압출 폴리스티렌 보드(XPS)는 건축 단열재로 널리 사용되는 소재이며, 난연성은 건물 안전에 매우 중요합니다. XPS용 난연제 배합 설계에는 난연 효율, 가공 성능, 비용 및 환경 요건을 종합적으로 고려해야 합니다. 아래는 할로겐계 및 무할로겐계 난연제 솔루션을 모두 포함하는 XPS용 난연제 배합에 대한 자세한 설계 및 설명입니다.
1. XPS 난연제 제형의 설계 원칙
XPS의 주성분은 폴리스티렌(PS)이며, 난연성 개질은 주로 난연제를 첨가하여 이루어집니다. 제형 설계는 다음 원칙을 준수해야 합니다.
- 높은 난연성: 건축 자재에 대한 난연성 기준을 충족합니다(예: GB 8624-2012).
- 처리 성능: 난연제는 XPS의 발포 및 성형 공정에 큰 영향을 미치지 않습니다.
- 환경 친화성: 환경 규정을 준수하기 위해서는 할로겐이 없는 난연제를 우선적으로 사용해야 합니다.
- 비용 관리: 성능 요구 사항을 충족하는 동시에 비용을 최소화합니다.
2. 할로겐화 난연제 XPS 제형
할로겐계 난연제(예: 브롬계 난연제)는 할로겐 라디칼을 방출하여 연소 연쇄 반응을 방해하여 높은 난연 효율을 제공하지만 환경 및 건강 위험을 초래합니다.
(1) 제형 구성 :
- 폴리스티렌(PS): 100phr(베이스 수지)
- 브롬계 난연제: 10–20phr(예: 헥사브로모사이클로도데칸(HBCD) 또는 브롬화 폴리스티렌)
- 삼산화안티몬(시너지제): 3–5phr (난연 효과 향상)
- 발포제: 5–10phr(예: 이산화탄소 또는 부탄)
- 분산제: 1–2phr (예: 폴리에틸렌 왁스, 난연제 분산 개선)
- 윤활유: 1–2phr(예: 스테아르산칼슘, 가공 유동성 향상)
- 항산화제: 0.5~1부(예: 1010 또는 168, 가공 중 분해 방지)
(2) 처리방법 :
- PS수지, 난연제, 상승제, 분산제, 윤활제, 산화방지제를 균일하게 미리 혼합합니다.
- 발포제를 첨가하고 압출기에서 용융 혼합합니다.
- 적절한 발포 및 성형을 보장하기 위해 압출 온도를 180~220°C로 조절합니다.
(3) 특징 :
- 장점: 난연 효율이 높고, 첨가제 양이 적으며, 비용이 낮습니다.
- 단점: 연소 중에 독성 가스(예: 브롬화수소)가 발생하여 환경 문제를 야기할 수 있습니다.
3. 할로겐 프리 난연 XPS 제형
할로겐이 없는 난연제(예: 인계, 질소계 또는 무기 수산화물)는 열 흡수나 보호층 형성을 통해 난연성을 달성하여 더 나은 환경 성능을 제공합니다.
(1) 제형 구성 :
- 폴리스티렌(PS): 100phr(베이스 수지)
- 인계 난연제: 10–15phr (예:폴리인산암모늄(APP)또는 적색 인)
- 질소계 난연제: 5–10phr (예: 멜라민 시아누레이트(MCA))
- 무기 수산화물: 20–30phr (예: 수산화마그네슘 또는 수산화알루미늄)
- 발포제: 5–10phr(예: 이산화탄소 또는 부탄)
- 분산제: 1–2phr (예: 폴리에틸렌 왁스, 분산 개선)
- 윤활유: 1–2phr(예: 스테아르산 아연, 가공 유동성 향상)
- 항산화제: 0.5~1부(예: 1010 또는 168, 가공 중 분해 방지)
(2) 처리방법 :
- PS수지, 난연제, 분산제, 윤활제, 산화방지제를 균일하게 미리 혼합합니다.
