PP에 인계 난연제의 적용

인계 난연제는 고효율, 고신뢰성, 고효율성을 특징으로 하며 널리 사용되는 난연제로, 연구자들의 큰 관심을 받고 있습니다. 인계 난연제의 합성 및 응용 분야에서 괄목할 만한 성과가 이루어졌습니다.

1. PP에 인계 난연제의 적용

폴리프로필렌(PP)의 물리적 특성은 산업 분야에서 중요한 역할을 합니다. 그러나 산소 지수(LOI)가 약 17.5%에 불과하여 가연성이 높고 연소 속도가 빠릅니다. 산업 분야에서 PP 소재의 가치는 난연성과 물리적 특성 모두에 의해 결정됩니다. 최근 몇 년 동안 마이크로캡슐화와 표면 개질이 난연성 PP 소재의 주요 트렌드로 자리 잡았습니다.

예시 1: 실란 커플링제(KH-550)와 실리콘 수지 에탄올 용액으로 개질된 폴리인산암모늄(APP)을 PP 소재에 도포했습니다. 개질된 APP의 질량 분율이 22%에 도달했을 때, 해당 소재의 LOI는 30.5%로 증가했으며, 기계적 물성 또한 요구 조건을 충족하여 개질되지 않은 APP로 난연 처리된 PP 소재보다 우수한 성능을 보였습니다.

예시 2: APP를 멜라민(MEL), 하이드록실 실리콘 오일, 그리고 포름알데히드 수지로 구성된 쉘에 현장 중합을 통해 캡슐화했습니다. 이후, 마이크로캡슐을 펜타에리트리톨과 혼합하여 난연성을 위해 PP 소재에 도포했습니다. 이 소재는 LOI 32%, 수직 연소 시험 등급 UL94 V-0으로 우수한 난연성을 나타냈습니다. 고온수 침지 처리 후에도 복합재는 우수한 난연성과 기계적 특성을 유지했습니다.

예시 3: APP를 수산화알루미늄(ATH)으로 코팅하여 개질하고, 개질된 APP를 디펜타에리트리톨과 2.5:1의 질량비로 혼합하여 PP 소재에 사용하였다. 난연제의 총 질량 분율이 25%일 때, LOI는 31.8%에 도달하였고, 난연 등급은 V-0에 도달하였으며, 최대 열 방출률은 현저히 감소하였다.

2. PS에 인계 난연제의 적용

폴리스티렌(PS)은 가연성이 매우 높아 점화원이 제거된 후에도 계속 연소합니다. 높은 열 방출 및 빠른 화염 확산과 같은 문제를 해결하기 위해 할로겐이 없는 인계 난연제가 PS 난연성에 중요한 역할을 합니다. PS의 일반적인 난연성 향상 방법으로는 코팅, 함침, 브러싱, 중합 단계 난연 등이 있습니다.

실시예 1: 발포성 PS용 인 함유 난연성 접착제를 N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란과 인산을 사용하여 졸-겔법으로 합성하였다. 난연성 PS 폼은 코팅법을 사용하여 제조하였다. 온도가 700°C를 초과했을 때, 접착제로 처리된 PS 폼은 49%를 초과하는 탄화층을 형성하였다.

전 세계 연구진은 비닐 또는 아크릴 화합물에 인 함유 난연성 구조를 도입한 후, 스티렌과 공중합하여 새로운 인 함유 스티렌 공중합체를 개발했습니다. 연구에 따르면, 순수 PS에 비해 인 함유 스티렌 공중합체의 LOI(입도계수)와 숯 잔류물 함량이 크게 개선되어 열 안정성과 난연성이 우수함을 보여줍니다.

실시예 2: 비닐 말단 올리고머 인산염 하이브리드 거대단량체(VOPP)를 그래프트 공중합을 통해 PS 주쇄에 그래프트하였다. 그래프트 공중합체는 고상 메커니즘을 통해 난연성을 나타냈다. VOPP 함량이 증가함에 따라 LOI가 상승하고, 최대 열방출률과 총 열방출률이 감소하며, 용융물 드리핑 현상이 사라져 상당한 난연 효과를 나타냈다.

또한, 무기 인계 난연제를 흑연 또는 질소계 난연제와 화학적으로 결합하여 PS 난연성에 사용할 수 있습니다. 코팅 또는 브러싱 방법을 사용하여 인계 난연제를 PS에 도포하면 재료의 LOI(투과율)와 숯 잔류물을 크게 개선할 수 있습니다.

3. PA에서의 인계 난연제의 적용

폴리아미드(PA)는 가연성이 매우 높아 연소 시 상당한 연기를 발생시킵니다. PA는 전자 부품 및 장비에 널리 사용되기 때문에 화재 위험이 특히 높습니다. PA는 주쇄의 아미드 구조로 인해 다양한 방법으로 난연화할 수 있으며, 첨가제와 반응성 난연제 모두 매우 효과적인 것으로 입증되었습니다. 난연성 PA 중에서는 알킬 포스피네이트 염이 가장 널리 사용됩니다.

예시 1: 알루미늄 이소부틸포스피네이트(A-MBPa)를 PA6 매트릭스에 첨가하여 복합 재료를 제조했습니다. 난연성 시험 중 A-MBPa는 PA6보다 먼저 분해되어 PA6를 보호하는 조밀하고 안정적인 탄화층을 형성했습니다. 이 재료는 26.4%의 LOI(난연지수)와 V-0의 난연성을 달성했습니다.

예시 2: 헥사메틸렌디아민과 아디프산의 중합 과정에서 난연제인 비스(2-카르복시에틸)메틸포스핀 옥사이드(CEMPO) 3중량%를 첨가하여 난연성 PA66을 제조했습니다. 연구 결과, 난연성 PA66은 기존 PA66에 비해 난연성이 우수했으며, LOI(열관류지수)가 현저히 높았습니다. 숯층 분석 결과, 난연성 PA66의 치밀한 숯 표면에는 다양한 크기의 기공이 존재하여 열과 가스 전달을 차단하는 데 도움이 되었으며, 이는 뛰어난 난연 성능을 보여줍니다.

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