인계 난연제는 높은 효율성, 신뢰성, 그리고 광범위한 사용성을 지닌 난연제로서 연구자들의 상당한 관심을 받고 있습니다. 이들의 합성과 응용 분야에서 주목할 만한 성과들이 이루어졌습니다.
1. PP에 인계 난연제를 적용하는 연구
폴리프로필렌(PP)의 물리적 특성은 산업 응용 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다. 그러나 PP의 한계산소지수(LOI)는 약 17.5%에 불과하여 인화성이 매우 높고 연소 속도가 빠릅니다. 산업 분야에서 PP 소재의 가치는 난연성과 물리적 특성 모두에 의해 좌우됩니다. 최근에는 미세 캡슐화와 표면 개질이 난연성 PP 소재 개발의 주요 동향으로 떠오르고 있습니다.
예시 1: 실란 커플링제(KH-550)와 실리콘 수지 에탄올 용액으로 변성시킨 폴리인산암모늄(APP)을 PP 소재에 적용하였다. 변성 APP의 질량 분율이 22%에 도달했을 때, 소재의 LOI는 30.5%로 증가하였고, 기계적 특성 또한 요구 조건을 충족하며, 변성되지 않은 APP로 난연 처리한 PP 소재보다 우수한 성능을 보였다.
예시 2: APP는 멜라민(MEL), 하이드록실 실리콘 오일 및 포름알데히드 수지로 구성된 껍질에 현장 중합을 통해 캡슐화되었습니다. 이 미세 캡슐을 펜타에리트리톨과 혼합하여 PP 소재에 적용함으로써 난연성을 향상시켰습니다. 제조된 소재는 LOI 32% 및 UL94 V-0 등급의 수직 연소 시험 결과를 나타내며 우수한 난연성을 보였습니다. 고온수 침지 처리 후에도 이 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 도달하여 난연 등급이 V-0에 이르렀고, 최대 열 방출 속도가 현저히 감소하였다.
2. PS에 인계 난연제를 적용하는 방법
폴리스티렌(PS)은 인화성이 매우 높으며 점화원이 제거된 후에도 계속 연소됩니다. 높은 발열량과 빠른 화염 확산과 같은 문제를 해결하기 위해 할로겐이 없는 인계 난연제는 PS의 난연성에 중요한 역할을 합니다. PS의 일반적인 난연 방법에는 코팅, 함침, 브러싱 및 중합 단계 난연이 있습니다.
실시예 1: N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란과 인산을 사용하여 졸-겔법으로 인 함유 난연성 팽창 폴리스티렌(PS) 접착제를 합성하였다. 코팅법으로 난연성 PS 폼을 제조하였다. 온도가 700°C를 초과할 때, 상기 접착제로 처리된 PS 폼은 49% 이상의 탄화층을 형성하였다.
전 세계 연구진들은 인을 함유한 난연성 구조를 비닐 또는 아크릴 화합물에 도입한 후, 이를 스티렌과 공중합하여 새로운 인 함유 스티렌 공중합체를 합성해왔습니다. 연구 결과에 따르면 순수 폴리스티렌(PS)에 비해 인 함유 스티렌 공중합체는 산화강도(LOI)와 잔류 탄화물 함량이 현저히 향상되어 우수한 열 안정성과 난연성을 나타내는 것으로 밝혀졌습니다.
예시 2: 비닐 말단 올리고머 인산염 하이브리드 거대단량체(VOPP)를 접합 공중합을 통해 폴리스티렌(PS)의 주쇄에 접합시켰다. 이 접합 공중합체는 고체상 메커니즘을 통해 난연성을 나타냈다. VOPP 함량이 증가함에 따라 LOI(난연 지수)가 상승하고, 최대 열 방출 속도와 총 열 방출량이 감소하며, 용융 낙하 현상이 사라져 현저한 난연 효과를 나타냈다.
또한, 무기 인계 난연제는 폴리스티렌(PS)의 난연을 위해 흑연 또는 질소계 난연제와 화학적으로 결합될 수 있습니다. 코팅 또는 브러싱 방법을 사용하여 인계 난연제를 PS에 적용하면 재료의 산화강도(LOI) 및 탄화 잔류물을 크게 개선할 수 있습니다.
3. PA에 인계 난연제를 적용하는 경우
폴리아미드(PA)는 가연성이 매우 높고 연소 시 상당한 양의 연기를 발생시킵니다. PA는 전자 부품 및 장비에 널리 사용되기 때문에 화재 위험이 특히 높습니다. PA는 주 사슬에 아미드 구조를 가지고 있어 다양한 방법을 통해 난연 처리가 가능하며, 첨가제형 및 반응형 난연제 모두 매우 효과적입니다. 이러한 난연성 PA 중에서 알킬 포스피네이트 염이 가장 널리 사용됩니다.
예시 1: 알루미늄 이소부틸포스피네이트(A-MBPa)를 PA6 매트릭스에 첨가하여 복합재료를 제조하였다. 난연성 시험 중, A-MBPa는 PA6보다 먼저 분해되어 PA6를 보호하는 조밀하고 안정적인 탄화층을 형성하였다. 이 재료는 LOI 26.4% 및 V-0 등급의 난연성을 달성하였다.
예시 2: 헥사메틸렌디아민과 아디프산의 중합 과정에서 난연제인 비스(2-카르복시에틸)메틸포스핀옥사이드(CEMPO) 3중량%를 첨가하여 난연성 PA66을 제조하였다. 연구 결과, 난연성 PA66은 기존 PA66에 비해 우수한 난연성을 나타냈으며, LOI(난연강도지수)가 현저히 높았다. 탄화층 분석 결과, 난연성 PA66의 조밀한 탄화 표면에는 다양한 크기의 기공이 존재하여 열 및 가스 전달을 차단하는 데 도움을 주었으며, 이는 탁월한 난연 성능을 입증하는 것이었다.
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게시 시간: 2025년 8월 15일
