제목 : 플라스틱과 난연
Ⅰ. 서론
♨특수 고성능 플라스틱 개요
♨난연개념
Ⅱ.난연화 종류
Ⅲ.난연제 종류 및 특성
Ⅳ.최근 난연 관련 제품소개
Ⅴ.UL규격이란?
Ⅵ.결론
제목 : 플라스틱과 난연
Ⅰ.서론
1.특수 고성능 플라스틱용 사출성형
①열가소성 고성능 엔지니어링플라스틱(EP)
②전도성 플라스틱
③난연성 플라스틱
④열가소성 엘라스토머(TPE)
⑤고성능 플라스틱 핫런너
2.개념
난연화(難燃化)-난연성을 부가하거나 또는 내열성을 향상시키는 것
Ⅱ.난연화 종류
①저분자량 난연제 첨가하는 방법
②대량의 무기물을 충전시키는 방법
(불연성 물질로서 물, 실리카, 유리, 마이커, 기타의 규산염류, 칼슘염류, 알루미늄염류등을 혼입)
③난연성 모노머를 중합
(폴리머의 성분으로 난연성을 부여하는 원소를 갖고 있는 화합물을 삽입)
④내열성 플라스틱제조
(고온에서 열에 안정한 폴리머나 혹은 분해후에 고형잔물이 많은 폴리머를 만드는일)
Ⅲ.난연제 종류 및 특성
할로겐계난연제, 인계난연제, 무기계난연제, 난연상승제
1. 할로겐계 난연제
할로겐계 화합물은 근본적으로 기체상에서 발생하는 라디칼을 안정화 시켜 난연효과를 가지게 됨.
<반응 메카니즘>
HO․+HX→HOH+X․ 금지반응
X․+RH→ HX+R․ 재생반응
(연쇄반응의 정지)
XO․+․OH→HX+O2
(활성O․, ․OH의 농도를 줄이고 연쇄반응을 정지시켜 난연효과)
X․+O․→․OX+M․
X2+O․→․OX+X․
(분해시 불연성 가스를 발생 , 산소를 차단하는 효과)
O․+․OX→O2+X․
연소시 ․OH라디칼과 같은 활성화 라디칼은 화학반응을 통하여 열을 발생하게 되며 이때 발생된 잠열은 주위 인화성물질이 연소하는데 소요되는 에너지원으로 작용하게 된다.
난연제는 위 메카니즘처럼 활성라디칼인 ․OH 및 ․O의 농도를 줄이고 연쇄반응을 정지시켜 난연효과를 부여하게 되는데 연소시 C-X결합의 절단은 흡열반응으로 가연성물질의 연소열을 감소시키는 효과가 있다. 또한 분해시 불연성 기체를 발생시켜 산소를 차단하는 효과도 있다. 그러므로 실제적인 난연효과는 HX가 부여하게 되며 반응하여 저에너지원의 X라디칼로 전환된다.
또한 할로겐 함유 난연제는 고체상에서도 난연효과를 나타내며 HX는 가연성 물질의 산화촉매로 작용하여 산화된 물질은 환 구조화되어 결과적으로는 탄소화합물을 생성하게 된다. 이렇게 생성된 탄소화합물은 산소 및 잠열을 차단하여 가연성 물질이 연소영역 이하에 있도록 도와 주는 역할을 하게 된다.
특히 염소는 액상, 고상에서는 무거운 가스로써 표면을 덮어 열과 산소를 차단하는 효과, 탄화하기 쉬운 이중결합을 가진 화합물의 생성작용을 한다.
<난연성 우수 순서>
aliphatic〉acyclic〉aromatic
지방족 할로겐 화합물은 방향족 할로겐 화합물보다 효과가 더 좋다. 그것은 할로겐의 결합에너지‘ 차 ‘ 때문이다. 즉 결합에너지가 강하면 할로겐원소가 벗어나기 어렵기 때문에 난연효과가 나쁘게 된다.
