$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

난연성 폴리아크릴로니트릴 고분자 섬유 및 복합소재 연구 동향
A Review of Flame Retarding Polyacrylonitrile (PAN) Fibers and Composites 원문보기

Composites research = 복합재료, v.32 no.6, 2019년, pp.342 - 348  

김종호 (Carbon Composite Materials Research Center, Institute of Advanced Composite Materials, Korea Institute of Science and Technology) ,  구본철 (Carbon Composite Materials Research Center, Institute of Advanced Composite Materials, Korea Institute of Science and Technology)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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 polyme...

주제어

표/그림 (10)

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 6 MPa)와 비슷하거나 약간 향상된 값이다. 또한, Fig. 8에서 볼 수 있듯이, 안정화 온도에 따라서 190oC에서 240oC까지 노랑색에서 아주 진한 황색에 이르기까지 색을 띄는 난연성 PAN 복합 나노섬유의 제조 방법에 대해서 보고 하였다. 이러한 연구 결과는 환경적으로 문제가 발생될 수 있는 섬유의 염색 과정없이 환경친화적인 방법으로 색이 있는 난연성 PAN 섬유의 제조 방법을 제시하였다.
  • 본 총설 논문에서는 우수한 난연성 PAN 소재를 위해 개발된 연구 결과에 대해 보고하고자 한다. 많은 연구 결과들 중에서, 안정화과정을 거친 난연성 PAN 섬유의 제조 방법 및 PAN 섬유의 표면 화학 처리(질소 또는 인을 포함하는 화합물) 방법, 그리고 유/무기 소재(SiO2, 2차원 소재, CNT 등)를 포함하는 난연성 PAN 복합재료 제조 방법에 대해서 보고하고자 한다.
  • 최근 방열 또는 방염 소재의 난연성 향상을 위해 PAN 섬유 또는 PAN 복합소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 총설 논문에서는 우수한 난연성 PAN 소재를 위해 개발된 연구 결과에 대해 보고하고자 한다. 많은 연구 결과들 중에서, 안정화과정을 거친 난연성 PAN 섬유의 제조 방법 및 PAN 섬유의 표면 화학 처리(질소 또는 인을 포함하는 화합물) 방법, 그리고 유/무기 소재(SiO2, 2차원 소재, CNT 등)를 포함하는 난연성 PAN 복합재료 제조 방법에 대해서 보고하고자 한다.
  • 현재 PAN 섬유는 의류 등 다양한 분야에서 사용되며 난연성 향상에 대한 연구가 진행 중이다. 본 총설 논문에서는 탄소섬유 전구체로 사용되고 있는 PAN 섬유의 열처리를 통한 Oxi-PAN 섬유의 제조 또는 다양한 화학적 표면 처리 및 유/무기 소재의 혼합을 통한 난연성 PAN 복합소재의 제조 방법을 소개하였다. PAN 섬유의 안정화를 통해 상용화 되고 있는 Oxi-PAN의 경우 50% 내외의 LOI 값을 보였다.
  • 8에서 볼 수 있듯이, 안정화 온도에 따라서 190oC에서 240oC까지 노랑색에서 아주 진한 황색에 이르기까지 색을 띄는 난연성 PAN 복합 나노섬유의 제조 방법에 대해서 보고 하였다. 이러한 연구 결과는 환경적으로 문제가 발생될 수 있는 섬유의 염색 과정없이 환경친화적인 방법으로 색이 있는 난연성 PAN 섬유의 제조 방법을 제시하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
난연섬유는 무엇인가? 난연섬유는 한계산소지수(limiting oxygen index, LOI) 값이 28 이상인 것으로 불꽃의 접촉에 의해 연소가 되지만, 불꽃의 제거 이후 연소가 더 이상 진행되지 않도록 스스로 방지 또는 억제하는 섬유를 말한다. 이는 섬유 자체가 연소가 되지 않는 것이 아니라 연소의 불꽃의 전이가 진행되지 않아 화재가 더 이상 커지지 않도록 연소 능력을 상실하게 되는 섬유이다.
고분자 재료의 난연화에 대한 연구가 시급한 이유는 무엇인가? 그래서 화재에 상대적으로 많이 취약한 고분자 재료의 난연성을 향상시키기 위해 첨가제인 난연제의 개발을 비롯하여 고분자 재료의 표면 화학 처리에 이르기까지 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다[6-9]. 특히 고분자 재료의 연소과정에서 유독가스가 발생하기 때문에 고분자 재료의 난연화에 대한 연구는 더욱 시급한 상황이다 [10-15].
PAN의 어떠한 특징에 의해서 불꽃의 전파가 방지가 되는가? 탄소섬유 전구체인 PAN 섬유는 안정화(stabilization), 탄화(carbonization), 흑연화 (graphitization) 공정을 거친다. 이 일련의 과정들 중 안정화 과정에서 PAN 섬유는 분자내 또는 분자간 가교 결합이 발생하여 고온에서 쉽게 용융되지 않는 특성이 나타났다[16-21]. 이는 화재 발생시 용융된 고분자 재료가 흘러내려 불꽃의 전파가 방지될 수 있는 장점을 지닌다[22].
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (56)

