[논문]유.무기계 난연제의 합성 및 그 응용에 관한 연구

조승현; 하진욱

유.무기계 난연제의 합성 및 그 응용에 관한 연구
A Study on the Synthesis of Organic/Inorganic Flame Retardant and Its Application 원문보기

조승현 (순천향대학교 공과대학 화학공학부) , 하진욱 (순천향대학교 공과대학 화학공학부)

본 연구의 목표는 난연화를 위한 기존 공법의 단점 보완과 환경 친화적인 난연제를 사용한 비 난연 XLPE 케이블의 난연화 방법과 최적의 난연 코팅액 배합에 있다. 전력용, 통신용 등과 같이 고난연성이 요구되는 경우 기존 컴파운드 방법으로는 난연제를 다량으로 첨가하여 사용하며, base polymer와의 혼합성, 기계적인 물성에도 영향을 끼쳐서는 안되는 등 여러 가지 요구 조건을 만족시켜야 하는 문제점을 가지고 있다. 각 난연 코팅액에 따른 코팅 표면을 고찰한 결과 모든 코팅의 표면은 깨끗하였으며, 코팅층의 두께는 약 10～20 ㎛로 일정하게 코팅이 되었다. Mg(OH)₂/Zinc Borate의 경우는 무게비(wt％)가 1 : 0.5, 1: 0.6에서 난연 효과를 보였으나. 1 : 0.7이상에서는 유연성이 떨어져 코팅층의 균일이 발생하여 연소 테스트시 난연 효과가 떨어지는 현상을 볼 수 있었다. Mg(OH)₂/AF100 S/Zinc Borate의 경우는 AF100 S의 첨가량이 증가할수록 탄화막 형성되어 난연성이 향상되었다.

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문제 정의

본 연구의 목표는 난연화를 위한 기존 공법의 단점 보완과 환경친화적인 난연제를 사용한 비 난연 XLPE 케이블의 난연화 방법과 최적의 난연 코팅액 배 합에 있다.

제안 방법

난연 코팅액 제조를 위하여 먼저, 바인더와 회 석제인 MEK를 먼저 배합을 한 뒤, Homogenaizer 를 이용하여 1분간 강하게 교반을 시켜 균일한 혼합액을 제조하였다. 균일하게 제조된 혼합액에 표면 첨가제를 첨가하여 5분간 교반 후, 습윤 분산제를 혼합하기 전에 사용 용제로 15%(고형분)용 액으로 희석하여 천천히 첨가하면서 교반하였다. 위의 과정으로 제조된 혼합액에 정해진 배합 비율에 따라 난연제를 첨가한 뒤 Ball Mill 작업을 하여 고른 입도를 갖고 균일하게 분산된 난연 코팅 액을 제조하였다.
난연 코팅액 제조를 위하여 먼저, 바인더와 회 석제인 MEK를 먼저 배합을 한 뒤, Homogenaizer 를 이용하여 1분간 강하게 교반을 시켜 균일한 혼합액을 제조하였다. 균일하게 제조된 혼합액에 표면 첨가제를 첨가하여 5분간 교반 후, 습윤 분산제를 혼합하기 전에 사용 용제로 15%(고형분)용 액으로 희석하여 천천히 첨가하면서 교반하였다.
난연 코팅을 하기 전, 비 난연 XLPE 케이블 표면을 알코올을 이용하여 이물질을 잘 닦아낸 후, PE primer를 이용하여 표면 개질하였다. 개 질된 비 난연 XLPE 케이블을 Drying oven에서 2분간 건조시켰다.
난연제에 배합 비율에 따른 난연성 평가를 수행 중}기 위해 Mg(OH)2/Zinc Borate, Mg(OH)2/AF100 S/Zinc Borate 배합 비율에 따라 난연 코팅액을 제조하여 비 난연 XLPE 케이블에 코팅하였다.
할로겐계 난연제는 인체의 유해성 등으로 앞으 로 사용 규제가 예상되며 열화시 고온의 탄화수 소나 할로겐화탄화수소에 의해 XLPE 케이블의 절연체에 영향을 주어 기계적인 물성 저하를 일으 킨다. 따라서 초기 열 분해온도가 35CTC인 수산화마그네슘(Mg(OH)»을 사용하여 Zinc Borate와 배 합비율에 따른 난연성을 평가하였다.
유. 무기 복합 난연 코팅액을 비 난연 XLPE 케이블에 딥 코팅하여 코팅 표면 특성, 난연성을 광학현미경, UL-1581(VW-1) 연소 실험 장치를 사용하여 자세히 고찰하였다.
보다 우수한 난연 효과 맟 유연성을 위하여 사용한 난연제의 양을 반으로 줄이고, 탄화 막 형성에 의한 난연 효과가 뛰어난 인계 난연제인 AF100 S를 배합 비율에 따라 첨가하였다. AF100 S의 첨가량이 증가함에 따라 난연성은 Zinc Borate의 경우처럼 일정량 이상 첨가 되었으때 크랙발생 으로 인한 난연성 저하 현상을 관찰할 수 없다.
균일하게 제조된 혼합액에 표면 첨가제를 첨가하여 5분간 교반 후, 습윤 분산제를 혼합하기 전에 사용 용제로 15%(고형분)용 액으로 희석하여 천천히 첨가하면서 교반하였다. 위의 과정으로 제조된 혼합액에 정해진 배합 비율에 따라 난연제를 첨가한 뒤 Ball Mill 작업을 하여 고른 입도를 갖고 균일하게 분산된 난연 코팅 액을 제조하였다.

