[논문]광경화형 사이클로포스파젠 유도체를 이용한 양모섬유의 친환경 내구성 방염가공

백지윤; 장진호

doi:10.5764/tcf.2021.33.4.230

광경화형 사이클로포스파젠 유도체를 이용한 양모섬유의 친환경 내구성 방염가공
Eco-friendly Durable Flame-Retardant Finish of Wool Fabrics Using a UV-curable Cyclophosphazene Derivative 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.33 no.4, 2021년, pp.230 - 237

백지윤 (금오공과대학교 화학소재공학부 소재디자인공학전공) , 장진호 (금오공과대학교 화학소재공학부 소재디자인공학전공)

Abstract ▼ AI-Helper

The flame-retardant (FR) treatments of wool fibers using Hexafluorozirconate/titanate salts and tetrabromophthalic anhydride can cause skin irritation and gas toxicity due to Zr and Br compounds respectively. A water-soluble polyfunctional cyclophosphazene derivative, synthesized through substitution reaction of Hexachloro cyclophosphazene and N-[3-(Dimethylamino)propyl] metacrylamide, was applied as a durable flame-retardant for wool fabrics. Also, a crosslinked structure was introduced to improve washing durability of the FR-wool, up to 10 laundering cycles, using Acrylamide(AAm) and Triacryloylhexahydrotriazine (TAHT) as a comonomer and a crosslinker respectively. The mole ratios of the TAHT and AAm concentrations compared to the Dichloro tetrakis{N-[3-(Dimethylamino)propyl]methacrylamido} cyclcophosphazene (DCTDCP) were optimized to 1.33 and 7.5 respectively. In addition, the pyrolysis and combustion properties of the FR wool were assessed using LOI, TGA and microcalorimetry suggesting a solid-phase FR mechanism.

주제어

표/그림 (12)

그림 Scheme 1. Crosslinked wool fiber treated with DCTDCP.
그림 Scheme 2. Crosslinked wool fiber treated with DCTDCP, TAHT and AAm.
그림 Figure 1. Effect of DCTDCP concentration on add-on and LOI.
그림 Figure 2. Synergistic effectiveness of DCTDCP and AAm treatment.
그림 Figure 4. SEM images of FR-wool; (a) Untreated, (b) 35% DCTDCP, and (c) 35% DCTDCP+13.1% TAHT+21.6% AAm.
그림 Figure 3. Infrared spectra of FR-finished wool fabrics.
표 Table 1. EA and ICP data of FR-finished wool fabrics
표 Table 2. TGA data of FR-finished wool fabrics
그림 Figure 5. TGA themodiagrams of FR-finished wool fabrics.
그림 Figure 6. HRR curves of the FR-finished wool fabrics.
표 Table 3. The MCC data of the FR-finished wool fabrics
그림 Figure 7. Effect of laundering cycles on the LOI of the FR-wool.

AI 본문요약
AI-Helper

제안 방법

HCCP와 DMAPMA의 치환반응을 통해 합성한 UV경화능을 갖는 방염 가공제인 DCTDCP를 사용하였고, 가교제와 단량체인 TAHT와 AAm를 추가하여 가공함으로써, 방염제의 가교구조를 도입하여 양모 섬유의 내구성 방염 가공을 실현하였다. DCTDCP만 단독 가공하면 LOI 31.
또한 열분해온도, 잔류탄화물 양, Nr(residue number)을 열중량 분석(TGA)으로 분석하였다. ICP와 EA를 통해 방염가공한 양모섬유를 세탁 전 후 원소조성비를 비교하여 가공제의 내구성을 확인할 수 있었다. 마이크로 열량계(MCC)를 통해 최대 발열 속도(peak HRR) 와 총 발열량(THR)을 분석하였다.
고착률(add-on)과 한계산소지수(LOI)를 측정하여 가공된 섬유의 방염효율도와 상승효과를 평가하였다. 또한 열분해온도, 잔류탄화물 양, Nr(residue number)을 열중량 분석(TGA)으로 분석하였다.
고착률(add-on)과 한계산소지수(LOI)를 측정하여 가공된 섬유의 방염효율도와 상승효과를 평가하였다. 또한 열분해온도, 잔류탄화물 양, Nr(residue number)을 열중량 분석(TGA)으로 분석하였다. ICP와 EA를 통해 방염가공한 양모섬유를 세탁 전 후 원소조성비를 비교하여 가공제의 내구성을 확인할 수 있었다.
FT-IR 분석은 적외선분광분석기(FT-IR 300E, JASCO, Japan)으로 KBr pellet법으로 작용기 변화를 조사하였다. 또한 주사전자현미경(JSM 6500F, JEOL, Japan)을 사용하여 FR 섬 유표면의 미세구조를 관찰하였다.
ICP와 EA를 통해 방염가공한 양모섬유를 세탁 전 후 원소조성비를 비교하여 가공제의 내구성을 확인할 수 있었다. 마이크로 열량계(MCC)를 통해 최대 발열 속도(peak HRR) 와 총 발열량(THR)을 분석하였다.

이론/모형

FT-IR 분석은 적외선분광분석기(FT-IR 300E, JASCO, Japan)으로 KBr pellet법으로 작용기 변화를 조사하였다. 또한 주사전자현미경(JSM 6500F, JEOL, Japan)을 사용하여 FR 섬 유표면의 미세구조를 관찰하였다.
방염가공된 섬유의 세탁 전∙후의 내구성은 Launder-Ometer (Daelim, Korea)를 사용하여 AATCC TM 61-2006 2A법에 따라 평가하였다.
방염성은 한계산소지수측정기(Ysuda Seiki Sesakusho Ltd., Japan)를 이용하여 연소가 지속되기 위한 최소 산소부피함량비인 한계산소지수(LOI)를 측정하였다(ISO 4589:2000). 방염효율도(EFF)는 가공직물의 인(P) 함량 1% 당 LOI 증가량이다.
세탁 내구성은 AATCC TM 61법의 반복 세탁 후 LOI 변화를 통해 평가하였다. DCTDCP만 처리한 양모 직물의 경우 5회 세탁 후 LOI가 25.

성능/효과

HCCP와 DMAPMA의 치환반응을 통해 합성한 UV경화능을 갖는 방염 가공제인 DCTDCP를 사용하였고, 가교제와 단량체인 TAHT와 AAm를 추가하여 가공함으로써, 방염제의 가교구조를 도입하여 양모 섬유의 내구성 방염 가공을 실현하였다. DCTDCP만 단독 가공하면 LOI 31.1으로 증가하지만 세탁 10 회 후에는 LOI 25.4로 방염성이 유지되지 않았지만 13.1% TAHT와 21.6% AAm를 첨가함으로써 3차원 가교 네트워크 도입으로 인해 LOI가 31.6으로 상승될 뿐 아니라, 세탁 10회 후에도 LOI 26.3로 유지되어 우수한 세탁 내구성을 보였다.
따라서 이 방염가공은 인산에 의한 탈수 및 가교 반응에 의해 최대 연소 온도와 발열속도를 감소시켜 총 연소열이 감소함을 알 수 있다. 따라서 방염가공된 양모는 탈수와 가교에 의해 비가연성 물질의 양을 증가시켜 전체 연소 발열량을 감소시키는 것을 알 수 있다.

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