  1. Lu, S.Y., and Hamerton, I., "Recent Developments in the Chemistry of Halogen-Free Flame Retardant Polymers", Progress in Polymer Science, Vol. 27, No. 8, 2002, pp. 1661-1712. 

  2. Willard, J.J., and Wondra, R.E., "Quantitative Evaluation of Flame-Retardant Cotton Finishes by the Limiting-Oxygen Index (LOI) Technique," Textile Research Journal, Vol. 40, No. 3, 1970, pp. 203-210. 

  3. Yu, Z.­Z., Ke, Y.­C., Ou, Y.­C., and Hu, G.­H., "Impact Fracture Morphology of Nylon 6 Toughened with a Maleated Polyethylene-Octene Elastomer," Journal of Applied Polymer Science, Vol. 76, No. 6, 2000, pp. 1285-1295. 

  4. FAvila, A., and Duarte, M.V., "A Mechanical Analysis on Recycled PET/HDPE Composites," Polymer Degradation and Stability, Vol. 80, No. 2, 2003, pp. 373-382. 

  5. Iwata, T., "Biodegradable and Bio-Based Polymers: Future Prospects of Eco-Friendly Plastics," Angewandte Chemie International Edition, Vol. 54, No, 11, 2015, pp. 3210-3215. 

  6. Leu, T.-S., and Wang, C.-S., "Synergistic Effect of a Phosphorus-Nitrogen Flame Retardant on Engineering Plastics," Journal of Applied Polymer Science, Vol. 92, No. 1, 2004, pp. 410-417. 

  7. Xu, S., Zhang, L., Lin, Y., Li, R., and Zhang, F., "Layered Double Hydroxides used as Flame Retardant for Engineering Plastic Acrylonitrile-Butadiene-Styrene (ABS)," Journal of Physics and Chemistry of Solids, Vol. 73, No. 12, 2012, pp. 1514-1517. 

  8. Levchik, S.V., Bright, D.A., Alessio, G.R., and Dashevsky, S., "New Halogen-Free Fire Retardant for Engineering Plastic Applications", Journal of Vinyl and Additive Technology, Vol. 7, No. 2, 2001, pp. 98-103. 

  9. Hu, Y., Wang, S., Ling, Z., Zhuang, Y., Chen, Z., and Fan, W., "Preparation and Combustion Properties of Flame Retardant Nylon 6/Montmorillonite Nanocomposite," Macromolecular Materials and Engineering, Vol. 288, No. 3, 2003, pp. 272-276. 

  10. Blum, A., "The Fire Retardant Dilemma," Science, Vol. 318, No. 5848, 2007, pp. 194-195. 

  11. Kennedy, D., "Toxic Dilemmas," Science, Vol. 318, No. 5854, 2007, p. 1217. 

  12. Ravichandran, S., Nagarajan, S., Ku, B.-C., Coughlin, B., Emrick, T., Kumar, J., and Nagarajan, R., "Halogen-Free Ultra-High Flame Retardant Polymers through Enzyme Catalysis," Green Chemistry, Vol. 14, No. 3, 2017, pp. 819-824. 

  13. Ranganthan, T., Ku, B.-C., Zilberman, J., Beaulieu, M., Farris, R.J., Coughlin, E.B., and Emrick, T., "Poly(Arylate­Phosphonate) Copolymers with Deoxybenzoin in the Backbone: Synthesis, Characterization, and Thermal Properties," Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, Vol. 45, No. 20, 20017, pp. 4573-4580. 

