첨가제의 최적 함량을 결정해야 한다. 따라서 본 논문에서는 난연컴파운드의 물성이 향상되고 최적의 배합을 도출함으로 기존보다 우수한 구현을 목표로 하였다.
제안 방법
그러나 할로겐 원소를 첨가할 경우, 화재 발생 시 염화수소(HCl), 브롬화수소(HBr), 불화수소(HF) 등의 독성, 부식성 가스 및 스모그를 발생시켜 불꽃에 의한 인명 피해보다는 월등히 큰 인명 살상 및 재산 피해가 연소가스에 의해 일어나는 결과를 초래하기 때문에 본 논문에서는 기존 논문과는 다르게 나노클레이를 첨가하여 시험하였다 [3].
본 시험에서는 나노클레이 첨가에 따른 할로겐프리 난연컴파운드의 수직난연 특성에 관하여 물성적 실험을 T-1∼T-10까지의 시료를 두고 실험하였다. 산소 지수 측정의 경우 수산화알루미늄이 적게 첨가된 T-6(130PHR), T-9(110PHR)는 다른 시편들보다 낮게 결과가 나타났다.
시험조건 하에 있어서 수산화알루미늄(ATH) 난연제 첨가량 변화에 따라서 제작된 시편이 연소를 지속하기에 필요한 산소의 부피 퍼센트(%)로서 나타나는 최저 산소 농도 수치(산소지수)로 난연 특성을 평가하기 위하여 실시하였다.
대상 데이터
각각의 시편들은 약 130℃의 오픈 롤 [open roll]로 베이스 폴리머를 먼저 용융 혼련시킨 후 각종 필러와 첨가제를 넣고 약 20분 동안 혼련한 후 170℃에서 5분간 200 kg/cm2의 압력으로 프레싱하여 1 mm (일반 물성 측정용), 3 mm (산소지수 UL 94-V, 수직난연 측정용) 시트 형태로 제작하였다.
고체 유전체의 표면 및 체적 저항률을 측정하는 방법은 주로 ASTM D257 규격에 따른다. 이 방법은 정확하게 측정할 수 있는 방법이지만 시료의 상태나 조건에 따라 측정의 정확도가 크게 달라질 수 있으므로 주의해야 한다.
본 실험에서는 ASTM D1646 규격에 따랐으며 고분자의 분자량을 상대적으로 추정할 수 있는 수치로서 140℃에서 1분 간 예열한 후부터 4분 후 측정된 토오크 값으로 ML1+4, 140℃로 표시하였다.
성능/효과
그림 3을 보면 Char 형성실험에서도 나노클레이가 매우 우수한 것을 알 수 있다. 난연보조제인 나노클레이는 난연성에 있어 시너지 효과를 주고 Char형성을 통해 화재 시 재료의 원래 형상이 그대로 유지되고, 분진이 발생하지 않아 실험적으로 나노클레이가 첨가된 시편들이 우수하다는 것을 알 수가 있다.
후속연구
차후에 피복재료에 충분히 사용이 가능하리라 판단이 되고, 나노클레이가 첨가된 시편들의 경우 점도가 높게 나왔으며, 이러한 문제점은 차후에 개선되어야 할 부분이라고 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
할로겐 원소가 포함되어 있는 난연컴파운드의 문제점은 무엇인가?
그러나 할로겐 원소를 첨가할 경우, 화재 발생 시 염화수소(HCl), 브롬화수소(HBr), 불화수소(HF) 등의 독성, 부식성 가스 및 스모그를 발생시켜 불꽃에 의한 인명 피해보다는 월등히 큰 인명 살상 및 재산 피해가 연소가스에 의해 일어나는 결과를 초래하기 때문에 본 논문에서는 기존 논문과는 다르게 나노클레이를 첨가하여 시험하였다 [3].
판상구조의 클레이를 이용하여 나노복합체를 제조하면 어떠한 현상이 일어나는가?
나노클레이는 대부분 실리카와 같은 구형의 무기 입자와 달리 종횡비가 큰 판상구조를 이루고 있다. 판상구조의 클레이를 이용하여 나노복합체를 제조하면 충전제와 고분자 간 접촉 면적이 넓어져 충전 효과가 기존 복합체에 비해 훨씬 커진다. 따라서 클레이를 이용한 고분자 기반 나노복합체는 다른 무기입자에 비해 비교적 적은 양을 첨가하여 나노클레이, 난연제, 상용화제 및 기타 첨가제의 최적 함량을 결정해야 한다.
나노클레이 첨가에 따른 할로겐프리 난연컴파운드의 Char 형성실험의 결과는 어떠한가?
그림 3을 보면 Char 형성실험에서도 나노클레이가 매우 우수한 것을 알 수 있다. 난연보조제인 나노클레이는 난연성에 있어 시너지 효과를 주고 Char형성을 통해 화재 시 재료의 원래 형상이 그대로 유지되고, 분진이 발생하지 않아 실험적으로 나노클레이가 첨가된 시편들이 우수하다는 것을 알 수가 있다.
참고문헌 (6)
Y. D. Kim, Sungkyunkwan University Polymer Engineering, Elastomer, 37, 177 (2002).
J. W. Ha, Soon Chun Hyang University School of Chemical Engineering (2003).
J. H. Lee, Sungkyunkwan University Polymer Engineering, Polymer(Korea), 27, 569 (2003).
S. S. Choi, Sang Myung University Industrial Chemistry, Elastomer, 37, 224 (2002).
Y. S. Jeong, ECO Characteristic of ATH-Filied XLPE Compound Composites, Wiscom R&D, KIEEME (2003).
G. B. Gim, Dongguk University, Safety Engineering, Master's Thesis, 28, 40 (1998).
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