성능/효과

7 이상에서는 난연 효과가 떨어지는 현상을 보였다. Mg(OH)2/AF100 S/Zinc Borate의 경우는 AF100 S 의 첨가량이 중가할수록 난연 효과가 향상되었다.
Mg(OH)2/Zinc Borate 배합 비율에 따른 난연성은 Zinc Borate의 증가에 따라 난연성이 계속 증가하는 것이 아니라 1: 0.7 이상부터 난연 효과가 떨어지는 것으로 나타났다. 난연 효과가 떨어지는 이유로는 연소 시 탄화 막 형성이 이루어지지 않기 때 문이며, 무기계 난연제인 Zinc Borate의 배한 비율이 높아질수록 오히려 부착력의 저하를 가져와 코팅층과 기재 사이에 크랙(crack)이 발생하여 열 분 해시 가연 가스의 공급으로 인한 연소 확대로 난 연성이 떨어지는 것으로 보안다.
각 난연 코팅액의 코팅 표면을 고찰한 결과, 무기계 난연제의 함량이 높아질수록 코팅 표면이 거칠어지는 것을 볼 수 있었다. 모든 코팅충의 두께 는 약 10 ~ 20㎛로 일정하게 코팅이 되었으며, 코팅층 두께는 코팅액의 점도와 사용된 무기계 난연제의 입자 사이즈에 따라 약간의 변화가 있었다.
모든 코팅충의 두께 는 약 10 ~ 20㎛로 일정하게 코팅이 되었으며, 코팅층 두께는 코팅액의 점도와 사용된 무기계 난연제의 입자 사이즈에 따라 약간의 변화가 있었다. 또한 무기계 난연제가 많이 함유될수록 연소 테스트 시 코팅충의 균열에 의하여 난연 효과가 떨어지는 현상을 볼 수 있었다.
각 난연 코팅액의 코팅 표면을 고찰한 결과, 무기계 난연제의 함량이 높아질수록 코팅 표면이 거칠어지는 것을 볼 수 있었다. 모든 코팅충의 두께 는 약 10 ~ 20㎛로 일정하게 코팅이 되었으며, 코팅층 두께는 코팅액의 점도와 사용된 무기계 난연제의 입자 사이즈에 따라 약간의 변화가 있었다. 또한 무기계 난연제가 많이 함유될수록 연소 테스트 시 코팅충의 균열에 의하여 난연 효과가 떨어지는 현상을 볼 수 있었다.

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