⑴브롬계난연제
①트리브로모페녹시에탄(상품명 FF-680), 테트라브로모비스페놀A(TBBA)가 주로 사용
②TBBA - 가격이 저가, 열안정성저하
브롬화에폭시의 경우 TBBA를 출발물질로 하여 중합공정을 거쳐 제조되는데 분자 량 조절에 따라 다양한 물성을 갖는 난연플라스틱의 제조가능, 강성이 취약한 면 이 있다.
③브롬계 난연제 종류 - BC-52, BC-58, BT-93, DE-79/FR-1208
⑵염소계 난연제
①염소화파라핀, 염소화폴리에틸렌, 지방족 염소계 난연제등이 있다.
②염소계파라핀 및 폴리에틸렌의 경우 가격 저렴, 열안정성 취약
지방족 난연제의 경우 가격이 다소 비싸다.
③브롬계에 비해 난연 효율성이 다소 낮음
2. 인계난연제
<난연 主 原理>
액상이나 고상에서 난연작용.
연소할 때 인화합물은 열분해에 의해 폴리메타인산을 생성하고 이것이 보호층을 형성하는 것과 폴리메타인산이 생성될때의 탈수작용에 의해서 생성되는 탄소피막의 형성이 산소를 차단하여 연소를 막음
⑴인계난연제
①고체상반응에서 우수한 난연효과
(특히 산소를 다량 함유하고 있는 플라스틱에서)
②메카니즘-먼저 열분해에 의하여 폴리인산이 생성되고 이것은 에스테르화 및 탈수소화하 여 숯을 생성하며 이렇게 생성된 숯이 산소와 열을 차단
③비휘발성의 고분자량 폴리인산
- 탄소층을 형성시켜 산소 및 잠열을 차단하여 열분해 반응 감소시키는 효과
(phosphine은 폴리인산 첨가시에 숯형성에 도움)
④적인-독성이 없고 열적으로 안정하나 물과 접촉할 경우 독성이 강하고 밀폐공간에서 폭 발위험이 있는 포스핀 가스를 방출. 주의요망.
⑵인/할로겐 난연제
①저휘발성, 무색, 무취이고 물에 대해 비교적 안정, 내열성이 좋지않다.
폴리우레탄폼, 아크릴수지에 사용
②기체상태에서 난연상승효과
phosphorus halide & oxyhalide가 flame cooler로써 작용
⇒연소억제
이 두물질은 하이드로겐 할라이드보다 우수한 라디칼 인터셉터이며 끓는점이 높고 고비중 으로 연소영역에 머무르는 시간이 길기 때문
⑶인/질소 난연제
①내열성, 내착색성, 내가솔린성이 우수하며 가소화효과를 부여
엔프라, PVC, 셀룰로스아세테이트등에 사용
②요소나 질소화합물은 폴리인산의 열적 축중합을 촉진시켜 고분자 폴리인산을 생성한다.
생성된 고분자 폴리인산은 탈수소촉매로 작용하여 숯형성유도
3.무기계 난연제
ATH, 산화안티몬, 수산화마그네슘등이 있다.
<난연 원리>
열에 의해 휘발되지 않으며 분해되어 물, 이산화탄소,이산화황, 염화수소와 같은 불연성기체를 방출하게 되며 대부분 흡열반응, 기체상에서는 가연성기체를 희석시켜 플라스틱 표면을 도포하여 산소의 접근 방지. 동시에 고체상 표면에서 흡열반응을 통하여 플라스틱 냉각 및 열분해 생성물의 생성을 감소시키는 효과
⑴수산화알루미늄(ATH)
①가격저렴, 분해온도가 낮음 (230℃정도로 가공온도가 낮은 플라스틱에만 사용가능)
②난연성 부여시 다량 사용해야 하는 약점이 있다.
⇒제품의 기계적 특성 및 가공성 저하초래
(흡열분해에 의해서 물을 생성하고 난연효과, 흡열과 생성수에 의한 냉각작용에 의해
연소방지)
⑵수산화마그네슘
Ⅳ장에서 언급 예정
⑶산화안티몬
①주로 삼산화안티몬을 지칭. 녹는점 656℃ , 백색 미분말, 은폐력이 크고 입자가 고아서 분 산성이 좋다
②난연화제로서 단독으로 PVC에 첨가되어 할로겐 함유 화합물과 병용하여 각종 플라스틱 의 필름, 시트도료등에 이용
③할로겐 함유 난연제의 난연상승효과를 나타내는 보조제로 이용
④안티몬의 할로겐화물은 연소할 때 기상이 되어 프리라디칼반응을 정지시켜 난연효과
4. 난연상승제
⑴silicone-based additives (DOW CORNING)
열가소성 또는 열경화성 폴리머에 실리콘계 첨가제 1-5% 첨가시 난연 상승효과가 있다.
