[논문]친환경 무독성 난연도료에 대한 연구

도영웅; 권면주; 주현규; 윤재경; 하진욱

친환경 무독성 난연도료에 대한 연구
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도영웅 (순천향대학교 화학공학.환경공학과) , 권면주 ((주)한일) , 주현규 (한국에너지기술연구원) , 윤재경 (한국에너지기술연구원) , 하진욱 (순천향대학교 화학공학.환경공학과)

본 연구에서는 EU에서 발효되는 6대 규제유해물질(Pb, Hg, Cd, $C^{6+}$, PBB/PBDE)과 환경부 규제유해물질에 의해 도료의 유해조성물질을 제한하게 됨에 따라 VOC(휘발성유기화합물) 배출이 적고, 브롬계/할로겐계를 탈피하여 인체안전성 확보 및 환경오염을 최소화하며, 방염제 형식승인 및 검정기술기준 (KOFEIS 0201)에 부합하는 수용성 유 무기계 난연도료를 개발하였다. 친환경적인 난연도료 제조에 대한 최적조건으로 Mg(OH)$_2$, $Sb_2O_3$, 붕산아연을 1:2:2로 혼합한 난연제 그리고 바인더(마이셸 2%)와 물의 비율을 1:1로 제조한 후, 난연제:(바인더+물)을 1:1로 제조한 난연도료 3의 성능이 가장 우수하였다.

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문제 정의

본 연구는 VOC(휘발성유기화합물) 배출이 적고, 전 세계적으로 사용규제가 강화되고 있는 브롬계/할로겐계를 탈피한 유 · 무기계 난연제 중심의 환경친화적인 난연도료 개발을 목표로 하고 있으며, 다중이용업소 인테리어 합판, 목재, 각종 플라스틱, 전선 등에 사용 가능하며, 광촉매 도료와의 혼합으로 환경개선용으로 응용도 가능할 것으로 예상된다.

제안 방법

그리고 AW-101-50, 폴리졸, 마이셸(2%)을 각각 첨가하여 난연도료 1, 2, 3을 W19cm × D29cm × H0.5cm인 합판에 일정한 두께로 2회 도포시킨다.
본 연구에서는 EU에서 발효되는 6대 규제유해물질(Pb, Hg, Cd, Cr6+, PBB/PBDE)과 2007년 강화된 ‘수도권 대기 환경개선 특별법’에 의해 도료의 유해조성물질들을 제한하게 됨에 따라 기존 브롬계/할로겐계 난연제가 아닌 인계 혹은 비할로겐계 난연제를 사용하고, 용제형이 아닌 수용성 도료로 제조하여 보다 친환경적인 물질로 대체하였으며, 방염제의 형식승인 및 검정기술기준(KOFEIS 0201)에 근거하여 난연성을 평가하였다.
수산화마그네슘, 삼산화안티몬, 붕산아연을 이용하여 만든 난연제에 AW-101-50, 폴리졸, 마이셸 등을 첨가하여 만든 난연도료와 기존 A사 수성페인트의 탄화면적 및 탄화길이를 측정하여 표 3에 나타내었다.
2.2 난연코팅액 제조

제조방법은 수산화마그네슘, 삼산화안티몬, 붕산아연을 1:2:2의 비율로 된 난연제에 AW-101-50, 폴리졸, 마이셸(물에 마이셸2% 녹임)과 IPA, 물을 표 1과 같이 첨가, 배합하여 난연도료를 제조한 후 각각에 대한 난연성을 평가한다.
5H₂O)로 구성한 난연제를 사용하고, 바인더는 유기바인더인 AW101-50, 수용성 아크릴계 바인더인 폴리졸, 천연유기섬유 바인더인 마이셸을 사용하였으며, 희석제는 지방족 알콜류인 IPA(Isopropyl Alcohol)와 물(H₂O)을 사용하여 난연도료를 만들었다. 제조한 난연도료에 들어가는 바인더와 희석제 배합은 AW-101-50과 IPA, 폴리졸과 물, 마이셸과 물을 난연제와 일정비율로 배합하여 난연도료를 만들었다.

