KR101908948B1

KR101908948B1 - 비할로겐계 및 비인계 수용성 난연액

Info

Publication number: KR101908948B1
Application number: KR1020160172167A
Authority: KR
Inventors: 임영
Original assignee: 주식회사 인터아이즈
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-10-18
Also published as: KR20180070733A

Abstract

본 발명은 비할로겐계(非 halogen系) 및 비인계(非燐系) 성분으로 이루어진 수용성 난연액에 관한 것으로, 음이온 성분(X)과 질소계 양이온 성분(A)으로 이루어진 염류(AX) 1종 이상과, 음이온 성분(X)과 금속 양이온 성분(B)으로 이루어진 염류(BX) 1종 이상과, 물과의 혼합물로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 난연 성능을 발휘하는 유·무기 산과 염기에 의한 염류의 조합으로 이루어져, 수용성 난연액의 제조가 용이하며, 간편하게 친환경적으로 사용이 가능하고, 기존의 난연제에 비해 사용량이 크게 줄어 가공 공정의 폐수 오염을 줄이고, 가공 대상의 물성을 유지하도록 하는 것이 가능해진다.

Description

비할로겐계 및 비인계 수용성 난연액{non-halogen and non-phosphorous flame-retardant solution}

본 발명은 비할로겐계(非 halogen系) 및 비인계(非燐系) 성분으로 이루어진 수용성 난연액에 관한 것이다.

생활공간에서 가연성 물질로 인해 화재와 참화의 방지를 위한 난연화가 필요해짐에 따라, 일상의 제품부터 건축용 내외장재에까지 국내외에서는 이미 난연화 의무를 법규로 규정하고 실행하고 있다.

이에 따라 현재까지 각종 난연 제품 또한 다양하게 개발되어 두루 사용되고 있으나, 좀 더 높은 효과, 경제성 및 무해성과 환경 친화적인 제품 등의 지속적 개발의 필요성 또한 여전히 남아 있다.

난연은 요구 정도와 필요성에 따라 방염부터 불연에 이르기까지 다양한 정도의 효과를 발휘하도록 제품화되어 있는데, 특히 일상생활의 섬유, 종이, 목재 등으로 이루어진 각종 제품은 화재의 시발과 확산에 있어 중요한 역할을 하고 있어, 이들의 난연 방염처리에 적합하고 효과적인 수용성 난연액이 요구되고 있다.

종래에 난연화를 위해 수많은 기술이 개발되어 와서, 화재 시에 유독성분 때문에 할로겐계 성분의 사용은 크게 억제되어 있는 상황이며, 실제로는 섬유, 종이, 목재 등의 제품의 난연 처리에 인계 난연제의 사용이 많은 비중을 차지하고 있다.

그런데 인산, 인산 에스테르 또는 그 유도체의 구조를 가지는 인계 난연제는 난연 효과를 발휘하기 위해 그 사용량이 적지 않으며, 이로 인하여 처리대상의 고유의 특성이 변화되는 점과, 가공공정에서 폐수의 량이 증가하는 점의 문제점을 가지고 있다. 또한, 이를 개선하기 위하여 계면활성제나 바인더를 보조로 사용하는 기술들도 나오고 있으나 여전히 사용량을 크게 줄이지는 못하고 있는 실정이다.

대한민국등록특허 제1192453호(발명의 명칭: 수용성 난연제 조성물)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해, 2종 이상의 성분에 의한 상승작용효과에 의해, 보조 성분을 배제하여도 난연제의 사용량을 크게 줄일 수 있는, 비할로겐계 및 비인계 성분으로 이루어진 수용성 난연액을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 카보네이트, 바이카보네이트, 설페이트, 바이설페이트, 설파메이트 및 보레이트로 이루어진 군 중에서 선택한 음이온 성분(X)과 질소계 양이온 성분(A)으로 이루어진 염류(AX) 1종 이상과, 카보네이트, 바이카보네이트, 설페이트, 바이설페이트, 설파메이트 및 보레이트로 이루어진 군 중에서 선택한 음이온 성분(X)과 금속 양이온 성분(B)으로 이루어진 염류(BX) 1종 이상과, 물과의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 비할로겐계 및 비인계 수용성 난연액을 제공한다.

본 발명에 따르면, 난연 성능을 발휘하는 유·무기 산과 염기에 의한 염류의 조합으로 이루어져, 수용성 난연액의 제조가 용이하며, 간편하게 친환경적으로 사용이 가능하고, 기존의 난연제에 비해 사용량이 크게 줄어 가공 공정의 폐수 오염을 줄이고, 가공 대상의 물성을 유지하도록 하는 것이 가능해진다.

본 발명의 비할로겐계 및 비인계 수용성 난연액은 유·무기 산과 염기에 의한 염류의 조합과 물로 이루어진다.

상기 염류는 질소계 양이온 성분(A)과 음이온 성분(X)으로 이루어진 염류(AX)와 금속 양이온 성분(B)과 음이온 성분(X)으로 이루어진 염류(BX)로 이루어질 수 있다.