  14. Moon, S.C., Ku, B.-C., Emrick, T., Coughlin, E.B., and Farris, R.J., "Flame Resistant Electrospun Polymer Nanofibers from Deoxybenzoin­based Polymers," Journal of Applied Polymer Science, Vol. 111, No. 1, 2009, pp. 301-307. 

  15. Yang, H., Yu, B., Song, P., Maluk, C., and Wang, H., "Surface-Coating Engineering for Flame Retardant Flexible Polyurethane Foams a Critical Review," Composites Part B, Vol. 176, 2019, pp. 107185. 

  16. Lee, S., Kim, J., Ku, B.-C., Kim, J., and Joh, H.-I., "Structural Evolution of Polyacrylonitrile Fibers in Stabilization and Carbonization," Advances in Chemical Engineering and Science, Vol. 2, No. 2, 2012, pp. 275-282. 

  17. Rahaman, M.S.A., Ismail, A.F., and Mustafa, A., "A Review of Heat Treatment on Polyacrylonitrile Fiber," Polymer Degradation and Stability, Vol. 92, No. 8, 2007, pp. 1421-1432. 

  18. Fu, Z., Liu, B., Sun, L., and Zhang, H., "Study on the Thermal Oxidative Stabilization Reactions and the Formed Structures in Polyacrylonitrile during Thermal Treatment," Polymer Degradation and Stability, Vol. 140, 2017, pp. 104-113. 

  19. Arbab, S., and Zeinolebadi, A., "A Procedure for Precise Determination of Thermal Stabilization Reactions in Carbon Fiber Precursors," Polymer Degradation and Stability, Vol. 98, 2013, pp. 2537-2545. 

  20. Lee, H.J., Won, J.S., Lim, S.C., Lee, T.S., Yoon, J.Y., and Lee, S.G., "Preparation and Characterization of PAN-based Carbon Fiber with Carbonization Temperature," Textile Science and Engineering, Vol. 53, No. 2, 2016, pp. 103-108. 

  21. Xue, Y., Liu, J., and Liang, J., "Correlative Study of Critical Reactions in Polyacrylonitrile Based Carbon Fiber Precursors during Thermal-Oxidative Stabilization," Polymer Degradation and Stability, Vol. 98, 2013, pp. 219-229. 

  22. Hall, M.E., Horrocks, A.R., and Zhang, J., "The Flammability of Polyacryionitrile and Its Copolymers," Polymer Degradation and Stability, Vol. 44, No. 3, 1994, pp. 379-386. 

  23. Arbab, S., and Zeinolebadi, A., "Quantitative Analysis of the Effects of Comonomers and Heating Conditions on the Stabilization Reactions of Polyacrylonitrile Fibers as Carbon Fiber Precursors," Polymer Degradation and Stability, Vol. 139, 2017, pp. 107-116. 

  24. Park, O.K., Lee, S., Joh, H.I., Kim, J.K., Kang, P.H., Lee, J.H., and Ku, B.-C., "Effect of Functional Groups of Carbon Nanotubes on the Cyclization Mechanism of Polyacrylonitrile (PAN)," Polymer, Vol. 53, No. 11, 2012, pp. 2169-2174. 

  25. Lee, J.H., Jin, J.U., Park, S., Choi, D., You, N.H., Chung, Y., Ku, B.-C., and Yeo, H., "Melt Processable Polyacrylonitrile Copolymer Precursors for Carbon Fibers: Rheological, Thermal, and Mechanical Properties," Journal of Industrial and Engineering Chemistry, Vo. 71, 2019, pp. 112-118. 

  26. Fu, Z., Gui, Y., Cao, C., Liu, B., Zhou, C., and Zhang, H., "Structure Evolution and Mechanism of Polyacrylonitrile and Related Copolymers during the Stabilization," Journal of Materials Science, Vol. 49, No. 7, 2014, pp. 2864-2874. 

  27. Ju, A., and Xu, H., "Mechanism and Kinetics of Stabilization Reactions of Poly(acrylonitrile-co- $\beta$ -methylhydrogen itaconate)," Journal of Materials Research, Vol. 27, No. 20, 2012, pp. 2668-2676. 