대상 데이터

난연도료의 난연성을 평가하기 위한 시험항목에 필요한 시험체는 W19cm × D29cm × H0.5cm인 합판이다.
난연도료의 조성으로는 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 삼산화안티몬(Sb2O3), 붕산아연(2ZnO · 3B2O3 · 3.5H2O)로 구성한 난연제를 사용하고, 바인더는 유기바인더인 AW101-50, 수용성 아크릴계 바인더인 폴리졸, 천연유기섬유 바인더인 마이셸을 사용하였으며, 희석제는 지방족 알콜류인 IPA(Isopropyl Alcohol)와 물(H2O)을 사용하여 난연도료를 만들었다.
난연코팅을 한 합판은 2㎡ 이상의 합판에서 임의로 잘라낸 W19cm × D29cm의 것으로 3개씩 만들어 사용하였다.
난연코팅을 한 합판은 2㎡ 이상의 합판에서 임의로 잘라낸 W19cm × D29cm의 것으로 3개씩 만들어 사용하였다. 또한 연소 시 사용한 가스는 KS M 2150(액화석유가스) 제4호에 적합한 가스를 사용하였으며, 버너의 불꽃 크기는 6.5cm로 실험하였다.

이론/모형

각 난연 코팅액이 코팅된 합판의 난연성을 평가하기 위해 한국소방검정공사 규정에 의한 45° 마이크로버너 방법을 사용하였다.
도포 후 통풍이 잘되는 곳에서 약 7일간 자연건조를 시켜준다. 그 후 한국소방검정공사 규정(KOFEIS 0201)에 근거하여 난연성 평가를 실시하였다.

성능/효과

결국 친환경적인 난연도료 제조에 대한 최적조건으로 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 삼산화안티몬(Sb2O3), 붕산아연(2ZnO · 3B2O3 · 3.5H2O)의 비할로겐계 난연제의 비율을 1:2:2로 제조하고, 물에 녹인 마이셸(2%)과 물의 비율을 1:1로 제조한 후 난연제:바인더(마이셸 2%)와 물을 1:1로 제조한 난연도료 3의 성능이 가장 우수하였다.
합판, 목재 연소테스트를 한 결과 일반 A사의 수성페인트와 난연도료에 대한 탄화면적 및 탄화길이는 표 3과 같았다. 난연성 측정결과 모두 난연규정에 부합하는 우수한 결과가 나왔으나, 수성페인트에서는 난연도료 1, 2, 3에 비하여 탄화면적 및 탄화길이가 크게 측정되어 난연성이 좋지 않음을 알 수 있었다.
또한 4가지 도료의 중에 마이셸(2%)를 첨가한 난연도료 3의 난연성이 가장 좋았으며, 난연도료 1, 2는 비슷하게 측정되었다.
수산화마그네슘, 삼산화안티몬, 붕산아연의 친환경적인 난연제를 AW-101-50, 폴리졸, 마이셸 등의 바인더와 IPA, 물에 의한 배합으로 난연도료를 만들고 W19cm × D29cm인 합판에 2회 도포하여 난연성 실험을 수행한 결과 난연제와 마이셸(2%), 물 베이스인 난연도료 3의 탄화면적이 27.2cm2, 탄화길이 8.1cm로 난연성이 우수한 것을 볼 수 있었다.
합판, 목재 연소테스트를 한 결과 일반 A사의 수성페인트와 난연도료에 대한 탄화면적 및 탄화길이는 표 3과 같았다. 난연성 측정결과 모두 난연규정에 부합하는 우수한 결과가 나왔으나, 수성페인트에서는 난연도료 1, 2, 3에 비하여 탄화면적 및 탄화길이가 크게 측정되어 난연성이 좋지 않음을 알 수 있었다.

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