- 발포제를 첨가하고 압출기에서 용융 혼합합니다.
- 적절한 발포 및 성형을 보장하기 위해 압출 온도를 180~210°C로 조절합니다.
(3) 특징 :
- 장점: 환경 친화적이며, 연소 시 유독가스가 발생하지 않으며, 환경 규정을 준수합니다.
- 단점: 난연 효율이 낮고, 첨가제 양이 많으면 기계적 특성과 발포 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
4. 제형 설계의 주요 고려 사항
(1) 난연제 선정
- 할로겐화 난연제: 효율성은 높지만 환경 및 건강상의 위험을 초래합니다.
- 할로겐 프리 난연제: 환경 친화적이지만 첨가량이 더 많이 필요합니다.
(2) 시너지스트의 활용
- 삼산화안티몬: 할로겐계 난연제와 시너지 효과를 발휘하여 난연성을 크게 향상시킵니다.
- 인-질소 시너지: 할로겐이 없는 시스템에서는 인계 난연제와 질소계 난연제가 함께 작용하여 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
(3) 분산성 및 가공성
- 분산제: 국부적으로 높은 농도가 발생하는 것을 방지하기 위해 난연제가 균일하게 분산되도록 합니다.
- 윤활제: 가공 유동성을 개선하고 장비 마모를 줄입니다.
(4) 발포제 선정
- 물리적 발포제: CO₂나 부탄과 같은 환경 친화적인 가스로, 발포 효과가 좋습니다.
- 화학 발포제: 아조디카르보나마이드(AC)와 같은 경우 발포 효율은 높지만 유해 가스를 생성할 수 있습니다.
(5) 항산화제
가공 중 재료의 분해를 방지하고 제품 안정성을 향상시킵니다.
5. 일반적인 응용 분야
- 건물 단열재: 벽, 지붕, 바닥의 단열층에 사용됩니다.
- 콜드체인 물류: 냉장 보관 및 냉장 차량용 단열재.
- 기타 분야: 장식재, 방음재 등
6. 제형 최적화 권장 사항
(1) 난연성 향상
- 혼합 난연제: 할로겐-안티몬이나 인-질소의 시너지 효과를 통해 난연성을 강화합니다.
- 나노 난연제: 나노 마그네슘 수산화물이나 나노 클레이 등을 사용하여 첨가제 양을 줄이면서 효율성을 향상시킵니다.
(2) 기계적 성질 향상
- 강화제: POE나 EPDM과 같은 소재를 사용하여 소재의 인성과 충격 저항성을 향상시킵니다.
- 강화 필러: 유리섬유 등을 첨가하여 강도와 강성을 향상시킵니다.
(3) 비용 절감
- 난연제 비율 최적화: 난연성 요구 사항을 충족하는 동시에 사용량을 줄입니다.
- 비용 효율적인 재료를 선택하세요: 국내산 또는 혼합 난연제 등.
7. 환경 및 규제 요구 사항
- 할로겐화 난연제: RoHS 및 REACH와 같은 규정에 의해 제한됩니다. 주의해서 사용하세요.
- 할로겐 프리 난연제: 환경 규정을 준수하고 미래 트렌드를 반영합니다.
요약
XPS용 난연제 배합 설계는 특정 적용 시나리오와 규제 요건을 기반으로 할로겐계 난연제와 무할로겐계 난연제 중에서 선택해야 합니다. 할로겐계 난연제는 높은 효율을 제공하지만 환경적 문제를 야기하는 반면, 무할로겐계 난연제는 환경 친화적이지만 더 많은 첨가제가 필요합니다. 배합 및 공정을 최적화함으로써 건물 단열 및 기타 분야의 요구를 충족하는 고성능, 친환경적, 비용 효율적인 난연 XPS를 생산할 수 있습니다.
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게시 시간: 2025년 5월 23일