상기 질소계 양이온 성분으로는, 모르폴린, 아미노이미다졸, 이미다졸린, 암모늄, 테트라졸, 트리아졸, 티아진, 피라졸, 피라졸린 및 피페라진 중에서 선택된 것을 사용할 수 있는데, 이들은 염류의 가연성이 낮아서 난연 효과가 좀 더 향상될 수 있다.

상기 금속 양이온 성분으로는, 소디움, 칼륨, 칼슘 및 리튬 중에서 선택된 것을 사용할 수 있는데, 이들로 인해 염류의 수 용해성 및 난연성이 우수해지고, 2종 이상의 염류를 함유하는 난연액 중에서 부유 또는 침전물의 발생이 억제되어 바람직하다.

상기 음이온 성분으로는 카보네이트, 바이카보네이드, 설페이트, 바이설페이트, 설파메이트, 보레이트 등이 사용될 수 있는데, 이들은 염류의 형성성, 수 용해성 및 난연성의 관점에서 바람직하다.

본 발명에서는 질소계 양이온 성분과 음이온 성분으로 이루어진 염류(AX)와 금속 양이온 성분과 음이온 성분으로 이루어진 염류(BX)의 조합에 의해, 수용성 난연액에서 이들 염류의 상승작용효과에 의해 난연성이 향상되면서 이온들의 완충효과에 의해 부유 또는 침전의 발생이 억제되어 난연액의 안정성이 향상될 수 있다.

본 발명의 비할로겐계 및 비인계 수용성 난연액에서 상기 AX와 BX의 합은 10~40 중량%인 것이 바람직한데, 10 중량% 미만이면 난연 효과의 발휘와 처리하려는 대상에 따라 부착량의 조절이 제대로 되지 않으며, 40 중량%를 초과하면 염류의 용해도로 인하여 수용성 난연액이 제조되기 어렵고 제조되더라도 안정성이 나빠지고, 함량이 많아짐에 의해 원료 투입과 혼합 등의 제조과정에서 오차가 생길 수 있어 균일성이 나빠지게 된다.

본 발명의 비할로겐계 및 비인계 수용성 난연액에서 AX(중량%)/BX(중량%)는 4 이상인 것이 바람직하고 좀 더 바람직하게는 4 ~ 2,000인데, 4 미만이면 수용성 난연액의 제조시에 시간이 경과함에 따라 부유 또는 침전되는 고형물이 생성되어 수용성 난연액의 안정성이 저하하고 난연 효과도 저하하며, 2,000을 초과하면 BX의 함유량이 실질적으로 현저히 낮아져 염류의 상승작용효과에 의한 수용성 난연액의 안정성과 난연성의 향상이 미미해질 수 있다.

난연화 메카니즘은 일반적으로, 가연물질의 열분해를 막기 위한 흡열, 비연소성 가스에 의한 산소와의 접촉 차단, 열분해나 열전도의 지연, 재료의 흐름성 증가 등으로 구분될 수 있는데, 본 발명에서의 유·무기 산과 염기에 의한 염류의 조합으로 이루어지는 난연은 흡열과 비연소성 가스의 발생에 의한 난연 메카니즘을 나타낼 수 있다.

본 발명의 비할로겐계 및 비인계 수용성 난연액은 섬유, 종이, 목재 등의 제품에 단독으로 처리하여도 뛰어난 효과를 발휘할 수 있다. 그러나 다른 처리나 코팅 기술 등에 조합하거나 응용하여 적용되더라도 충분히 효과를 발휘할 수 있게 되며, 따라서 본 발명의 적용 가능한 범위는 보다 광범위하다고 할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 좀 더 상세히 설명하고자 한다.

이들 실시예 및 비교예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명이 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명할 것이다.

[실시예 1]

환류 및 교반 장치가 설치된 반응기에, 모르폴린 설페이트(morpholine sulfate) 10.0 g, 소디움 바이카보네이트(sodium bicarbonate) 1.0 g, 포타슘 바이카보네이트(potassium bicarbonate) 1.5 g 및 물 87.5 g을 정확히 계량하여 넣고, 80℃를 유지하면서 1시간 교반을 한 후에 상온으로 냉각하여 비할로겐계 및 비인계 수용성 난연액을 제조하였다.

[실시예 2 ~ 6]

상기 실시예 1에서 하기 표 1에 나타낸 성분을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 비할로겐계 및 비인계 수용성 난연액을 제조하였다.

[비교예 1 ~ 5]

