KR101798964B1 - 황산암모늄을 주성분으로 하는 수용성 난연제의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액상 또는 분말 난연제의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 황산암모늄을 주성분으로 하고 소정의 재료에 적합한 난연제를 제조하는 방법을 개시한다.

Description

황산암모늄을 주성분으로 하는 수용성 난연제의 제조방법{Manufacturing method of flame retardant using ammonium sulfate}

본 발명은 수용성 난연제의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 황산암모늄을 주성분으로 하고 소정의 재료에 적합한 액상 또는 분말 형태의 난연제를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 화학제품의 보급이 빠르게 확산함에 따라, 화재시 엄청난 유독가스와 연기발생을 일으키고 있다. 화학제품이 탈 때는 목재류가 탈 때보다 10~25배 이상의 연기가 발생하고, 시안화수소, 염화수소, 포스겐(phosgene), 일산화탄소, 이산화탄소 등의 유독가스가 발생하는 문제점이 있다.

연소시 건축마감재에 불이 붙으면 소재인 나무가 불쏘시개 역할을 하며 PVC시트가 타면서 유독가스와 연기를 방출하게 되어 인명의 사상이 늘어난다는 문제점을 내포하고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 저유독성가스, 저발연성, 내열성 등의 기능을 가진 난연제 제조와 난연화 처리 공법 연구가 필요하다.

연소하기 쉬운 성질이 있는 대부분의 종이, 섬유, 플라스틱류 및 목재 등의 연소성 재질을 물리적 또는 화학적으로 개선하여 잘 타지 못하도록 첨가하는 물질을 난연제라고 한다.

난연제는 연소성 소재에 적용하는 방법에 따라 첨가형 및 반응형으로 분류되는데, 첨가형은 물리적으로 플라스틱 등의 소재에 난연제를 첨가해서 난연성을 향상시키지만, 반응형은 플라스틱 등의 연소성 소재를 제조할 때 적당량의 난연제를 첨가해서 화학반응시킴으로써 난연성을 향상시킨다.

일반적으로 첨가형 난연제는 비교적 가격이 저가이면서 사용이 편리하다는 이점이 있으나 고분자 재료 물성에 변화를 줄 우려가 있고, 또한 상기 첨가형 난연제는 난연처리하고자 하는 재료표면에 스프레이(Spray)하거나 표면 도장처리(Coating)하여 사용하는데 난연제가 재료 내부 깊게 침투되기가 어렵고, 시간이 지남에 따라 쉽게 소실되어 종래의 난연제들은 가격이 비싸다는 문제 이외에도 장기간에 걸쳐 난연성을 유지시켜 주기가 어렵다는 문제가 있다. 반면에, 반응형 난연제는 고분자재료 물성에 변화를 주지 않는 장점이 있으나 난연화 시켜주는 조작이 어렵고 비교적 고가라는 단점이 있다.

현재 사용되는 난연제는 구성성분에 따라 유기계와 무기계로 분류되며, 유기계는 주로 인산계, 브롬계 및 염소계를 포함하는 할로겐계로 분류되고, 상기 할로겐계 난연제로서는 테트라브로모비스페놀 A, 헥사플루오로벤젠, 데카브로모디페닐 옥사이드, 염화파라핀 등이 있다. 무기계로는 수산화알루미늄계, 안티몬계, 수산화마그네슘계, 산화주석, 수산화지르코늄, 메타붕산바륨 등으로 분류된다.

현재 가장 많이 사용되고 있는 할로겐계 난연제 중, 브롬계 난연제는 효과 면에서는 뛰어나지만 사출시 가스 발생과 연소시 다이옥신이 발생하는 심각한 문제점이 지적되고 있으며, 특히 브롬계 난연제 제조에 사용되는 화합물인 데카브로모페닐 다이옥사이드(decabromophenyl dioxide), 옥타브로모페닐에테르(octabromophenylether) 등의 사용규제가 유럽 각국을 중심으로 검토 중인 것으로 알려져 있다. 이외의 유기계 난연제는 내열성이 약해 플라스틱 등 일부 재질에 사용이 제한적이다. 또한, 무기계 난연제 중, 안티몬계 화합물 역시 인체 유해성 시비가 끊이지 않고 있다.

이에 유럽에서는 최근에 할로겐 및 안티몬이 함유된 난연제에는 '에코 라벨'을 부여하지 않고 규제를 가하고 있는 실정이다. 이에, 현재 구미 선진국을 중심으로 비 브롬계 난연제의 개발을 통한 규제에 대응할 뿐 아니라 시장 선점을 위하여 개발을 서두르고 있다.