실리콘계 첨가제는 열 방출, 일산화탄소와 같은 유독성기체 및 연기의 방출을 감소시킨다.
폴리스티렌에 실리콘계 첨가제를 투입하면 열방출량이 줄어든다고 한다.
⑵P/Br 화합물(FMC corp.)
PC/PBT(2 : 1)에 적용한 결과 우수한 난연효과가 있다고 하여 각각의 플라스틱이 UL94 V-0의 난연성을 나타내기 위해서는 12-13%의 난연제가 필요하나 P/Br화합물의 경우 6-7%의 난연제만으로도 난연성 부여가 가능하다고 한다.
⑶Zinc borate(US. Borax)
경질 PVC에 Zinc borate 및 알루미늄트리하이드레이트 첨가시 연기발생을 현저히 감소시킬수 있다고 한다. 이 경우 최대 연기 발생 밀도를 563에서 285로 낮출수 있다고 한다.
Ⅳ. 최근 난연 관련 제품소개
⑴통신케이블피복용 난연콤파운드 880FR
- 한양화학, 94. 5 -
<특징>
이 콤파운드는 고분자에 50%이상의 비할로겐 난연제를 충진시켜 불에 잘 타지 않을 뿐만 아니라 불이 붙더라도 연기와 독성도 거의 없다.
화재 발생시 내부에 첨가된 난연제가 분해하면서 주위의 온도를 낮추고 분해 부산물이 케이블에 피막을 형성하여 연소를 억제시키는 구조로 이루어져 화재시 피해를 미연에 방지할수 있다.
⑵초내후 난연 ABS
제품명 : Starex VH-0853
-제일모직, 92. 11 -
♨ABS수지의 약점-불이 붙었을 경우에 스스로 소화시키는 자소성을 갖고 있지 못하므로 화재시 인명 및 재산상의 피해를 가중시킴.
⇒ABS수지의 난연화가 의무(UL, 미국)
<특성>
①일광에 의한 색깔 변색이 매우적다.
초내후 grade는 ASTM의 D-2565나 A4674 규격에 의한 시험시 변색도가 약300시간에 서 1.5미만인 제품을 의미함
pc회사인 HP사의 내후규격에 합격할 정도로 변색력이 적음
②성형가공중 발생하기 쉬운 열안정성문제를 최소화
ABS에 난연제(Starex VH-0853)를 첨가하면 난연제가 ABS발화이전에 먼저 분해수지의 온도를 발화점이하로 유지시키거나 소화가스를 발생시켜 수지의 변화방지
③상온 및 저온에서 충격특성이 우수함
④성형특성상 흐름성(Melt Flow Index)우수
⑶MAGNESIUM HYDROXIDE (Mg(OH)2)
<대략적 난연시장소개>
♨난연제에는 여러종류의 유용한 것이 많다. 1993년 미국내 산업에서 8억천만파운드의 난 연제가 소비되었었고 98년에는 10억 파운드가 요구되었음. 그 큰 난연제 시장에서 수산 화 마그네슘은 적당한 가격, 사용편리, 낮은 부식성, 낮은 유독성을 이유로 주목을 받고 있음
현재 수산화마그네슘은 난연제시장에서 약 해마다 천만 파운드정도, 가까운 미래에는 해 마다 3천만파운드 정도의 잠재력을 가진 시장을 보유하고 있음.
-MARTIN MARIETTA MAGNESIA SPECIALTIES INC. (볼티모어소재)-
♨대표적인 수산화마그네슘 제조회사소개
MARTIN MARIETTA MAGNESIA SPECIALTIES INC.