  28. Nguyen-Thai, N.U., and Hong. S.C., "Structural Evolution of Poly(acrylonitrile-co-itaconic acid) during Thermal Oxidative Stabilization for Carbon Materials," Macromolecules, Vol. 46, No. 15, 2013, pp. 5882-5889. 

  29. Nguyen-Thai, N.U., and Hong. S.C., "Controlled Architectures of Poly(acrylonitrile-co-itaconic acid) for Efficient Structural Transformation into Carbon Materials," Carbon, Vol. 69, 2014, pp. 571-581. 

  30. Ghorpade, R.V., Cho, D.W., and Hong, S.C., "Effect of Controlled Tacticity of Polyacrylonitrile (co)Polymers on their Thermal Oxidative Stabilization Behaviors and the Properties of Resulting Carbon Films," Carbon, Vol. 121, 2017, pp. 502-511. 

  31. Hobbs, C.E., "Recent Advances in Bio-Based Flame Retardant Additives for Synthetic Polymeric Materials," Polymers, Vol. 11, No. 2, 2019, pp. 224. 

  32. Cho, J.H., Vasagar, V., Shanmuganathan, K., Jones, A.R., Nazarenko, S., and Ellison, C.J., "Bioinspired Catecholic Flame Retardant Nanocoating for Flexible Polyurethane Foams," Chemistry of Materials, Vol. 27, No. 19, 2015, pp. 6784-6790. 

  33. Kim, H., Kim, D.W., Vasagar, V., Ha, H., Nazarenko, S., and Ellison, C.J., "Polydopamine-Graphene Oxide Flame Retardant Nanocoatings Applied via an Aqueous Liquid Crystalline Scaffold," Advanced Functional Materials, Vol. 28, No. 39, 2018, pp. 1803172. 

  34. Nam, K.-H., Jin, J.-U., Lee, J.H., Kim, J., Chung, Y.S., Yeo, H., You, N.-H., and Ku, B.-C., "Highly Efficient Thermal Oxidation and Cross-Linking Reaction of Catechol Functionalized Polyacrylonitrile Copolymer Composites for Halogen-Free Flame Retardant," Composites Part B, Vol. 184, 2020, pp.107687. 

  35. Sayed, U., Jain, H., and Ragupathy, S., "Oxidised Polyacrylonitrile Fibre as a Flame Retardant Material," International Journal of Advanced Science and Engineering, Vol. 2, No. 3, 2016, pp. 155-158. 

  36. https://www.sglgroup.com/cms/international/products/product-groups/cf/oxidized-fiber/index.html. 

  37. http://zoltek.com/products/pyron/. 

  38. http://www.tohotenax.com/tenax/en/products/pyromex.php. 

  39. Ren, Y., Jiang, L., Tian, T., Liu, X., and Hana, Z., "Durable Flame Retardant Polyacrylonitrile Fabric via UV-Induced Grafting Polymerization and Surface Chemical Modification," RSC Advances, Vol. 8, No. 72, 2018, pp. 41389-41396. 

  40. Ren, Y., Huo, T., and Qin, Y., "Preparation of Phosphorus­containing and Nitrogen­containing durable Flame Retardant Polyacrylonitrile Fabric via Surface Chemical Modification," Fire and Materials, Vol. 42, No. 8, 2018, pp. 925-932. 

  41. Zhang, Y., Ren, Y., Liu, X., Huo, T., and Qin, Y., "Preparation of Durable Flame Retardant PAN Fabrics based on Amidoximation and Phosphorylation," Applied Surface Science, Vol. 428, 2018, pp. 395-403. 

  42. Ren, Y., Gu, Y., Zeng, Q., and Zhang, Y., "UV-induced Surface Grafting Polymerization for Preparing Phosphoruscontaining Flame Retardant Polyacrylonitrile Fabric," European Polymer Journal, Vol. 94, 2017, pp. 1-10. 

  43. Ren, Y., Tian, T., Jiang, L., Liu, X., and Han, Z., "Polyvinyl Alcohol reinforced Flame-Retardant Polyacrylonitrile Composite Fiber prepared by Boric Acid Cross-Linking and Phosphorylation," Materials, Vol. 11, No. 12, 2018, p. 2391. 