그러나 국내에서는 연구는 계속되고 있지만 아직까지 브롬계 난연제를 대체할 만한 난연제가 개발되지 않고 있다. 이와는 별도로 브롬계 난연제의 수요는 오히려 해마다 늘고 있는데, 이는 난연성 규제가 정립된 미국, 일본, 유럽 지역에 TV,VTR, 컴퓨터 등을 수출하기 위해서는 전자기기 외장재에 난연제를 도입하여 난연 특성이 있어야 할 뿐 아니라 각종 가구나 섬유 등 난연제의 적용범위가 점차 넓고 다양해지고 있기 때문인 것으로 해석된다. 그러나 이러한 브롬계 난연제는 상기한 바와 같이 다이옥신 발생 문제 등 때문에 향후 구미 선진국에 수입되는 제품에 사용이 금지될 가능성이 크고 우리나라에서도 규제가 예상되는바 환경친화적인 비 브롬계 난연제의 개발이 시급한 실정이다.

또한, 현재 잘 알려져 있는 난연제들은 난연효과는 비교적 우수하나 가격이 비싸다는 문제 때문에 난연제의 사용이 보편화하지 못하고 있고 난연처리에도 크게 제약을 받고 있는 실정에 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제를 해결코자 하는 것으로, 연소시에 다이옥신이 발생하지 않고, 또한 복수의 성분을 배합하는 경우에도 각 성분을 균일하게 분산시키는 것이 가능한 난연제의 제조방법을 제공하는 것이 목적이다.

상기한 본 발명의 목적을 이루기 위한 수단으로서, 소정의 난연성이 요구되는 재료에 액상 또는 분말 형태의 난연제를 충진함으로써 문제를 해결하는 것으로 소정 온도의 물에 대하여 황산암모늄을 더하고, 여기에 소정의 부가 재료를 차례로 첨가하여 얻은 혼합 수용액을 냉각한 액상 또는 이를 분무 건조한 분말 형태의 난연제를 제조한다.

본 발명에 따른 난연제는 포비기구, 불연성 가스의 생성, 열에너지 흡수라고 하는 각종 기능을 가진 성분을 복수 배합하고 있지만 소정의 조건에서 수용액으로 만든 다음 분무 건조함으로써 분말 형태의 난연제를 제조하기 때문에 수지 등에 충진하는 경우에 수지 전체를 확실하게 난연화 할 수가 있다. 또한, 본 발명은 염소나 불소 등의 성분을 포함하지 않기 때문에 연소시에 다이옥신이나 브롬 다이옥신 등의 발생이 일어나지 않는다.

이하 본 발명에 따른 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 실시예 1은 발포고무에 충진하는 난연제로, 먼저 41℃ 물 100중량부에 대하여 황산암모늄 20중량부를 용해시켜 황산암모늄수용액을 준비한다.

상기 준비한 황산암모늄수용액을 48℃로 가열한 후에 상기 황산암모늄수용액 100중량부에 대하여 인산암모늄 30중량부를 첨가하여 제1혼합물을 준비한다.

상기 제1혼합물을 53℃로 가열한 후에 제1혼합물 100중량부에 대하여 펜타에리트리톨 20중량부를 첨가하여 제2혼합물을 얻는다.

상기 제2혼합물을 60℃로 가열한 후에 제2혼합물 100중량부에 대하여 인산에스텔 10중량부를 첨가하여 액상 난연제를 제조한다.

또한 선택적으로 상기 액상 난연제를 분무 건조시켜 분말 형태로 제조한다.

상기한 실시예에 따라 얻은 난연제를 발포고무에 첨가하는 경우에 발포고무가 연소할 때 각 성분이 포비기구, 불연성가스의 생성, 열에너지흡수의 기능을 갖기 때문에 발포고무가 연소하지 않는다.

또한 상기한 실시예에 따라 얻은 액상 난연제에 목재를 침지시키고, 종이와 섬유에는 흡착시켜서 난연성을 증가시킨다.

본 발명에 따른 실시예 2는 FRP(유리섬유강화플라스틱)에 충진하는 난연제로 45℃ 물 100중량부에 대하여 황산암모늄 20중량부를 용해시켜 황산암모늄수용액을 준비한다.

상기 준비한 황산암모늄수용액을 60℃로 가열한 후에 상기 황산암모늄수용액 100중량부에 대하여 펜타에리트리톨 20중량부를 첨가하여 제1혼합물을 얻는다.

상기 제1혼합물을 75℃로 가열한 후에 상기 제1혼합물 100중량부에 대하여 디시안디아미드 45중량부를 첨가하여 액상 난연제를 제조한다.

또한 선택적으로 상기 액상 난연제를 분무 건조시켜 분말 형태로 제조한다.

상기한 실시예에 따라 얻은 난연제를 FRP에 첨가하는 경우에 FRP가 연소할 때 각 성분이 포비기구, 불연성가스의 생성, 열에너지흡수의 기능을 갖기 때문에 FRP가 연소하지 않는다.

또한 상기한 실시예에 따라 얻은 액상 난연제에 목재를 침지시키고, 종이와 섬유에는 흡착시켜서 난연성을 증가시킨다.

본 발명에 따른 실시예 3은 우레탄 고무 또는 우레탄 수지에 충진하는 난연제로 45℃ 물 100중량부에 대하여 황산암모늄 20중량부를 용해시켜 황산암모늄수용액을 준비한다.