	염류(AX)	염류(AX)	염류(BX)	염류(BX)	물
실시예 1	morpholine sulfate 10.0 g	-	sodium bicarbonate 1.0 g	potassium bicarbonate 1.5 g	87.5 g
실시예 2	2-aminoimidazole sulfate 8.5 g	-	sodium bicarbonate 1.0 g	potassium bicarbonate 1.0 g	89.5 g
실시예 3	ammonium bicarbonate 6.5 g	ammonium sulfate 3.0 g	sodium carbonate 2.0 g	-	88.5 g
실시예 4	piperazine sulfate 5.0 g	ammonium borate 4.8 g	-	potassium carbonate 1.5 g	88.7 g
실시예 5	Tetrazole sulfate 5.0 g	ammonium borate 5.0 g	sodium sulfate 1.0 g	potassium bicarbonate 1.0 g	88.0 g
실시예 6	morpholine sulfate 8.00 g	ammonium carbonate 7.00 g	potassium carbonate 0.01 g	-	85.00 g
비교예 1	morpholine sulfate 9.5 g		sodium bicarbonate 1.5 g	potassium bicarbonate 1.5 g	87.5 g
비교예 2	morpholine sulfate 7.5 g		sodium bicarbonate 1.5 g		91.0 g
비교예 3	morpholine sulfate 33.0 g	-	sodium bicarbonate 8.0 g	-	59.0 g
비교예 4*	isopropyl phenyl diphenyl phosphate 13.0 g				87.0 g
비교예 5*	isopropyl phenyl diphenyl phosphate 35.0 g				65.0 g
* 시판 중인 인계 난연제

<시험방법>

1. PH 측정

OHAUS사 ST3100 기기를 사용하여 측정한다.

2. 고형물질 관찰

수용성 난연액을 직경 20mm 유리 시험관에 넣고 상온에서 30분 방치한 후에 부유 또는 침전되어 있는 고형물질 유무를 육안 관찰한다.

3. 원단 질감

난연액으로 처리된 섬유원단의 질감을 손으로 만져 변화 여부를 판정한다.

4. 난연방염성능 평가

- 평가 시료 :

폴리에스테르 원사(150d/48f) 100%로 이루어진 평량 200g/㎡ 원단을 난연액에 침지하고 패딩맹글(padder)을 이용하여 1dip-1nip의 조건으로 pick-up%가 50%가 되도록 압력을 조절하여 처리한 후에 텐터(tenter)에서 160℃ X 1분의 조건으로 건조하여 난연액이 처리된 원단을 제조한다.

각각의 난연액이 처리된 원단을 가로 35cm와 세로 25cm의 크기로 3장을 준비한다.

- 평가 방법 : 국민안전처 고시 제2005-1호 방염성능기준에 따라, 연소시험함에서 얇은 포의 방염성능측정기준 및 방법에 따라 잔염시간, 잔신시간, 탄화면적 등을 평가한다(국민안전처 고시 제2005-1호에 따른 평량 450g/㎡ 이하 원단의 방염성능기준은 잔염시간 3초 이내, 잔신시간 5초 이내, 탄화면적 30 ㎠ 이내 이다).

구분	난연액		난연액 처리 원단		난연방염성능
구분	pH	고형물질	부착량 (g/㎡)	질감	잔염시간 (sec)	잔신시간 (sec)	탄화면적 (㎠)
실시예 1	6.8	없음	10.2	변화없음	0	0	16
실시예 2	7.1	없음	9.8	변화없음	0	2	20
실시예 3	7.3	없음	9.5	변화없음	1	4	27
실시예 4	6.9	없음	9.7	변화없음	0	3	22
실시예 5	7.2	없음	9.6	변화없음	0	3	21
실시예 6	7.4	없음	10.5	변화없음	0	2	28
비교예 1	7.0	미량 존재	10.6	변화없음	3	6	45
비교예 2	6.8	없음	8.9	변화없음	4	8	52
비교예 3	과량의 불용물이 발생하여 수용성 난연액의 제조가 되지 않음
비교예 4	6.3	없음	11.2	변화 됨	5	9	94
비교예 5	6.1	없음	30.5	변화 큼	2	5	36

상기 표 2의 결과로부터, 본 발명의 비할로겐게 및 비인계 수용성 난연액은 유·무기 산과 염기의 염류의 2종 이상의 조합으로 난연 성능이 향상되어 염류의 시너지 효과로 난연제 사용량을 크게 줄일 수 있는 것을 확인할 수 있다.

특히 기존 인계 난연제 대비 현저히 적은 사용량으로도 뛰어난 난연 효과를 나타내는 것이 확인된다.

이와 같이 본 발명의 비할로겐계 및 비인계 수용성 난연액은, 제조가 용이하고, 간편하게 친환경적으로 사용 가능하고, 기존의 난연제에 비해 사용량이 크게 줄어 가공 공정의 폐수 오염을 줄이고, 가공 대상의 물성을 유지하도록 하는 것이 가능해짐이 확인된다.

Claims

카보네이트, 바이카보네이트, 설페이트, 설파메이트 및 보레이트 중에서 선택한 음이온 성분(X)과 모르포린, 아미노이미다졸, 테트라졸, 피페라진, 암모늄 및 트리아졸 중에서 선택한 질소계 양이온 성분(A)으로 이루어진 염류(AX)(암모늄설페이트는 제외함) 1종 이상과,
카보네이트 또는 바이카보네이트의 음이온 성분(X')과 소디움, 포타슘 및 칼슘 중에서 선택한 금속 양이온 성분(B)으로 이루어진 염류(BX') 1종 이상과,
물과의 혼합물로 이루어진 수용성 난연액으로서,
상기 난연액에서 AX와 BX'의 합은 10 ~ 40 중량%이고, AX(중량%)/BX'(중량%)는 4 이상인 것을 특징으로 하는 비할로겐계 및 비인계 수용성 난연액.
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