  44. Wu, Q., Zhang, Q., Zhao, L., Li, S. N., Wu, L. B., Jiang, J.X., and Tang, L.C., "A Novel and Facile Strategy for Highly Flame Retardant Polymer Foam Composite Materials: Transforming Silicone Resin Coating into Silica Self-Extinguishing Layer," Journal of Hazardous Materials, Vol. 336, 2017, pp. 222-231. 

  45. Kim, Y.G., Kim, H.S., Jo, S.M., Kim, S.Y., Yang, B.J., Cho, J., Lee, S.H., and Cha, J.E., "Thermally Insulating, Fire-Retardant, Smokeless and Flexible Polyvinylidene Fluoride Nanofibers filled with Silica Aerogels," Chemical Engineering Journal, Vol. 351, 2018, pp. 473-481. 

  46. Xu, W., Wang, G., Liu, Y., Chen, R., and Li, W., "Zeolitic Imidazolate Framework-8 Was Coated with Silica and Investigated as a Flame Retardant to Improve the Flame Retardancy and Smoke Suppression of Epoxy Resin," RSC Advances, Vol. 8, No. 5, 2018, pp. 2575-2585. 

  47. Ren, Y., Zhang, Y., Gu, Y., and Zeng Q., "Flame Retardant Polyacrylonitrile Fabrics prepared by Organic-Inorganic Hybrid Silica Coating via Sol-gel Technique," Progress in Organic Coatings, Vol. 112, 2017, pp. 225-233. 

  48. Jiang, S.-D., Tang, G., Bai, Z.-M., Wang, Y.-Y., Hu, Y., and Song, L., "Surface Functionalization of $MoS_2$ with POSS for Enhancing Thermal, Flame-Retardant and Mechanical Properties in PVA Composites," RSC Advances, Vol. 4, No. 7, 2014, pp. 3253-3262. 

  49. Chen, H.-B., and Schiraldi, D.A., "Flammability of Polymer/Clay Aerogel Composites: An Overview," Polymer Reviews, Vol. 59, No. 1, 2019, pp. 1-24. 

  50. Kiliaris, P., and Papaspyrides, C.D., "Polymer/Layered Silicate (Clay) Nanocomposites: An Overview of Flame Retardancy," Progress in Polymer Science, Vol. 35, No. 7, 2010, pp. 902-958. 

  51. Yang, Z.-W., Liang, X.-X., Xu, X.-Q., Lei, C., He, X.-I. Song, T., Huo, W.-Y., Ma, H.-C., and Lei, Z.-Q., "PGS@B-N: An Efficient Flame Retardant to Improve Simultaneously the Interfacial Interaction and the Flame Retardancy of EVA," RSC Advances, Vol. 6, No. 70, 2016, pp. 65921-65929. 

  52. Snag, B., Li, Z.-W., Yu, L.-G., and Zhang, Z.-J., "Graphene-based Flame Retardants: A Review," Journal of Materials Science, Vol. 51, No. 18, 2016, pp. 8271-8295. 

  53. Lee, S., Kim, Y.J., Kim, D.H., Ku, B.-C., and Joh, H.I., "Synthesis and Properties of Thermally Reduced Graphene Oxide/Polyacrylonitrile Composites," Journal of Physics and Chemistry of Solids, Vol. 73, No. 6, 2012, pp. 741-743. 

  54. Yuan, B., Fan, A., Yang, M., Chen, X., Hu, Y., Bao, C., Jiang, S., Niu, Y., Song, H., and Dai, H., "The Effects of Graphene on The Flammability and Fire Behavior of Intumescent Flame Retardant Polypropylene Composites at Different Flame Scenarios," Polymer Degradation and Stability, Vol. 143, 2017, pp. 42-56. 

  55. Peng, H., Wang, D., Li, M., Zhang, L., Liu, M., and Fu, S., "NP-Zn-containing 2D Supermolecular Networks grown on $MoS_2$ Nanosheets for Mechanical and Flame-Retardant Reinforcements of Polyacrylonitrile Fiber," Chemical Engineering Journal, Vol. 372, 2019, pp. 873-885. 

  56. Moon, S., and Emrick, T., "High Flame Resistant and Strong Electrospun Polyacrylonitrile-Carbon Nanotubes-Ochre Nanofibers," Polymer, Vol. 54, No. 7, 2013, pp. 1813-1819. 

저자의 다른 논문 :

LOADING...

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

GOLD

오픈액세스 학술지에 출판된 논문

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로