상기 준비한 황산암모늄수용액을 60℃로 가열한 후에 황산암모늄수용액 100중량부에 대하여 펜타에리트리톨 30중량부를 첨가하여 제1혼합물을 얻는다.

상기 제1혼합물을 75℃로 가열한 후에 제1혼합물 100중량부에 대하여 인산아미드 35중량부를 첨가하여 액상 난연제를 제조한다.

또한 선택적으로 상기 액상 난연제를 분무 건조시켜 분말 형태로 제조한다.

상기한 실시예에 따라 얻은 난연제를 우레탄 고무 또는 우레탄 수지에 첨가하는 경우에 이들의 성형품은 난연성을 가질 뿐만 아니라 연소시에 다이옥신이나 브롬 다이옥신이 발생하지 않는다.

또한 상기한 실시예에 따라 얻은 액상 난연제에 목재를 침지시키고, 종이와 섬유에는 흡착시켜서 난연성을 증가시킨다.

본 발명에 따른 실시예 4는 접착제에 충진하는 난연제를 제조하는 것으로, 45℃ 물 100중량부에 대하여 황산암모늄 20중량부를 용해시켜 황산암모늄수용액을 준비한다.

상기 준비한 황산암모늄수용액을 60℃로 가열한 후에 황산암모늄수용액 100중량부에 대하여 인산암모늄 20중량부를 첨가하여 제1혼합물을 얻는다.

상기 제1혼합물을 75℃로 가열한 후에 제1혼합물 100중량부에 대하여 디시안디아미드 60중량부를 첨가하여 액상 난연제를 제조한다.

또한 선택적으로 상기 액상 난연제를 분무 건조시켜 분말 형태로 제조한다.

상기한 실시예에 따라 얻은 난연제를 접착제에 첨가하는 경우에 접착제가 난연성을 가질 뿐만 아니라 연소시에 다이옥신이나 브롬 다이옥신이 발생하지 않는다.

또한 상기한 실시예에 따라 얻은 액상 난연제에 목재를 침지시키고, 종이와 섬유에는 흡착시켜서 난연성을 증가시킨다.

본 발명에 따른 실시예 5는 플라스틱에 충진하는 난연제로, 45℃ 물 100중량부에 대하여 황산암모늄 20중량부를 용해시켜 황산암모늄수용액을 준비한다.

상기 준비한 황산암모늄수용액을 60℃로 가열한 후에 황산암모늄수용액 100중량부에 대하여 텅스텐산나트륨 20중량부를 첨가하여 제1혼합물을 얻는다.

상기 제1혼합물을 75℃로 가열한 후에 제1혼합물 100중량부에 대하여 디시안디아미드 60중량부를 첨가하여 액상 난연제를 제조한다.

또한 선택적으로 상기 액상 난연제를 분무 건조시켜 분말 형태로 제조한다.

상기한 실시예에 따라 얻은 난연제를 플라스틱에 첨가하는 경우에 플라스틱이 난연성을 가질 뿐만 아니라 연소시에 다이옥신이나 브롬 다이옥신이 발생하지 않는다.

또한 상기한 실시예에 따라 얻은 액상 난연제에 목재를 침지시키고, 종이와 섬유에는 흡착시켜서 난연성을 증가시킨다.

본 발명에 따른 실시예 6는 경질 우레탄 고무나 우레탄 수지에 충진하는 난연제로, 먼저 45℃ 물 100중량부에 대하여 황산암모늄 10중량부를 용해시켜 황산암모늄수용액을 준비한다.

상기 준비한 황산암모늄수용액을 75℃로 가열한 후에 황산암모늄수용액 100 중량부에 디시안디아미드 70중량부를 첨가하여 액상 난연제를 제조한다.

또한 선택적으로 상기 제조한 혼합물을 분무 건조시켜 분말 형태로 제조한다.

상기한 실시예에 따라 얻은 난연제를 우레탄 고무 또는 우레탄 수지에 첨가하는 경우에 이들의 성형품은 난연성을 가질 뿐만 아니라 연소시에 다이옥신이나 브롬 다이옥신이 발생하지 않는다.

또한 상기한 실시예에 따라 얻은 액상 난연제에 목재를 침지시키고, 종이와 섬유에는 흡착시켜서 난연성을 증가시킨다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 난연제의 제조 방법에 있어서,
   45 ℃물 100중량부에 대하여 황산암모늄 20중량부를 용해시켜 황산암모늄수용액을 얻는 단계;
   상기 황산암모늄수용액을 60℃로 가열한 후에 상기 황산암모늄수용액 100중량부에 대하여 펜타에리트리톨 30중량부를 첨가하여 제1혼합물을 얻는 단계;
   상기 제1혼합물을 75℃로 가열한 후에 상기 제1혼합물 100중량부에 대하여 인산아미드 35중량부를 첨가하여 액상 난연제를 얻는 단계;
   얻어진 액상 난연제를 건조시켜 분말 난연제를 얻는 단계; 및
   상기 분말 난연제를 우레탄 고무 또는 우레탄 수지에 충진하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연제 제조방법.
4. 삭제
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