THE SOLEM DIVISION OF J.M.HUBER
DEAD SEA PAICLASE(이스라엘)
KYUWA(일본)
MAGNIFIN(오스트리아)
<특징>
①수산화마그네슘은 ATH보다 약 100도 정도 분해온도가 높다.
ATH는 약 230에서 분해
Mg(OH)2 는 약 330에서 분해
②Mg(OH)2 분해시 물증기를 방출해서 기체상의 탈 수 있는 연료의 농도를 희석
③열을 받았을 때 숯의 형성을 통한 플라스틱의 절연성을 향상
④연소시에 연기방출을 줄인다.
⑷ 국내의 수산화마그네슘 제품
제품명 : 후렘단트
-경기도 시흥소재. 신원화학 -
무기계난연제로서 유독가스가 없으며 연기의 발생을 억제하는 효과를 지닌 새로운 타입의 난연제. 각종 플라스틱에 적합하도록 특수표면처리한 제품으로서 가공성이 매우 우수.
<특징>
①균일하고 우수한 초미립자분말
②우수한 난연효과/연기발생억제
③용도에 따른 특별한 표면처리
④무독으로 취급용이
⑤무독제품생산에 사용가능
⑸ Vydyne M340
-Vydyne Nylone (미국)-
Nylon66 수지 사출성형시에 포함되는 난연제
기계에 원료공급과 주물을 성형시에 매끄럽고 쉽게 할수 있는 윤활작용을 함.
Vydyne M340 은 할로겐 첨가제 또는 다른 첨가제로써 사용자가 원하는 제품을 성형시에 수정하여 사용가능
UL규격에서,
94V-0 : 연소성 등급에서 0.015이하 두께 획득
94-5VA : 연소성 등급에서 0.028이하 두께 획득
일반적으로 난연제는 강도와 유연성을 줄이게 되는데 Vydyne M340은 유연성손실을 최소한도로 한다. 다른 어떤 나일론 또는 나일론이 아닌 제품성형시 보다더 유연성을 갖는데 이용
용도는 열에 노출되어도 전기적/물리적성질을 유지하기 때문에 전기/전자산업 부문에 이용됨
⑹ FLAME RETARDANT COMPOUNDS (난연콤파운드)
-R.T.P.(미국)-
다양한 용도로 제품의 안정화 , 강도강화에 이용, 이 난연제는 제품제조시에 흐름을 향상시킴, UL94 규격 통과
대표적 용도는 ⇒⇒⇒⇒⇒소방하이바
Ⅴ.UL규격이란?
UL은 underwreters laboratories Inc.(보험업 연구소) 의 약자로 화재, 도난, 그외의 사고에서 인명, 재산을 보호하기 위한 재료, 기기, 장치등의 필요조건을 확보하는 것을 목적으로 하고 실험, 연구, 검사등을 업무로 하는 연구기관이 판정한 규격이다.
플라스틱 건재등의 방화기준 판정과 전기, 전자기기의 화재에 관한 안전규격이 포함되어 있으며 라디오, 테레비, 등의 미국수출에 있어서는 UL규격에 기준인 플라스틱의 난연화가 필수로 되어 있고 플라스틱의 연소성시험 및 연소성규정은 UL94에 정해져 있다. UL94에는 수평연소시험으로 연소성 그레이드 94HB를 규정하고, 수직 연소 시험으로는 94V-0에서 94V-2의 난연그레이드를 규정하고 있다. 요구 항목으로서는 착화한 플라스틱의 유염연소시간, 무염연소시간, 용융액적에 의한 외과용선의 착화의 유무가 구별되어진다. 플라스틱의 착화성 시험은 UL746과 1410에 규정되어져 있고 열전착화시험, 대전류아아크착화시험, 과부하전류시험이 기재되어져 있다. 이러한 연소성과 착화성에 관계하는 UL규격에 기초를 두고 음향기기용 재료, 테레비, 비디오재료등 각종 전자기기에 이용되어지는 플라스틱의 난연화가 엄밀히 규제되어져 있다.
Ⅵ. 결론
앞에서 언급한 내용의 골자들을 나열해 본다면, 플라스틱 난연제의 사용으로 플라스틱 난연의 성능을 향상시켜 우리 생활의 안정을 영위케함을 알 수 있다.
